專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)，特別是涉及一種發(fā)電不用集電環(huán)、電刷、換向器、勵(lì)磁機(jī)的既能發(fā)出交流電又能發(fā)出直流電的交直流兩用發(fā)電機(jī)。
目前的汽輪發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高，其直徑、長(zhǎng)度有一定的限度，勵(lì)磁繞組承受很大的離心力。勵(lì)磁方式復(fù)雜，采用直流勵(lì)磁方式的中小型發(fā)電機(jī)，需直流勵(lì)磁機(jī)、電刷和集電環(huán)裝置提供勵(lì)磁電流給勵(lì)磁繞組，由于電刷和集電環(huán)之間以滑動(dòng)方式傳導(dǎo)電流，因此，勵(lì)磁繞組的電壓、電流只能比定子電樞繞組的小得多；他勵(lì)方式(靜止半導(dǎo)體、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體)需另配一臺(tái)或二臺(tái)交流勵(lì)磁機(jī)和相應(yīng)的硅整流設(shè)備；自勵(lì)方式(自并)傳遞勵(lì)磁電流任需集電環(huán)、電刷裝置。直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能需換向器、電刷裝置接通外電路，轉(zhuǎn)動(dòng)工作條件受制約，電刷與換向器之間要產(chǎn)生火花，電機(jī)升溫快。發(fā)交流電的發(fā)電機(jī)不能發(fā)直流電，發(fā)直流電的發(fā)電機(jī)不能發(fā)交流電。且兩者結(jié)構(gòu)均復(fù)雜，造價(jià)高，增大單機(jī)容量，特別是直流發(fā)電機(jī)的難度很大。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，輸出的交直流電能可任意調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以要求不高、不需電刷、集電環(huán)、換向器、交直流勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁方式非常簡(jiǎn)單，增大單機(jī)容量容易?？蓮V泛用于汽輪、水輪、風(fēng)輪、核能交直流發(fā)電，克服了上述之不足。
下面逐步闡明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，發(fā)電原理，單環(huán)電樞繞組所發(fā)交直流電過(guò)程，多環(huán)電樞繞組的交流電同步方式，無(wú)動(dòng)接觸勵(lì)磁方式控制、變換交直流電的過(guò)程，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、增容等問(wèn)題。
一種無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，包括了定輪1和轉(zhuǎn)輪2兩部分，結(jié)構(gòu)如說(shuō)明書(shū)附1所示。
定輪1包括了定輪1a和定輪1b，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的定子；轉(zhuǎn)輪2相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。定輪1a和定輪1b面向轉(zhuǎn)輪2的這一面是定圓面6；轉(zhuǎn)輪2面向定圓面6的這面是轉(zhuǎn)圓面8。定輪1主要由鐵心3、線圈4、定架5構(gòu)成；轉(zhuǎn)輪2主要由鐵心3、線圈4、轉(zhuǎn)架7構(gòu)成。鐵心3可以是電樞鐵心，也可以是磁極鐵心，鐵心3是一立方體，被線圈4繞制部分的形狀可以是四棱、六棱、或多棱立方體，也可以是圓柱、橢圓柱體或其他立方體。線圈4繞制在鐵心3周?chē)蚯度腓F心槽內(nèi)，使線圈4的形狀也成為四棱、六棱、或多棱形。圓形、橢圓形或其他形狀。一個(gè)鐵心3和繞制在鐵心3上的線圈4構(gòu)成一個(gè)繞組，鐵心3是電樞鐵心的構(gòu)成電樞繞組，是磁極鐵心的構(gòu)成勵(lì)磁繞組，也可以不要電樞繞組的鐵心，用永久磁鐵代替勵(lì)磁繞組。定輪1和轉(zhuǎn)輪2都有許多電樞繞組和勵(lì)磁繞組。定架5固定定輪1上的繞組；轉(zhuǎn)架7固定轉(zhuǎn)輪2上的繞組。定輪1的繞組的磁極面露在定圓面6上并與定圓面6平行；轉(zhuǎn)輪2的繞組的磁極面露在轉(zhuǎn)圓面8上并與轉(zhuǎn)圓面8平行，也可將一個(gè)繞組兩端的兩個(gè)磁極面露在轉(zhuǎn)輪2的兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上，成為兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8的公共繞組。定圓面6平行于轉(zhuǎn)圓面8，兩者共軸，軸心線為0，兩者之間有一氣隙，兩者的磁極面間距很小。轉(zhuǎn)輪2能繞軸心線0轉(zhuǎn)動(dòng)。
