專利名稱：電動發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動發電機，該電動發電機將直流電供應到用于電動機的電磁鐵并包括通過旋轉其中設有永磁鐵的圓盤而產生交流電的交流電源輸出線圈。
背景技術：
通常，其中通過旋轉電動機而產生電力的電動發電機和電動機以及發電機聯接在同一軸上。此外，本申請的發明人發明了包括交流電壓輸出線圈的單向通電無刷直流電動機，且該無刷直流電動機同時具有可獲得連續電動勢的發電功能(見專利文獻I)。專利文獻I的單向通電無刷直流電動機中，用于在旋轉其中設有多個永磁鐵的圓盤的同時饋送直流電的電動機的電磁鐵和用于由于設置在旋轉圓盤上的多個永磁鐵的運動而產生感應電動勢的發電機的電磁鐵固定在同一框架上，由此電動機和發電機組合在單個本體上，旋轉圓盤通過用于電動機的電磁鐵旋轉。由此，其上設有多個永磁鐵的圓盤可通過供應有直流電的電磁鐵旋轉，從而從交流電壓輸出線圈獲得連續的電動勢。專利文獻I :日本專利公開第4569833號。

發明內容
發明所解決的問題但是，專利文獻I中，由于圓盤可通過產生脈沖電和永磁鐵與用于電動機的電磁鐵之間的吸力而旋轉，由于電流的應用而消耗了一定數量的電力。因此，要求限制電力消耗。考慮到前文，本發明的目標是提供一種電動發電機，其中在用于發電機的電磁鐵之間設置空氣線圈，且可無負載地產生電力并充電到電池中，由此可節省電力。解決問題的方式為實現上述目的，一種電動發電機，包括第一框架；第一圓盤，所述第一圓盤通過旋轉軸線可旋轉地附連到所述第一框架；第二框架；第二圓盤，所述第二圓盤通過旋轉軸線可旋轉地附連到所述第二框架；多個第一永磁鐵，所述多個第一永磁鐵圍繞所述第一圓盤以等間隔設置在所述第一圓盤上，磁極形成在第一永磁鐵的表面和后側中；多個板狀、寬寬度第二永磁鐵，所述多個第二永磁鐵圍繞所述第二圓盤以等間隔設置在所述第二圓盤上，磁極形成在所述第二永磁鐵的表面和后側中；多個用于電動機的電磁鐵，所述多個用于電動機的電磁鐵具有第一磁芯和第一線圈，所述第一磁芯隨著所述多個第一永磁鐵固定到所述第一框架，所述第一線圈圍繞每個所述第一磁芯纏繞；電池，所述電池將直流電供應到所述第一線圈以旋轉所述第一圓盤；多個用于發電機的電磁鐵，所述多個用于發電機的電磁鐵具有第二磁芯和第二線圈，所述第二磁芯隨著所述多個第二永磁鐵固定到所述第二框架，所述第二線圈圍繞所述第二磁芯纏繞，其中，所述第一圓盤通過作用在所述多個第二永磁鐵上的來自所述用于電動機的電磁鐵的磁力而旋轉，且所述用于發電機的電磁鐵通過圍繞所述第二線圈的磁場變化而產生感應電動勢，所述磁場變化由于設置在通過旋轉軸線旋轉的第二圓盤上的所述多個第二永磁鐵的運動而產生；以及多個空氣線圈，所述多個空氣線圈設置在所述多個用于發電機的電磁鐵之間；其中所述第一永磁鐵放置成使得由穿過所述第一圓盤中心和所述第一永磁鐵中心的直線與在所述第一永磁鐵的磁極平面中心的垂直線形成的角度范圍大于0°且小于60°，由此，當恒定直流電流持續供應到所述第一線圈時，沿反向旋轉的第一圓盤的旋轉角度范圍變窄、而轉矩值大的大值窄角度轉矩和圓盤沿正向旋轉的所述第一圓盤的旋轉角度范圍被擴大、而轉矩值小的小值寬角度轉矩產生在所述第一永磁鐵的旋轉角度與電磁轉矩的特征曲線中，所述電磁轉矩由所述第一線圈的電流和所述第一永磁鐵產生，所述第一永磁鐵的旋轉角度是相對于基于第一磁芯的穩定平衡運行狀態中的第一永磁鐵測量的，起動轉矩在穩定平衡運行狀態中變為零，所述起動轉矩通過在沒有電力饋送到所述第一線圈期間所述第一磁芯與所述永磁鐵之間的磁吸力而產生，且當產生大值窄角度轉矩時、或當產生小值寬角度轉矩時，執行將電力從電池饋送到所述第一線圈，以及至少一部分感應電動勢充電到所述電池，所述感應電動勢通過所述第二永磁鐵隨著所述第二圓盤的旋轉的運動而在空氣線圈中產生。根據權利要求2的電動發電機是為提供所述電動發電機，其中，所述第二永磁鐵固定成使得穿過所述第二圓盤的中心和所述第二永磁鐵的中心的直線與垂直于所述第二永磁鐵的磁面中心的直線處的角度設為0°。根據權利要求3的電動發電機是為提供所述電動發電機，其中，兩個第一圓盤和兩個第二圓盤分別固定到所述旋轉軸線，設置在一個第一圓盤中的第一永磁鐵的極性與設置在另一個第一圓盤中的第一永磁鐵的極性彼此相反，設置在一個第二圓盤中的第二永磁鐵的極性與設置在另一個第二圓盤中的第二永磁鐵的極性彼此相反，第一磁芯被連接成使得所述第一磁芯的一端相應于設置在一個第一圓盤中的第一永磁鐵，而所述第一磁芯的另一端相應于設置在另一個第一圓盤中的第一永磁鐵，以及第二磁芯被連接成使得所述第二磁芯的一端相應于設置在一個第二圓盤中的第二永磁鐵，而所述第二磁芯的另一端相應于設置在另一個第二圓盤中的第二永磁鐵。根據權利要求4的電動發電機是為提供所述電動發電機，其中，所述第一框架、所述第二框架、所述第一圓盤和所述第二圓盤由非金屬材料制成。發明效果根據權利要求I的發明由于空氣線圈設置在用于發電機的電磁鐵之間，且感應電動勢可充入將電力供應到用于電動機的電磁鐵的電池中，因此可在應用電流的同時限制電池消耗的電力。此外，由于使用空氣線圈，相對于常規線圈，可有效地獲取電力而無任何阻抗或負載。此外，在產生大值窄角度轉矩時，當電力被供應到第一線圈時，可用小電力獲得大轉矩。在產生小值寬角度轉矩時，當電源被供應到第一線圈時，可增加饋送時間。因此，即使在電流穿過第一線圈中需要增加和減少的時間由于包括第一磁芯和第一線圈的電磁鐵的自感應而加長，也可增加穿過第一線圈的電流。根據權利要求2的發明由于板狀第二永磁鐵固定成使得穿過第二圓盤的中心和第二永磁鐵的中心的直線與垂直于第二永磁鐵的磁面中心的直線處的角度設為0°，所以通過用于發電機的電磁鐵和空氣線圈產生的電源的時間可加長。
