发电机 所属技术领域，
本发明涉及一种发电装置，尤其能提高机械能转换成电能的利用效率。
背景技术
目前，公知的发电机工作时，转子转动，每转动一周，电枢每个线圈切割磁力线的角度在变化，它所产生的感应电动势也弱强变化。对于机械能转换成电能的利用效率有一定的局限。
【发明内容】
为了提高机械能转换成电能的利用率，本发明提供一种直流发电机，能用较小的力就可转动重量较大的转子，还能保持转子转动的平稳性；该发电机转子转动转时，不但所有电枢绕组都是垂直切割磁力线的，而且每转动一周，电枢绕组切割磁力线的运动路程较长。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案有九个，它们同属一个总的发明构思，技术上相互关联，具有相同和相应的特定技术特征。分别是：方案一、方案二、方案三、方案四、方案五、方案六、方案七、方案八、方案九。
方案一：
发电机定子部分包括：两块环形永磁铁、电刷、电刷架、大集电环、大集电环架、上部支架、推力轴承下部圈套、轴承基座、发电机基座、电流导线。
两块尺寸、性能相同的环形永磁铁，圆环平面为水平方向，分别固定在发电机基座和上部支架上，重心在同一垂线上，两块环形永磁铁垂直相对的那两个面，一个为北极，一个为南极，就形成了发电机工作时所需地磁场。固定在基座的那个环形永磁铁，中间空的那部分中心位置，水平放置一个不锈钢推力轴承，推力轴承圆心和环形永磁铁的重心在同一垂线上。推力轴承承托着转子，上部套圈随转子转动，下部套圈不转动，下部套圈和轴承基座固定在一起，轴承基座和发电机基座固定在一起。电刷架、电刷，固定在上部支架上，大集电环、大集电环架固定在上部支架中部位置。上部支架用圆柱滚子轴承固稳转子转轴上部位置，轴承基座上有凹位固定圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承固稳转子转轴下部位置。
发电机转子部分包括：由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形转盘支架(包括电枢绕组支架)、转轴、电枢绕组、小集电环、内环集电圈、外环集电圈、电刷、电流导线。
圆盘形的转子安装在两个环形永磁铁的垂直空间之内，上下两面与环形永磁铁留出的空间间隙。转子底部连接推力轴承，底部和推力轴承上部圈套固定在一起。环形永磁铁、转子、推力轴承的重心都在同一垂线上。圆盘形的转子支架由转臂和环形电枢绕组支架组成，直径比环状永磁铁外径大一些。切割磁力线的电枢绕组所有导线都是直的线段，长度相同，长度比环形永磁铁水平环带面的宽度大一些，以固定数量的导线为一束，分成若干束，用不受磁力吸引的金属带压扎紧成方体，每一端的所有导线的线头截面都焊接在一起，向转盘圆心的那一端都和内环集电圈连接，另一端都和外环集电圈连接，以转盘圆心为圆心，成放射状均匀嵌装固定在环形电枢绕组支架上。内环集电圈、外环集电圈嵌装固定在环形电枢绕组支架凹槽里。电刷和外环集电圈连接。小集电环固定在转轴上。外环集电环圈、内环集电圈、电枢绕组、电刷都和转盘架子绝缘。
电枢绕组----电流导线-------外环集电圈------电刷------大集电环------电流导线-----电刷-----小集电环-----电流导线-----内环集电圈----电流导线------电枢绕组，它们形成发电机工作时电流回路。
当磁力线方向是垂直向下、转子顺时针转动时，电枢绕组垂直切割磁力线，根椐电磁感应原理和右手定则，所有电枢绕组导线产生的电流流向离转子圆心远的那一端，电流流经的顺序是：
电枢绕组→电流导线→外环集电圈→电刷→大集电环→电流导线→电刷→小集电环→电流导线→内环集电圈→电流导线→电枢绕组，形成直流电。
当磁力线方向是垂直向下、转子逆时针转动时，所有电枢导线电流流向离圆心近的那一端，电流流经的顺序是：电枢绕组→电流导线→内环集电圈→电流导线→小集电环→电刷→电流导线→大集电环→电刷→外环集电圈→电流导线→电枢绕组，形成直流电。
方案二：发电机电枢绕组产生感应电动势所需的磁场，是用自励电磁铁构成，电磁铁由环形磁极铁心和激磁绕组组成。除了磁铁部份是用电磁铁，定子部分多了直流激磁电路外，其他一切结构、原理都和方案一相同。激磁绕组绕线方式：顺着环形磁极铁心外环圆柱面沿水平方向绕线。
方案三：发电机转子不带转轴。和方案一不同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场由永磁铁构成。)
方案四：发电机转子不带转轴。和方案二不同同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场是用自励电磁铁构成。)
方案五：两个环形的磁铁组合成发电机工作磁场的方式不同于方案一、方案二、方案三、方案四。