定輪1和轉(zhuǎn)輪2上的多個(gè)繞組，按一定的規(guī)律均勻分布在定圓面6和轉(zhuǎn)圓面8上，組成多個(gè)環(huán)，每個(gè)環(huán)又由許多電樞繞組或勵(lì)磁繞組組成。環(huán)上按序排列的每個(gè)繞組用自然數(shù)表示。每個(gè)環(huán)上的繞組一樣大，線圈匝數(shù)一樣多，同環(huán)數(shù)上的每個(gè)繞組的中心位置到軸心線0的距離相等，相鄰繞組之間等距離分布，環(huán)與環(huán)之間也是等距離分布。定圓面6與轉(zhuǎn)圓面8同環(huán)數(shù)上的繞組一樣大，繞組的中心位置到軸心線0的距離相等。定圓面6上的某環(huán)或多環(huán)繞組是電樞繞組，轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的這一環(huán)或多環(huán)繞組是勵(lì)磁繞組；定圓面6上的某環(huán)或多環(huán)繞組是勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的這一環(huán)或多環(huán)繞組是電樞繞組。定圓面6和轉(zhuǎn)圓面8上的某環(huán)或多環(huán)勵(lì)磁繞組等距離分布滿足相鄰繞組之間間隔一個(gè)繞組的位置，即相鄰繞組之間間隔一個(gè)繞組的距離，環(huán)上的勵(lì)磁繞組數(shù)是2的整數(shù)倍。
本發(fā)明的發(fā)電原理如下設(shè)定圓面6上的某環(huán)或多環(huán)繞組是勵(lì)磁繞組，其余環(huán)的繞組是電樞繞組，則轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的這環(huán)或多環(huán)是電樞繞組，其余環(huán)的繞組是勵(lì)磁繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)輪2克服電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定圓面6和轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組切割轉(zhuǎn)圓面8和定圓面6上的勵(lì)磁繞組磁極的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電樞繞組之間不同間隔分布、連接方式和勵(lì)磁繞組磁極不同方式的分布，使電樞繞組輸出所需的交直流電。
現(xiàn)以轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6上某環(huán)的二個(gè)勵(lì)磁繞組勻速或相對(duì)勻速經(jīng)過(guò)定圓面6或轉(zhuǎn)圓面8對(duì)應(yīng)這一環(huán)數(shù)上的其中一個(gè)電樞繞組的運(yùn)動(dòng)(平動(dòng))過(guò)程為例，說(shuō)明這個(gè)電樞繞組發(fā)出一個(gè)周期的交流電或直流電的過(guò)程。設(shè)第一個(gè)勵(lì)磁繞組剛好要與這個(gè)電樞繞組重疊，它的磁極產(chǎn)生的磁力線剛好要進(jìn)入這個(gè)電樞繞組線圈內(nèi)，此時(shí)電樞繞組無(wú)變化的磁通，無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。隨著第一個(gè)勵(lì)磁繞組的移動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)，與這個(gè)電樞繞組重疊的面積逐漸增大，當(dāng)兩者中心位置重合，即兩者完全重疊在一起時(shí)，磁通變化量的絕對(duì)值為最大，此時(shí)移動(dòng)了1/4個(gè)周期的時(shí)間，隨著第一個(gè)勵(lì)磁繞組的繼續(xù)移動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)，電樞繞組中磁通變化量的絕對(duì)值逐漸減少，當(dāng)兩者不再重疊時(shí)，磁通變化量為零；此時(shí)移動(dòng)了1/2個(gè)周期的時(shí)間，完成半個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)電樞繞組兩端在半個(gè)周期內(nèi)有一個(gè)脈動(dòng)直流電輸出，波形與交流電的半個(gè)周期波形一樣。