專利名稱：單極感應發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高效的單極感應發(fā)電機，即使減小發(fā)電機的尺寸它也能在不破壞波形的條件下穩(wěn)定地提供交變電流。
在現(xiàn)代社會，因為在我們的生活的許多方面都要使用電能，所以對于發(fā)電機的要求，尤其是對于小型發(fā)電機的要求，與年俱增。
一般而論，所謂發(fā)電就是把線圈或磁性材料的轉動轉換成電能，但大多數(shù)當前流行的發(fā)電機如圖17所示由電樞線圈A和磁性材料B組成，并且通過轉動電樞線圈A或所述磁性材料B，在所述電樞線圈A中產(chǎn)生交變電流。視情況而定，按照基于某種原理(例如對交流進行整流)的方法來獲得電能。圖17中的M表示磁性材料B的轉動方式。
然而，按這種方式，流過電樞線圈A的電流要產(chǎn)生磁場，并且該磁場將干擾磁性材料B的磁通，其結果是不能穩(wěn)定地獲得電能，并且隨著電樞線圈A之間的空間E的加大，發(fā)電機的效率將變得越來越差。然而，若安排在磁性材料B的S極和N極之間的非磁性通量部分變大，這個效率將變得更差。因為隨著發(fā)電機尺寸變小這種不良影響變得更加明顯，所以這種方法不適用于小型發(fā)電機。
有一種稱之為“單極”的方法可把磁極的轉動轉換成電能。這是一種產(chǎn)生直流電的方法，為此讓旋轉磁極沿同一方向穿過一根引線。圖18所示就是這種方法。
圖18所示的發(fā)電機J可獲得直流電，即讓滑動觸點的滑臺D和D’與轉子A電接觸，轉子A穿過由線圈C產(chǎn)生的磁力線G并沿M方向轉動。
然而，在此方法中，由穿過轉子A流過的電流產(chǎn)生的磁場擾動了由線圈C產(chǎn)生的磁力線，因而通過這個方法不能解決不能穩(wěn)定地獲得電能的問題。
還有另外一種方法。如圖19所示的這種方法是通過在電樞線圈A的內(nèi)部產(chǎn)生磁場或者使所述線圈A的內(nèi)部退磁而產(chǎn)生穿過線圈A的電能的方法。在圖19所示的方法中，向M方向移動磁性材料B，從而能通過使電樞線圈A的內(nèi)部磁來產(chǎn)生電能。
然而，按此方法，只通過一種方式，或者產(chǎn)生磁場，或者退磁，就可有效地獲得電能，并且，為了連續(xù)獲得電能需要多個磁極，這將使發(fā)電機的尺寸變大。
權利要求1的本發(fā)明是一種單極感應發(fā)電機，它包括旋轉磁極和多個電樞，所述電樞包括一個電樞鐵芯和導線，并且包括一個磁化部分和一個線圈部分，所述線圈部分是圍繞一部分所述電樞鐵芯纏繞的導線。旋轉磁極包括一旋轉軸和磁鐵，并且具有一個磁極部分，在所述磁極部分中圍繞部分所述旋轉軸設置多于兩個的磁鐵。在旋轉軸上安置設在部分磁極中的磁鐵，以使磁鐵的S極或N極安排在旋轉軸的相對側。對所說電樞進行設置，以使電樞的線圈部分的軸線和旋轉磁極的旋轉軸安排在圍繞所述旋轉磁極的同一方向。當旋轉磁極旋轉時，電樞的磁化部分重復地變得靠近和遠離旋轉磁極部分。權利要求2的本發(fā)明是一種單極感應發(fā)電機，它包括旋轉軸和多個電樞，所述電樞包括電樞鐵芯和導線，并且具有一個磁化部分和一個線圈部分，所述線圈部分是圍繞一部分所述電樞鐵芯纏繞的導線。旋轉磁極包括旋轉軸和磁鐵，并且具有一個磁極部分，在所述磁極部分中圍繞一部分所述旋轉軸設置多于兩個的所述磁鐵。對定位在磁極上的磁鐵進行安排，以使旋轉軸的一端是S極，其另一端是N極。對所述電樞進行設置，以使電樞線圈部分的軸線和旋轉磁極的旋轉軸安排在圍繞所述旋轉磁極的同一方向。當旋轉磁極旋轉時，電樞的磁化部分重復地變得靠近和遠離磁極部分。因此，從磁極的旋轉可有效地獲得電能，并且即使減小發(fā)電機的尺寸，在不破壞波形的條件下也能穩(wěn)定地提供交變電流，并且可隨意地形成期望的波形。
