專利名稱：一種單段結構感應式磁能發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能源、電力系統，特別是一種單段結構感應式磁能發電機。
背景技術：
1821年法拉第發現通電導線能繞永久磁鐵旋轉，發明了永磁電機。1857年英國的 惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵，發明了電勵磁方式，開創了電勵磁電機的新紀元。但以上電 機都只是能量轉換的工具。現有技術本人申請的“感應式磁能發電機”、“一種感應式磁能發電機”、“雙磁環 感應式磁能發電機”、“一種交錯耦合感應式磁能發電機”等。用機械轉動的方法使特定拓樸 結構的轉子磁鐵相對于定子磁鐵是一個交變的磁場，一方面定子磁鐵作用于轉子磁鐵的磁 力對稱抵消，另一方面設在轉子磁鐵的磁極之間或定子磁鐵的磁極之間的磁橋的磁通產生 交替改變，設在磁橋上的感應繞組感應到電動勢且產生電流。以上技術中，單段結構產生的 電流是非正弦電流，只有采用雙段結構的才能產生正弦電流。本發明針對現有技術的不足，采用單段結構即可產生正弦電流。

發明內容
本發明是這樣實現的一種單段結構感應式磁能發電機，主要包括定子感應繞組 (1)、定子磁橋(2)、轉子感應繞組(3)、轉子磁橋(4)、轉軸(5)、轉子軛(6)、轉子磁鐵(7、 7. 1)、定子磁鐵(8、8. 1)、定子軛(9)、機殼(10)、接線盒(11)、電動機(12、13、17)、端蓋 (15)和軸承(16)，其特征是:a.轉子磁鐵由4個或4個以上S極與N極相間排列的磁鐵組成，定子磁鐵由4個 或4個以上雙S極與雙N極相間排列的磁鐵組成；或者，轉子磁鐵由4個或4個以上雙S極 與雙N極相間排列的磁鐵組成，定子磁鐵由4個或4個以上S極與N極相間排列的磁鐵組 成；轉子磁鐵的數量與定子磁鐵的數量相同，都是4的倍數；b.相鄰的定子磁鐵的S極與N極之間和/或相鄰的轉子磁鐵的S極與N極之間設 有磁橋和感應繞組，感應繞組設在磁橋上；c.轉子磁鐵固定在轉子軛上，或者，轉子磁鐵通過轉子磁橋固定在轉子軛上，轉子 軛固定在轉軸上；定子磁鐵固定在定子軛上，或者，定子磁鐵通過磁橋固定在定子軛上，或 者，定子磁鐵直接固定在機殼上；接線盒設在機殼或端蓋上；轉軸通過軸承定位于端蓋；電 動機與轉軸的輸入端聯接，或者，電動機的傳動軸與轉軸共軸。工作原理電動機帶動轉子轉動時，轉動的轉子磁鐵相對于定子磁鐵是一個交變 的磁場，定子磁鐵的磁極交替與轉子磁鐵的磁極相吸相斥，轉子磁鐵和定子磁鐵的磁通發 生交替變化，轉子磁鐵和定子磁鐵的恒定磁場變成脈振磁場，一方面，定子磁鐵作用于轉子 磁鐵的磁力對稱抵消，另一方面，設在S磁極與N磁極之間的磁橋的磁通量交替發生改變， 感應繞組感應到電動勢且產生電流。由于轉子磁鐵和定子磁鐵的磁極排列方向采用特定的 拓撲結構，轉子轉動時，定子磁鐵和定子磁橋形成的磁對極總是與轉子磁鐵和轉子磁橋形
3成的磁對極交替相吸相斥，因此設在兩段磁鐵之間的磁橋感應電動勢產生的電流的波形為 正弦波或接近正弦波。轉子磁鐵S極與N極相間排列，則定子磁鐵雙S極與雙N極相間排列；轉子磁鐵雙 S極與雙N極相間排列，則定子磁鐵S極與N極相間排列。由于定子磁鐵的數量與轉子磁鐵 的數量相同，無論轉子轉到哪個角度，定子磁鐵作用于轉子磁鐵的吸力和斥力是相互對稱 抵消的，理論上轉子磁鐵受到的吸力和斥力的合力為零。因此轉子轉動所需克服的只是磨 擦力。