在第一個(gè)勵(lì)磁繞組剛完成半個(gè)周期運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，第二個(gè)電樞繞組剛好運(yùn)動(dòng)到要與這個(gè)電樞繞組重疊，設(shè)第二個(gè)勵(lì)磁繞組的磁極與第一個(gè)勵(lì)磁繞組的磁極相反，第二個(gè)勵(lì)磁繞組按上述過(guò)程移動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)，同理可得這個(gè)電樞繞組兩端在后半周期有一個(gè)與前半周期相反的脈動(dòng)直流電輸出，波形與交流電另半個(gè)周期波形一樣，這個(gè)電樞繞組兩端的一正一負(fù)的脈動(dòng)直流電合起來(lái)就成為一個(gè)周期的交流電；當(dāng)?shù)诙€(gè)勵(lì)磁繞組的磁極與第一個(gè)勵(lì)磁繞組的磁極相同時(shí)，按上述過(guò)程移動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)，同理可得到這個(gè)電樞繞組的后半周期輸出的脈動(dòng)直流電與前半周期輸出的脈動(dòng)直流電一樣，這兩個(gè)半周期的同向脈動(dòng)直流電合成為一個(gè)周期，就得到與單相橋式整流電路輸出一個(gè)周期的脈動(dòng)直流電波形一樣的脈動(dòng)直流電。
由此可知，轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6某環(huán)上相鄰的勵(lì)磁繞組之間磁極相反(一個(gè)是N，相鄰的另一個(gè)就是S)，定圓面6或轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的每個(gè)電樞繞組輸出交流電；轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6某環(huán)上相鄰的勵(lì)磁繞組之間磁極相同(一個(gè)是N或S，相鄰的另一個(gè)就是N或S)，定圓面6或轉(zhuǎn)圓面8這環(huán)數(shù)的每個(gè)電樞繞組輸出脈動(dòng)直流電。
現(xiàn)以轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6上的某環(huán)電樞繞組之間不同間隔分布和不同連接方式，說(shuō)明這環(huán)電樞繞組與同環(huán)數(shù)的勵(lì)磁繞組勻速移動(dòng)或相對(duì)勻速移動(dòng)輸出交直流電的過(guò)程。
當(dāng)這環(huán)電樞繞組之間相鄰對(duì)應(yīng)邊間隔以電樞繞組一條邊(或邊上一點(diǎn))移動(dòng)4/1個(gè)電樞繞組的距離分布，即電樞繞組之間按電樞繞組任意一條邊(或邊上一點(diǎn))相對(duì)于同環(huán)數(shù)的勵(lì)磁繞組移動(dòng)2個(gè)周期的時(shí)間所走過(guò)的距離分布，電樞繞組數(shù)是同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組數(shù)的1/2倍。相鄰勵(lì)磁繞組之間磁極相反，這些電樞繞組各自同時(shí)、同相、同大小輸出一單相交流電。根據(jù)需要，將這些電樞繞組的首尾串聯(lián)(接異名端)或首尾并聯(lián)(接同名端)，就可輸出一單相交流電；若勵(lì)磁繞組的磁極相同，這些電樞繞組同時(shí)、同相、同大小輸出一脈動(dòng)直流電。根據(jù)需要將這些電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)，就可輸出一功率較大的脈動(dòng)直流電。
當(dāng)這環(huán)電樞繞組之間相鄰對(duì)應(yīng)邊間隔以電樞繞組一條邊移動(dòng)4/2個(gè)電樞繞組的距離分布，即按電樞繞組任意一條邊移動(dòng)1個(gè)周期所走過(guò)的距離分布，電樞繞組數(shù)是同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組數(shù)的2/2倍，同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組之間相鄰磁極相反，這環(huán)單數(shù)的電樞繞組同時(shí)、同相、同大小輸出一單相交流電，雙數(shù)的電樞繞組同時(shí)、同相、同大小輸出另一單相交流電，兩者等大小、反向變化。分別將單數(shù)、雙數(shù)的電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)，得到兩組大小相等、相位相反(相差180°)的兩相交流電；若同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組磁極相同，這環(huán)的電樞繞組同時(shí)、同相、同大小輸出一脈動(dòng)直流電。將這些電樞繞組并聯(lián)或串聯(lián)，就可輸出一脈動(dòng)直流電。由于這環(huán)電樞繞組數(shù)是上述環(huán)輸出單相交直流電的電樞繞組數(shù)的2倍，因此，輸出的交直流電的功率是上述交直流電的2倍。