圖1是按本發(fā)明第一實施例的單極感應發(fā)電機的沿線X-X取的剖面圖；圖2是按本發(fā)明的第一實施例的單極感應發(fā)電機的沿線Y-Y取的剖面圖；圖3是在第一實施例中使用的電樞的平面圖和側視圖；圖4是在第一實施例中使用的旋轉磁極的透視圖；圖5是第二實施例所用的電樞的平面圖和側視圖；圖6是第二實施例所用的旋轉磁極的透視圖；圖7是第三實施例所用的旋轉磁極的一個磁極的剖面圖；圖8是第四實施例所用的旋轉磁極的一個磁極的剖面圖；圖9,10,11,12,和13是表示按本發(fā)明產(chǎn)生電能的過程的說明性視圖；圖14是表示產(chǎn)生方波時磁鐵的外側輪廓的一個說明性視圖；圖15是表示產(chǎn)生斷續(xù)的斬波時的磁鐵外側輪廓的一個說明性視圖；圖16是表示產(chǎn)生正弦波時的磁鐵外側輪廓的一個說明性視圖；圖17,18和19是表示產(chǎn)生電能的當前現(xiàn)有技術的過程的說明性視圖。
下面，參照


本發(fā)明的實施例。
圖1是按照本發(fā)明的第一實施例的單極感應發(fā)電機的沿線X-X取的剖面圖，圖2是按本發(fā)明的第一實施例的單極感應發(fā)電機的沿線Y-Y取的剖面圖。附圖中的各標號表示1--本發(fā)明的單極感應發(fā)電機，2--所述單極感應發(fā)電機的旋轉磁極，3--電樞，4--外殼，5--旋轉磁極的旋轉軸，6--磁極部分，7--磁鐵，8--所述磁鐵7的外側，9--所述電樞3的線圈部分，10--磁化部分，11--導線，12--電樞鐵心，13--設在外殼4上的環(huán)形凸起，14--圍繞磁化部分10的磁室。
本發(fā)明書中的單詞“磁化”用于使材料磁化的情況，單詞“退磁”用于使磁化的材料返回原來狀態(tài)的情況。
實施例1的單極感應發(fā)電機包括一個旋轉磁極2,4塊電樞3，和一個外殼4。4塊電樞3定位在旋轉磁極2的周圍，電樞3的線圈部分9的軸線方向和旋轉磁極2的旋轉軸5的方向相同。在外殼4中設置一個環(huán)形凸起13，并且所述環(huán)形凸起13支撐著電樞3，因此，電樞3的磁化部分10絕對不會靠近磁鐵7的外側8。
在該實施例中，電樞3的塊數(shù)確定為4，但在必要的條件下這個數(shù)目可以任意增加。
換言之，當使用旋轉磁極2產(chǎn)生三相交流電時，在旋轉磁極2的磁極部分6上定位了n塊磁鐵7，要設置3nm塊(m是一自然對數(shù))或3P塊(P是除倍率n以外的一個自然對數(shù))電樞3，并且通過適當組合所產(chǎn)生的電能就能從電樞3獲得所需的電能。該單極感應發(fā)電機按上述方法可獲得任意相位的交變電流。
下面，對用在第一實施例中的電樞3和旋轉磁極2進行說明。
圖3表示用在該第一實施例中的電樞3，圖4表示用在該第一實施例中的旋轉磁極2。
在圖3所示的電樞3中，在電樞鐵芯12的中央部分附近定位一個磁化部分10，并且在磁化部分10的兩側都纏上導線11，從而形成一個線圈部分9。
對電樞鐵芯12的材料沒有什么限制，除非它們的磁導率很高。它們最好是鐵磁體，例如包括鈷，鎢，鉻，和碳的鐵合金(KS鋼)，含鐵，鎳，鋁，和鈷的合金(MS鋼)，由鈷和釤構成的合金，以及包括鐵，釹，硼的合金，從而有可能有效地產(chǎn)生電能。電樞鐵芯12的磁化部分10的特征是，當把4塊電樞鐵芯12設置在一個旋轉磁極2周圍時，通過組合該磁化部分10的內(nèi)部形成一個環(huán)形的磁化室14，它類似于一個圓柱體。
在圖4所示的旋轉磁極2的旋轉軸5的中部附近設置一個磁極部分6。在旋轉軸5的中間設置兩塊磁鐵7，使N極可定位在每個磁鐵7的一個外側端。但磁鐵7的外側8制成圓形，這個圓的半徑略小于所述電樞3的磁化部分10的半徑。換句話說，當磁極部分6在組合電樞3的磁化室14的內(nèi)部旋轉時，磁極部分6的外側8變得接近磁化室14的內(nèi)部。