但實際上定子磁環和轉子磁環的各個磁極的磁通量難以做到完全一致，因此轉子仍 會受到少量來自轉子磁環與定子磁環的不能相互抵消的吸力和斥力的影響。從總體上看，轉子轉動所需克服的阻力是很小的，而磁橋繞組感應電動勢所輸出 的能量遠遠大于轉子轉動所需消耗的能量，從而實現能量的放大。轉子磁鐵由4個或4個以上的磁鐵組成，如4個、8個、12個等等。定子磁鐵的數 量與轉子磁鐵的數量相同，如4個、8個、12個等等。當定子磁鐵S極與N極相間排列時，轉子磁鐵雙S極與雙N極相間排列。以 由8個磁鐵組成的定子磁鐵和由8個磁鐵組成的轉子磁鐵為例，定子磁鐵(對著機殼的 磁極)的排列方式為S-N-S-N-S-N-S-N，則轉子磁鐵(對著轉軸的磁極)的排列方式為 S-S-N-N-S-S-N-N0當定子磁鐵雙S極與雙N極相間排列時，轉子磁鐵S極與N極相間排列， 以由4個磁鐵組成的定子磁鐵和由4個磁鐵組成的轉子磁鐵為例，則定子磁鐵的排列方式 為S-S-N-N，轉子磁鐵的排列方式為S-N-S-N。所述磁鐵為永久磁鐵或電磁鐵。磁鐵的磁極方向為徑向或切向或軸向。電磁鐵由鐵芯和勵磁繞組組成，鐵芯用軟鐵材料制成，一般由硅鋼片疊壓而成，勵 磁繞組為繞線型繞組或鼠籠型繞組。磁環的各個勵磁繞組可以用串聯或并聯的方法接線。電磁鐵預先設定了磁極的方向，接入電磁鐵繞組的電源都是直流電，電磁鐵產生 的磁場是恒定磁場。正如普通發電機的勵磁繞組并不需要消耗太多的電能一樣，電磁鐵需 要消耗的電能也并不多。永久磁鐵可以先充磁再裝入機殼或定子軛或轉子軛上，也可以事先將磁鋼固定在 機殼或定子軛或轉子軛上再用特制的夾具進行充磁。其充磁方法與永磁電機的充磁方法相 同。定子磁橋作為定子磁鐵的主要磁通路，定子磁橋架設在相鄰的定子磁鐵對著機殼 的S磁極與N磁極之間，定子磁橋的凸端分別與定子磁鐵對著機殼的S極和N極連接。當 定子磁鐵雙S極與雙N極相間排列時，定子磁橋的數量是定子磁鐵的數量的一半，如定子磁 鐵有8個，則定子磁橋有4個，定子磁橋的一端與一個定子磁鐵對著機殼的S極連接，定子 磁橋的另一端與另一個相鄰的定子磁鐵對著機殼的N極連接。當定子磁橋S極與N極相間 排列時，定子磁橋的數量是定子磁鐵數量的一半，或者，定子磁橋的數量與定子磁鐵的數量 相同，或者，把定子磁橋做成一個整體。當定子磁橋是一個整體時，定子磁橋的凸端的數量 與定子磁鐵的數量相同，設在定子磁橋上的定子感應繞組的數量與定子磁鐵的數量相同， 當定子磁橋為分開的獨立的個體時，定子感應繞組的數量與定子磁橋的數量相同。轉子磁橋作為轉子磁鐵的主要磁通路，轉子磁橋架設在相鄰的轉子磁鐵對著轉軸 的S磁極與N磁極之間，轉子磁橋的凸端分別與轉子磁鐵對著轉軸的S極和N極連接。當 轉子磁鐵雙S極與雙N極相間排列時，轉子磁橋的數量是轉子磁鐵的數量的一半，如轉子磁鐵有8個，則轉子磁橋有4個，轉子磁橋的一端與一個轉子磁鐵對著機殼的S極連接，轉子 磁橋的另一端與另一個相鄰的轉子磁鐵對著轉軸的N極連接。當轉子磁橋S極與N極相間 排列時，轉子磁橋的數量是轉子磁鐵數量的一半，或者，轉子磁橋的數量與轉子磁鐵的數量 相同，或者，把轉子磁橋做成一個整體。當轉子磁橋是一個整體時，轉子磁橋的凸端的數量 與轉子磁鐵的數量相同，設在轉子磁橋上的轉子感應繞組的數量與轉子磁鐵的數量相同， 當轉子磁橋為分開的獨立的個體時，轉子感應繞組的數量與轉子磁橋的數量相同。設在磁橋上的感應繞組為繞線型繞組。磁橋用軟鐵材料制成，一般用硅鋼片疊壓而成。機殼用非導磁材料或導磁材料制 成，當機殼作為主磁路的一部分時，機殼用軟鐵材料制成。