一种新型的发电机(2).doc

一种新型的发电机前言这里所介绍的是一种新型的发电机，此发电机和以往的发电机区别在于其结构的不同，由于结构的不同，使得这种发电机在发电过程中，发电机内部的电磁环境及运动部分的受力情况和以往的发电机有所不同，并由此，在发出相同功率电能的情况下，能很大程度上减小对机组原动机输入的机械功率，具体说明及示意图如下：结构及发电原理此发电机主要由供磁体磁极（以下称磁极）、发电线圈铁芯及其绕组、和处于以上两者之间的圆桶形设备组成，其结构如上图所示，发电机的磁极可以是永磁体或电磁铁，其作用是为发电机提供一个磁场；发电线圈铁芯是制作成和现有的电机同样形式的，由环形硅钢片叠压而成的铁芯，在环形铁芯内膛开槽并安放分布式电枢绕组作为发电线圈；发电机的磁极及发电线圈铁芯都是制作成固定不可转动的，在发电线圈铁芯和磁极之间安装一个可以旋转的圆桶形设备，此圆桶形设备由两部分组成，一部份是由硅钢片这样的导磁材料叠压而成的导磁体，另一部份是由一般的顺磁质材料制作（如空气、铝等），并且圆桶形设备中的导磁体之间要相互绝缘且隔磁，圆桶形设备中的顺磁质材料最好采用不导电的材料，如果是导电材料则要制作成片间绝缘叠压而成并相互绝缘。还要在圆桶形设备上加装飞轮来储能以得到更加恒定的转速。由于圆桶形设备中两个部份的材料磁导率不同，当达到一定厚度时，在圆桶形设备旋转过程中就会在发电线圈铁芯中产生一定量的磁通变化，磁通量的变化会在发电线圈电枢中产生电动势并由此产生电流来发电。对圆桶形设备中单个导磁体的受力分析在发电过程中磁极及发电线圈产生的磁场也会对旋转的圆桶形设备中导磁体产生力的作用，而这种发电机的运动部份就只有圆桶形设备，在这种电机中导磁体受到的磁作用力可分为两种：1、一种力是磁场对铁磁质体的磁作用力，这种力表现为体积力作用，但在这种发电机中圆桶形设备中导磁体的体积较小，所以其受到的磁极及发电线圈所产生的磁场体积力作用就会比较小。2、还有一种磁作用力是由于磁场对处于其中的磁体或电流产生的电磁力，但圆桶形设备中导磁体是软磁材料，并且没有在导磁体上绕制线圈，导磁体也就不会有自己固有的磁场方向；在计算电磁力时我们常用电磁力计算公式FBLI来进行计算，但在这里由于没有在圆桶形设备中的导磁体上绕制线圈，也就不存在载流导体的有效长度L以及流过载流导体的电流I，也就是说圆桶形设备中的导磁体外围没有自由电流，所以在运动过程中受到的磁极及发电线圈所产生的磁场的电磁作用力就比较小（此处表述不妥，但大概意思就是如此）。以上只是针对此种发电机的圆桶形设备中的单个导磁体受到的磁极及发电线圈所产生的磁场磁作用力进行了分析，以下对圆桶形设备所有导磁体在发电运行过程中的受力分析。此发电机负载时电磁反应如下图所示，发电机带上负载后，电枢中将流过电流，此时电枢绕组就会产生相应的电枢磁场，此时磁极磁场及电枢磁场会对圆桶形设备中的导磁体产生电磁作用力，以下我们对此进行分析：为简单起见，设电机为两极，负载为阻性负载，则电枢电流与激磁电动势同相位，由于电动势比感生它的磁通滞后90度，当圆桶形设备中的导磁体旋转至如下图所示的瞬间时，电枢电流及激磁电动势达到最大值，此时电枢磁场对圆桶形设备中的导磁体影响也最大，导磁体受到的电磁力在此时也最大，但这时你观察上图就会发现，此发电机的电磁环境是以磁极的中轴线为对称轴，左右完全对称的电磁环境，在此瞬间圆桶形设备中的两个导磁体正好处于这种对称的电磁环境中的对称位置，此时圆桶形设备中的两个导磁体受到的电磁力会在圆桶形设备内相互完全抵消，也就是说，圆桶形设备上的其中一个导磁体上无论受到任何方向及大小的电磁力，那么与它所相对应的另一个导磁体会就受到一个以磁极的中轴线为对称轴的，方向及大小完全相同的电磁力，而这两个导磁体是和圆桶形设备刚性连接的，所以这两个力会在圆桶形设备上完全的相互抵消。当圆桶形设备上的两个导磁体运动到正对磁极时，受到的电磁力也同样会由于其处于对称的电磁环境中而相互抵消。同样，当圆桶形设备上的导磁体运动到电机的其它位置时，受到的电磁力也会由于其基本上处于对称的电磁环境中而相互抵消。但是以下还有一种情况会使圆桶形设备产生转矩。当圆桶形设备上的导磁体旋转运动到接近电机的磁极且正在接近磁极中部时的某个位置时，由于磁极磁场对导磁体的磁化作用使得圆桶形设备上的导磁体也具有了磁场方向，在电枢磁场及磁极磁场的共同作用下，此时两个导磁体上受到的电磁力不能相互抵消，圆桶形设备会受到一个电磁转矩，但是在其运动到将要离开磁极中部且正要离开磁极时，并和其要接近磁极时所对应的位置时，由于对称的电磁环境，圆桶形设备会受到一个大小相等方向相反的电磁转矩（限于篇幅，此处表述不是很准确，后面有一篇“关于新型发电机的机电反应说明”中有比较准确的分析），这两个转矩在时间上有一定的间隔，可以通过在圆桶形设备上的加装飞轮储存能量以实现圆桶形设备上的导磁体受到不同方向的电磁转矩的相互抵消。且在圆桶形设备上的导磁体接近及离开磁极时，电枢电流及激磁电动势已过了最大值或还未达到最大值。所以在此时圆桶形设备受到的电磁转矩不会很大，在圆桶形设备上加装飞轮后转速应比较平稳。经过以上分析，由于圆桶形设备上的导磁体在运动过程中所受到的电磁作用力会有很大部份在圆桶形设备上相互抵消，因此这种发电机在运行过程中，圆桶形设备在运动过程中圆桶形设备上导磁体受到电磁力而产生电磁阻力矩总的来说会比较小，圆桶形设备中的顺磁质体部份由于不是铁磁性材料也几乎不会受到电磁力的作用，而这种发电机中唯一的运动部分就是这个圆桶形设备，所以这种发电机在发电过程中消耗的能量会比较少。综上所述：和以往的发电机相比，这种发电机在发出相同功率电能的情况下，能很大程度上减小对原动机的输入机械功率，是一种新型的节能的发电机。此种发电机在应用中的改动以上只是一个大概的说明，图也只是一个示意图，这种电机主要作为发电机来使用，根据对输出电流不同的要求，还可对这种发电机进行一些调整，合理设计导磁体的截面形状或供磁体磁极靴形状可以改变电流的波形，在同一组发电线圈对应的位置内，弧向顺序放置异性磁极，在运行时使圆桶形设备中导磁体交替经过发电线圈及供磁体异性磁极之间就会在发电线圈中产生交流电流，增加供磁体磁极对数并合理排列供磁体磁极及发电线圈位置可解决三相问题，从而解决与现有电网并运行。我的请求这种发电机结构较现有的发电机更为复杂，功率密度也可能会低一些，可是发电机消耗最多的是能