本發(fā)明涉及一款靜止磁通發(fā)電機，屬于新能源發(fā)電技術(shù)中的可以直接提取永磁能轉(zhuǎn)化為電能但極少消耗其它能量的發(fā)電。

背景技術(shù)：

1、自從發(fā)電機問世一百多年來，技術(shù)一直處于不斷的創(chuàng)新和完善之中，完美提取永磁能也是這樣。傳統(tǒng)發(fā)電機由于是通過機械運動，即磁鐵與鐵芯之間或鐵芯與鐵芯之間的相對運動，使鐵芯中的磁通量和磁通方向發(fā)生周期性變化，造成線圈電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙運動的進行，導致永磁能轉(zhuǎn)化為電能的同時又消耗了大量的機械能，相當于將機械能轉(zhuǎn)化為電能。一方面永磁能被白白的浪費，人們?yōu)榱说玫诫娔芏嗫嗤诰蚧剂虾秃四苋剂先ビ眠@些燃料換取機械能再轉(zhuǎn)化為電能，另一方面無數(shù)專家學者為了提高發(fā)電效率而勞心費神殫精竭慮，但是仍然舉步維艱收效甚微，因為老方法已經(jīng)窮途末路。一直以來，有一個現(xiàn)象被人們忽視，那就是線圈相對于鐵芯的連續(xù)運動和跳躍運動，不改變鐵芯中的磁通量和磁通方向，卻改變了線圈中的磁通量和磁通方向，這樣產(chǎn)生電能所帶來的磁通，幾乎并不阻礙運動部件或驅(qū)動機構(gòu)的運動，雖然可以極大地不可以思議的提高發(fā)電能效，卻一直沒有人嘗試過。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：傳統(tǒng)的發(fā)電機由于是通過機械運動使鐵芯中的磁通量和磁通方向發(fā)生周期性變化，造成線圈電流的磁通總是阻礙運動的進行，消耗了更多的機械能降低了效率，無法在發(fā)電機中直接提取永磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，只能將機械能轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明采用線圈相對于鐵芯運動包括連續(xù)運動和跳躍運動的方案，使線圈電流的磁通由于被屏蔽無法產(chǎn)生阻礙力，或者雖然有阻礙力但是產(chǎn)生在磁鐵和鐵芯這些固定部件之間，對運動機制的抵抗極其微小甚至沒有。從而極大地提高了發(fā)電效率，相當于直接在發(fā)電機中提取永磁能或提取勵磁的電能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

2、線圈相對于鐵芯的運動有兩個技術(shù)方案：一個是線圈相對于鐵芯的連續(xù)運動；一個是線圈相對于鐵芯的跳躍運動。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是第一個，線圈相對于鐵芯的連續(xù)運動。

3、連續(xù)運動的技術(shù)方案是，將鐵芯做成多個直板橋和橋洞的形狀，或者其它形狀的橋和橋洞的形狀，磁鐵或勵磁線圈的磁通經(jīng)由橋墩流過直板橋身或橋身，再到相鄰的橋墩回到另一極或回到另一個磁鐵的另一極，使每相鄰兩個直板橋身內(nèi)或橋身內(nèi)的磁通方向相反，于是整體上這些橋身內(nèi)的磁通大小和方向就呈現(xiàn)有規(guī)則的近似方波的分布，但鐵芯的屏蔽效應(yīng)使橋面上方空氣中沒有磁通，于是橋面上的煎餅線圈在相對運動中能夠感應(yīng)直板橋身內(nèi)或橋身內(nèi)的磁通而發(fā)電，卻不能產(chǎn)生橋面上空氣中的楞次定律阻礙力，讓煎餅線圈相對于鐵芯橋面無阻力發(fā)電運行。

4、直板橋鐵芯的局部剖視圖如圖3（a）如圖3（b）。

5、線圈相對于鐵芯的圓周運動，以一個繞兩層的煎餅線圈為例，當線圈運動到圖3（b1）的位置時，相當于傳統(tǒng)發(fā)電機中線圈中的磁通量最大，當線圈由圖3（b1）的位置運動到圖3（b2）的位置，相當于線圈內(nèi)的磁通由最大變化到0，當線圈由圖3（b2）的位置運動到圖（b3）的位置，相當于線圈內(nèi)的磁通由0變化到反向最大……。由此線圈中的磁通大小和方向在相對運動中呈現(xiàn)周期性變化，線圈中產(chǎn)生感生電動勢。