发电机定子部分包括：大环形永磁铁和小环形永磁铁(两块环形永磁铁垂直厚度一样、外径一大一小)、电刷、电刷架、底部集电环、上部支架、推力轴承下部圈套、轴承基座、发电机基座、电流导线。
两个环形的永磁铁圆环平面为水平方向，外径一大一小，重心在垂线的同一点上，外径小的磁铁外环圆柱面和外径大的磁铁内环圆柱面，一个磁极为北极，一个磁极为南，构成发电机工作时所需的磁场。用磁铁基座将两个环形永磁铁都固定在发电机的基座上，永磁铁底部和发电机基座之间留有空隙。两个环形永磁铁组成的磁场在发电机基座上的垂直投影位置上，是圆环形的底部集电环。小环形永磁铁中间空的那部分中心位置，水平放置一个不锈钢推力轴承，推力轴承圆心和环形永磁铁的重心在同一垂线上。推力轴承承托着转子，上部套圈随转子转动，下部套圈不转动，下部套圈和轴承基座固定在一起，轴承基座和发电机基座固定在一起。上部支架转子用圆柱滚子轴承固稳转子转轴上部位置。轴承基座上有凹位固定圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承固稳转子转轴下部位置。电刷、电刷架固定在上部支架上。
发电机转子部分包括：由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形转子支架(转子支架里包含有电枢支架)、转轴、电枢绕组、小集电环、上集电圈、下集电圈、电刷、电流导线。
切割力线的电枢绕组所有导线都是直的线段，长度相同，以固定数量的导线为一束，分成若干束，用不锈钢带压扎紧成块状，每一端的所有导线的线头截面都焊接在一起，和转轴成平行方向，均匀嵌装固定在凹环形的电枢支架上。每束导线的顶端和上集电环连接，底端和下集电环连接，下集电环固定在圆盘形的的电枢支架凹槽里面底部，和电刷连接。凹环形的电枢支架两壁开有孔洞，以减轻转子重量和电枢绕组散热作用。
电枢绕组----上集电圈-----电流导线-----小集电环-----电刷----电流导线-----大集电环----电刷-----下集电圈----电枢绕组，它们形成发电机工作时的电流回路。
当磁力线方向是从大的磁铁内环圆柱面指向小磁铁外环圆柱面、转子逆时针转动时，电枢绕组垂直切割磁力线，根椐电磁感应原理和右手定则，所有电枢导线产生的电流垂直向上流动，电流流经的顺序是：电枢绕组----上集电圈-----电流导线-----小集电环-----电刷----电流导线-----大集电环----电刷-----下集电圈----电枢绕组，形成直流电。
当磁力线方向是从大的磁铁内环圆柱面指向小磁铁外环圆柱面、转子顺时针转动时，根椐电磁感应原理和右手定则，所有电枢导线电流垂直向下流动，电流流经的顺序是：电枢绕组----下集电圈------电刷----大集电环------电流导线-----电刷----小集电环------电流导线-----上集电圈-----电枢绕组，形成直流电。
方案六
发电机电枢绕组产生感应电动势所需的磁场，是用自励电磁铁构成，电磁铁由环形磁极铁心和激磁绕组等组成。除了磁铁部份是用电磁铁，定子部分多了直流激磁电路外，其他一切结构、原理都和方案五相同。激磁绕组绕线方式：顺着环形磁极铁心外环圆柱面、上环面、内环圆柱面、底环面绕线。
方案七
发电机转子不带转轴。和方案五不同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场由永磁铁构成。)
方案八
转子不带转轴。和方案六不同同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场是用自励电磁铁构成。)
方案九
上面所有方案用到圆柱滚子轴承的地方都可置换为滚珠轴承。
本发明有益效果是：提高机械能转化换成电能的利用率，结构简单。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
方案1.图1是发电机方案1实施例的分解图。
图2是发电机方案1实施例的俯视图。
图3是图2A---A的剖视图。
方案2.图4是发电机方案2实施例的俯视图。
图5是图4B---B的剖视图。
方案3.图6是发电机方案3实施例的俯视图。
图7是图6C--C的剖视图。
方案4.图8是发电机方案4实施例的俯视图。
图9是图8D---D的剖视图。
方案5.图10是发电机方案5实施例的分解图。
图11是发电机方案5实施例转子的分解图。
图12是发电机方案5实施例的俯视图。
图13是图12E---E的剖视图。
方案6.图14是发电机方案6实施例的俯视图。
图15是图14F---F的剖视图。
方案7.图16是发电机方案7实施例的俯视图。
图17是图16G---G的剖视图。
方案8.图18是发电机方案8实施例的俯视图
图19是图18H---H的剖视图。
图20是上述方案属永磁发电机类型(方案1、方案3、方案5、方案7)的基本电路图，图21是上述方案属自励电磁铁发电机类型(方案2、方案4、方案6、方案8)的基本电路图。
方案1.
