专利名称：节能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电设备，具体的说是能达到节能目的三相和单相同步交流“节能发电机”。
现有三相同步发电机有如下缺点，本发电机能对应避免，相应便是本发电机的优点现有三相同步发电机，当转子磁场初始穿入某一相定子绕组时，进入边的部分转子磁场首先进入该相定子绕组的前槽齿，即相间槽齿，因铁磁性槽齿的导磁系数大，该部分转子磁场增强，其所包围的该相定子绕组便感生反向电势，当该部分转子磁场转离该槽齿进入定子槽内，因导磁系数变小，转子磁场减弱，其所包围的该相定子绕组便感生大小相等的正向电势，正反电势相抵消；当该部分转子磁场转过该相定子绕组首槽，进入和离开另一定子槽齿，其所包围的该相定子绕组减一槽后，定子绕组匝数仍然相等，所感生的正反电势大小相等亦相抵消，该部分转子磁场的后继转子磁通进入和离开本相每一定子槽齿，所感生的正反电势相抵消的规律如上述相同。只有转子磁场穿过导磁系数小的定子槽内的绕组所感生的电势有效。
现有三相同步发电机负载，定子磁场始于导磁系数小的定子槽内，随着感生电流的逐渐增大，该部分定子磁场便进入电枢铁芯，因铁芯导磁系数大，定子磁场增强，便感生反向电势以阻抗原方向电势，经电枢铁芯增强的那部分定子磁场便相应抵消转子磁场，形成定子与转子合成磁场，该部分定子磁场消失，便按原增强定子磁场时感生反向电势的大小感生正向电势，正反电势相抵消。只有转子磁场穿过导磁系数小的定子槽内的绕组所感生的电势有效。
定子磁场增强，因定子与转子磁场的关系，便产生强大的反作用力，形成阻力矩，无意义的消耗了原动力。所消耗的能量就是原动机带动发电机转子进行电枢反应抵消仅限于由定子铁芯增强的那部分磁场所做的功。这是耗能最多的因素，并且引起强烈的振动，发电机和原动机各部件的应力显蓍增大。
本发电机采用绝缘性能良好，机械强度高的非铁磁性材料制成的电枢芯，导磁系数小，避免了由定子铁芯增强定子磁场引起的定子与转子磁场间强大的反作用力，节省的能量等于克服增大两磁场间反作用力所做的功。同时显蓍减小了发电机和原动机各部件的机械应力。这不但节能而且延长了发电机和原动机的寿命。
现有三相同步发电机，转子磁场因任一极性的磁力线之间具有旁压力，极心处磁密最大，旁压力最强；转子异性磁通互相吸引，又具有力求缩短回路的特性，因此转子磁场扩散，磁感应强度变小。扩散后的转子磁通通过定子槽齿，因磁力线间具有旁压力，有趋向于匀强磁场状态，于是按正弦规律分布的转子磁通被破坏，实际感应电势的波形略呈梯形，存在直流分量，影响了异步电动机和变压器的功效，这是个既耗能又有害的因素。
本发电机因内外磁极靠得较近，易按内磁极磁通呈正弦规律分布将外磁极磁化形成回路，感应电势呈正弦波形，这便提高了异步电动机和变压器的工作效率，达到外电路节能的目的。
现有三相同步发电机采用定子电枢铁芯，实质上定子铁芯是与转子磁力线相切割感生电流的导体，加之交变磁场的作用便产生铁损和涡流，除耗能温升还产生制动力矩和减弱转子磁场的作用。
本发电机的电枢芯，采用绝缘性能良好的非铁磁性材料制成，不能在电枢芯内产生铁损和涡流。
现有三相同步发电机负载，转子励磁绕组两侧的有效导线处在定子旋转磁场中，便产生电磁力，左边的有效导线产生的电磁力F向上，右边的有效导线产生的电力F向下，产生反转力矩而耗能，如图6所示。
本发电机采用绝缘性能良好，机械强度高的非铁磁性电枢芯，定子磁场显著减小，又因本发电机的电枢反应易在转子内外磁极极端进行，很少有定子磁通穿过转子励磁绕组，因而避免了如图6所示的反转力矩。
电网上多是感性负载，现有三相同步发电机感性负载，便产生纵轴去磁电枢反应，减弱转子磁场，同时发出无功，形成恶性循环，电压将显著下降，为维持电压不变，必须增大励磁电流，这不但耗能和降低功率因数，而且还引起定子和转子温升。
