[发明专利]圆盘高压直流发电机

说明书

技术领域

本发明属于机电领域,采用法拉第圆盘发电原理,无铁损,内阻低,无需整流器和换向机构，多发电圆盘结合后可以产生很高直流电压的一种高压直流发电机。

背景技术

现有的直流发电机主要部件由定子、转子、发电绕组、整流器和电刷等组成，发电绕组嵌入硅钢片叠制成的铁芯上形成一体，现有的大型直流发电机的电压一般为800V或以下，较少有更高电压的直流发电机被应用。如果采用交流整流后得到直流有铁损的存在，且直流电压也存在波动。

法拉第圆盘发电机是采用一导电圆盘在稳定的单向磁场中旋转切割磁感线而发出直流电。该种发电技术由于发出的电压偏低，无法得到实际应用，但是该种发电方法由于采用金属圆盘进行发电，发电机的内阻很低，且转子中的磁场强度不发生变化，不会产生涡流损耗，不存在铁损，相应的效率也高。

发明内容

本发明采用法拉第圆盘发电的基本原理，利用金属圆盘在单向恒定磁场中旋转切割磁感线产生感应电动势，在发电机中，该圆盘由多块单独的扇形单元组成，每个单元在旋转时均切割磁感线产生相同的感应电动势，相邻2个单元之间用导线首尾连接,形成串联结构将发电机的输出电压进行放大。

发电单元采用电阻率低的工业纯铁制做导电基体，铁板被加工成特定形状的发电单元，在组装成单片发电圆盘后再涂覆导磁的绝缘材料，使得相邻的2层发电圆盘间彼此绝缘并能顺利导磁。

每相邻的2层圆盘也采用搭接的方式将发电圆盘串联起来，形成高的输出电压。铜导线起到连接相邻发电单元的作用，由于发电圆盘之间涂覆了绝缘涂料，且单级发电单元的电压很低，每一层发电圆盘的输出电压也不算很高，采用磁粉绝缘后，可以满足绝缘要求。

为了防止发电单元之间连接铜线在旋转过程中切割磁感线而产生反向电压抵消发电的电动势，本发电机在发电单元间的连接线的周围采用低导磁率的材料进行包裹，而铜导线周边是导磁性能良好的工业纯铁材料制成的发电单元，可以起到磁场屏蔽的作用，连接导线在旋转过程中切割的磁感线强度很弱，即使产生反向电动势也会很低。这样便可以得到很大的输出电压。

本发明由于转子采用顺磁性物质，且磁粉的电阻率很大，由于定子肿用稀土永磁性材料或使用励磁线圈作为磁极，磁场的大小和方向都不会发生变化，转子切割磁感线也不会产生交变的磁场，故不会存在感生电流，也就意味着没有铁损的存在。

本发明转子结构简单，材料来源广泛，制造容易，发电机转子体积小，转动惯量小，且磁场方向平行于轴向，故该发电机的拖动容易。简单的增加发电圆盘的层数或增加转速就可以增大发电机的输出电压，而且由于发电机转子的材料采用低电阻率的工业纯铁和铜作为基础材料，发电机的内阻低，可以制成容量很大的直流发电机组，而无需很大的设备体积。

发电机发出的电压无脉动，转速变化只会引起输出电压的改变，电源稳定性好。内阻低、无铁损，发电机的发热量也很低。

发电机可用于电动机使用，且无论发电还是做功，其可耐受的电压和电流都很大，只要相应的采用适当的圆盘数量或厚度便可以获得很小的内阻，相应的设备功率和额定电流升高。由于相邻圆盘之间采用绝缘物质隔开，且相邻圆盘之间的电压很小，圆盘材料电阻率低，耐受高温能力较强，这样即使发电机内部绝缘下降使得某相邻圆盘间发生短路也不会影响发电机或电动机的正常使用，除非某连接导线处发生断路故障。故本电机的使用寿命较一般电机要长，且即使电机转子进水受潮仍能正常使用。

附图说明

图1是发电圆盘单元的示意图，图中1为发电单元基体，2为定位孔，用于在组装发电圆盘时起定位作用，以及固定发电单元用，3为限位凹槽，通过与相邻的发电单元对应的凹槽共同组成限位槽（如图2中的结构4），内部填充热固性树脂后可以将整个发电机转子组成一个整体，并在旋转过程中增加转子结构稳定性。

图2为组装后的单片发电圆盘，本例中将圆盘分成12份，图中序号1为发电单元，2为连接相邻2个发电单元的连接导线，3为定位孔，4为限位槽。每片发电圆盘有一处断开处，该位置与下一层发电圆盘进行串联连接，进而组成发电机的转子，如图3。

图3为多片发电圆盘组装后的示意图，结构完全相同的组合后的发电圆盘用导线串联后被依次叠压在一起，相邻两层发电圆盘中间可采用电阻率高的混有磁粉的树脂绝缘。

图4为绝缘板和端盖的结构图，绝缘板安装于发电机转子两端的端盖与发电圆盘之间，防止圆盘与端盖发生短路，绝缘板的材料为高电阻的绝缘材料制成。端盖为导磁性能优异的材料，起到导通磁感线并与发电机转子圆盘构成磁场屏蔽结构，减少铜连接线的反向电动势。