轉子軛和定子軛用非導磁性材料 制成。由于架設在電磁鐵S極與N極之間的磁橋也是用軟鐵材料制成的，因此磁橋的凸 端可作為電磁鐵的鐵芯，磁橋的凸端與電磁鐵的鐵芯同體，在磁橋的凸端上設勵磁繞組，磁 橋的凸端亦是電磁鐵的一部分。與普通的電機一樣，電磁鐵接入直流電和感應繞組輸出電流需要有接線盒接線， 如果電磁鐵的電源不是直流電，則需要用整流二極管或可控單向硅轉換成直流電再接入電 磁鐵。設在轉子磁橋上的感應繞組產生的電流可通過集電環和電刷傳送到接線盒，設在定 子磁橋上的感應繞組產生的電流可直接通過導線傳送到接線盒。發電機向外輸出的電流為 直流電或交流電。電動機(11、12)設置在機殼內，與電機的主體部分共用轉軸和機殼，或者，電動機 (17)設置在機殼外，與轉軸的輸入端聯接。電動機的電源由蓄電池(18)或外部電源提供， 電動機與蓄電池或外部電源連接，或者，在轉軸上設置人力啟動桿(19)，電機啟動后產生的 電能輸送給電動機。若轉子感應繞組產生的電流通過整流器整流后可直接供應給電動機， 則無需另設專門的集電環和電刷。與普通的電機一樣，感應式磁能發電機的電磁鐵和感應繞組在工作的過程中會產 生熱能，需要加設風扇或液體冷卻裝置，或者，在機殼上設散熱片。磁能發電機為單段結構感應式永磁能發電機或單段結構感應式電磁能發電機或 單段結構感應式混合勵磁磁能發電機或單段結構感應式多級磁能發電機。單段結構感應式 永磁能發電機的定子磁鐵和轉子磁鐵是永久磁鐵；單段結構感應式電磁能發電機的定子磁 鐵和轉子磁鐵是電磁鐵；單段結構感應式混合勵磁磁能發電機中的定子磁鐵為永久磁鐵、 轉子磁鐵為電磁鐵，或者，定子磁鐵為電磁鐵、轉子磁鐵為永久磁鐵，或者，定子磁鐵中既有 電磁鐵又有永久磁鐵、轉子磁鐵中既有電磁鐵又有永久磁鐵，或者，定子磁為電磁鐵、轉子 磁鐵中既有電磁鐵又有永久磁鐵，或者，定子磁為永久磁鐵、轉子磁鐵中既有電磁鐵又有 永久磁鐵；單段結構感應式多級磁能發電機的定子磁鐵有2段或2段以上，轉子磁鐵有2段 或2段以上，定子磁鐵為永久磁鐵和/或電磁鐵，轉子磁鐵為永久磁鐵和/或電磁鐵。


圖1、圖2為本發明第一實施例結構示意圖。圖3、圖4為本發明第二實施例結構示意圖。圖5、圖6為本發明第三實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。第一實施例參見圖1電機橫截面結構示意圖、圖2電機整體結構軸向平面示意圖，一種單段結 構感應式永磁能發電機，主要包括定子感應繞組(1)、定子磁橋(2)、轉子感應繞組(3)、轉 子磁橋(4)、轉軸(5)、轉子軛(6)、轉子永久磁鐵(7)、定子永久磁鐵(8)、定子軛(9)、機殼 (10)、接線盒(11)、電動機定子(12)、電動機轉子(13)、風扇(14)、端蓋(15)和軸承(16)， 其特征是轉子永久磁鐵由4個S極與N極相間排列的磁鋼組成，其對著轉軸的磁極的排 列組合方式為S-N-S-N,定子永久磁鐵由4個雙S極與雙N極相間排列的磁鋼組成，其對著 機殼的磁極的排列組合方式為S-S-N-N ；定子磁橋有兩個，架設在相鄰的定子永久磁鐵對 著機殼的S極與N極之間，兩個定子磁橋分別設有一個定子感應繞組；轉子磁橋做成一個整 體，與4個轉子永久磁鐵對著轉軸的磁極連接，轉子磁橋上設有4個轉子感應繞組；轉子永 久磁鐵和轉子磁橋固定在轉子軛上，轉子軛固定在轉軸上；接線盒設在機殼上；轉軸通過 軸承定位于端蓋；風扇設在轉軸上；定子永久磁鐵通過磁橋固定在定子軛上；電動機的傳 動軸與轉軸共軸，電動機轉子設在轉軸上，電動機定子設在機殼上。