一種新型高效直流發電機

閆江峰，王秀平，曲春雨，徐 楠（沈陽工程學院，沈陽 110136）

一種新型高效直流發電機

閆江峰，王秀平，曲春雨，徐 楠
（沈陽工程學院，沈陽 110136）

本文基于電磁感應原理，將傳統的直流發電機進行了結構的改進，改進后可以確保電機線圈邊全部參與了磁場切割，完成機電能量交換，有效的提高了電機的功率密度，是一種有益的理論和實踐的訓練。

高效；直流發電機；結構

1　引言

隨著人類的不斷進步，社會的不斷發展，能源危機變得越來越嚴峻，石油、煤炭等不可再生資源的枯竭、能量傳遞過程中資源的浪費、風能、光伏等可再生資源的利用率不高，這些問題一直不斷困擾著每一個人，將現有資源的最大化利用成為了一個迫在眉睫的問題。提高電機的效率和功率密度，具有重要的意義［1-4］。

作為一名在校大學生，利用學校提供的創新創業機會，開展電機相關問題的分析和研究，鍛煉動手實踐能力的同時，也進一步提高了知識的綜合應用能力，為將來工作和進一步學習打下堅實的基礎。本文基于傳統的直流發電機原理，即將機械能轉換為電能電磁感應原理，經過詳細的分析看出，傳統的直流發電機，在運行時四個線圈邊只有兩個線圈邊參與了磁場切割，參與了機電能量交換，因此，通過改變結構，設法將線圈的四條邊同時參與切割磁場，這樣可以提高磁場利用率，從而發出更多的電能，提高功率密度。線圈全切割型高效直流電機實現機械能的高效利用，是傳統直流電機的一種改革與創新。

2　原理與結構

傳統的直流發電機是通過外力驅動電樞旋轉，線圈的兩個有效元件邊受到了定子磁場的切割，產生交變的感應電動勢，并通過電刷和換向器，輸出直流電。本文提出的線圈全切割型高效直流電機，其設計也是基于電磁感應原理，通過改變結構，確保一個線圈的四個元件邊均參與切割磁場，因而在相同的情況下，發出更多的電能，從而實現線圈的高效利用。

線圈全切割型高效直流電機結構圖如圖1所示，包括兩個磁體，磁體上下對應的徑向方向轉軸，以及軸向方向包圍磁體的轉軸，轉軸之間利用軸承連接，徑向方向的轉軸兩端分別連接在軸承的內壁，軸向方向的轉軸兩端分別連接在軸承的外壁上，而其整個機體工作時是保持磁體空間位置不發生改變，而軸承內的每個滾珠的中心位置相對與磁體不發生位移，只使內壁與外壁沿著不同的旋轉方向旋轉。整個機體利用磁體上下及周圍包裹的轉軸切割磁體產生的磁力線從而產生電能，由上下兩個輸出端連接負載。設計的直流發電機的截面圖如圖2所示。圖1-2中，各個標號對應的結構組成，1.上端輸出；2.軸承外壁；3.上磁體；4.軸向方向轉軸；5.下磁體；6.下端輸出；7.上徑向轉軸；8.軸承滾珠；9.軸承內壁；10.下徑向轉軸。

圖1　電機結構圖

圖2　高效直流發電機截面圖

3　電機加工與測試

根據理論分析和計算機繪圖，進行了高效直流發電機的加工，加工成的電機如圖3所示。

圖3　高效直流發電機樣機

實驗的目的為得到真實有效的數據，以證明本設計可以產生預期的電能。將萬用表的表筆的正端接在整體裝置的上輸出端，表筆的負端接在下輸出端將電機的軸面沿上端到下端的逆時針（順時針）方向勻速旋轉讀取電筆上的示數。實驗結果表明，相同情況下，發出的電壓是傳統發電機的1.2倍左右，驗證了理論分析的有效性。

4　結論

直流電機被廣泛應用于我們的生活當中，線圈全切割型高效直流電機的研究對與直流電機具有重要意義，本文利用原有的直流電機發電原理，改變原有電機結構從而開發出線圈全切割型高效直流電機，該發明具有良好的發電性能、運行穩定以及便于新型電機的開發，更好的為電機的發展提供基礎。

［1］柯巖.變頻器諧波對電機效率的影響分析.電力學報，2010，25（03）:221-223.

［2］張昊，殷強，馬冬梅.電機效率測試技術的研究.電機與控制應用，2012，39（05）:41-44.

［3］張立偉，胡廣艷，溫旭輝，鄭瓊林.異步電機效率優化算法設計.中國鐵道科學，2008，29（01）:82-87.

［4］張智華.高效電機效率測試方法的選取與分析.南通航運職業技術學院學報，2012，11（04）:80-83.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.241

閆江峰，研究方向:新型結構電機與控制。