专利名称：圆环永磁低中高频二型交流发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于永磁交流发电机，特别是以圆环铁心为定子的不同频率的交流发电机。
现有公知的永磁交流发电机。它的工作原理是永磁体的异名磁极切割“桶型”定子绕组产生交流电 这种发电机造价高，结构比较复杂。
本实用新型的目的是要提供一种用异名磁极切割“圆环型”定子绕组产生电流大小和方向随时间发生周期变化的不同频率的交流电，使永磁发电机结构简化，降低造价成本。
该发电机的工作原理是这样实现的。如工作原理电路与磁路
图1，圆环中的实线表示永磁体的N极和S极，该磁极运动方向是顺时针，圆环中的横虚线表示被切割的绕组产生磁力线方向，竖向箭头表示电流方向，三角齿上的NS极切割所形成的磁极，在圆环定子两侧是用异名磁极切割的方法，圆环定子上有多个螺旋绕组构成，被异名磁极切割的每个螺旋绕组两端分别产生N极S极(用右手螺旋定则判定)，对它相邻螺旋绕组激磁，从而提高磁场利用率。由于异名磁极切割使被切割的螺旋绕组产生彼此相反的电流方向，用多个磁极切割和多个螺旋绕组，每当转子转一周时就可以产生频率高的交流电，减少其绕组个数和转子个数可以产生低频交流电。
在凸起三角齿之间每一个长方格内按顺时针方向螺旋式绕线。每一格内的绕组同另一格内绕组首和首相连接，尾和尾相连接如图1所示。
如果定子环是8个螺旋绕组，转子的磁极与其相对应是8个。如图1所示。
增大该机频率时可用16个绕组与其相对应的是16个磁极相对应的方法，根据电机转速需继续增大频率时，应增大定子环的直径，并依此方法递增绕组个数和转子个数。
降低频率以此方法递减，如果增大单机功率可增多定子环和磁极个数。
在该电机每个定子线圈引起感生电动势的过程是参照图1。当永磁铁N极顺时针旋转时，转子磁铁的N极将“扫过”与它构成气隙极距的凸起三角齿(这和现有电机下线槽硅钢片凸起部份和转子磁极构成气隙是一致的)。
永磁铁N极的磁力线通过极距间的气隙在单位时间内穿入凸起三角齿和它相邻的螺旋绕组(1)，同时由于磁极转动在瞬时也“切割”每匝绕组与N极相对应的导线，使磁通量继续发生变化，使之这一绕组产生感生电动势和感生电流。
当线圈(1)中的电流从I0到I1变化时，所激发的变化磁场通过圆环铁心使相邻的另一线圈(2)引起感生电动势，既实现了互感电动势，由于是“互感”作用在绕组(2)中产生和绕组(1)相反的磁场方向。(根据楞次定律)。
所谓相反的电流方向就是当磁极N“切割”绕组(1)时，绕组(2)的电流方向是从图1所示的B端输出，绕组(1)是从A端输出，当磁极切割绕组(2)时，绕组(1)从B端输出，绕组(2)从A端输出。依此类推。
当每个磁极“切割”过两个绕组时，定子环绕组电流输出从十到一的变化完成一个周期。实现了“异名磁极切割”的互感产生电流大小和方向随时间发生周期变化的交流电。
根据毕奥－－萨伐尔定律，当线圈(1)中的电流强度I改变时，通过线圈(2)的磁通匝链数将发生变化，按照法拉第电磁感应定律可知在两个具有互感的线圈中，电流变化率相同在另一线圈中所产生相符的电动势。
该电机每个定环磁通量的变化量是这样实现的、磁通量中的大小是磁感应强度B和穿过导线截面积S的乘积，既φ＝BS所决定。
参阅图1。当N极顺时针旋转时，磁力线穿过定子环每匝绕组导线和凸起三角齿的截面积时，导线截面积和凸起三角齿截面积S在定子环和磁极N运动系统的参照系里面是一个变量。磁极N在单位时间里逐渐“切入”截面积S，S进入永磁铁N极的截面积投影是由小到大的，进而截面积在运动系统里是一个“变量”，由于S发生变化，引起每匝绕组磁通量的变化、产生感生电动势和感生电流。因此，可根据法拉第电磁感应定律来确定该电机所需要的电压范围。
由于“异名磁极切割”的互感作用产生交流电、磁漏小、铁心涡流较小，其根据是当每匝绕组互感产生交流电，对绕组内的铁心横截面积产生涡电流。涡电流方向根据楞次定律可知，与绕组电流方向相反，涡电流所形成的磁场方向与绕组感生电流所形成的磁场方向相反。(参阅图1)。图1圆环铁心绕组电路与磁路图。边缘所示
表示涡电流在每匝绕组内的铁心两端的磁场方向。Ns表示每匝绕组感生电流的磁场方向，根据右手螺旋定则判定。
