一种新型高效直流发电机

闫江峰，王秀平，曲春雨，徐 楠（沈阳工程学院，沈阳 110136）

一种新型高效直流发电机

闫江峰，王秀平，曲春雨，徐 楠
（沈阳工程学院，沈阳 110136）

本文基于电磁感应原理，将传统的直流发电机进行了结构的改进，改进后可以确保电机线圈边全部参与了磁场切割，完成机电能量交换，有效的提高了电机的功率密度，是一种有益的理论和实践的训练。

高效；直流发电机；结构

1　引言

随着人类的不断进步，社会的不断发展，能源危机变得越来越严峻，石油、煤炭等不可再生资源的枯竭、能量传递过程中资源的浪费、风能、光伏等可再生资源的利用率不高，这些问题一直不断困扰着每一个人，将现有资源的最大化利用成为了一个迫在眉睫的问题。提高电机的效率和功率密度，具有重要的意义［1-4］。

作为一名在校大学生，利用学校提供的创新创业机会，开展电机相关问题的分析和研究，锻炼动手实践能力的同时，也进一步提高了知识的综合应用能力，为将来工作和进一步学习打下坚实的基础。本文基于传统的直流发电机原理，即将机械能转换为电能电磁感应原理，经过详细的分析看出，传统的直流发电机，在运行时四个线圈边只有两个线圈边参与了磁场切割，参与了机电能量交换，因此，通过改变结构，设法将线圈的四条边同时参与切割磁场，这样可以提高磁场利用率，从而发出更多的电能，提高功率密度。线圈全切割型高效直流电机实现机械能的高效利用，是传统直流电机的一种改革与创新。

2　原理与结构

传统的直流发电机是通过外力驱动电枢旋转，线圈的两个有效元件边受到了定子磁场的切割，产生交变的感应电动势，并通过电刷和换向器，输出直流电。本文提出的线圈全切割型高效直流电机，其设计也是基于电磁感应原理，通过改变结构，确保一个线圈的四个元件边均参与切割磁场，因而在相同的情况下，发出更多的电能，从而实现线圈的高效利用。

线圈全切割型高效直流电机结构图如图1所示，包括两个磁体，磁体上下对应的径向方向转轴，以及轴向方向包围磁体的转轴，转轴之间利用轴承连接，径向方向的转轴两端分别连接在轴承的内壁，轴向方向的转轴两端分别连接在轴承的外壁上，而其整个机体工作时是保持磁体空间位置不发生改变，而轴承内的每个滚珠的中心位置相对与磁体不发生位移，只使内壁与外壁沿着不同的旋转方向旋转。整个机体利用磁体上下及周围包裹的转轴切割磁体产生的磁力线从而产生电能，由上下两个输出端连接负载。设计的直流发电机的截面图如图2所示。图1-2中，各个标号对应的结构组成，1.上端输出；2.轴承外壁；3.上磁体；4.轴向方向转轴；5.下磁体；6.下端输出；7.上径向转轴；8.轴承滚珠；9.轴承内壁；10.下径向转轴。

图1　电机结构图

图2　高效直流发电机截面图

3　电机加工与测试

根据理论分析和计算机绘图，进行了高效直流发电机的加工，加工成的电机如图3所示。

图3　高效直流发电机样机

实验的目的为得到真实有效的数据，以证明本设计可以产生预期的电能。将万用表的表笔的正端接在整体装置的上输出端，表笔的负端接在下输出端将电机的轴面沿上端到下端的逆时针（顺时针）方向匀速旋转读取电笔上的示数。实验结果表明，相同情况下，发出的电压是传统发电机的1.2倍左右，验证了理论分析的有效性。

4　结论

直流电机被广泛应用于我们的生活当中，线圈全切割型高效直流电机的研究对与直流电机具有重要意义，本文利用原有的直流电机发电原理，改变原有电机结构从而开发出线圈全切割型高效直流电机，该发明具有良好的发电性能、运行稳定以及便于新型电机的开发，更好的为电机的发展提供基础。

［1］柯岩.变频器谐波对电机效率的影响分析.电力学报，2010，25（03）:221-223.

［2］张昊，殷强，马冬梅.电机效率测试技术的研究.电机与控制应用，2012，39（05）:41-44.

［3］张立伟，胡广艳，温旭辉，郑琼林.异步电机效率优化算法设计.中国铁道科学，2008，29（01）:82-87.

［4］张智华.高效电机效率测试方法的选取与分析.南通航运职业技术学院学报，2012，11（04）:80-83.

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

闫江峰，研究方向:新型结构电机与控制。