盤型磁力平衡器的製作方法

2023-07-14 19:38:56

專利名稱：盤型磁力平衡器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動發電機的部件，特別是一種盤型磁力平衡器。
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。現有的發電機的基本原理都是導體切割磁力線而感應電動勢並產生電流，導體切割磁力線的過程需要消耗足夠的機械能，以克服裝嵌導體的軟鐵與磁鐵之間的吸力。只要仔細地去觀察，我們會發現ー個有趣的現象磁場的吸力效應並不能簡單地用經典力學去解釋，在不考慮磨擦力的前提下，若按照經典力學，轉子鐵被吸往定子磁鐵的 力與轉子鐵離開定子磁鐵的所需克服的力應該是方向相反、大小相等的，但實際上，這對看似大小相等的力卻是無法自己相互抵消的，因此發電機切割磁力線需要消耗大量的動能。然而，這對方向相反、大小相等的吸カ雖然不能自己相互抵消，卻可以用ー對方向相反、大小相等的磁場斥力將其抵消。本發明利用ー對方向相反、大小相等的磁場斥力去平衡ー對方向相反、大小相等的磁場吸力的原理，為發電機提供ー種可以抵消特定拓撲結構的定子與轉子之間吸カ的盤型磁力平衡器，使發電機可以不再依靠外部動カ而可以自行發電。

發明內容
本發明是這樣實現的一種盤型磁力平衡器，主要包括定子環(I)、轉盤(2)和「U」形磁鐵(3、4，7、8，11，12)，其特徵是定子環上固定有ー個或ー個以上徑向排列的「U」形磁鐵，轉盤上固定有ー個或ー個以上徑向排列的「U」形磁鐵，定子「U」形磁鐵的S磁極端與轉子「U」形磁鐵的S磁極端軸向相対，定子「U」形磁鐵的N磁極端與轉子「U」形磁鐵的N磁極端軸向相對，即定子的磁極與轉子的磁極設定為相斥的。所述「U」形磁鐵為電磁鐵或永久磁鐵。「U」形電磁鐵由「U」形鉄心和勵磁繞組組成，鉄心用軟鐵材料製成，如電エ純鐵、錳鋅鐵氧體、矽鋼片、單晶合金等。勵磁繞組用漆包線繞制而成，如漆包銅線、漆包鋁線、漆包合金線等。永久磁鐵為鐵氧體磁鐵或稀土磁鐵或橡膠磁鐵。所述磁力平衡器為電勵式盤型磁力平衡器或混勵式盤型磁力平衡器或永磁式盤磁力平衡器。電勵式盤型磁力平衡器的定子和轉子磁鐵都是「U」形電磁鉄，混勵式盤型磁力平衡器的定子磁鐵是「U」電磁鉄，轉子磁鐵是「U」永久磁鐵，而永磁式盤磁力平衡器的定子磁鐵和轉子磁鐵都是「U」形永久磁鐵。由於轉子「U」形磁鐵和定子「U」形磁鐵徑向設置，「U」形磁鐵的兩頭在空間上的位置為徑向，即S磁極與N磁極徑向排列，而「U」形磁鐵的兩個磁極端的方向則為軸向，因此轉子「U」形磁鐵的兩個磁極端與定子「U」形磁鐵的兩個磁極端是軸向相対的。由於定子「U」形磁鐵和轉子「U」形磁鐵徑向排列，兩者的磁極端軸向相斥時，對轉子產生的主要作用カ為垂直於軸面的切向扭カ矩和平行於軸的軸向推力。若定子磁鐵和轉子磁鐵不採用「U」形設計，兩極軸向排列、軸向相對，則容易產生ー個作用於轉子的軸向扭カ矩，使轉軸偏離軸心線，產生不利的影響。若干個定子「U」形電磁鐵直接固定在定子環上，或者，將若干個定子「U」形電磁鐵用卡環連成一個整體再固定在定子環上，或者，若干個定子「 U」形電磁鐵的鉄心做成ー個有若干對「U」形凸極的整體，在該鐵心上設若干勵磁繞組。