根據權利要求3的發明電動發電機具有兩個第一圓盤，設置在一個第一圓盤中的第一永磁鐵的極性與設置在另一個第一圓盤中的第一永磁鐵的極性彼此相反，第一磁芯被連接成使得第一磁芯的一端相應于設置在一個第一圓盤中的第一永磁鐵，而第一磁芯的另一端相應于設置在另一個第一圓盤中的第一永磁鐵。因此，在第一磁芯的兩個端部上產生的磁力都可用于所述第一圓盤的旋轉，可加強電能到動能的能量轉換。根據權利要求4的發明由于第一框架、第二框架、第一圓盤和第二圓盤由非金屬材料制成，可減少芯損失，可加強電能到動能的能量轉換。附圖
簡要說明圖I是示出本發明的電動發電機的結構的平面圖。圖2是示出沿圖I的電動發電機的線A-A截取的剖切狀態的示意圖。圖3是示出沿圖I的電動發電機的線B-B截取的剖切狀態的示意圖。圖4是示出當電力沒被供應到用于電動機的電磁鐵時0 -T特征的示意圖。圖5是示出當恒定直流電流被供應到用于電動機的電磁鐵時0 -T特征的示意圖。圖6是當利用小值寬角度轉矩時，在沒有電力饋送到用于電動機的電磁鐵期間，在穩定平衡運行狀態中以直線方式示出的第一永磁鐵、用于電動機的電磁鐵、位置檢測圓盤的涂顏色區域和透明區域、以及位置檢測傳感器之間的位置關系的示意圖。圖7是設置在涂顏色區域中的透明窗區域R的示意圖。圖8是當利用大值窄角度轉矩時，在沒有電力饋送到用于電動機的電磁鐵期間，在穩定平衡運行狀態中以直線方式示出的第一永磁鐵、用于電動機的電磁鐵、位置檢測圓盤的涂顏色區域和透明區域、以及位置檢測傳感器之間的位置關系的示意圖。
具體實施例方式下面將參照附圖描述本發明的電動發電機I。如圖I至3所示，本發明的電動發電機I包括第一旋轉本體2、支承所述第一旋轉本體2的第一框架3、第二旋轉本體4以及支承所述第二旋轉本體4的第二框架5。第一旋轉本體2具有其中兩個第一圓盤21和22、一個圓盤23、以及一個位置檢測圓盤24以預定間隔固定到軸6，同時在其之間插入墊圈60的結構，軸6構成旋轉軸線。每個第一圓盤21和22的表面之一中，在第一圓盤21和22的外周以等間隔設置四個第一永磁鐵7和7a。另一方面，第一框架3中，用于電動機的四個電磁鐵8通過對應四組第一永磁鐵7的第一支承件3a固定，每組第一永磁鐵包括兩個第一永磁鐵7。用于電動機的電磁鐵8的一個磁極相應于第一圓盤21的第一永磁鐵7 (兩組第一永磁鐵7中一組，其中，一組包括兩個第一永磁鐵7)，而用于電動機的電磁鐵8的另一磁極相應于第一圓盤22的永磁鐵7a(另一組第一永磁鐵7，其中，一組包括兩個第一永磁鐵7)。第一永磁鐵7形成為板形，其中，磁極形成在表面和后側，且具體來說，第一永磁鐵7是諸如釹磁鐵的稀土磁鐵。其中N極和S極形成在表面和后側的第一永磁鐵7的使用擴展到每個磁極平面，這使得電動機的旋轉本體2的旋轉轉矩加強。如圖I所不,第一永磁鐵7和7a嵌入第一圓盤21和22幾個毫米。對于將第一永磁鐵7和7a固定到第一圓盤21和22的方法沒有特別的限制，但是第一永磁鐵7和7a可通過安裝五金件適當地固定到第一圓盤21和22。
如圖2所示，第一永磁鐵7和7a固定成使得當從第一圓盤21和22的中心0觀察時，角度a范圍設置成0° < a <60°，角度a為從第一圓盤21和22 (第一旋轉本體2)的中心0穿到第一永磁鐵7和7a的中心P的直線LI與沿第一永磁鐵7和7a的磁極方向(即垂直于第一永磁鐵7和7a的表面或后側)的直線L2彼此交叉形成的。第一永磁鐵7和7a中，沿第一圓盤21和22外部方向的磁極平面的極性與用于電動機的電磁鐵8的相對于第一永磁鐵7和7a的磁極的極性相同。沿設置在第一圓盤21中的四個第一永磁鐵7的每個的外部方向(或內部方向)的磁極平面的極性與沿設置在第一圓盤22中的四個第一永磁鐵7a的每個的外部方向(或內部方向)的磁極平面的極性是相反的。具體來說，在設置在第一圓盤21中的第一永磁鐵7中，N極的磁極平面朝向第一圓盤21的外部定向，且在設置在第一圓盤22中的第一永磁鐵7a中，S極的磁極平面朝向第一圓盤22的外部定向。這是因為用于電動機的電磁鐵8的兩個磁極的極性彼此不同。用于電動機的電磁鐵8的磁極之一相對于第一圓盤21的第一永磁鐵7外部的磁極平面，而用于電動機的電磁鐵8的另一磁極相對于第一圓盤22的第一永磁鐵7a外部的磁極平面。因此，第一圓盤21的第一永磁鐵7的相對于用于電動機的電磁鐵8的磁極之一的磁極平面的極性與第一圓盤22的第一永磁鐵7a的相對于用于電動機的電磁鐵8的另一磁極的磁極平面的極性不同。