專利名稱：磁力自控永磁電機的制作方法
該發(fā)明屬于機電學領域。它利用磁極間距離的變化引發(fā)內(nèi)外磁場變化的原理，實現(xiàn)磁力自控。應用于機電一體化產(chǎn)品，給現(xiàn)在永磁電機的生產(chǎn)摸索出了一條嶄新的途徑，使永磁電機的大功率化成為可能。(目前永磁電機功率小于500瓦，常用最大只達250瓦)。永磁電機不可能做得功率較大，其主要原因是它的“調(diào)制”問題，就像原子能利用一樣。核裂變其施放出能量極大，但它的控制很難。所以，可控核裂變是關鍵技術。永磁電機同樣具備巨大的能量潛力，但要控制它是相當困難的，是極待人們?nèi)パ芯拷鉀Q的重大問題。就永磁發(fā)電機而言，目前多用于拖拉機，有60瓦、100瓦、200瓦幾種，因拖拉機對發(fā)電電壓的平穩(wěn)性要求不高，又有蓄電池的電壓平抑作用，發(fā)電機轉(zhuǎn)速又低，變化范圍也小，除高速時偶有電壓過高燒毀燈泡外，應用還可以。拖拉機發(fā)電機多用鍶鐵氧體磁性材料作永久磁極。隨著科技的發(fā)展，高性能磁性材料不斷出現(xiàn)。最近幾年“釹鐵硼”磁性材料的問世，給永磁電機提供了廣闊的應用前景。在國家相關政策的支持下，我國已經(jīng)成為釹鐵硼磁性材料生產(chǎn)大國。它的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)永磁材料。價格也隨著工業(yè)化大批量生產(chǎn)而大幅度降低，它已經(jīng)成為人們優(yōu)先考慮采用的磁性材料。一只鈕扣大小的釹鐵硼磁塊能吸起15公斤重的鐵件，可見該磁性材料能量的巨大。應用在發(fā)電機、電動機等電器設備中可節(jié)省大量的漆包銅線，可簡化產(chǎn)品工藝，而且產(chǎn)品體積可大大縮小。就汽車發(fā)電機而言，目前常用350瓦、500瓦、750瓦、1千瓦、2千瓦幾種，而汽車發(fā)動機所帶動的發(fā)電機轉(zhuǎn)速，每分鐘在2千～5千轉(zhuǎn)之間變化。根據(jù)電學原理，發(fā)電電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速成正比。所以，電壓隨著轉(zhuǎn)速一倍半的變化也變化了一倍半，這就與標準要求1 2伏(或24伏)±0.2伏波動相差甚遠。目前，國內(nèi)外汽車發(fā)電機有直流、交流，無刷、有刷，內(nèi)置調(diào)節(jié)器等系列，可是目前還沒有永磁型汽車發(fā)電機產(chǎn)品問世。目前傳統(tǒng)的發(fā)電機實屬電磁式。隨著電機轉(zhuǎn)速的變化，它用調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)電磁線圈的電流的大小，起到均衡電壓的作用。例如500瓦汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子為電磁式的，它的激磁電流為3～5安培。由定子端輸出所用功率，額定電流為45安培，當電機轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)節(jié)器從定子取樣，設法降低轉(zhuǎn)子激磁電流，使磁場調(diào)弱。當電機轉(zhuǎn)速低時，調(diào)解器同樣調(diào)高轉(zhuǎn)子中的激磁電流，強化磁場使發(fā)電輸出電壓平穩(wěn)一致。而永磁型發(fā)電機它的磁場強度是恒定不變的。所以，發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化引起輸出電壓變化極不易控制。最近幾年有些單位花了幾拾萬元，用了很長時間，利用可控硅等電子技術，雖然可以有一定作用，但因控制系統(tǒng)體積太大(超過電機本身)，結構復雜，成本高，無法得到實際應用。