若干個轉子「U」形電磁鐵直接固定在轉盤上，或者，將若干個轉子「U」形電磁鐵用卡環連成一個整體再固定在轉盤上，或者，若干個轉子「 U」形電磁鐵的鉄心做成ー個有若干對「U」形凸極的整體，在該鐵心上設若干勵磁繞組。由於若干個「U」形電磁鐵徑向排列吋，內側磁極的間距較小，為了加大內側磁極的間距，可將「U」形鉄心做成ー個外多極、內少極的整體，如鐵心外側有6個凸極，而內側只有3個凸扱。為了增強磁極之間的間隔效果，可在磁極之間充填導磁性能低的材料(亦稱 非導磁材料)。若干永久磁鐵直接固定在定子環或轉盤上，或者，若干永久磁鐵用卡環連成ー個整體，再固定在定子環或轉盤上，或者，若干永久磁鐵做成一個有多對凸極的整體，再固定在定子環或轉盤上，或者，永久磁鐵做成ー個外多極、內少極的整體，再固定在定子環或轉盤上。定子磁鐵與轉子磁鐵相斥的斥力是雙向的，當兩者靠近時，互相阻止對方靠近，當兩者離開時，互相推開對方。這個雙向的斥力與發電機切割磁力線時雙向的吸カ是相反的，因此磁力平衡器產生的雙向斥力可以用來平衡特定拓撲結構的發電機切割磁力線時產生的雙向吸力。磁力平衡器產生的雙向斥力可用曲線來表達,將連續產生的同方向的最大斥力點、最小斥力點和反方向的最大斥力點、最小斥力點連結起來即為波浪形，磁力平衡器的磁極之間的距離不同、磁場強度的不同和轉子旋轉的速度不同都會導致雙向斥力產生的波形不同，可以是正弦波，也可以不是正弦波，波的高度表示斥力的大小，波的寬度表示波長。磁力平衡器產生的斥力用於平衡發電機切割磁力線產生的吸力，若兩者的波形完全一致，則表示斥力與吸カ可以完全相互抵消。磁力平衡器產生的斥力波與發電機切割磁力線產生的吸力波的特性有所不同，磁力平衡器的磁鐵間距越密，產生的斥力波高度越小，最大的斥力越來越小，最小的斥力也是越來越小的，而發電機的磁鐵越密，切割磁力時產生的最大吸力是不變的，最小的吸力卻越來越大。因此磁力平衡器的磁鐵間距不能太密，與之相配的發電機的磁鐵也不能太密。一般的小型磁力平衡器的相鄰的定子磁鐵之間的間距和相鄰的轉子磁鐵之間的間距在2cm至5cm之間，微型磁力平衡器相鄰的磁鐵之間的間距在0. 5cm至2cm之間，一般不小於0. 3cm，大、中型磁力平衡器的相鄰磁鐵之間的間距則達到5cm以上。磁力平衡器的定子「U」形磁鐵與轉子「U」形磁鐵的數量相同，也可以不相同，但要與發電機定、轉子的磁極數量之比相匹配，例如發電機是6/4極的，與之匹配的磁力平衡器是6/4極的，發電機是6/6極的，與之匹配的磁力平衡器是6/6極或6/2極的。磁力平衡器的磁極數量與發電機的磁極數量相同，也可以不相同，只要吸力與斥カ可以同時產生、同步增強、同步減弱就可以了，如磁力平衡器的定、轉子是6/2極的，發電機的定、轉子為6/3或6/6極的。電勵式和混勵式磁力平衡器的斥力大小是可以調節的，通過調節勵磁電流的大小，就可以使磁力平衡器定、轉子斥力與發電機的定、轉子吸力的大小趨向相同，因此磁力平衡器設有磁場強度調節器，通過調節輸入磁力平衡器的電流和電壓，使磁力平衡器的磁場強度可以調節。電勵式和混勵式磁力平衡器一般只需調節定子的磁場強度，就可以達到調節斥力大小的目的。若要調節轉子的磁場強度，可以通過電刷和集電環接入可調節電源。如果磁力平衡器為無刷式磁力平衡器，其轉子的勵磁電源由勵磁發電機提供，則可以通過控制勵磁發電機的定子勵磁電流，使勵磁發電機輸出的電流有強弱變化，亦可實現對磁力平衡器轉子磁場強度的控制。