[发明专利]爪极式磁力平衡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动发电机的部件，特别是一种爪极式磁力平衡器。

技术背景

1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，发明了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，发明了电励磁方式，开创了电励磁电机的新纪元。但以上电机都只是能量转换的工具。

现有的发电机的基本原理都是导体切割磁力线而感应电动势并产生电流，导体切割磁力线的过程需要消耗足够的机械能，以克服装嵌导体的软铁与磁铁之间的吸力。

只要仔细地去观察，我们会发现一个有趣的现象：磁场的吸力效应并不能简单地用经典力学去解释，在不考虑磨擦力的前提下，若按照经典力学，转子铁被吸往定子磁铁的力与转子铁离开定子磁铁的所需克服的力应该是方向相反、大小相等的，但实际上，这对看似大小相等的力却是无法自己相互抵消的，因此发电机切割磁力线需要消耗大量的动能。然而，这对方向相反、大小相等的吸力虽然不能自己相互抵消，却可以用一对方向相反、大小相等的磁场斥力将其抵消。

本发明利用一对方向相反、大小相等的磁场斥力去平衡一对方向相反、大小相等的磁场吸力的原理，为发电机提供一种可以抵消特定拓扑结构的定子与转子之间吸力的爪极式磁力平衡器，使发电机可以不再依靠外部动力而可以自行发电。

发明内容

本发明是这样实现的：一种爪极式磁力平衡器，主要包括转子电磁铁(1)、爪极(2)、定子导磁环(3)、定子凸极磁铁(4、5)和转轴(6)，其特征是：爪极上有若干直爪或弯爪，两个转子电磁铁和三个爪极串列在转轴上，其中，一个爪极设在两个转子电磁铁的中间，另两个爪极分别设在两个转子电磁铁的外侧，两个转子电磁铁接入反向直流电，组成一个三极子转子；定子凸极磁铁有若干凸极，三个定子凸极磁铁与两个定子导磁环轴向连接成一个整体，其中，一个定子凸极磁铁设在两个定子导磁环的中间，另两个定子凸极磁铁分别设在两个定子导磁环的外侧，中间的定子凸极磁铁的磁极方向与外侧两个定子凸极磁铁的磁极方向相反；定子的中间凸极磁铁的凸极与转子的中间爪极径向相对、磁极方向相反，定子的两个外侧凸极磁铁的凸极与转子的两个外侧爪极径向相对、磁极方向相反，即定子的磁极与转子的磁极设定为相斥的。

所述定子凸极磁铁为凸极电磁铁或凸极永久磁铁，一个定子凸极磁铁有2个或2个以上的凸极。一个转子爪极有2个或2个以上的极爪。定子凸极电磁铁由定子凸极铁心(4)和定子励磁绕组(5)组成，转子电磁铁由转子铁心和转子励磁绕组组成，定子凸极电磁铁径向内凸或轴向内凸或轴向外凸或轴向两侧凸，转子爪极径向外凸或轴向内凸或轴向外凸或轴向两侧凸。铁心用软铁材料制成，如电工纯铁、锰锌铁氧体、硅钢片、单晶合金等，一般用硅钢片叠压而成，励磁绕组用漆包线绕制而成，如漆包铜线、漆包铝线、漆包合金线等。定子凸极永久磁铁是由若干定子磁钢与定子磁轭组成的一个整体，永久磁铁为铁氧体磁铁或稀土磁铁，磁钢装入磁轭后再用特制的夹具充磁。定子凸极铁心或定子磁轭与定子导磁环卡位连接或销连接或螺纹连接或焊接成一个整体，再与机座或端盖连接。磁轭和导磁环用软铁材料制成，一般用电工纯铁制成。

定子凸极电磁铁由一个有若干凸极的铁心与若干励磁绕组组成，三个凸极磁铁与两个导磁环连成一个三极子定子，或者，定子凸极电磁铁是由一个三凸极铁心与两个励磁绕组组成的三凸极电磁铁，若干个三凸极电磁铁用定子卡环连接成一个三极子定子。

普通爪极式发电机的两个爪极的极爪是相互交错在一起的，而磁力平衡器的爪极的极爪则是轴向相对或轴向相背或径向并列的，不同爪极的爪极之间的间距较大。

由于定子与转子相斥，若定子磁铁与转子磁铁的位置有偏差，会产生一个轴向推力，因此连接转轴与端盖的轴承应采用能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承，转子铁心与转轴的键连接部位有止推设计，不但要能承受周向载荷，还要能承受轴向载荷。

所述磁力平衡器为电励磁爪极式磁力平衡器或混合励磁爪极式磁力平衡器。电励磁爪极式磁力平衡器的定子和转子磁铁都是电磁铁，混合励磁爪极式磁力平衡器的定子磁铁是永久磁铁，转子磁铁是电磁铁。

所谓三极子转子和三极子定子，是指转子和定子的磁场模式为S-N-S或N-S-N，或可称之为“三极磁场”，在现有的电器产品中，这种磁场模式尚未见有应用的实例，但这种磁场模式应用于磁力平衡器却是一种理想的磁场模式。这种三极子爪极式磁力平衡器不但磁路合理、漏磁通较少、效率高，还可以防止定子与转子相斥时产生轴向扭力。由于磁铁相斥时，磁极会向异极方向扭转，因此两极子磁场相斥时容易产生轴向扭力，使转轴偏向一侧，损坏设备。