當(dāng)這環(huán)電樞繞組之間相鄰對(duì)應(yīng)邊間隔按以電樞繞組一條邊移動(dòng)4/3個(gè)電樞繞組的距離分布，即按電樞繞組任意一條邊移動(dòng)1/3個(gè)周期的時(shí)間所走過(guò)的距離分布，電樞繞組數(shù)是同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組數(shù)的3/2倍，同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組之間相鄰磁極相反，則這環(huán)繞組數(shù)是1、4、7、…(3K+1)組的，2、5、8、…(3K+2)組的，3、6、9、…(3K+3)組的(其中K=0、1、2、…(X/3-1)或(Y/3-1),X為定圓面6上這環(huán)最后一個(gè)電樞繞組數(shù)值；Y為轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)最后一個(gè)電樞繞組數(shù)值)，三個(gè)組的電樞繞組各自同時(shí)、同相、同大小輸出一單相交流電，這三組交流電周期、幅值相等，相位互差120°，這正是一三相交流電；若同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組磁極相同，三組輸出互差120°的脈動(dòng)直流電，將這三組脈動(dòng)直流電串聯(lián)疊加后，就可得到一脈動(dòng)較小的直流電。
當(dāng)這環(huán)電樞繞組之間相鄰繞組對(duì)應(yīng)邊間隔按以電樞繞組一條邊移動(dòng)4/4個(gè)電樞繞組的距離分布，即按電樞繞組移動(dòng)1/4個(gè)周期的距離分布，電樞繞組是同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組數(shù)的4/2倍，同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組之間相鄰磁極相反，這環(huán)電樞繞組分四組，其一是1、5、9、…(4K+1)，其二是2、6、10、…(4K+2)，其三是3、7、11、…(4K+3)，其四是4、8、12、…(4K+4)，這四組輸出一四相交流電，相位依次相差90°；若同環(huán)數(shù)的勵(lì)磁繞組磁極相同，將上述依次相差90°的四組脈動(dòng)整流電疊加，就可輸出一較為平滑的直流電。
同理，根據(jù)這環(huán)電樞繞組之間不同間隔分布和不同連接方式，可使這環(huán)電樞繞組輸出五相、…多相(N相)交流電或一平滑、…很平滑的直流電。
依上述原理，可得定圓面6或轉(zhuǎn)圓面8上各環(huán)電樞繞組輸出的交直流電。
由此可知，轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6上某環(huán)電樞繞組之間相鄰對(duì)應(yīng)邊等距離分布滿足4/1個(gè)電樞繞組、4/2個(gè)電樞繞組、4/3個(gè)電樞繞組、4/4個(gè)電樞繞組、…4/N個(gè)電樞繞組(其中N=1、2、3、…,N表示交流電的相數(shù))的距離，電樞繞組數(shù)是同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組數(shù)的1/2倍、2/2倍、3/2倍、4/2倍、…N/2倍，同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組之間磁極相反，這環(huán)電樞繞組輸出一單相、二相、三相、四相、…N相交流電；同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組磁極相同，這環(huán)電樞繞組輸出一脈動(dòng)大、脈動(dòng)較小、脈動(dòng)小、較為平滑、…很平滑的直流電。
定輪1的定圓面6上的多環(huán)電樞繞組獨(dú)立輸出的交流電必須同步，才能將每環(huán)輸出的單相、二相、三相、四相、…N相交流電連接成為一大功率的單相、二相、三相、四相、…N相交流電輸出。這就要求轉(zhuǎn)輪2上每環(huán)單數(shù)或雙數(shù)所在位置的勵(lì)磁繞組，必須能與定輪1上對(duì)應(yīng)環(huán)數(shù)的每環(huán)的全部或部分電樞繞組完全重疊。與輸出單相交流電的所有環(huán)上的電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)沒(méi)有電樞繞組；與輸出二相交流電的所有環(huán)上的部分電樞繞組完全重疊。單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)含有1個(gè)電樞繞組；與輸出三相交流電的所有環(huán)的部分電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)含有2個(gè)電樞繞組，…與輸出N相交流電的所有環(huán)上的部分電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)含有(N-1)個(gè)電樞繞組；輸出相同相數(shù)的交流電的環(huán)上的電樞繞組數(shù)相等。這就是交流電的同步方式。