在图1中，1.环形永磁铁A、2.上部支架、3.大集电环、4.大集电环架、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8.电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、10.圆柱滚子轴承A、11.小集电环、12.内环集电圈、13.外环集电圈、14.圆柱滚子轴承B、15.不锈钢推力轴承16.环形永磁铁B、17.发电机基座、18.、固定圆柱滚子轴承B的凹位、19.轴承基座、20.转轴、21.(不受磁力吸引的)金属带。
图2实施例中，发电机定子部份：环形永磁铁A(1)固定在上部支架(2)，环形永磁铁B(16)固定在发电机基座(17)上。环形永磁铁B(16)中间空的那部分中心位置，水平放置一个不锈钢推力轴承(15)，不锈钢推力轴承(15)顶部略高于环形永磁铁B(16)，不锈钢推力轴承(15)下部套圈固定在轴承基座(19)，轴承基座(19)固定在发电机基座(17)上。大集电环(3)固定在大集电环架(4)，大集电环架(4)固定在上部支架(2)中部位置。电刷A(6)固定在电刷架(5)，电刷架(5)固定在上部支架(2)。轴承基座(19)中心位置凹位固定圆柱滚子轴承B(14)，圆柱滚子轴承B(14)固稳转轴(20)下端。上部支架(2)固定圆柱滚子轴承A(10)，圆柱滚子轴承A(10)固稳转轴(20)上端，电刷A(6)通过电流导线大集电环(3)连通。
发电机转子部分：不锈钢推力轴承(15)承托着转子，上部套圈和转子固定在一起随转子转动，切割力线的电枢绕组(7)所有导线都是直的线段，长度相同，长度比环形永磁铁水平环带面的宽度大一些，以固定数量的导线为一束，分成若干束，用金属带(21)压扎紧成方体，每一端的所有导线的线头截面都焊接在一起，向转盘圆心的那一端都通过电流导线(37)和内环集电圈(12)连接，另一端都通过电流导线(38)和外环集电圈(13)连接，以转盘圆心为圆心成放射状均匀嵌装固定在转盘支架(9)上。电流导线(37)和电流导线(38)嵌装固定在转盘支架(9)凹槽里。内环集电圈(12)通过电流导线和小集电环(11)连通，电刷B(8)和外环集电圈(13)连接固定在转盘支架(9)上。
电枢绕组(7)----电流导线(38)-----外环集电圈(13)------电刷B(8)------大集电环(4)-----电流导线-----电刷A(6)----小集电环(11)----电流导线(37)-----内环集电圈(12)------电枢绕组(7)，它们形成发电机工作时电流回路。
当磁力线方向是垂直向下、转子顺时针转动时，电枢绕组垂直切割磁力线，根椐电磁感应原理和右手定则，所有电枢绕组导线产生的电流向离转盘圆心远的那一端流出，形成直流电。
当磁力线方向是垂直向下、转子逆时针转动时，所有电枢导线产生的电流流向离转盘圆心近的那一端，形成直流电。
方案2.
