專利名稱：磁力自控永磁電機的制作方法
該發明屬于機電學領域。它利用磁極間距離的變化引發內外磁場變化的原理，實現磁力自控。應用于機電一體化產品，給現在永磁電機的生產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，是極待人們去研究解決的重大問題。就永磁發電機而言，目前多用于拖拉機，有60瓦、100瓦、200瓦幾種，因拖拉機對發電電壓的平穩性要求不高，又有蓄電池的電壓平抑作用，發電機轉速又低，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。拖拉機發電機多用鍶鐵氧體磁性材料作永久磁極。隨著科技的發展，高性能磁性材料不斷出現。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，我國已經成為釹鐵硼磁性材料生產大國。它的性能大大優于傳統永磁材料。價格也隨著工業化大批量生產而大幅度降低，它已經成為人們優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。應用在發電機、電動機等電器設備中可節省大量的漆包銅線，可簡化產品工藝，而且產品體積可大大縮小。就汽車發電機而言，目前常用350瓦、500瓦、750瓦、1千瓦、2千瓦幾種，而汽車發動機所帶動的發電機轉速，每分鐘在2千～5千轉之間變化。根據電學原理，發電電壓與發電機轉速成正比。所以，電壓隨著轉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，國內外汽車發電機有直流、交流，無刷、有刷，內置調節器等系列，可是目前還沒有永磁型汽車發電機產品問世。目前傳統的發電機實屬電磁式。隨著電機轉速的變化，它用調節器來調節電磁線圈的電流的大小，起到均衡電壓的作用。例如500瓦汽車發電機轉子為電磁式的，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，當電機轉速升高時，調節器從定子取樣，設法降低轉子激磁電流，使磁場調弱。當電機轉速低時，調解器同樣調高轉子中的激磁電流，強化磁場使發電輸出電壓平穩一致。而永磁型發電機它的磁場強度是恒定不變的。所以，發電機轉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子本身磁極之間的幾何位置發生有控的變化，引起內部磁場變化，從而使對外磁場變化，使轉子定子之間相互作用磁場發生變化，達到調制電機的目的。這樣，大大降低調制的難度。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，是磁力自控發電機磁極間距離與所發出電壓的工作曲線圖。
磁力自控第一方案見附圖2轉子N、S極分為兩體，中間用軸承聯接，一個為定磁極，另一個為動磁極，可相對轉動，并且兩者之間用雙彈簧平衡，使磁極間距均等。當發電機旋轉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，二來它隨著轉速提高而空氣阻力也加大，使轉子動極向定極靠近，內部磁場形成部分短路，使對外磁場作用消弱。故發電電壓不會升高。而發電機轉速變低時，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，故發電機在一定轉速范圍變化時，因磁距自動跟蹤調整變化，所以可使發電電壓維持不變。
磁力自控第二方案見附圖4電機轉子或定子本身磁極間距固定不變，而用內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、斷路程度上發生變化，進而影響對外磁場變化。如附圖4，在發電機N、S磁極間裝入一導磁塊，在旋轉時克服彈簧力，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。轉速升高離心力也增大，磁短路程度也愈強。機械參數與電器參數的有機匹配即可獲得穩定的發電參數。
根據電動機，發電機可逆變原理，變極距原理同樣適用于電動機及其它電器產品。例如作為電動機時，定子用變極距永磁鐵制作，轉子用繞線式。在定子磁極間距及位置改變時，可以改變電動機的轉速、扭矩、輸出功率等。
權利要求
1.利用磁場的斷路、短路現象，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生變化，使內外磁場發生變化，實現磁力自行控制的機構。
2.在權利1，所述原理作用下，定子或轉子本身磁極間距離及位置的改變形成的電壓、扭矩、功率、轉速可調的電機、電器產品。
3.在磁極間利用導磁或隔磁材料去改變原內磁場通路，從而改變其對外作用磁場強弱的電機。
全文摘要
該發明屬于機電學領域。永磁電機具有巨大的潛在能力,但要調制它非常困難,利用磁場的短路斷路現象,把原固定一體的轉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生變化在內外磁路互相干涉影響下實現了磁力自控,使永磁電機的調制變得簡單,使永磁電機大功率化成為可能,此發明可廣范應用于永磁發電機、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 優先權日2001年1月4日
發明者許東輝 申請人:于澤華, 許東輝