專利名稱：凸型電磁能源發動機的制作方法
技術領域：
本發明屬于電磁能源新領域。
通常的電機主要是由定子、轉子和定子與轉子之間的氣隙三部分組成。在定子和轉子上都設置著可導電的繞組，它們各自產生的主磁通都分別通過定子與轉于之間的氣隙。氣隙內的磁場是由定子和轉子電流共同產生的合成磁場。借助這個合成氣隙磁場通過定子和轉子之間產生的電磁感應，在定子和轉子之間傳遞電磁功率，實現電能與機械能的相互轉換。在轉換過程中，由于電機本身的一系列損耗，因此輸出功率總是小于輸入功率。
旅美華人林安東在WO83/01353專利文獻中公開了一種新的發電系統一脈沖電磁動能發動機。該系統將微電子技術與電磁步進電機發電系統相結合，以較小的功率輸入獲得較大的功率輸出。但是，由于主機是脈沖電磁步進電機，在任何機械負載轉矩的情況下，其轉速及轉矩均是波動的，它的轉軸不能直接帶動機械負載或發電機作為輸出功率。再者，由于脈沖電磁步進電機定子線圈磁芯受到制造工藝的限制，其體積也相應的受到限制。因此，該系統輸出的機械功率和電能都較小，很難解決大功率的機械能和電能的輸出。
本發明的目的是，根據電流在磁場中受力的基本原理，發明一種節能、增能效果顯著的凸極電磁能源發動機。
實現上述目的途徑是由定子1，凸報式轉子3構成凸極電磁能源發動機主件。定子1上設有三相交流電樞繞組2，在定子1與凸極式轉子3之間留有氣隙7，轉子直流電樞繞組4放置在凸極式轉子3的槽內，凸極式轉子的極高5大于轉子的槽高6。
現以4極凸極電磁能源發動機為例，時本發明作詳細描述。


圖1為4極凸極電磁能源發動機結構示意圖。其中，1.定子；2.定子三相交流電樞繞組；3.凸極式轉子；4.轉子直流電樞繞組；5.凸極式轉子的極高hp；6.轉子的槽高hR；7.定子與轉子之間的氣隙δ；8.定子三相電流產生合成磁場的主磁通；9.轉子直流產生磁場的主磁通；10.極距τ；11.極弧寬bp。
凸極電磁能源發動機主件由定于1、凸極式轉子3構成，其體積與同功率、同極數的繞線式三相異步電動機的機座號相同，制造工藝也相同。定子1上設有三相交流電樞繞組2，在定子1與凸極式轉子3之間留有氣隙7，對定子1的鐵心槽形和三相交流電樞繞組2的設計原理與三相異步電動機相同，定、轉子之同的氣隙7的δ值，可與同功率、同極數的繞線式三相異步電動機相同。轉子直流電樞繞組4放置在凸極式轉子3的槽內，為了滿足轉子磁路的要求，使轉子齒部磁通密度不至過高，對凸極式轉子3和轉子槽形采用輻射狀。轉子直流電樞繞組4可根據輸入電流I2的大小、轉子直流輸入電壓V2的高低，并結合制造工藝要求利用導線并繞根數N2和并聯支路數a2，來調整轉子電阻R2，使轉子輸入功率V2I2=I22R2,]]>使I22R2為最佳值。在設計極弧寬bp11與極距τ1θ之間的比例關系時，一般采用bp＝(0.65－0.75)τ；凸極式轉子的極高hp5必須大于轉子的槽高hR6，一般采用hR＝(0.70－0.80)hp，當bp/τ愈小時，則hR/hp應選的愈大，來保證定子三相電流產生合成磁場的主磁通8按圖1所示，穿過凸極式轉子3相鄰的兩極后，在定子1上形成閉合回路。
凸極電磁能源發動機的工作原理是因轉子3為凸極式，當轉子直流電樞繞組4的電流I2＝0時，在定子三相交流電樞繞組2通以電流后，將在定、轉子中產生旋轉的合成磁場8，此時，本機為一反應式同步電動機，產生同步力矩，輸出電磁功率PM2，使該機的輸出功率P2在小于所產生的最大電磁功率PM2max時，穩定運行在同步轉速。當轉子直流電樞繞組4通以電流I2在定子三相電流產生的合成磁場8中受力，產生電磁功率PM，可帶動負載運行，直流電流I2愈大，所產生的電磁功率PM就愈大，調整電流I2，可使本機在輸出額定功率Pe下穩定運行在同步轉速。