本發(fā)明的無(wú)動(dòng)接觸勵(lì)磁方式是定輪1上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，用定輪1上的電樞繞組輸出的部分直流電或交流電整流后供給；轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，用轉(zhuǎn)輪2上的電樞繞組輸出的直流電供給?？刂贫ㄝ?上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，就可控制轉(zhuǎn)輪2上的電樞繞組輸出的直流電大小和方向，從而控制轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，達(dá)到控制定輪1上的電樞繞組所發(fā)電量的大小和發(fā)交流電或發(fā)直流電這一目的。因此，勵(lì)磁方式非常簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的無(wú)動(dòng)接觸勵(lì)磁方式控制、變換交直流電的過(guò)程如下用定輪1上的電樞繞組所發(fā)的直流電或交流電整流后分兩路供給定輪1a和定輪1b的定圓面6上的勵(lì)磁繞組等大小、同方向的勵(lì)磁電流，定圓面6上的勵(lì)磁繞組磁極相同，轉(zhuǎn)輪2上的兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組各自輸出一平滑的直流電，將其中一轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組輸出的一平滑直流電送給兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上的雙數(shù)或單數(shù)的勵(lì)磁繞組，提供雙數(shù)或單數(shù)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，再將另一轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組輸出的這一平滑直流電送給兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上單數(shù)或雙數(shù)的勵(lì)磁繞組，提供單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流。控制提供給定輪1上的勵(lì)磁繞組的這兩路勵(lì)磁電流大小，就可控制轉(zhuǎn)輪2上的電樞繞組輸出的直流電流大小，從而控制轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小、磁極強(qiáng)弱，達(dá)到控制定輪1上的電樞繞組發(fā)出的交流電正、負(fù)半周電量的大小或直流電電量的大??；控制提供給定輪1上的勵(lì)磁繞組其中一路的勵(lì)磁電流方向，就可控制轉(zhuǎn)輪2其中一轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組輸出的這一平滑直流電的正負(fù)極性，從而控制轉(zhuǎn)輪2上雙數(shù)或單數(shù)勵(lì)磁繞組的磁極是N或是S，達(dá)到控制定輪1a和定輪1b上的電樞繞組發(fā)出的是交流電還是直流電。若將定輪1a和定輪1b上的電樞繞組全部發(fā)直流電或交流電，兩者串(或并)聯(lián)輸出的功率將進(jìn)一步增大。
綜上所述，本發(fā)明所發(fā)的交直流電均不需要電刷、集電環(huán)、換向器、勵(lì)磁機(jī)等設(shè)備。
設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n(r/min)，所發(fā)交流電頻率為f，某環(huán)勵(lì)磁繞組的磁極對(duì)數(shù)為p(一個(gè)勵(lì)磁繞組是N的磁極與相鄰的一個(gè)勵(lì)磁繞組是S的磁極組成一對(duì)磁極)，則這環(huán)數(shù)的電樞繞組輸出的交流電頻率滿足f=p*n/60由于各國(guó)規(guī)定的交流電頻率是一定值，增加磁極對(duì)數(shù)，可降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
增大本發(fā)明輸出的交直流電的功率，即增容問(wèn)題，有兩種方法一是增加定輪1和轉(zhuǎn)輪2上的繞組環(huán)數(shù)和增多環(huán)上的繞組數(shù)；二是在定輪1的一邊或兩邊再增加一與轉(zhuǎn)輪2一起同軸運(yùn)轉(zhuǎn)的另一轉(zhuǎn)輪2和另一定輪1a(或1b)或定輪1。由于轉(zhuǎn)輪2上的繞組都是相對(duì)于定輪1上的繞組作平動(dòng)，繞組所在位置承受的離心力遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)輪2的輪面上的離心力小，容易固定和保護(hù)，在現(xiàn)有技術(shù)下增大單機(jī)容量要容易一些。特別是增大直流發(fā)電機(jī)單機(jī)容量更為容易，因直流發(fā)電時(shí)不受交流電頻率、相數(shù)的限制，增加同環(huán)電樞繞組數(shù)，進(jìn)一步提高直流發(fā)電機(jī)輸出的功率，還能使直流電更進(jìn)一步的平滑。