6、由于鐵芯屏蔽了磁鐵或勵磁線圈散布在煎餅線圈周圍空氣中的磁通，感生電流帶負荷后產(chǎn)生的分布在煎餅線圈周圍的磁通就無法產(chǎn)生阻礙力。進入鐵芯淺層的磁通又回到空氣中另一個線圈的另一極，形成了一個個回路而不能到達磁鐵，只能產(chǎn)生線圈與鐵芯之間的吸引力。進入鐵芯和流出鐵芯回到空氣的磁通量相同，都表現(xiàn)為吸引力。即使磁通太強穿透了鐵芯，與磁鐵或勵磁線圈直接作用，也只是鐵芯與磁鐵之間或鐵芯與勵磁線圈之間的作用力，煎餅線圈與鐵芯之間仍為吸引力，這與電磁鐵內(nèi)部的線圈與鐵芯之間在工作時候沒有排斥力的道理相同。所以發(fā)電機運行只需克服因鐵芯深淺不一所致吸引力時大時小的影響，和克服疊片鐵芯微弱渦流所致阻力的影響，阻力非常的小，相當于直接將永磁能或勵磁能轉(zhuǎn)化為了電能。這樣就解決了傳統(tǒng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與定子相對運動中總是克服楞次阻礙力消耗更多機械能無法直接將永磁能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)問題。

7、該方案的兩個關(guān)鍵部件是鐵芯和煎餅線圈，二者可以互為轉(zhuǎn)子和定子。煎餅線圈和骨架作為轉(zhuǎn)子時需要將電引到滑環(huán)，再從電刷上引出電壓輸出線。

8、鐵芯是板橋結(jié)構(gòu)的鐵芯。鐵芯中嵌入多個磁鐵，或者不用磁鐵而采用勵磁線圈的方式，讓鐵芯板橋中靜止磁通的大小和方向，在與線圈相對運動方向上呈現(xiàn)有規(guī)則的如同正負方波一樣的變化。對于圓柱式發(fā)電機，從圖5可以直接看到板橋結(jié)構(gòu)的形狀；對于圓盤式發(fā)電機，鐵芯的外形如圖1（a）或如圖2（a），其局部單元剖面形狀如圖3.

9、磁鐵的充磁方向在鐵芯中的布置有兩種方法，一種是磁極方向與鐵芯和線圈的相對表面互相垂直，如圖2（a）就是盤式的互相垂直的類型；另一種是磁極方向與鐵芯和線圈的相對表面互相平行或相切，當平行或相切時，相鄰兩個磁鐵的極性相對。如圖1（a）是圓盤式平行式的，圖中鐵芯中還沒有嵌入磁鐵；如圖?1（b）為圓盤式平行式的半開式鐵芯示意圖，圖中放置了一部分磁鐵，可以看到磁極方向。這些鐵芯在局部剖面結(jié)構(gòu)上均可以看到直板橋的結(jié)構(gòu)，橋洞橋墩為梯形或其它形狀，如圖3（a）和3（b）。

10、鐵芯直板橋的厚度不是以圖中為準，而是既要有盡量大的磁通密度，又要有盡量大的厚度。

11、如圖2（a）為磁極方向與相對表面垂直的鐵芯與磁鐵示意圖，這種鐵芯不能使用整體式的，可以采用上下兩半鐵芯中間夾磁鐵合并在一起的方式。這種鐵芯也是如圖3（b）那樣采用直板橋和橋墩的局部剖面構(gòu)造，橋墩為梯形。當磁鐵強度較強時，可以適當增加橋墩高度，以使屏蔽更有效；當磁鐵強度較弱時，可以適當增大磁鐵面積和增大板橋的長度，以使板橋內(nèi)磁通密度更大或磁通飽和值能夠適當。

12、這種鐵芯在磁鐵的邊緣處可以稍高于磁鐵平面，使磁鐵嵌入鐵芯一些，就像圖3（b）的磁鐵寬度兩側(cè)的鐵芯那樣處理，并且磁鐵徑向長度兩側(cè)邊緣的鐵芯也那樣處理，便于磁鐵的磁通全部走鐵芯通道。