在图4中，2.上部支架、3.大集电环、4.大集电环架、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8.电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、10.圆柱滚子轴承A、11.小集电环、12.内环集电圈、13.外环集电圈、14.圆柱滚子轴承B、15.不锈钢推力轴承、17.发电机基座、、19.轴承基座、20.转轴、21.(不受磁力吸引的)金属带、22.环形磁极铁心A、23.激磁绕组A、24.环形磁极铁B、25.激磁绕组B、37.电流导线、38.电流导线。
在图4实施例中，发电机电枢绕组产生感应电动势所需的磁场，是用自励电磁铁构成，电磁铁由环形磁极铁心A(22)、激磁绕组A(23)、环形磁极铁B(24)、激磁绕组B(25)。组成。激磁绕组绕线方式：顺着环形磁极铁心外环圆柱面沿水平方向绕线。除了磁铁部份是用电磁铁，定子部分多了直流激磁电路外，其他一切结构、原理都和方案一相同。
方案3.
在图6中，1.环形永磁铁A、2.上部支架、3.大集电环、4.大集电环架、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8.电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、11.小集电环、12.内环集电圈、13.外环集电圈、15.不锈钢推力轴承16.环形永磁铁B、17.发电机基座、18.、放置圆柱滚子轴承B的凹位、19.轴承基座、21.(不受磁力吸引的)金属带、26.轴套、37.电流导线、38.电流导线。
在图6实施例中，发电机转子不带转轴。和方案一不同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套(26)，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在不锈钢推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场由永磁铁构成。)
方案4.
在图8中，2.上部支架、3.大集电环、4.大集电环架、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8.电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、11.小集电环、12.内环集电圈、13.外环集电圈、15.不锈钢推力轴承、17.发电机基座、、19.轴承基座、21.(不受磁力吸引的)金属带、22.环形磁极铁心A、23.激磁绕组A、24.环形磁极铁B、25.激磁绕组B、26.轴套、37.电流导线、38.电流导线。
在图8实施例中，发电机转子不带转轴。和方案二不同同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套(26)，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场是用自励电磁铁构成。)
方案5.
在图10中，2.上部支架、、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、10..圆柱滚子轴承A、11.小集电环、14.圆柱滚子轴承B、15.不锈钢推力轴承、17.发电机基座、19.轴承基座、20.转轴、27.底部集电环、28.小环形永磁铁29.大环形永磁铁、30.磁铁基座、31.上集电圈、39.(不受磁力吸引的凹环形)电枢支架
图11中
7.电枢绕组、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、10..圆柱滚子轴承A、11.小集电环、21.(不受磁力吸引的)金属带、32.底部集电环、31.上集电圈、39.(不受磁力吸引的凹环形)电枢支架
在图10实施例中，发电机定子部分包括：大环形永磁铁(29)和小环形永磁铁(28)(两块环形永磁铁垂直厚度一样、外径一大一小)、电刷A(6)、电刷架(5)、底部集电环(27)、上部支架(2)、不锈钢推力轴承(15)、轴承基座(19)、发电机基座(17)、电流导线。
两个环形的永磁铁圆环平面为水平方向，外径一大一小，重心在垂线的同一点上，小环形永磁铁(28)外环圆柱面和大环形永环形磁铁(29)内环圆柱面，一个磁极为北极，一个磁极为南，构成发电机工作时所需的磁场。用磁铁基座(30)将两个环形永磁铁都固定在发电机的基座(17)上，两个环形永磁铁(28)、(29)底部和发电机基座(17)之间留有空隙。两个环形永磁铁(28)、(29)组成的磁场在发电机基座(17)上的垂直投影中心位置，是圆环形的底部集电环(27)，底部集电环(27)和发电机基座(17)绝缘。小环形永磁铁(28)中间空的那部分中心位置，水平放置一个不锈钢推力轴承(15)，不锈钢推力轴承(15)顶部比环形永磁铁(28)、(29)略高，和它们的重心在同一垂线上。不锈钢推力轴承(15)承托着转子，上部套圈随转子转动，下部套圈不转动，下部套圈和轴承基座(19)固定在一起，轴承基座(19)和发电机基座(17)固定在一起。上部支架转子(2)用圆柱滚子轴承A(10)固稳转子转轴(20)上部位置。轴承基座(19)上有凹位固定圆柱滚子轴承B(14)，圆柱滚子轴承B(14)固稳转子转轴(20)下部位置。电刷(6)、电刷架(5)固定在上部支架上。