磁場強度調節器一般與出線盒(10)設在一起，出線盒設在機売上，磁場強度調節器設在出線盒中。永磁式磁力平衡器的斥力大小也可以調節，但必須用機械的方法調整定、轉子磁鐵的距離，方法是轉盤與轉軸螺旋連接，推力軸承設在螺旋式位置調節器上，螺旋式位置調節器與機殼螺旋連接，只要將轉軸固定，用螺旋式位置調節器旋轉轉盤即可實現轉、定子磁鐵距離的調節，或者，或者，定子環與機殼或端蓋螺旋連接，也可以將定子環固定在ー個螺旋環上，通過螺旋環與機殼或端蓋螺旋連接，只需旋轉定子環就可以實現轉、定子磁鐵距離的調節。
接入電勵式或混勵式磁力平衡器的電流為直流電，磁力平衡器電磁鐵產生的磁場是恆定磁場。磁力平衡器的轉子勵磁電源一般與發電機轉子共用勵磁電源，若是無刷發電，則轉子的勵磁電源由勵磁機提供，若是有刷發電，則通過電刷和集電環供電。由於磁力平衡器還產生一個軸向推力，因此要在單段式磁力平衡器的轉盤與機殼之間設置推力軸承出)，以支承軸向推力。如果磁力平衡器做成雙段式，則會對轉子產生兩個方向相反、大小相同的軸向推力，就無需使用推力軸承。永磁式磁力平衡器適宜與永磁發電機相配使用，或者，永磁式磁力平衡器與電勵式磁力平衡器一起與混勵式發電機相配使用。混勵式磁力平衡器中既有電磁鐵又有永久磁鐵，轉子永久磁鐵對著定子永久磁鐵，轉子電磁鐵對著定子電磁鐵，或者，轉子永久磁鐵與轉子電磁鐵相間而設、定子永久磁鐵與定子電磁鐵相間而設。混勵式磁力平衡器適宜與混勵式發電機配對，用磁力平衡器的永磁斥力抵消發電機的永磁吸力，用磁力平衡器的電磁斥力抵消發電機的電磁吸力。永磁式或混勵式磁力平衡器的永磁體可以先充磁再裝入轉子盤和定子環，也可以事先將磁鋼固定在轉子盤和定子環，再用特製的夾具進行充磁。其充磁方法與永磁電機的充磁方法相同。轉子轉盤和定子環用非導磁材料或導磁材料製成，當轉子轉盤和定子環作為主磁路的一部分時，轉子轉盤和定子環用軟鐵材料製成，如電エ純鐵。電勵式和混勵式磁力平衡器工作時也會產生熱能，若磁力平衡器與發電機設在同ー機殼內，則可以共用風扇、散熱片等冷卻裝置。磁力平衡器一般與發電機設在同一機殼內，與發電機的轉子共軸，也可以做成專門的磁力平衡機，有獨立的機殼、電刷、電刷架、集電環、出線盒和風扇，通過聯軸器與發電機連接。電刷用電刷架固定在機売上，集電環設在轉軸上，風扇設在轉盤上或轉軸上。


圖I、圖2、圖3為本發明第一實施例結構示意圖。
圖4、圖5、圖6為本發明第二實施例結構示意圖。圖7為本發明第三實施例結構示意圖。圖8為本發明第四實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進ー步描述。第一實施例參見圖I、圖2、圖3，一種電勵式盤型磁力平衡器，主要包括定子環(I)、轉盤(2)、轉子勵磁繞組(3)、轉子「U」形鉄心(4)、轉軸(5)、推力軸承￠)、定子「U」形鉄心(7)、定子勵磁繞組(8)、機殼、端蓋(9)、出線盒(10)、電刷架、電刷、集電環、風扇和磁場強度調節器。