根据图1所示可知在永磁铁N极旋转瞬时，每匝绕组铁心横截面积涡电流所形成的磁场和定子每匝绕组感生电流所形成的磁场形成了闭合回路。由于涡电流磁场和感生电流形成了有规律的合成磁场，增强了圆环铁心的磁势和磁通密度，同时在闭合环路铁心起到了聚磁磁路作用，使其对电机有害的铁心涡电流，一部分转化为有效的磁场能被应用转化为电能输出，同时环型定子散热性好，因此，可用低碳钢铸造圆环铁心，取代用硅钢片制造交流发电机的常规。
实施例图2，它是用低碳钢精密铸造成型的圆环定子铁心，对它的尺寸确定，可根据功率增大的需要来增大它的直径，直径与厚度比一般应确定在201，同时可用增多定子环的个数和转子个数来增大其输出功率，三角齿的厚度稍高于线圈厚度，圆环定子上的凸起三角齿和转子磁极构成气隙的极距，微电机的气隙应确定在0.25mm～0.35mm。
实施例图3具有4个永磁体的转子，其中(3)是永磁体，把长方型永磁体横向穿入转子架(4)上，转子架两端分别露出Ns极，转子架应采用非磁性材料效果较好。如，铸铝、转子架应于定子环直径相同，永磁体的磁极长度应小于绕组的长度，比照附图1。
实施例4，它是在一个铸铝的法兰盘上装有4个长方型永磁体转子，也可以用三角型永磁体。如图4所示。
转子上的永磁材料的选择，在电机体积要求不严格的情况下，可选用钡或锶铁氧体磁能积可选用3.4～3.8mG、Oe。
电机体积要求小功率要求大，可选用稀土钴永磁材料。
永磁材料的利用率是设计该电机的关键应根据功率的大小和应用条件的需要，先选择永磁材料物理性能的前提下用“有限元法”来计算永磁材料的尺寸和定子与转子气隙长度。用“有限元法”具体计算方法可参阅《永磁材料及其应用》一书，第六章磁路设计若干原则和第七章气隙磁密的计算方法(机械工业出版社一九八四年版)上述4个实施例是说明本实用新型的工作原理和主要结构件。
下面根据上述4个实施例用实施例图5详细说明该产品结构装置。
实施例图5，它是依据上述4个实施例组成的该电机结构图示。
该电机的主体是由两侧有凸起三角齿的圆环定子铁心上分别绕制多个螺施绕组，构成该电机的定子(6)(7)(8)和转子架(9)及转子架上长方型永磁体(5)构成。
定子环是用框架螺杆结合在一起，也可以把定子环按层次装入圆桶型铝壳内取代框架和螺杆。
用转轴连结转子架(9)，转子架两端的永磁体是异名磁极，当电机转轴被拖动时是异名磁极“切割”定子环上的螺旋绕组。
在(6)(7)(8)每个定子环上的螺旋绕组个数是转子架(9)上安装的永磁体(5)个数 相同。
在这个电机结构的中间圆环定子(7)两侧是同名磁极相对应。
权利要求1.低中高频交流发电机，特别是圆环型低中高频永磁交流发电机，该电机是用两侧有凸起三角齿的圆环铁心，在铁心上绕制螺旋绕组构成它的定子，用螺杆或桶型机壳把其定子(6)(7)(8)固定在一起，其特征在于用一个转轴连结多个转子架(9)，转子框架上装有永磁体(4)构成它的转子。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征是转子架(9)两端的永磁体是异名磁极。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征是每个定子环上的螺旋绕组个数是转子架(9)上的永磁体(5)个数相同。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机，中间定子环(7)两侧永磁体(5)是同名磁极相对应。
专利摘要本实用新型是用多个圆环铁心上按螺旋式绕线构成它的定子，用框架螺杆或用圆桶型铝壳固定其定子环，用一个转轴连接多个永磁体转子，在圆环定子两侧用同名磁极相对应“切割”绕组的方法，圆环定子上有多个螺旋绕组构成，转子上有多个NS磁构成，当NS极切割不同绕组时就会产生电流方向随时间变化的交流电，在一定转速下增多磁极个数和绕组数就可以产生高频交流电，减少磁极个数和绕组个数可产生低频交流电。
文档编号H02K16/00GK2062920SQ8922118
公开日1990年9月26日 申请日期1989年12月14日 优先权日1989年12月14日
发明者王焕生 申请人:王焕生