发电机转子部分包括：(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架(9)、转轴(20)、电枢绕组(7)、小集电环(11)、上集电圈(31)、下集电圈(32)、电刷(8)、(不受磁力吸引的凹环形)电枢支架(39)、电流导线。
切割力线的电枢绕组(7)所有导线都是直的线段，长度相同，以固定数量的导线为一束，分成若干束，用金属带(21)压扎紧成块状，每一端的所有导线的线头截面都焊接在一起，和转轴(20)成平行方向，均匀嵌装固定在凹环形的电枢支架(39)上，每束导线的顶端和上集电圈(31)连接，底端和下集电电圈(32)连接。上集电圈(31)固定在电枢支架(39)上部。下集电圈(32)嵌装固定在电枢支架(39)里面底部凹槽，和电刷B(8)连接，电刷B(8)嵌装固定电枢支架(39)底部。凹环形的电枢支架(39)两壁开有孔洞，以减轻转子重量和散热作用。电枢绕组(7)、上集电圈(31)、下集电圈(32)、电刷B(8)和电枢支架(39)绝缘。
电枢绕组(7)----上集电圈(31)-----电流导线-----小集电环(11)----电刷A(6)----电流导线------底部集电环(27)---电刷B(8)-----下集电圈(32)----电枢绕组(7)，它们形成发电机工作时的电流回路。
当磁力线方向是从大的磁铁内环圆柱面指向小磁铁外环圆柱面、转子逆时针转动时，电枢绕组垂直切割磁力线，根椐电磁感应原理和右手定则，所有电枢导线产生的电流垂直向上流动，电流流经的顺序是：电枢绕组(7)----上集电圈(31)-----电流导线-----小集电环(11)----电刷A(6)----电流导线------底部集电环(27)---电刷B(8)-----下集电圈(32)----电枢绕组(7)，形成直流电。
当磁力线方向是从大的磁铁内环圆柱面指向小磁铁外环圆柱面、转子顺时针转动时，电枢绕组垂直切割磁力线，根椐电磁感应原理和右手定则，所有电枢导线产生的电流垂直向下流动，电流流经的顺序是：电枢绕组(7)----下集电圈(32)------电刷B(8)----底部集电环(27)--------电流导线-----电刷A(6)----小集电环(11)------电流导线-----上集电圈(31)-----电枢绕组(7)，形成直流电。
方案6.
在图14中，2.上部支架、、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、10..圆柱滚子轴承A、11.小集电环、14.圆柱滚子轴承B、15.不锈钢推力轴承、17.发电机基座、19.轴承基座、20.转轴、27.底部集电环、30.磁铁基座、31.上集电圈、39.电枢支架、33.环形磁极铁心C、34.激磁绕组C、35.环形磁极铁心D、36.激磁绕组D
在图14实施例中，电枢绕组产生感应电动势所需的磁场，是用自励电磁铁构成。环形磁极铁心C(33)、激磁绕组C(34)、环形磁极铁心D(35)、激磁绕组D(36)组成电磁铁。激磁绕组绕线方式：顺着环形磁极铁心外环圆柱面、上环面、内环圆柱面、底环面绕线。除了磁铁部份是用电磁铁，定子部分多了直流激磁电路外，其他一切结构、原理都和方案一相同。
方案7.
图16中，2.上部支架、、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8电刷B、9.(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、11.小集电环、15.不锈钢推力轴承、17.发电机基座、19.轴承基座、27.底部集电环、28.小环形永磁铁29.大环形永磁铁、30.磁铁基座、31.上集电圈、39.(不受磁力吸引的凹环形)电枢支架
图16实施例中，发电机转子不带转轴。和方案五不同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套(26)，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场由永磁铁构成。)
方案8.
图18例中，2.上部支架、、5.电刷架、6.电刷A、7.电枢绕组、8电刷B、9(由不受磁力吸引的轻质、高强度金属材料制成的圆形)转盘支架、11.小集电环、15.不锈钢推力轴承、17.发电机基座、19.轴承基座、27.底部集电环、30.磁铁基座、31.上集电圈、39.(不受磁力吸引的凹环形)电枢支架、33.环形磁极铁心C、34.激磁绕组C、35.环形磁极铁心D、36.激磁绕组D
图18实施例中，发电机转子不带转轴。和方案六不同同的是不带转轴和两个圆柱滚子轴承，转子上设置了轴套(26)，由动力源提供垂直转动的力转动。因为圆盘形的转子质量和结构都是均匀分布的，所以垂直转动的力能让转子平稳地在推力轴承上转动。(发电机工作时所需的磁场是用自励电磁铁构成。)
图20是上述方案属永磁发电机类型(方案1、方案3、方案5、方案7)的基本电路图。
图21是上述方案属自励电磁铁发电机类型(方案2、方案4、方案6、方案8)的基本电路图。