兩個第一圓盤21和22通過墊圈60重疊并固定，使得沿包括在第一圓盤21和22中的第一永磁鐵7和7a的周向方向的位置變得彼此相同。因此，電動發電機I總體包括四組第一永磁鐵7和7a，其中，一組包括兩個永磁鐵，即，總共八個第一永磁鐵7和7a。另一方面，電動發電機I總體包括四個用于電動機的電磁鐵8。如上所述，通過墊圈60沿電動發電機I的軸向方向以此順序固定一個第一圓盤21、另一第一圓盤22、以及圓盤23。位置檢測圓盤24固定到中心第一圓盤22使得與第一圓盤22同軸。位置檢測圓盤24用于檢測第一永磁鐵7和7a的旋轉位置(旋轉角度)。位置檢測圓盤24具有稍微大于第一圓盤21和22以及圓盤23的直徑的直徑，且位置檢測圓盤24由透明合成樹脂制成。從位置檢測圓盤24的圓盤22的外周邊緣突出的大直徑部分的預定區域包括被變黑以指定第一永磁鐵7和7a的旋轉位置的標記。位置檢測傳感器10通過支承件IOa附連到第一框架3。位置檢測傳感器10檢測位置檢測圓盤24的涂顏色區域(標記)以指定第一永磁鐵7和7a的旋轉位置(旋轉角度)。由此，通過指定第一永磁鐵7和7a的旋轉位置(旋轉角度)確定用于電動機的電磁鐵8的供電時間。第一框架3、支承件3a、墊圈60、以及支承件IOa由諸如合成樹脂的非金屬材料制成。第一圓盤21和22、圓盤23、以及位置檢測圓盤24的中心被軸6穿通，且軸6、第一圓盤21和22、圓盤23、以及位置檢測圓盤24被固定并作為第一旋轉本體2整體旋轉。如圖I所示，在第一旋轉本體2的外周邊緣部分中，粘結有膜11以覆蓋第一圓盤21、第一圓盤22、以及圓盤23的整個外周邊緣部分。第一旋轉本體2中的空氣被膜11密封。因此，當第一旋轉本體2旋轉時，由于內部空氣與第一旋轉本體2 —起旋轉，第一永磁鐵7和7a不承受由旋轉引起的空氣阻抗。因此，可減少第一旋轉本體2的空氣阻抗以改善電動發電機I的旋轉效率。膜11由對第一永磁鐵7和7a與用于電動機的電磁鐵8之間的電磁力的作用和反作用沒有影響的材料制成。例如，較佳地，薄合成樹脂膜用作膜11。如圖I和2所示，在用于電動機的電磁鐵8中，繞大致U形磁芯80纏繞線圈81，即，集中繞組。用于電動機的電磁鐵8中，具有不同極性的磁極通過電流穿過線圈81而形成在磁芯80的兩端部。用于電動機的電磁鐵8中，在磁芯80的兩端處產生具有不同極性的磁極。用于電動機的電磁鐵8的相應線圈81串聯、并聯、或串并聯地共同連接，且直流電源通過來自控制電路12的指令將電力供應到兩個端子。如圖I和2所不,用于電動機的電磁鐵8對應于第一永磁鐵7和7a組,其中，一組包括兩個永磁鐵且兩個磁極以兩級設置在第一圓盤21和22中，且用于電動機的電磁鐵8以預定間隙長度布置。如上所述，用于電動機的電磁鐵8的磁極的極性和第一永磁鐵7的相對于用于電動機的電磁鐵8的每個磁極的磁極平面的極性彼此相同，且在第一圓盤21與第二圓盤22之間，設置在第一圓盤21的第一永磁鐵7的磁極平面的極性和設置在第一圓盤22中的第一永磁鐵7a的極性相反。電動發電機I中，第一旋轉本體2具有兩級構造，其中設有固定到第一圓盤21的第一永磁鐵7和固定到第一圓盤22的第一永磁鐵7a,用于電動機的電磁鐵8形成U形，且兩個磁極分別對應于兩級第一永磁鐵7和第一永磁鐵7a。第一永磁鐵7和第一永磁鐵7a的磁通量都被利用以旋轉第一旋轉本體2，這使得能夠提高電動發電機I的電能-機械能能量的轉換效率。用于電動機的電磁鐵8固定到第一框架3，使得當從第一圓盤21的中心0的方向觀察時，角度P變成0° < P <20°，角度P為連接第一圓盤21和22 (第一旋轉本體2)的中心0和用于電動機的電磁鐵8的中心的直線(未示出)與用于電動機的電磁鐵8的磁通量中心軸線(未示出)彼此交叉形成的。當P設置成該范圍時，與P = 0的情形相比，得出e-轉矩特征(其將在下文中描述)的效果變化。圖I和2示出P = 0的狀態。第一框架3具有作為軸線中心的軸6，且第一框架3可旋轉地支承第一旋轉本體2。用于電動機的電磁鐵8和位置檢測傳感器10固定到第一框架3。如圖I所示，第一框架3包括以預定間隔彼此相對聯接的兩個框架板30。兩個框架板30中的每個具有大于第一旋轉本體2的最大直徑(即位置檢測圓盤24的直徑)的直徑。雖然未示出，在支承每個框架板30的軸6的軸線的位置處設有軸承。任何傳感器都可用作位置檢測傳感器10，只要該傳感器可檢測與第一圓盤21 —起旋轉的位置檢測圓盤24的位置(旋轉角度)。例如，光電斷路器可用作位置檢測傳感器10。位置檢測傳感器10連接到控制電路12，控制電路12將電力從電池(直流電源)13供應到用于電動機的電磁鐵8的線圈81，且位置檢測傳感器10將對用于電動機的電磁鐵8的線圈81進行饋電的計時提供到控制電路12。本實施例中的位置檢測傳感器10在檢測透明區域的同時，將指示被檢測的位置檢測圓盤24的透明區域(不涂顏色(標記)的部分)的檢測信號傳遞到控制電路12。在從位置檢測傳感器10接收到檢測信號時，控制電路12將電池13的直流電供應到用于電動機的電磁鐵8的線圈81。