因此，在等大小機(jī)型中，直流發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量要大大于交流發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)交流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)比較，有益效果如下一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需集電環(huán)、電刷、交直流勵(lì)磁機(jī)、換向器等設(shè)備；二是造價(jià)低，省掉了上述設(shè)備，造價(jià)必然降低；三是轉(zhuǎn)架7容易保護(hù)轉(zhuǎn)輪2上的繞組(特別是最外環(huán)的繞組)，由于這些繞組相對(duì)于定圓面6上的繞組平動(dòng)，受到的離心力比發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組??；四是本發(fā)明的轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)數(shù)可相互調(diào)節(jié)，能適應(yīng)汽輪、水輪、風(fēng)輪、核能交直流發(fā)電；五是本發(fā)明的勵(lì)磁方式非常簡(jiǎn)單，不需增設(shè)任何輔助設(shè)備，不但勵(lì)磁方式無(wú)刷，交直流電能的發(fā)出、轉(zhuǎn)換方式也無(wú)刷，徹底消除了動(dòng)接觸；六是本發(fā)明輸出的直流電動(dòng)勢(shì)平滑，增多環(huán)上的電樞繞組數(shù)，既可使輸出的直流電壓非常平滑，接近理想值，又可進(jìn)一步提高直流發(fā)電機(jī)的功率，克服目前直流發(fā)電機(jī)的許多弊?。黄呤潜景l(fā)明功能先進(jìn)齊全，既能發(fā)交流電，又能發(fā)直流電，這是現(xiàn)有發(fā)電機(jī)辦不到的，并且輸出的交直流電能可任意調(diào)換；可全部輸出交流電，也可全部輸出直流電，還可一部分輸出交流電，另一部分輸出直流電，滿足不同的需求；八是本發(fā)明不存在放電火花，對(duì)電子設(shè)備基本無(wú)干擾，若直接對(duì)電子設(shè)備提供直流電，可省掉將交流電經(jīng)變壓、整流、濾波轉(zhuǎn)換成直流電這一過(guò)程，由于無(wú)交流電存在，不考慮交直流干擾問(wèn)題，特別適用于傳遞信息的運(yùn)動(dòng)物體(輪船、潛艇、飛機(jī)等)的供電；九是將轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組換為永久磁鐵，制造小型、微型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)和照明器(電筒)滿足不同的需要和夜晚、礦洞的安全照明；上是本發(fā)明可安裝在現(xiàn)有交流發(fā)電機(jī)上，利用轉(zhuǎn)輪2與交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出直流電供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，取代、改善現(xiàn)有交流發(fā)電機(jī)的直流、靜止半導(dǎo)體等勵(lì)磁方式；十一是使用本發(fā)明，將淘汰現(xiàn)有的直流發(fā)電機(jī)。使用直流電，將以一種新的方式展現(xiàn)在人們面前；十二是本發(fā)明能較為容意地增大單機(jī)容量，特別是直流發(fā)電機(jī)的容量，對(duì)建造大型、特大型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)提供了一條可行路徑。
權(quán)利要求
1．新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，包括了定輪1和轉(zhuǎn)輪2兩部分，定輪1主要由鐵心3、線圈4、定架5構(gòu)成。定架5固定定輪1上的鐵心3和線圈4；轉(zhuǎn)輪2主要由鐵心3、線圈4、轉(zhuǎn)架7構(gòu)成，轉(zhuǎn)架7固定轉(zhuǎn)輪2上的鐵心3和線圈4，其特征是鐵心3可以是電樞鐵心，也可以是磁極鐵心，一個(gè)鐵心3和繞制在鐵心3上的線圈4構(gòu)成一個(gè)繞組，鐵心3是電樞鐵心的構(gòu)成電樞繞組，是磁極鐵心的構(gòu)成勵(lì)磁繞組，也可以不要電樞繞組的鐵心，用永久磁鐵代替勵(lì)磁繞組，定輪1和轉(zhuǎn)輪2都有許多電樞繞組和勵(lì)磁繞組，按一定規(guī)律均勻分布在各自的定圓面6和轉(zhuǎn)圓面8上，當(dāng)轉(zhuǎn)輪2勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)無(wú)動(dòng)接觸勵(lì)磁方式控制、變換轉(zhuǎn)輪2上的電樞繞組輸出的直流電、定輪1上的電樞繞組輸出的交流電或直流電。