電動機帶動轉子轉動時，轉動的轉子磁鐵相對于定子磁鐵是一個交變的磁場，定 子磁鐵的磁極交替與轉子磁鐵的磁極相吸相斥，轉子磁鐵和定子磁鐵的磁通發生交替變 化，轉子磁鐵和定子磁鐵的恒定磁場變成脈振磁場，經過轉子磁橋和定子磁橋的磁通交替 發生改變，設在定子磁橋和轉子磁橋上的感應繞組感應到電動勢且產生電流。感應繞組產 生的電流部分供給電動機，部分通過接線盒向外輸出。第二實施例參見圖3電機橫截面結構示意圖、圖4電機整體結構軸向平面示意圖，一種單段結 構感應式電磁能發電機，主要包括定子感應繞組(1)、定子磁橋(2)、轉軸(5)、轉子軛(6)、 轉子電磁鐵(7. 1)、定子電磁鐵(8. 1)、定子軛(9)、機殼(10)、接線盒(11)、風扇(14)、端 蓋(15)、軸承(16)、電動機(17)和蓄電池(18)，其特征是；轉子電磁鐵由8個S極與N極 相間排列的電磁鐵組成，其對著轉軸的磁極的排列組合方式設定為S-N-S-N-S-N-S-N，定子 電磁鐵由8個S極與N極相間排列的磁鐵組成，其對著機殼的磁極的排列組合方式設定為 S-S-N-N-S-S-N-N ；接入電磁鐵的電流為直流電，電磁鐵產生的磁場為恒定磁場；定子磁橋 有4個，定子磁橋的兩端設有勵磁繞組，定子磁橋的兩端亦是定子電磁鐵的一部分；4個定 子磁橋的腰部分別設有一個定子感應繞組；轉子上不設轉子磁橋和感應繞組；轉子電磁鐵 由轉子鐵芯和轉子勵磁繞組組成，轉子鐵芯固定在轉子軛上，轉子軛固定在轉軸上；接線盒 設在機殼上；定子磁橋固定在定子軛上；風扇設在轉軸上；轉軸通過軸承定位于端蓋；轉軸 延伸至機殼外的輸入端與電動機聯接；電動機啟動的電源由蓄電池供給，電機啟動后產生 的部分電流輸送回電動機，以維持機器的持續循環運轉。其余未述部分同第一實施例，不再 重復。第三實施例參見圖5電機橫截面結構示意圖、圖6電機整體結構軸向平面示意圖，一種單段結 構感應式電磁能發電機，主要包括定子感應繞組(1)、定子磁橋(2)、轉子感應繞組(3)、轉子磁橋(4)、轉軸(5)、轉子軛(6)、轉子電磁鐵(7. 1)、定子電磁鐵(8. 1)、定子軛(9)、機殼 (10)、接線盒(11)、電動機定子(12)、電動機轉子(13)、風扇(14)、端蓋(15)和軸承(16)。 定子和轉子都設有磁橋和感應繞組，定子磁橋有4個，定子磁橋的兩端亦是定子電磁鐵的 一部分，轉子磁橋做成一個整體，轉子磁橋的8個凸端亦是8個轉子電磁鐵的一部分。轉軸 延伸至端蓋外的一端設有人工輔助啟動桿，當電動機無啟動電源時，用人力啟動磁能發電 機，磁能發電機產生的電能輸送給電動機，實現機器的持續循環運轉。其余未述部分同第一 和第二實施例，不再重復。
權利要求
1. 一種單段結構感應式磁能發電機，主要包括定子感應繞組(1)、定子磁橋(2)、轉子 感應繞組(3)、轉子磁橋(4)、轉軸(5)、轉子軛(6)、轉子磁鐵(7,7. 1)、定子磁鐵(8,8. 1)、 定子軛(9)、機殼(10)、接線盒(11)、電動機(12、13、17)、端蓋(15)和軸承(16)，其特征是a.轉子磁鐵由4個或4個以上S極與N極相間排列的磁鐵組成，定子磁鐵由4個或4 個以上雙S極與雙N極相間排列的磁鐵組成；或者，轉子磁鐵由4個或4個以上雙S極與雙 N極相間排列的磁鐵組成，定子磁鐵由4個或4個以上S極與N極相間排列的磁鐵組成 ’轉 子磁鐵的數量與定子磁鐵的數量相同，都是4的倍數；b.相鄰的定子磁鐵的S極與N極之間和/或相鄰的轉子磁鐵的S極與N極之間設有磁 橋和感應繞組，感應繞組設在磁橋上；c.轉子磁鐵固定在轉子軛上，或者，轉子磁鐵通過轉子磁橋固定在轉子軛上，轉子軛固 定在轉軸上；定子磁鐵固定在定子軛上，或者，定子磁鐵通過磁橋固定在定子軛上，或者，定 子磁鐵直接固定在機殼上；接線盒設在機殼或端蓋上；轉軸通過軸承定位于端蓋；電動機 與轉軸的輸入端聯接，或者，電動機的傳動軸與轉軸共軸。