具體來說，例如，位置檢測傳感器10的光電斷路器接收光電信號時,控制電路12打開開關(未不出)以執行到用于電動機的電磁鐵8的線圈81的電力饋送，而光電斷路器沒接收光電信號時，控制電路12關閉開關以停止電力饋送。涂顏色區域(標記)設置在從第一圓盤22的外周邊緣突出的位置檢測圓盤24的環狀大直徑部分中。在執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的線圈81時，當位置檢測傳感器10通過調整涂顏色區域的位置來檢測涂顏色區域時，可沿第一旋轉本體2 (第一圓盤21)的反轉方向(圖2中順時針方向)產生轉矩。位置檢測傳感器10檢測涂顏色區域(標記)以停止向用于電動機的電磁鐵8的線圈81饋送電力，這使得能夠沿第一旋轉本體2的反轉方向產生轉矩。雖然沒有詳細描述控制電路12，其中用于電動機的電磁鐵8的線圈81的能量不被電阻消耗、而是能量再生成電源的電路類型優選用作電路12。例如，其中通常用在SRM (開關磁阻電動機)中的僅兩個自滅弧構件的電路可用作電路12。接下來，下文將參照附圖描述本電動發電機的發電機側。如圖I和3所示，第二旋轉本體4具有這樣的結構，該結構中兩個第二圓盤41和42以預定間隔可旋轉地固定到軸6，當在兩個第二圓盤之間插入墊圈60時，軸6是相同的旋轉軸線。在第二圓盤41和42中每個的表面之一中，沿第二圓盤41和42的外周以等間隔設置四個第二永磁鐵14和14a。另一方面，第二框架5中，用于發電機的四個電磁鐵9通過對應四組第二永磁鐵14的第二支承件5a固定，四組第二永磁鐵中每組包括兩個永磁鐵14。用于發電機的電磁鐵9的磁極之一對應于第二圓盤41的第二永磁鐵14(兩組永磁鐵14中一組,其中一組包括兩個第二永磁鐵14),而用于發電機的電磁鐵9的另一磁極對應于另一個第二圓盤42的永磁鐵14a(另一組永磁鐵14，其中一組包括兩個第一永磁鐵14)。第二永磁鐵14形成為板狀，其中磁極形成在表面和后側中，第二永磁鐵14的寬度大于第一永磁鐵7的寬度。第二永磁鐵7是諸如釹磁鐵的稀土磁鐵，如第一永磁鐵7 —樣。其中N極和S極形成在表面和后側中的第二永磁鐵14的使用擴展到每個磁極平面，這使得能夠延長發電機的發電時間。且，如圖I所示，第二永磁鐵14和14a嵌入第二圓盤41和42幾個毫米。對于固定第二永磁鐵7和7a的方法，沒有特別的限制，但是，第二永磁鐵14和14a可適當地通過安裝五金件固定到第二圓盤41和42。如圖3所示，第二永磁鐵14和14a固定成使得當從第二圓盤21和22的中心0觀察時，角度范圍設置成0°，該角度為從第二圓盤41和42 (第二旋轉本體4)的中心0穿到第二永磁鐵14和14a的中心Q的直線L3與沿第二永磁鐵14和14a的磁極方向(即垂直于第二永磁鐵14和14a的表面或后側)的直線L4彼此重疊形成的。由此，更延長發電時間。第二永磁鐵14和14a中，沿第一圓盤41和42的外部方向的磁極平面的極性與相對于用于發電機的電磁鐵9的第二永磁鐵14和14a的磁極的極性相同。沿設置在第二圓盤41中的四個第二永磁鐵14的每個的外部方向(或內部方向)的磁極平面的極性和沿設置在第一圓盤42中的四個第二永磁鐵14a的每個的外部方向(或內部方向)的磁極平面的極性是相反的。具體來說，在設置在第二圓盤41中的第二永磁鐵14中，N極的磁極平面朝向的第二圓盤41的外部定向，且在設置在第二圓盤42中的第二永磁鐵14a中，S極的磁極平面朝向第二圓盤42的外部定向。這是因為用于發電機的電磁鐵9的兩個磁極的極性彼此不同。用于發電機的電磁鐵9的磁極之一相對于第一圓盤41的第二永磁鐵14外部磁極平面,而用于發電機的電磁鐵9的另一磁極相對于第一圓盤42的第二永磁鐵14a外部磁極平面。因此，第二圓盤41的第二永磁鐵14的相對于用于發電機的電磁鐵9的磁極之一的磁極平面的極性與第二圓盤42的第二永磁鐵14a的相對于用于發電機的電磁鐵9的另一磁極的磁極平面的極性不同。兩個第二圓盤41和42通過墊圈60重疊并固定，使得沿包括在第二圓盤41和42中的第二永磁鐵14和14a的周向方向的位置彼此相同。因此，電動發電機I的發電機側整體包括四組第二永磁鐵14和14a，其中，一組包括兩個永磁鐵，即，總共八個第二永磁鐵14和14a。另一方面，電動發電機I的發電機側總體包括四個用于發電機的電磁鐵9。
第二圓盤41和42以及圓盤43的中心被軸6穿通，且軸6、第二圓盤41和42以及圓盤43被固定并作為第二旋轉本體4整體旋轉。由于第二旋轉本體4固定到與第一旋轉本體2相同的軸6，第二旋轉本體4隨著第一旋轉本體2的旋轉而旋轉。如圖I所示，在第二旋轉本體4的外周邊緣部分中，粘結有膜11以覆蓋第二圓盤41、第二圓盤42、以及圓盤43的整個外周邊緣部分。第二旋轉本體4中的空氣被膜11密封。因此，當第二旋轉本體4旋轉時，由于內部空氣與第二旋轉本體4 一起旋轉，第二永磁鐵14和14a不承受由旋轉導致的空氣阻抗。因此，可減少第二旋轉本體4的空氣阻抗以提高電動發電機I的發電機側的旋轉效率。用于電動機的電磁鐵9中，繞大致U形磁芯90纏繞線圈91，S卩，如用于電動機的電磁鐵8中的集中繞組。用于發電機的電磁鐵9對應于第二永磁鐵14和14a組，其中磁芯90的相應端部以兩級設置在第二圓盤41和42中，且用于發電機的電磁鐵9以預定間隙長度布置。