我們利用一個新的原理，使原來的電機定子或轉(zhuǎn)子本身磁極之間的幾何位置發(fā)生有控的變化，引起內(nèi)部磁場變化，從而使對外磁場變化，使轉(zhuǎn)子定子之間相互作用磁場發(fā)生變化，達到調(diào)制電機的目的。這樣，大大降低調(diào)制的難度。其作用原理以“U”型磁鐵為例作進一步說明。
附

圖1，為內(nèi)外磁場作用原理圖，宏觀上講，當磁極距離L極大時，外磁場為零(磁斷路)，當L為零時即N磁極與S磁極接觸時，對外磁場也為零(磁短路)。當磁極距L在一定較近的距離內(nèi)由大到小變化時，對外磁場會由最大到最小變化。附圖3為測得的工作曲線，是磁力自控發(fā)電機磁極間距離與所發(fā)出電壓的工作曲線圖。
磁力自控第一方案見附圖2轉(zhuǎn)子N、S極分為兩體，中間用軸承聯(lián)接，一個為定磁極，另一個為動磁極，可相對轉(zhuǎn)動，并且兩者之間用雙彈簧平衡，使磁極間距均等。當發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時就會存在有空氣阻力、磨擦力、杠桿力等機械力或電磁力(利用電動線圈電流變化)的外力作用。如在轉(zhuǎn)子動極上裝上通風扇葉，一來有通風冷卻作用，二來它隨著轉(zhuǎn)速提高而空氣阻力也加大，使轉(zhuǎn)子動極向定極靠近，內(nèi)部磁場形成部分短路，使對外磁場作用消弱。故發(fā)電電壓不會升高。而發(fā)電機轉(zhuǎn)速變低時，機械力或電力又降低，在平衡彈簧力作用下磁極間距又會拉大，內(nèi)部磁短路消耗變小，對外作用磁場加大，所以電壓也不會降低，故發(fā)電機在一定轉(zhuǎn)速范圍變化時，因磁距自動跟蹤調(diào)整變化，所以可使發(fā)電電壓維持不變。
磁力自控第二方案見附圖4電機轉(zhuǎn)子或定子本身磁極間距固定不變，而用內(nèi)外磁路互相干涉影響的原理，利用導磁或隔磁材料加在磁極之間，使磁場在短路、斷路程度上發(fā)生變化，進而影響對外磁場變化。如附圖4，在發(fā)電機N、S磁極間裝入一導磁塊，在旋轉(zhuǎn)時克服彈簧力，在離心力作用下導磁塊克服彈簧力向外移動，使N、S磁極短路。轉(zhuǎn)速升高離心力也增大，磁短路程度也愈強。機械參數(shù)與電器參數(shù)的有機匹配即可獲得穩(wěn)定的發(fā)電參數(shù)。
根據(jù)電動機，發(fā)電機可逆變原理，變極距原理同樣適用于電動機及其它電器產(chǎn)品。例如作為電動機時，定子用變極距永磁鐵制作，轉(zhuǎn)子用繞線式。在定子磁極間距及位置改變時，可以改變電動機的轉(zhuǎn)速、扭矩、輸出功率等。
權利要求
1.利用磁場的斷路、短路現(xiàn)象，使磁極間固定的距離及位置在機械力或電磁力的作用下發(fā)生變化，使內(nèi)外磁場發(fā)生變化，實現(xiàn)磁力自行控制的機構。
2.在權利1，所述原理作用下，定子或轉(zhuǎn)子本身磁極間距離及位置的改變形成的電壓、扭矩、功率、轉(zhuǎn)速可調(diào)的電機、電器產(chǎn)品。
3.在磁極間利用導磁或隔磁材料去改變原內(nèi)磁場通路，從而改變其對外作用磁場強弱的電機。
全文摘要
該發(fā)明屬于機電學領域。永磁電機具有巨大的潛在能力,但要調(diào)制它非常困難,利用磁場的短路斷路現(xiàn)象,把原固定一體的轉(zhuǎn)子或定子本身分成動極和定極兩部分,平時用彈簧平衡其相互位置,在電機旋轉(zhuǎn)時,在機械力、電動力作用下使動極與定極之間距離及位置發(fā)生變化在內(nèi)外磁路互相干涉影響下實現(xiàn)了磁力自控,使永磁電機的調(diào)制變得簡單,使永磁電機大功率化成為可能,此發(fā)明可廣范應用于永磁發(fā)電機、電動機等電器設備中。
文檔編號H02N11/00GK1362781SQ01100379
公開日2002年8月7日 申請日期2001年1月4日 優(yōu)先權日2001年1月4日
發(fā)明者許東輝 申請人:于澤華, 許東輝