13、該發(fā)電機鐵芯采用直板橋和孔洞的方式，一是使磁鐵遠離煎餅線圈，降低磁鐵的反向磁通的影響（這主要是對于磁極方向與鐵芯線圈相對表面互相平行的類型而言的）；二是使鐵芯直板橋的厚度適當，便于形成較高甚至接近飽和點附近的磁通密度；三是留出空氣通道，便于散熱；四是有利于更徹底的屏蔽線圈周圍空氣中的磁通，多余的磁通從橋洞空氣中流過，鐵芯外面就沒有磁通了。

14、線圈是自粘煎餅線圈，由多個煎餅線圈嵌入煎餅骨架中與煎餅骨架一體化充當轉(zhuǎn)子或定子，制作時一般是將放好止動架或板的煎餅線圈放入骨架的鑄型中用強力膠水或樹脂澆注使其與骨架一體化。骨架和線圈的形狀對于圓柱式發(fā)電機是圓柱曲面式的薄餅形狀，對于圓盤式發(fā)電機是圓盤平面式的薄餅形狀。圖1（c）是圓盤式發(fā)電機的定子線圈骨架，外圈有4個耳朵和螺絲孔用于徑向同心度定位，里面嵌有若干個煎餅線圈，每個煎餅線圈的兩頭已經(jīng)折彎，骨架在折彎處有拱形的突出，用以固定煎餅線圈的折彎處；其中有三個煎餅線圈沒有放入，是為了看到骨架與線圈的分界面。圖1（d）左圖是煎餅線圈繞好并折彎好的樣式輪廓形狀。

15、對于小容量發(fā)電機，可以采用常規(guī)漆包線繞制線圈，煎餅線圈可以是多層。煎餅線圈制作時層與層之間加一些壓緊后幾乎沒有厚度的高強度尼龍細線并延伸出來一些，用高強度膠水牢固的粘固在一起。煎餅線圈凝固后再將線圈和骨架的鑄型用高強度膠水一體化澆注。

16、對于大容量發(fā)電機，還可以采用異形漆包線繞制線圈，煎餅線圈可以是單層或多層。當它是單層的時候，如圖4（c），可以采用寬度等于骨架厚度的扁線或薄銅皮的異形漆包線1，匝數(shù)可以與多層的相當。這種煎餅線圈中部穿透有矩形或其它形狀的孔洞4或6，一方面穿過一些絕緣的止動板或架5，板或架5兩端伸出線圈進入骨架便于承受力量；另一方面煎餅線圈的起始端轉(zhuǎn)換為其它形狀3的漆包線（一般是將導線7中的幾股分別壓成漸扁再冷焊）從孔洞6中引出來(末端也要轉(zhuǎn)換3但不過孔洞)。制作時先將寬度為骨架厚度的薄銅皮繞成長度超過設(shè)計值一個厚度的線圈，線圈兩頭的圓弧部分從一半厚度處切開，再按照設(shè)計好的線圈長度超過一個厚度將兩頭圓弧切斷，得到中間部分和折彎部分共五個部分，然后將折彎部分轉(zhuǎn)90度與中間部分進行冷焊連接，再沖孔洞，再刷絕緣漆，再粘結(jié)，這種方法每匝約有八個焊縫。較少焊縫的方法是，將薄銅皮繞制成較大厚度（即銅皮寬度）的單層線圈，再按照圖4（c）的形狀將中間的厚度（即銅皮寬度）切割出來，并沖出中間的孔洞，再冷焊連接折彎處的上下連接線（邊切邊焊），再切割掉兩頭的圓弧部分。圖4（c）的示意圖相鄰兩匝之間間距太大，實際上應(yīng)該是挨在一起的。