用于發電機的電磁鐵9中，圍繞包括磁芯90的線圈91的磁場隨著第二永磁鐵14和14a的通過第二旋轉本體旋轉的運動而變化。因此，通過電磁感應，在線圈91的兩端處都產生感應電動勢。即，線圈91是交流電壓輸出線圈。用于發電機的電磁鐵9的相應線圈91串聯、并聯、或串并聯地適當連接，并構成要連接到交流燈、交流電動機或其他各種不同 的交流耗電設備的單相線圈或多相線圈。此外，交流電壓可整流成要連接到直流耗電設備的直流電壓。如圖I和3所示，電動發電機I的發電機側中，相應于以兩級設置在兩個第二圓盤41和42中的第二永磁鐵14和14a組，在用于電動機的四個電磁鐵9之間以預定間隙長度設置有相應的兩個空氣線圈15。雖然在圖I中沒有用于解釋的詳細描述，這些空氣線圈15如用于發電機的電磁鐵9 一樣固定在第二支承件5a中。空氣線圈15中，圍繞空氣線圈15的磁場隨著第二永磁鐵14和14a的通過第二旋轉本體旋轉的運動而變化，且通過電磁感應產生感應電動勢。感應電動勢的一部分，例如，通過將交流電整流成直流電的整流器(未示出)充入電池13。由此，可限制由將直流電供應到用于電動機的電磁鐵9的電池13消耗的電力。此外，由于使用空氣線圈15而不是常規的線圈，由于沒有阻抗，因此可有效地產生電力而無負載。而且，不用于給電池13充電的電力例如用于各種不同的交流耗電設備，諸如交流電燈，交流電動機等。下面描述根據本發明的電動發電機I的起動。如上所述(見圖3)，第一永磁鐵7和7a中，當從第一圓盤21和22的中心0觀察時，角度a范圍設置成0° < a <60°，角度a為穿過第一圓盤21和22 (第一旋轉本體2)的中心0和第一永磁鐵7和7a的中心P的直線LI與沿第一永磁鐵7和7a的磁極方向(即垂直于第一永磁鐵7和7a的表面或后偵U的直線L2彼此交叉形成的。當第一永磁鐵7和7a的傾斜度設置成如上所述時，獲得圖4的0-T特征。此時，0是當沿第一旋轉本體2 (第一圓盤21和22)的正向旋轉方向(圖3中的逆時針方向)測量時,從用于電動機8的中心到第一永磁鐵7和7a的中心的機械角度，而T是起動轉矩(齒槽轉矩)，起動轉矩是在沒有執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的線圈81時，通過磁芯80與第一永磁鐵7和7a之間的吸力沿正向旋轉方向產生的轉矩。如可從圖4中看到的，在0 = 0°的狀態中，即，在第一永磁鐵7的中心位于用于電動機的電磁鐵8的中心前部的狀態，起動轉矩變為零，且起動轉矩是0的狀態是其中第一圓盤21停止的穩定平衡點。
另一方面，假設T是沿第一圓盤21的正向旋轉方向的電磁轉矩，在使用直流電源(電池)13將例如I. 90A的直流電流供應到用于電動機的電磁鐵8的線圈81時，該電磁轉矩在用于電動機的電磁鐵8與第一永磁鐵7之間產生，獲得圖5所示的0-T特征。當供應到用于電動機的電磁鐵8的電流變化時，穩定平衡點和不穩定平衡點被改變。穩定平衡點和不穩定平衡點意思分別是其中第一永磁鐵7和7a相對于用于電動機的電磁鐵8位于穩定平衡狀態的一個位置(點)，和其中第一永磁鐵7和7a位于不穩定平衡狀態的一個位置(點)。穩定平衡狀態和不穩定平衡狀態中，平衡都建立在用于電動機的電磁鐵8和第一永磁鐵7的吸力與排斥力之間。穩定平衡狀態中，即使第一圓盤21沿任何方向旋轉，也通過用于電動機的電磁鐵8和第一永磁鐵7的磁力沿與旋轉方向相反的方向施加力，且第一圓盤21返回穩定平衡狀態。另一方面，不穩定平衡狀態中，當第一圓盤21沿任何方向旋轉時，通過用于電動機的電磁鐵8和第一永磁鐵7的磁力沿第一圓盤21的旋轉方向施加力，且第一圓盤21不返回到不穩定平衡狀態。如圖5所示，穩定平衡點位于0 =-20°、0 = 70°，而不穩定平衡點位于0= -80°、0 = 10°。在30°角度寬度處，電磁轉矩T變為負數，而在角度寬度60°處，電磁轉矩T變為正數。由于電磁轉矩T的平均值變為零，如圖5所示，在電磁轉矩T變成負數 的部分中，角度寬度變窄而電磁轉矩T的絕對值增加。下文中，在電磁轉矩T變成負數的部分中，電磁轉矩T被稱為“大值窄角度轉矩”。另一方面，在電磁轉矩T變成正數的部分中，角度寬度擴展而電磁轉矩T的絕對值減小。下文中，在電磁轉矩T變成正數的部分中，電磁轉矩T被稱為“小值寬角度轉矩”。下面討論小值寬角度轉矩的利用。圖6是在沒有電力饋送到用于電動機的電磁鐵8期間，在穩定平衡狀態中(即，在起動轉矩變為零而第一圓盤21和22停止的狀態中)，以直線方式排列的第一永磁鐵7、用于電動機的電磁鐵8、位置檢測圓盤24的涂顏色區域和透明區域、以及位置檢測傳感器10之間的位置關系。圖6中，角度P是在用于電動機的電磁鐵8的前面設成0°時壓在諸如第一框架3的定子上的角度，而第一旋轉本體2 (第一圓盤21和22)的轉子的正向旋轉設置成正方向。正向旋轉區域和反向旋轉區域相對于用于電動機的電磁鐵8S卩，角度0固定。正向旋轉區域中，當第一永磁鐵7和7a根據第一圓盤21和22的旋轉而運動并位于正向旋轉區域中時，在第一圓盤21和22中，沿正向旋轉方向產生電磁轉矩T。