電樞3和旋轉磁極的特征不限于以上所述。例如，如圖5和圖6所示，線圈部分9定位在電樞鐵芯12的中間，并且還把磁部分安排在線圈部分9的兩側，從而設置了磁化室14的兩個部分。進而，把兩個磁極部分6設置在一個旋轉磁極2上，因此，每個磁極部分6都可以在每個磁化室14內(nèi)部獨立轉動。
在設置多個磁極部分時，可對定位在磁極部分6上的磁鐵7進行安排，使磁鐵7的S極定位在旋轉軸5的一個端側，并且使磁鐵7的N極定位在旋轉軸5的另一個端側。
然而，如圖7和圖8所示，在一個磁極部分6上定位三塊，四塊，或多于四塊磁鐵7的情況也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。當在磁極部分6上設置三塊或四塊磁鐵7時，為了獲得期望的波形，電樞3的數(shù)目最好為3n塊或4n塊(n是一自然對數(shù))。
下面，根據(jù)圖9,10,11,12,和13說明本發(fā)明的一個發(fā)電設備單極感應發(fā)電機1。在圖9,10,11,12,和13中，在旋轉磁極2附近定位一個電樞3，旋轉磁極2按箭頭K所示方向旋轉。
如圖9所示，電樞3的磁化部分10沒有靠近磁鐵7的外側8。因此，電樞3不受旋轉磁極2的影響，并且電樞3沒有磁化。
圖10所示的旋轉磁極2相對于圖9所示的旋轉磁極轉過了約45°。在圖10中，隨著磁化部分10變得略微接近磁鐵7的外側8，使圖10中的電樞3稍有一點磁化。因為當圖9中電樞3的狀態(tài)變?yōu)閳D10中的電樞3的狀態(tài)時，電樞3變?yōu)榇呕?，因此，在此過程中穿過線圈部分9有電能流過。
圖11表示相對于圖9所示的旋轉磁極2轉過了約90°的一個旋轉磁極2。當磁化部分10變?yōu)樽羁拷盆F7的外側8時，電樞3被磁化。然而，因為當圖10中電樞3的狀態(tài)變?yōu)閳D11中電樞3的狀態(tài)時，圖10中的電樞3本已磁化，所以電樞3的磁化程度略有增加。因此，在此過程中，流過線圈部分9的電能很微弱。當電樞3的磁通飽和時，就沒有任何電流流過線圈部分9了。
圖12表示相對于圖9所示的旋轉磁極2轉過了約135°的一個旋轉磁極2。在圖12中，當磁化部分10變得略微接近外側8時，電樞3略微有點磁化。然而，在圖11中，電樞3略微有些退磁，這是因為當圖11中電樞3的狀態(tài)變到圖12中的狀態(tài)時，電樞3的磁化接近飽和的緣故。因此，在此過程中，穿過線圈部分9的電能流動方向和圖11中所說明的電能流動方向相反。當圖12中所示電樞3的磁通飽和時，沒有任何電能穿過線圈部分9流動。
圖13所示的旋轉磁極2相對于圖9所示的旋轉磁極2已轉過了約180°。在圖13中，因為磁鐵7的外側8沒有靠近磁化部分10，所以電樞3沒有磁化。然而，電樞3要退磁，這是因為當圖12中電樞3的狀態(tài)變?yōu)閳D13的狀態(tài)時，圖12中的電樞3本已磁化的緣故。因此，在此過程中，穿過線圈部分9的電能的流動方向和圖10及11中說明的電能流動方向相反。
如上所述，當旋轉磁極2通過旋轉在電樞3上被磁化并且又從電樞3得以退磁時，就在電樞3的線圈部分9上產(chǎn)生了磁感應，本發(fā)明借助于這種磁感應可產(chǎn)生交變電流。
下面說明在此單極感應發(fā)電機1中獲得期望的波形的過程。
因為該單極感應發(fā)電機1在上述過程中可以發(fā)電，所以可以獲得期望的方波，斷續(xù)的斬波(chopping sea)，和正弦波，從而可準確地形成位于磁極部分6的磁鐵7的外側8的輪廓。旋轉磁極2勻速旋轉，并且當形成如圖14所示的磁鐵7的外側8的輪廓時，可獲得一個方波；當形成如圖15所示的磁鐵7的外側8的輪廓時，可獲得一個斷續(xù)的斬波；并且，當形成如圖16所示磁鐵7的外側8的輪廓時，可獲得一個正弦波。