17、當它是多層的時候，異形漆包線的形狀可以是矩形、扁圓形或其它橫截面形狀的漆包線，這些異形漆包線也可以是用多股合一的軟漆包線用特定膠水定型而成。如圖4(d)是槽齒形的漆包線，它的槽和齒是在兩側(cè)呈現(xiàn)一上一下的分布，線圈外圈的齒可以卡住骨架起止動作用，內(nèi)圈的起咬合作用；如圖4(e)是人字形的，它兩個側(cè)面分別起到止動和被咬合作用。不論哪種形狀，都可以設(shè)置凹槽和止動板，有兩種類型，分別是凹槽和止動板在首、尾層表面的類型和在第一、第二層之間的類型，以矩形漆包線為例，如圖4(a)和4(b)是截面形狀為矩形的4層煎餅線圈最外圈幾根的局部樣式示意圖，另一側(cè)及內(nèi)圈其它部位與其類似，也要在合適的對應(yīng)的位置做出凹槽并穿過止動板，4(a)和4(b)分別代表了止動架放在表面和放在第一、二層之間。其中圖4(a)的凹槽2開在了煎餅表面處，其中止動板3放進凹槽2中，其中止動板3在伸出線圈的位置下落一個臺階，該臺階的平面4有微小的傾斜度，可以讓矩形固定框5得到適當?shù)膲壕o力，然后被膠水固定。在煎餅線圈的另一邊還有一個固定框與5對稱。煎餅線圈的中心如果有空間也可以放一個半開式固定框。其中圖4(a)的凹槽處漆包線寬度也可以像圖4(b)的右側(cè)凹槽處那樣變寬。其中圖4(b)的凹槽2開在了一、二層之間，可以使止動板更厚一些(該圖沒有畫出止動板但要知道也有止動板和固定框)，且在第一層的凹槽背面開出一對小溝3，這些小溝3可以掩蓋絕緣絲通過這里與止動板捆扎在一起，將最靠近鐵芯的首尾層線圈固定牢固。圖4(b)左側(cè)的兩個凹槽處漆包線寬度不變，但右側(cè)變寬了，免于該處的載流能力減小。圖4(b)示意圖將四個凹槽放到一個圖上是為了便于說明，實際上不一定，即可以單一或混合，變寬和不變寬各有優(yōu)劣。

18、就像圖4(b)顯示的那樣，按照凹槽處的截面形狀，分為凹槽處變寬類型和不變寬類型，圖4(b)右側(cè)的兩側(cè)都變寬的類型適用于一頭小半圓一頭大半圓中間是梯形的煎餅線圈。另外，在變寬的類型中，又分為一側(cè)變寬的類型和兩側(cè)變寬的類型。如圖2（b）就是第一層的一側(cè)變寬的類型俯視示意圖。其中第二層的折彎處分別在最左最右兩端，緊挨著第一層的折彎處2并有膠水粘連（圖中未畫）；其中第一匝從圖2（b）的下部開始繞線，每半匝就要進行一次折彎2；不折彎部分的中間凹槽處3都要改變截面形狀，保證凹槽處或止動架4處漆包線3的橫截面積不變?。黄渲邢噜弮稍阎g和兩層之間都有膠水5粘結(jié)固定；其中第四匝末尾6的下部如果有間隙要放置固定柱，那么固定柱兩側(cè)的漆包線只需要一側(cè)變寬，且6的下部沒有膠水5。

19、多層線圈的繞線方式是要繞成狹長的煎餅形狀的線圈，要一層一層的繞。第一層由外向內(nèi)，再繞第二層由內(nèi)向外，線圈的層數(shù)為雙數(shù)，使線圈漆包線的首尾都在外面。線圈的長度要比磁鐵長度稍長。對于圓盤式發(fā)電機的煎餅線圈長度，具體是每一頭至少都要長出線圈最大寬度一半的約0.5倍或更長（越長折彎后包圍的磁通越多，但同時要考慮其它因素），超出（包括大于和小于）鐵芯直徑的部分彎折成弧形直角，使其在相對旋轉(zhuǎn)時對鐵芯形成半包圍狀態(tài)。一半厚度向上折彎一半厚度向下折彎。圖1（d）右圖為繞線方式示意圖，右圖只畫出了第一層線圈的繞線方式及折彎方式，其它層的與它類似或鏡像對稱。對于圓柱式發(fā)電機單個煎餅線圈的繞線方式及形狀與此相似，只是長度很長，且寬度方向是曲面形狀。圓柱式發(fā)電機的煎餅線圈，兩頭如果折彎是要折彎成平面直角，且圓柱式線圈作為轉(zhuǎn)子時折彎后的裝配順序是先裝線圈再裝骨架鑄型，然后兩者澆注粘結(jié)。