即，圖6的正向旋轉區域相應于圖5中產生“小值寬角度轉矩”的0角度范圍。反向旋轉區域中，當第一永磁鐵7和7a根據第一圓盤21和22的旋轉而運動并位于反向旋轉區域中時，在第一圓盤21和22中，沿反向旋轉方向產生電磁轉矩T。S卩，圖6的反向旋轉區域相應于圖5中產生“大值窄角度轉矩”的0角度范圍。圖6的左方向是第一圓盤21的正向旋轉方向，當第一永磁鐵7向左運動時，位置檢測圓盤24的涂顏色區域和透明區域向左運動。正向旋轉區域的角度寬度和透明區域的角度寬度都設成60° ,而反向旋轉區域的角度寬度和涂顏色區域的角度寬度都設成30°。正向旋轉區域和反向旋轉區域以及透明區域和涂顏色區域是連續的，正向旋轉區域與透明區域以30°間隔存在，而反向旋轉區域與涂顏色區域以60°間隔存在。位置檢測圓盤24和位置檢測傳感器10設置成使得當第一永磁鐵7和7a位于反向旋轉區域中時，位置傳感器10位于涂顏色區域中，并使得當第一永磁鐵7和7a位于正向旋轉區域中時，位置檢測傳感器10位于透明區域中。圖6實施例中，位置檢測傳感器10位于P =50°。
如圖6所示，在沒有執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的穩定平衡狀態中，第一永磁鐵7位于反向旋轉區域中，且位置檢測圓盤24的位置檢測傳感器10執行感應涂顏色區域。因為位置檢測傳感器10將檢測信號傳遞到控制電路12，控制電路12不將電力從電池供應到用于電動機的電磁鐵8。因此，需要某種類型的想法以旋轉第一圓盤21來從其中沒有執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的穩定狀態起動電動發電機I。用于起動電動發電機I的想法粗略分成用于在沒有電力饋送到正向旋轉區域過程中移動穩定平衡點的第一方法，以及在起動中，用于暫時且強制地將第一永磁鐵7移動到正向旋轉區域的第二方法。用于在沒有電力饋送到正向旋轉區域期間移動穩定平衡點的第一方法中，用于電動機的電磁鐵8相對于第一永磁鐵7和7a放置成使得在由于沒有將電力供應到用于電動機的電磁鐵8的線圈81，而在具有零起動轉矩的穩定平衡狀態中停止第一圓盤21和22中，用于電動機的電磁鐵8與第一永磁鐵7之間的位置關系變成這樣的關系即其中，在起動將電力供應到用于電動機的電磁鐵8的線圈81中，沿第一圓盤21和22的正方向的轉矩僅以第一圓盤21和22的預定旋轉角度持續地產生。S卩，起動轉矩(9-T特征)通過從目前位置(即其中，用于電動機的電磁鐵8與用于電動機的電磁鐵8以90°分開，由此第一電磁鐵 和7a位于穩定平衡狀態中的正向旋轉區域的位置)移動用于電動機的電磁鐵8(8a)而改變。當第一永磁鐵7和7a位于正向旋轉區域中，因為位置檢測傳感器10的感應位置在透明區域中，開始電力饋送以起動第一圓盤21和22 ( S卩，電動發電機I的電動機側)，使得電動發電機I能夠正向旋轉。例如，起動轉矩(0-T特征)改變成使得臨近用于電動機的電磁鐵8的第一永磁鐵7以P = 11°位于穩定平衡狀態中。此時，如圖6所示，第一永磁鐵7和7a包括在正向旋轉區域中，而位置檢測傳感器10的感應位置包括在透明區域中。正向旋轉區域沿第一圓盤21的正向旋轉方向在70° -11° =59°的范圍上存在，且透明區域也在59°范圍上存在。因此，當第一圓盤21和22轉過59°時，執行將電力源饋送到用于電動機的電磁鐵8，且第一圓盤21和22正向旋轉。當第一圓盤21和22的旋轉角度達到60°變成P =71°時，第一永磁鐵7和7a包括在反向旋轉區域中。但是，因為位置檢測傳感器10的感應位置也包括在涂顏色區域中，所以停止將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8。因此，由用于電動機的電磁鐵8產生的電磁轉矩T變成零，且出現起動轉矩T。在反向旋轉區域中，起動轉矩T大致具有正值，而慣性力矩存在于第一圓盤21和22，由此繼續第一圓盤21和22的正向旋轉。當第一永磁鐵7和7a穿過具有30°角度寬度的反向旋轉區域時，第一永磁鐵7和7a再次進入具有60°角度寬度的正向旋轉區域，由此繼續第一圓盤21和22的正向旋轉。在起動轉矩T的穩定平衡狀態中，其中沒有執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8，為了使臨近用于電動機的電磁鐵8的第一永磁鐵7和7a位于P =11°，需要兩個電磁鐵8沿第一圓盤21和22的正向旋轉方向移動22°。因此，需要將用于電動機的電磁鐵8從@ =90°的位置移到P =112°的位置。不管怎樣，當設置用于電動機的兩個電磁鐵8和用于電動機的兩個電磁鐵8 (8a)時，P = 112°變成合適的位置。另一方面，在起動中用于暫時且強制地將第一永磁鐵7移動到正向旋轉區域的第二方法包括不管是否用位置檢測傳感器10檢測涂顏色區域，用于暫時地執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的方法(2-1);以及用于在涂顏色區域中提供窄透明區域的方法(2-2)。