6個定子「U」形電磁鐵的鉄心做成ー個有6對徑向「U」形凸極的整體，在該鐵心上設6個 定子勵磁繞組，該定子鉄心繞組固定在定子環上；6個轉子「U」形電磁鐵的鉄心做成ー個有6對徑向「U」形凸極的整體，在該鐵心上設6個轉子勵磁繞組，該轉子鉄心繞組固定在轉盤上；定子「U」形電磁鐵的數量與轉子「U」形電磁鐵的數量相同；定子「U」形電磁鐵的S磁極端與轉子「U」形電磁鐵的S磁極端設定為軸向相對，定子「U」形電磁鐵的N磁極端與轉子「U」形電磁鐵的N磁極端設定為軸向相対，即定子的磁極與轉子的磁極設定為相斥的。定子電磁鐵的相鄰「U」形凸極之間和轉子電磁鐵的相鄰「U」形凸極之間有適當的間距間隔，轉子旋轉時，定子磁場與轉子磁場有兩個方向的斥力，兩個方向的最大斥力和最小斥力的點連接起來成波浪形；轉盤與機殼之間設有推力軸承；出線盒設在機売上，出線盒中設有磁場強度調節器；接入磁力平衡器的電流為直流電，磁力平衡器的電磁鐵產生的磁場是恆定磁場；定子上設有電刷架和電刷，轉軸上設有集電環，通過電刷和集電環將可調節的直流電接入轉子電磁鐵；定子環固定在機売上；轉盤固定在轉軸上，轉盤的盤緣上設有風扇葉片。推力軸承為可承受軸向推力的軸承或可同時承受軸向推力和徑向壓力的軸承。第二實施例參見圖4、圖5、圖6，ー種雙段電勵式盤型磁力平衡器，主要包括定子環(I)、轉盤
(2)、轉子勵磁繞組(3)、轉子「U」形鉄心(4)、轉軸(5)、定子「U」形鉄心(7)、定子勵磁繞組
(8)、機殼、端蓋(9)、出線盒(10)、電刷架、電刷、集電環、風扇和磁場強度調節器。轉盤的兩偵緖_定有徑向排列的「U」形轉子電磁鐵，轉子鐵心為外多極、內少極的整體，鐵心外側有6個凸極，而內側只有3個凸極；定子環有兩個，兩個定子環分別固定在轉盤兩側的機売上，兩個定子環靠近轉盤的ー側固定有「U」形定子電磁鐵，定子鐵心為外多極、內少極的整體，鐵心外側有6個凸極，而內側只有3個凸扱。其餘未述部分同第一實施例，不再重複。第三實施例參見圖7，一種混勵式盤型磁力平衡器，主要包括定子環(I)、轉盤(2)、轉子勵磁繞組(3)、轉子「U」形鉄心(4)、轉軸(5)、推力軸承￠)、定子「U」形鉄心(7)、定子勵磁繞組
(8)、機殼、端蓋(9)、出線盒(10)、轉子「U」形永久磁鐵(11)、定子「U」形永久磁鐵(12)、電刷架、電刷、集電環、風扇和磁場強度調節器。若干轉子「U」形電磁鐵和若干轉子「U」形永久磁鐵相間而設，徑向固定在轉盤上，若干定子「U」形電磁鐵和若干定子「U」形永久磁鐵相間而設，徑向固定在定子環上。其餘未述部分同第一實施例，不再重複。第四實施例
參見圖8，一種永磁式盤型磁力平衡器，主要包括定子環(I)、轉盤(2)、轉軸(5)、推力軸承出)、機殼、端蓋(9)、出線盒(10)、轉子「U」形永久磁鐵(11)和定子「U」形永久磁鐵(12)。定子環上徑向固定有若干定子「U」形永久磁鐵，轉盤上固定有若干轉子「U」形永 久磁鉄。其餘未述部分同第一實施例，不再重複。
權利要求
1.一種盤型磁力平衡器，主要包括定子環(I)、轉盤(2)和「U」形磁鐵(3、4，7、8，11，12)，其特徵是定子環上固定有ー個或ー個以上徑向排列的「U」形磁鐵，轉盤上固定有一個或ー個以上徑向排列的「U」形磁鐵，定子「U」形磁鐵的S磁極端與轉子「U」形磁鐵的S磁極端軸向相對，定子「U」形磁鐵的N磁極端與轉子「U」形磁鐵的N磁極端軸向相対，即定子的磁極與轉子的磁極設定為相斥的。
2.根據權利要求I所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是所述磁力平衡器為電勵式或混勵式或永磁式盤型磁力平衡器。