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是定輪1的繞組的磁極面露在定圓面6上并與定圓面6平行；轉(zhuǎn)輪2的繞組的磁極面露在轉(zhuǎn)圓面8上并與轉(zhuǎn)圓面8平行，也可將一個(gè)繞組兩端的兩個(gè)磁極面露在轉(zhuǎn)輪2的兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上，成為兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8的公共繞組，定圓面6平行于轉(zhuǎn)圓面8，兩者共軸，軸心線為0，兩者之間有一氣隙，兩者的磁極面間距很小，轉(zhuǎn)輪2能繞軸心線0運(yùn)轉(zhuǎn)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是定輪1和轉(zhuǎn)輪2上的多個(gè)繞組，按一定的規(guī)律均勻分布在定圓面6和轉(zhuǎn)圓面8上，組成多個(gè)環(huán)，每個(gè)環(huán)又由許多電樞繞組或勵(lì)磁繞組組成。環(huán)上按序排列的每個(gè)繞組用自然數(shù)表示，每個(gè)環(huán)上的繞組一樣大，線圈匝數(shù)一樣多，同環(huán)數(shù)的每個(gè)繞組的中心位置到軸心線0的距離相等，相鄰繞組之間等距離分布，環(huán)與環(huán)之間也是等距離分布，定圓面6與轉(zhuǎn)圓面8同環(huán)數(shù)上的繞組一樣大，繞組的中心位置到軸心線0的距離相等，定圓面6上的某環(huán)或多環(huán)繞組是電樞繞組，轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的這一環(huán)或多環(huán)繞組是勵(lì)磁繞組；定圓面6上的某環(huán)或多環(huán)繞組是勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的這一環(huán)或多環(huán)繞組是電樞繞組。
4．根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是定圓面6和轉(zhuǎn)圓面8上的某環(huán)或多環(huán)勵(lì)磁繞組等距離分布滿足相鄰繞組之間間隔一個(gè)繞組的位置，即相鄰繞組之間間隔一個(gè)繞組的距離，環(huán)上的勵(lì)磁繞組數(shù)是2的整數(shù)倍，轉(zhuǎn)圓面8或定圓兩6某環(huán)上相鄰的勵(lì)磁繞組之間磁極相反，定圓面6或轉(zhuǎn)圓面8上同環(huán)數(shù)的每個(gè)電樞繞組輸出交流電；轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6某環(huán)上相鄰的勵(lì)磁繞組之間磁極相同，定圓面6或轉(zhuǎn)圓面8這環(huán)數(shù)的每個(gè)電樞繞組輸出脈動(dòng)直流電。
5．根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)圓面8或定圓面6上某環(huán)電樞繞組之間相鄰對(duì)應(yīng)邊等距離分布滿足4/1個(gè)電樞繞組、4/2個(gè)電樞繞組、4/3個(gè)電樞繞組、4/4個(gè)電樞繞組、…4/N個(gè)電樞繞組的距離，電樞繞組數(shù)是同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組數(shù)的1/2倍、2/2倍、3/2倍、4/2倍、…N/2倍，同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組之間磁極相反。這環(huán)電樞繞組輸出一單相、二相、三相、四相、…N相交流電；同環(huán)數(shù)勵(lì)磁繞組磁極相同，這環(huán)電樞繞組輸出一脈動(dòng)大、脈動(dòng)較小、脈動(dòng)小、較為平滑、…很平滑的直流電。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)輪2上每環(huán)單數(shù)或雙數(shù)所在位置的勵(lì)磁繞組，必須能與定輪1上對(duì)應(yīng)環(huán)數(shù)的每環(huán)的全部或部分電樞繞組完全重疊，與輸出單相交流電的所有環(huán)上的電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)沒(méi)有電樞繞組；與輸出二相交流電的所有環(huán)上的部分電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)含有1個(gè)電樞繞組；與輸出三相交流電的所有環(huán)的部分電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)含有2個(gè)電樞繞組，…與輸出N相交流電的所有環(huán)上的部分電樞繞組完全重疊，單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組之間間隔范圍內(nèi)含有(N-1)個(gè)電樞繞組；輸出相同相數(shù)的交流電的環(huán)上的電樞繞組數(shù)相等。