不管是否用位置檢測傳感器10檢測涂顏色區域，用于暫時地執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的方法(2-1)，例如，通過增加控制電路(未示出)到電路12來實現，電路12將直流電源的電力供應到用于電動機的電磁鐵8。當按壓按鈕B(未示出)時，電路12a將直流電源的電力供應到用于電動機的電磁鐵8僅一預定期間。更具體來說，在電動發電機I的起動中，通過按壓按鈕B來執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8，停止在圖6中的穩定平衡狀態中的第一圓盤21和22 (第一永磁鐵7和7a)暫時沿反方向旋轉，位于反向旋轉區域中的第一永磁鐵7和7a移到到正向旋轉區域，且第一圓盤21和22在正向旋轉區域中的變成正向旋轉，而第一永磁鐵7和7a沿反向旋轉方向不直接到達反向旋轉區域。即，當按壓按鈕B時，第一圓盤21和22反向旋轉，第一永磁鐵7和7a到達正向旋轉區域，且執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8 —期間(旋轉角度)，該期間是在第一永磁鐵7和7a在正向旋轉區域時，第一圓盤21和22變成正向旋轉所需要的期間。用于在涂顏色區域中提供窄透明區域的方法(2-2)中，在其中第一圓盤21停止在具有起動轉矩T而沒有將電力供應到用于電動機的電磁鐵8的線圈81的穩定平衡狀態的狀態中，具有預定寬度的透明區域設置在傳感器10的感應位置中的位置檢測圓盤24中。即，如圖7所示，具有預定角度寬度的透明窗區域R設置在具有角度寬度為30°的涂顏色區域中。透明窗區域R具有沿第一圓盤22(位置檢測圓盤24)的正向旋轉方向的、從位置檢測傳感器10的中心感應位置開始的寬度。因為透明窗區域R位于位置檢測傳感器10的感應位置，當運行控制電路12時，立即執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的線圈81 —定期間(旋轉角度)。如上所述，通過執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8，第一圓盤21和22 (第一永磁鐵7和7a)沿反方向旋轉，位于反向旋轉區域的第一永磁鐵7和7a移到到正向旋轉區域，且在第一永磁鐵7和7a沒沿反向旋轉方向到達反向旋轉區域時，在正向旋轉區域中，第一圓盤21變成正向旋轉。因此，透明窗區域R具有其中執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8 一所需期間的角度寬度。在所需期間中，第一圓盤21和22反向旋轉，第一永磁鐵7和7a到達正向旋轉區域，且在第一永磁鐵7和7a存在于正向旋轉區域時，第一圓盤21和22變成正向旋轉。在平常的旋轉過程中，由于位置檢測傳感器10的不良瞬態特征，沒有檢測到透明窗口區域R且不產生控制操作。下面將討論大值窄角度轉矩的利用。此時，當透明區域變成圖6中的涂顏色區域時，需要將位置檢測圓盤24的涂顏色區域變成透明區域，圖6示出利用小值寬角度轉矩的位置檢測圓盤24和位置檢測傳感器10的設定。圖8示出其中已經完成改變的狀態。圖8示出在沒有電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的過程中的穩定平衡狀態(即，其中起動轉矩變為零而第一圓盤21和22停止的狀態)。如圖8所不,第一永磁鐵7和7a存在于反向旋轉區域，且位置檢測傳感器10存在于透明區域。因此，位置檢測傳感器10將檢測信號傳遞到控制電路12，且控制電路12將電力從電池13供應到用于電動機的電磁鐵8，由此沿反向旋轉方向旋轉電動發電機I。當利用大值窄角度轉矩時，不需要用于起動電動發電機I的特別想法。但是，當用于電動機的電磁鐵8(8a)從固定位置稍微移動時，必須注意在沒有電力饋送的過程中，第一永磁鐵7和7a不移動到穩定平衡狀態中的反向旋轉區域的外部。根據如上所述的本發明的電動發電機1，在第一旋轉本體2用作電動機時，在發電機側的第二旋轉本體4(第二圓盤41和42)通過在電動機側中的第一旋轉本體2(第一圓盤21和22)的旋轉而旋轉。由此，根據分別設置在第二圓盤41和42中的第二永磁鐵14和14a的運動，通過繞安裝在發電機側的電磁鐵9和空氣線圈15的磁場變化，用電池感應產生感應電動勢。根據本發明的電動發電機I，由用于發電機的電磁鐵9產生的電力可用于交流耗電設備，而由空氣線圈產生的電力的一部分充電在電池中。本發明的實施例中，在該實施例中使用用于電動機的四個電磁鐵8和用于發電機的四個電磁鐵9，電磁鐵的數量不受限制，而是可適當地變化。但是，較佳地，用于電動機的電磁鐵8的數量或用于發電機的電磁鐵9的數量確定成使得在用于電動機的相鄰的電磁鐵8之間，或用于發電機的電磁鐵9之間不產生電磁耦合。且，在上述實施例中，以兩級設置兩個第一圓盤21和22以及兩個第二圓盤41和42,可在一級中設置第一圓盤21和第二圓盤41。但是，較佳的是兩級構造以加強電動發電機I作為電動機的能量效率。本實施例中，在電磁轉矩T變成圖5中的正值時，即產生小值寬角度轉矩時，執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的線圈81。但是，本發明不限于本實施例，例如，在電磁轉矩T變成負值時，即產生大值窄角度轉矩時，可執行將電力饋送到用于電動機的電磁鐵8的線圈81。雖然已經為說明目的描述了本發明的較佳實施方式，本領域的技術人員將理解各種變型、添加以及替換是可能的，而不脫離所附權利要求書中所公開的本發明的范圍和精神。工業應用性例如，本發明可應用到可將直流電有效地轉換成用于家用器具的交流電的電動發電機。