3.根據權利要求I所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是所述「U」形磁鐵為「U」形電磁鐵或「U」形永久磁鐵。
4.根據權利要求I或3所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是若干個定子「U」形磁鐵直接固定在定子環上，或者，將若干個定子「U」形磁鐵用卡環連成一個整體再固定在定子環上，或者，定子「U」形磁鐵作為ー個有若干對「U」形凸極的整體直接固定在定子環上，或者，定子「U」形磁鐵作為ー個外多極、內少極的整體直接固定在定子環上；若干個轉子「U」形磁鐵直接固定在轉盤上，或者，將若干個轉子「U」形磁鐵用卡環連成一個整體再固定在轉盤上，或者，轉子「U」形磁鐵作為ー個有若干對「U」形凸極的整體直接固定在轉盤上，或者，轉子「U」形磁鐵作為ー個外多極、內少極的整體直接固定在轉盤上。
5.根據權利要求I所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是磁力平衡器的定子「U」形磁鐵與轉子「U」形磁鐵的數量相同或不相同。
6.根據權利要求I所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是相鄰的定子磁鐵之間的間距和相鄰的轉子磁鐵之間的間距大於0. 3cm。
7.根據權利要求2所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是電勵式和混勵式磁力平衡器的機殼上設有出線盒(10)，出線盒中設有磁場強度調節器。
8.根據權利要求2所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是永磁式磁力平衡器的定子環與機殼或端蓋(9)螺旋連接。
9.根據權利要求I或2所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是磁力平衡器為單段式，轉子轉盤與機殼之間設有推力軸承出)，或者，磁力平衡器為雙段式。
10.根據權利要求2所述ー種盤型磁力平衡器，其特徵是電勵式和混勵式磁力平衡器的定子設有電刷和電刷架，轉子設有集電環和風扇。
全文摘要
本發明涉及一種盤型磁力平衡器，主要包括定子環(1)、轉盤(2)和「U」形磁鐵(3、4，7、8，11，12)，其特徵是定子環上固定有一個或一個以上徑向排列的「U」形磁鐵，轉盤上固定有一個或一個以上徑向排列的「U」形磁鐵，定子「U」形磁鐵的S磁極端與轉子「U」形磁鐵的S磁極端軸向相對，定子「U」形磁鐵的N磁極端與轉子「U」形磁鐵的N磁極端軸向相對，即定子的磁極與轉子的磁極設定為相斥的。磁力平衡器產生的斥力用於平衡特定拓撲結構的發電機切割磁力線產生的吸力，使發電機可以不再依靠外部動力而可以自行發電。
文檔編號H02N11/00GK102655383SQ201110049499
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月1日 優先權日2011年3月1日
發明者李貴祥 申請人:李貴祥