凸極電磁能源發動機的節能、增能的原理是由本機凸極式轉子3的特殊結構與轉子直流電樞繞組4設置相位的有機配合，產生了一個輸入電能與輸出機械能之同的能量差，從而可以較小的電能輸入，獲得較大的機械能輸出。具體分析如下1.本機結構與一般凸極式同步電動機的區別在于(1)本機轉子直流電樞繞組4設置在轉子凸極的槽內，而同步電動機的直流激磁繞組放置在兩凸極之同的缺口內；(2)本機的主磁場是由定子三相電流產生的合成磁場8，通以轉子電流I2的目的是在主磁場中受力，而同步電動機的激磁繞組通以電流的目的是產生電機的主磁場。
2.本機的運行狀態是定子三相交流電樞繞組2激磁產生旋轉磁場的，轉子同步運行的異步電動機狀態。因為一個異步運行正弦變化的轉子電流產生的磁場，與旋轉磁場是同步運行的，通以直流而同步運行的轉子所產生的磁場也是與旋轉磁場同步的。
3.本機以較小的電能輸入，獲得較大的機械能輸出的理論根據是一個定子電流激磁產生旋轉磁場的電動機，是通過定、轉子電流產生的磁勢來進行能量交換的，與本機轉子直流產生磁場的主磁通9的分布狀態和路徑無關，所以有關異步電動機定、轉子之間能量轉換關系的計算方法，在本機仍然適用。負載時，轉子電流I2產生磁勢 定子磁勢 必然增加一個與 大小相等、方向本反的分量 來抵消 的去磁作用，磁勢平衡關系有F1.=-F2.+F8.]]>(F8-稱為激磁磁勢)。通以直流I2的電樞繞組4與鼠籠式轉子相似，其相數m2＝Q2(Q2-為轉子槽數)、繞組系數KW2＝1。當本機轉子每極的安培導體數Zp2I2(Zp2-為每極的導體數)和鼠籠式轉子每極的槽數Qp2＝Q2/p(p-為極數)與導條電流I2的乘積Qp2I2相等，即Zp2I2＝Qp2I2時，本機與鼠籠式異步電動機的 和 均相等，定子輸入的電磁功率PM也相等。鼠籠式每極轉子導條在極距τ內均勻分布，因氣隙磁密為正弦分布，所以每極安培導條數Qp2I2相當于在氣隙磁密的平均值B平均中受力，它產生的電磁轉矩M正比于Qp2I2B平均。而本機每極安培導體數Zp2I2是分布在凸極式轉子3的極弧寬bp11上，若轉子的直徑D2及鐵芯長度L與異步機均相等，則本機的氣隙磁密的平均值B平均，為異步電動機B平均的τ/bp倍，即B平均(本機)＝τ/bpB平均(異步)。同理，它所產生的電磁轉矩M仍為異步機的τ/bp倍，即M(本機)＝τ/bpM(異步)。因本機與異步電動機輸入的電磁功率PM相等，所以本機轉子產生的電磁功率PM(輸出)大于定子輸入的電磁功率PM(輸入)，有PM(輸出)＞PM(輸入)。只要按照本機的結構和原理制造50千瓦以上的電磁能源發動機，其輸出的機械功率P2就會遠遠大于輸入的電功率P1。
對該項發明所制造的凸極電磁能源發動機作了多次測試，輸入的總電功率P1＝14449瓦，輸出的機械功率P2＝14508瓦，其功率增益倍數kp＝p2/p1＝1,004倍。
權利要求
1.一種由定子(1)、定子三相交流電樞繞組(2)、凸極式轉子(3)、轉子直流電樞繞組(4)構成的凸極電磁能源發動機。其特征在于轉子直流電樞繞組(4)設置在凸極式轉子(3)的槽內，凸極式轉子(3)的極高hp(5)大于轉子的槽高hR(6)。
全文摘要
本發明公開了一種凸極電磁能源發動機，該機由定子、凸極式轉子組成。轉子直流電樞繞組設置在凸極式轉子的槽內，凸極式轉子的極高大于轉子槽高，從而使得該機達到了節能和增能的效果。可廣泛代替異步電動機和同步電動機使用。
文檔編號H02K53/00GK1147721SQ9511653
公開日1997年4月16日 申請日期1995年10月9日 優先權日1995年10月9日
發明者陳國田 申請人:陳國田