權利要求
1.ー種電動發電機,包括 第一框架； 第一圓盤，所述第一圓盤通過旋轉軸線可旋轉地附連到所述第一框架； 第二框架； 第二圓盤，所述第二圓盤通過所述旋轉軸線可旋轉地附連到所述第二框架； 多個第一永磁鐵，所述多個第一永磁鐵圍繞所述第一圓盤以等間隔設置在所述第一圓盤上，磁極形成在所述第一永磁鐵的表面和后側中； 多個板狀、寬寬度第二永磁鐵，所述多個第二永磁鐵圍繞所述第二圓盤以等間隔設置在所述第二圓盤上，磁極形成在所述第二永磁鐵的表面和后側中； 多個用于電動機的電磁鐵，所述多個用于電動機的電磁鐵具有第一磁芯和第一線圈，所述第一磁芯隨著所述多個第一永磁鐵固定到所述第一框架，所述第一線圈圍繞每個所述第一磁芯纏繞； 電池，所述電池將直流電供應到所述第一線圈以旋轉所述第一圓盤； 多個用于發電機的電磁鐵，所述多個用于發電機的電磁鐵具有第二磁芯和第二線圈，所述第二磁芯隨著所述多個第二永磁鐵固定到所述第二框架，所述第二線圈圍繞所述第二磁芯纏繞，其中，所述第一圓盤通過作用在所述多個第二永磁鐵上的來自所述用于電動機的電磁鐵的磁力而旋轉，且所述用于發電機的電磁鐵通過圍繞所述第二線圈的磁場的變化而產生感應電動勢，所述磁場變化由于設置在通過旋轉軸線旋轉的第二圓盤上的所述多個第二永磁鐵的運動而產生； 多個空氣線圈，所述多個空氣線圈設置在所述多個用于發電機的電磁鐵之間； 其特征在于 所述第一永磁鐵放置成使得由穿過所述第一圓盤中心和所述第一永磁鐵中心的直線與在所述第一永磁鐵的磁極平面中心的垂直線形成的角度范圍大于0°且小于60°，由此，當恒定直流電流持續供應到所述第一線圈時，沿反向旋轉的第一圓盤的旋轉角度范圍變窄、而轉矩值大的大值窄角度轉矩和沿正向旋轉的所述第一圓盤的旋轉角度范圍被擴大、而轉矩值小的小值寬角度轉矩產生在所述第一永磁鐵的旋轉角度和電磁轉矩的特征曲線中，所述電磁轉矩由所述第一線圈的電流和所述第一永磁鐵產生，所述第一永磁鐵的旋轉角度是相對于基于第一磁芯的穩定平衡運行狀態中的第一永磁鐵測量的，起動轉矩在穩定平衡運行狀態中變為零，所述起動轉矩通過在沒有電カ饋送到所述第一線圈期間所述第一磁芯與所述永磁鐵之間的磁吸カ而產生，且當產生大值窄角度轉矩時、或當產生小值寬角度轉矩時，執行將電カ從電池饋送到所述第一線圈，以及 至少一部分感應電動勢充電到所述電池，所述感應電動勢通過所述第二永磁鐵隨著所述第二圓盤的旋轉的運動而在空氣線圈中產生。
2.如權利要求I所述的電動發電機，其特征在于，所述第二永磁鐵固定成使得穿過所述第ニ圓盤的中心和所述第二永磁鐵的中心的直線與垂直于所述第二永磁鐵的磁面中心的直線的角度設為0°。
3.如權利要求I或2所述的電動發電機，其特征在于 兩個第一圓盤和兩個第二圓盤分別固定到所述旋轉軸線， 設置在ー個第一圓盤中的所述第一永磁鐵的極性與設置在另ー個第一圓盤中的所述第一永磁鐵的極性彼此相反， 設置在一個第二圓盤中的所述第二永磁鐵的極性與設置在另一個第二圓盤中的所述第二永磁鐵的極性彼此相反， 所述第一磁芯被連接成使得所述第一磁芯的一端相應于設置在一個第一圓盤中的所述第一永磁鐵，而所述第一磁芯的另一端相應于設置在另一個第一圓盤中的所述第一永磁鐵，以及 所述第二磁芯被連接成使得所述第二磁芯的一端相應于設置在一個第二圓盤中的所述第二永磁鐵，而所述第二磁芯的另一端相應于設置在另一個第二圓盤中的所述第二永磁鐵。
4.如權利要求I至3中任一項所述的電動發電機，其特征在于 所述第一框架、所述第二框架、所述第一圓盤和所述第二圓盤由非金屬材料制成。
全文摘要
本發明提供一種電動發電機，其中，在用于發電機的電磁鐵之間設置空氣線圈，且可無負載地產生電力并充電到電池中，由此可節省電力。電動發電機包括設置在電動機側中第一圓盤(21)上的第一永磁鐵(7)，多個用于電動機的電磁鐵(8)，設置在發電機側中第二圓盤上的第二永磁鐵(8)，多個用于發電機的電磁鐵(9)，以及將直流電供應到用于電動機的電磁鐵、以旋轉第一圓盤(21)的電池(13)。空氣線圈(15)設置在用于發電機的電磁鐵(9)之間，且從空氣線圈(15)產生的電力的一部分充電在電池中。
文檔編號H02K47/04GK102983707SQ201210008009
公開日2013年3月20日 申請日期2012年1月11日 優先權日2011年9月2日
發明者上田義英, 太田松生 申請人:上田義英, 太田松生, 樸喆遠