2.根據權利要求1所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是所述轉子磁鐵和定 子磁鐵為永久磁鐵或電磁鐵。
3.根據權利要求2所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是轉子磁鐵和定子磁 鐵的磁極方向為徑向或切向或軸向。
4.根據權利要求2所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是電磁鐵預先設定了 磁極的方向，接入電磁鐵勵磁繞組的電源是直流電，電磁鐵產生的磁場是恒定磁場。
5.根據權利要求1所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是定子磁橋架設在相 鄰的定子磁鐵對著機殼的S磁極與N磁極之間，定子磁橋的凸端分別與定子磁鐵對著機殼 的S極和N極連接；轉子磁橋架設在相鄰的轉子磁鐵對著轉軸的S磁極與N磁極之間，磁橋 的凸端分別與轉子磁鐵對著轉軸的S極和N極連接。
6.根據權利要求2或5所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是磁橋的凸端設 有勵磁繞組，磁橋的凸端與電磁鐵的鐵芯同體。
7.根據權利要求1所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是電動機設置在機殼 內，與發電機的主體部分共用轉軸和機殼，或者，電動機設置在機殼外，與轉軸的輸入端聯 接；電動機與蓄電池(18)或外部電源連接。
8.根據權利要求1所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是轉軸上設有人力啟 動桿(19)。
9.根據權利要求1所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是發電機設有整流二 極管或可控單向硅。
10.根據權利要求1所述一種單段結構感應式磁能發電機，其特征是發電機設有風扇 或散熱片或液體冷卻裝置。
全文摘要
本發明涉及一種單段結構感應式磁能發電機，主要包括感應繞組、磁橋、轉子磁鐵、定子磁鐵和電動機。轉子磁鐵和定子磁鐵的數量相同，都是4個或4個以上，而且都是4的倍數；轉子磁鐵S極與N極相間排列，定子磁鐵雙S極與雙N極相間排列；或者，轉子磁鐵雙S極與雙N極相間排列，定子磁鐵S極與N極相間排列；相鄰的定子磁鐵的S極與N極之間和/或相鄰的轉子磁鐵的S極與N極之間設有磁橋和感應繞組，感應繞組設在磁橋上。電動機帶動轉子轉動時，轉動的轉子磁鐵相對于定子磁鐵是一個交變的磁場，轉子磁鐵和定子磁鐵的恒定磁場變成脈動磁場，通過磁橋鐵芯的磁通量交替發生改變，感應繞組感應到電動勢且產生電流。
文檔編號H02N11/00GK102005985SQ201010556190
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者李貴祥 申請人:李貴祥