然而，在本發(fā)明的單極感應發(fā)電機1中，當快速旋轉旋轉磁極2以使電樞3迅速磁化并且隨后迅速退磁時，就可以獲得高的電壓。當緩慢旋轉該旋轉磁極2以使電樞3平滑磁化且隨后平緩退磁時，就可以獲得低的電壓。因此，通過適當改變旋轉磁極2的旋轉速度，就可以獲得期望的波形。
進而，通過整流單相交流的方波電流，就可以獲得沒有脈動的直流。
工業(yè)實用性因為如以上所述形成了按本發(fā)明的單極感應發(fā)電機的特征，所以能夠有效地從旋轉提供電能；此外，即使減小發(fā)電機的尺寸也不會破壞它的波形，并且能夠穩(wěn)定地提供交流電。進而，因為可以隨意形成期望的波形，所以可把該單極感應發(fā)電機作為一個小型發(fā)電機應用到空氣測速儀，汽車發(fā)電機等等。
權利要求
1．一種單極感應發(fā)電機(1)，它包括一個旋轉磁極(2)和多個電樞(3)，所述電樞(3)包括一個電樞鐵芯(12)和導線(11)，并且包括一個磁化部分(10)和一個線圈部分(9)，所述線圈部分(9)是圍繞部分所述電樞鐵芯(12)纏繞的導線(11)；旋轉磁極(2)包括一個旋轉軸(5)和磁鐵(7)，并且具有一個磁極部分(6)，在所述磁極部分(6)中圍繞部分所述旋轉軸(5)定位多于兩個的磁鐵(7)，并且在旋轉軸(5)上對設置在磁極部分(6)中的磁鐵(7)進行安排，以使磁鐵的S極或N極可定位在旋轉軸(5)的相對側，并且所述電樞(3)設置成使電樞(3)的線圈部分(9)的軸線和旋轉磁極(2)的旋轉軸(5)被安排在圍繞所述旋轉磁極(2)的同一方向，并且當旋轉磁極(2)旋轉時，電樞(3)的磁化部分(10)重復地變?yōu)榻咏瓦h離磁極部分(6)。
2．一種單極感應發(fā)電機(1)，它包括一個旋轉磁極(2)和多個電樞(3)，所述電樞(3)包括一個電樞鐵芯(12)和導線(11)，并且包括一個磁化部分(10)和一個線圈部分(9)，所述線圈部分(9)是圍繞部分所述電樞鐵芯(12)纏繞的導線(11)；旋轉磁極(2)包括一個旋轉軸(5)和磁鐵(7)，并且具有多個磁極部分(6)，在所述磁極部分(6)中，圍繞部分所述旋轉軸(5)設置多于兩個的磁鐵(7)，并且對設在磁極部分(6)中的磁鐵(7)進行安排，以使磁鐵的S極定位在旋轉軸(5)的一個端側，并且磁鐵的N極定位在另一個端側，并且所述電樞(3)設置成使電樞(3)的線圈部分(9)的軸線和旋轉磁極(2)的旋轉軸(5)被安排在圍繞所說旋轉磁極(2)的同一方向，并且當旋轉磁極(2)旋轉時，電樞(3)的磁化部分(10)重復地變?yōu)榭拷瓦h離磁極部分(6)。
全文摘要
一種單極感應發(fā)電機,它包括一個旋轉磁極和多個電樞。每個電樞包括一個電樞鐵芯和導線,并且具有一個磁化部分和一個線圈部分,所述線圈部分是圍繞部分電樞鐵芯纏繞的導線。旋轉磁極包括一個旋轉軸和磁鐵,并且具有一個磁極部分,在所述磁極部分中,圍繞部分旋轉軸設置有兩個或多個磁鐵。對設在磁極部分中的磁鐵進行安排,以使磁鐵的S極或N極可定位在旋轉軸的相對側?；蛘?旋轉磁極具有多個磁極部分,并且對設在磁極部分中的磁鐵進行安排,以使磁鐵的S極可定位在旋轉軸的一個端側,并且磁鐵的N極可定位在旋轉軸的另一個端側。電樞的線圈部分的軸線和旋轉磁極的旋轉軸被安排在圍繞旋轉磁極的同一方向,并且當磁極旋轉時,電樞的磁化部分重復地變?yōu)榭拷瓦h離磁極部分。因而能夠極其有效地從磁極的旋轉獲得電能。此外,即使減小發(fā)電機的尺寸,該發(fā)電機也能在不破壞波形的條件下穩(wěn)定地提供交流電,并且可隨意形成需要的波形。
文檔編號H02K21/14GK1212086SQ96199951
公開日1999年3月24日 申請日期1996年12月11日 優(yōu)先權日1996年12月11日
發(fā)明者宮田悟 申請人:宮田悟