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是定輪1上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，用定輪1上的電樞繞組輸出的部分直流電或交流電整流后供給；轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，用轉(zhuǎn)輪2上的電樞繞組輸出的直流電供給，控制定輪1上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，就可控制轉(zhuǎn)輪2上的電樞繞組輸出的直流電大小和方向，從而控制轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小和方向，達(dá)到控制定輪1上的電樞繞組所發(fā)電量的大小和發(fā)交流電或發(fā)直流電這一目的。
8．根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是用定輪1上的電樞繞組所發(fā)的直流電或交流電整流后分兩路供給定輪1a和定輪1b的定圓面6上的勵(lì)磁繞組等大小、同方向的勵(lì)磁電流，定圓面6上的勵(lì)磁繞組磁極相同，轉(zhuǎn)輪2上的兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組各自輸出一平滑的直流電，將其中一轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組輸出的一平滑直流電送給兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上的雙數(shù)或單數(shù)的勵(lì)磁繞組，提供雙數(shù)或單數(shù)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，再將另一轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組輸出的這一平滑直流電送給兩個(gè)轉(zhuǎn)圓面8上單數(shù)或雙數(shù)的勵(lì)磁繞組，提供單數(shù)或雙數(shù)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，控制提供給定輪1上的勵(lì)磁繞組的這兩路勵(lì)磁電流大小，就可控制整流2上的電樞繞組輸出的整流電流大小，從而控制轉(zhuǎn)輪2上的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小、磁極強(qiáng)弱，達(dá)到控制定輪1上的電樞繞組發(fā)出的交流電正、負(fù)半周電量的大小或直流電電量的大??；控制提供給定輪1上的勵(lì)磁繞組其中一路的勵(lì)磁電流方向，就可控制轉(zhuǎn)輪2其中一轉(zhuǎn)圓面8上的電樞繞組輸出的這一平滑直流電的正負(fù)極性，從而控制轉(zhuǎn)輪2上雙數(shù)或單數(shù)勵(lì)磁繞組的磁極是N或是S，達(dá)到控制定輪1a和定輪1b上的電樞繞組發(fā)出的是交流電還是直流電。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)，其特征是電樞繞組可要鐵心3也可不要鐵心3，可用永久磁鐵代替勵(lì)磁繞組，構(gòu)成小型、微型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī)和手動(dòng)照明器。
全文摘要
一種不用集電環(huán)、電刷、換向器、勵(lì)磁機(jī)的既能發(fā)交流電又能發(fā)直流電的新型無(wú)刷交直流發(fā)電機(jī),主要由定輪1和轉(zhuǎn)輪2兩部分組成。定輪1和轉(zhuǎn)輪2上有許多電樞繞組和勵(lì)磁繞組等距離、等大小對(duì)應(yīng)分布組成多個(gè)環(huán),勵(lì)磁繞組之間磁極相反發(fā)多相交流電,相同發(fā)很平滑的直流電。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和勵(lì)磁方式都非常簡(jiǎn)單,無(wú)動(dòng)接觸,特別適應(yīng)傳遞信息的運(yùn)動(dòng)物體用電,容易增大(特別是直流)單機(jī)容量,對(duì)建造大型、特大型交直流發(fā)電機(jī)提供一條可行路徑。
文檔編號(hào)H02K57/00GK1219797SQ98109109
公開(kāi)日1999年6月16日 申請(qǐng)日期1998年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月11日
發(fā)明者徐根德 申請(qǐng)人:徐根德