20、圖1（d）左圖如果是單層就是焊接好且粘結(jié)好的輪廓或樣子（還沒有插入止動板條）；如果是多層就是按照圖1（d）右圖的方式繞好多層后還未放入止動架的輪廓或樣子。圖1（d）的兩頭超出鐵芯的部分都折彎成了弧形直角。該線圈的方案包括折彎的方案和不折彎的簡易方案，雖然兩個方案都能發(fā)電，但由于折彎后形成線圈對鐵芯的半包圍狀態(tài)，顯然折彎的方案能感應(yīng)更多的磁通以及能量密度更大。

21、圖1（c）和圖1（d）所畫線圈形狀為兩個半圓形中間夾一個矩形。但實際制作時也可以設(shè)計成兩個半徑不同的半圓形中間夾一個梯形，梯形的兩腰與徑線重合，這樣的好處一是使漆包線垂直于磁通方向，二是使相鄰兩煎餅線圈之間的吸引力較平均，三是若是大容量使用異型漆包線，可以利用半徑較大一側(cè)的空間，使凹槽處漆包線兩側(cè)都變寬，留給止動板空間。

22、圓柱式發(fā)電機的結(jié)構(gòu)如圖5，它由偶數(shù)個磁鐵布置在鐵芯的橋下，或者橋下采用勵磁的方式，使圓周運動方向的板橋橋身中的磁通大小和方向呈現(xiàn)有規(guī)則的如同正負方波一樣的分布，讓煎餅線圈相對于鐵芯板橋的橋面做圓周運動，從而產(chǎn)生感生電動勢。當采用勵磁式的時候，也可以讓鐵芯作為轉(zhuǎn)子，煎餅線圈作為定子。

23、圓盤式多級發(fā)電機的結(jié)構(gòu)如圖6，它的每一套磁鐵可以維持兩個鐵芯盤面，做成圖1（a）或圖2（a）那樣的鐵芯轉(zhuǎn)子或鐵芯定子，采用多級結(jié)構(gòu)，定子之間用定位環(huán)定位，轉(zhuǎn)子之間用軸套定位，處于中間位置的煎餅線圈的前后兩側(cè)都可以在轉(zhuǎn)動時感應(yīng)鐵芯中的磁通，提高了能量密度。

24、煎餅線圈帶電所產(chǎn)生的磁通與鐵芯之間的吸引力主要是通過氣隙相等來抵消，依靠線圈中的止動架來抵抗。當采用圓柱式發(fā)電機時，是利用徑向?qū)ΨQ的兩個吸引力互相抵消。當采用盤式多級發(fā)電機時，中間的每個線圈或鐵芯都受到前后兩個吸引力，當氣隙相等時就互相抵消了。

25、至于怎樣保持氣隙均等，可以在裝配時同時采用兩個措施：第一個是軸的兩端一端使用推力軸承或推力軸承加向心軸承，另一端使用向心軸承；第二個是故意讓全部轉(zhuǎn)子的軸向受力不平衡，推力軸承那一端受吸引力大，另一端受吸引力小。使全部轉(zhuǎn)子軸向受力不平衡有三個方法:?第一個方法是讓發(fā)電機豎直運行，利用轉(zhuǎn)子的重量使軸向受力不平衡，第二個方法是讓個別轉(zhuǎn)子或個別定子不發(fā)電，或者個別轉(zhuǎn)子或個別定子多發(fā)電，從而使吸引力偏向一端；第三個方法是在軸上再增加一套無刷電機的轉(zhuǎn)子和定子，利用無刷電機的軸向推力使轉(zhuǎn)子的受力不均衡。加裝無刷電機后，就不需要外部動力機械了。

26、除此之外，還有一個不采用推力軸承也能維持氣隙均等的方法：這就是在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上加裝盤式無刷電機的轉(zhuǎn)子和定子，但讓無刷電機產(chǎn)生前后兩個方向的軸向推力，從而可以使整體的轉(zhuǎn)子都穩(wěn)定在某一個位置不動。軸的兩端都使用向心軸承。這個方法也不需要外部的動力機械。