本发电机纯感性负载，定子电流滞后电压90度，因失去电枢铁芯和定子铁轭条件，无功电流的定子磁场相应变弱，其方向与转子磁场方向相反，一部分定子磁场与转子磁场产生横轴去磁电枢反应，另一部分定子磁场迫使自成回路，不产生纵轴去磁电枢反应，避免了耗能和有害于发电机运转的因素。
本发电机负载，定子磁场显著减弱，又因内外磁极靠得较近，导磁系数大，阻性负载易截获其间合成公共定子磁场，产生横轴去磁电枢反应。本发电机纯阻性和纯感性负载，各有不同形式的定子与转子磁场同步旋转。
本发明可通过以下措施来完成机壳用钢铸造加工而成，或用钢板焊接而成，如图4所示。机壳内圆壁冲有对称的键槽，以备固定电枢之用。
电枢芯采用绝缘性能良好，机械强度很高的非铁磁性材料一次塑成，如图3所示。电枢芯头的外圆沿上留有与机壳内圆壁的键槽相对应的固定键，电枢芯经固定键与机壳内的键槽对应吻合，嵌入固定在机壳内，然后按如下要求绕妥定子绕组。
前有所述，本发电机各部件的机械应力较现有发电机显蓍减小，电枢反应时电枢芯及其槽齿所承受的机械应力亦相应减小，这便给增强本发电机转子磁场感生较大电势提供了条件，因此可减少槽齿、开拓槽宽、槽内壁不需绝缘、小容量发电机可每相一槽、即仅留一个相间槽齿，用于固定定子绕组。这些措施兼施，将增大槽内绕组容量，相应便可缩短槽深，即缩短转子内外磁极间的距离，以增强转子磁感应强度。
前有所述，只有转子磁场穿过导磁系数小的定子槽内的绕组所感生的电势有效。因此在制做本发电机定子电枢时，内外磁极间有效距离应等于或小于同容量的现有三相发电机的定子槽深，防止转子磁场漏磁，以增强转子磁场。按规程将定子绕组对称绕妥，槽满后，以电枢芯同材料制成的管壁较薄的固定管吻合嵌入电枢内圆，一次整体将各槽电枢绕组全部封闭固定在槽内。制做电枢绕组的浸渍处理，热压成型等方法均采用已有技术。
将定子电枢按规程对称绕成三相定子绕组，便构成三相同步交流“节能发电机”。
将定子电枢按规程绕成单相定子绕组，便构成单相“节能发电机”。
在机轴既定的位置上固定转子内磁极，如图2所示。机轴贯穿于定子电枢内，置内磁极于电枢内。其励磁系统按已有技术制成。
外磁极不设励磁绕组，外磁极分别经对应的内磁极磁化形成极性。
根据需要可仅一对内磁极与一对外磁极对应同轴固定在机轴上。
根据需要可多对内磁极分别与外磁极对应同轴固定在机轴上，如图2所示。
转子外磁极用钢一次铸造加工而成，其截面如图2所示。与外磁极相连为一体的环状体为连极磁路，是转子磁场的回路。
转子外磁极固定架如图5所示。架端留有通风孔以备降温。固定架的一端用以固定外磁极，另一端与机轴固定。因固定架采用绝缘性能良好，机械强度高的非铁磁性材料制成，可有效防止在靠近电枢端感生耗能的涡流。外磁极与固定架的固定构成如图5所示，标号5为外磁极，与它相连的外圆体标号10为连极磁路，是转子磁场的回路。
将外磁极与内磁极对应，经外磁极固定架固定在机轴上。电枢头的一端与端盖之间留有适当容量的腔室，将风扇在此室内固定在机轴上。室内装置内磁极整流元件，根据不同容量的本发电机，按已有技术装置而成。电枢绕组的输出端经此腔室引出穿过机壳固定在接线柱上。
机轴两端置于端盖嵌有的轴承内，两端盖与机壳固定衔接，便构成本“节能发电机”
以下结合附图对本发明的实施例作进一步的说明
图1是本发明总体结构示意图。
图2是本发明转子内外磁极相对应同轴固定的结构位置及转子磁场回路示意图。
图3是本发明的定子电枢芯的结构示意图。
图4是本发电机机壳的示意图。
图5是本发明的转子外磁极结构示意图。
图6是现有三相同步发电机阻性负载，定子励磁绕组处在定子旋转磁场中转子产生反转电磁力矩的示意图。
参照图1所示，将电枢芯2通过其外圆沿上的固定键与机壳3内壁的键槽对应吻合嵌入机壳3内固定。然后按已有技术将定子绕组对称绕妥。槽满后将固定管吻合嵌入电枢内圆处，一次整体将各槽电枢绕组全部封闭固定在槽内。
在机轴7的既定位置上固定转子内磁极8，机轴7贯穿于电枢1内，置内磁极8于电枢1内。内磁极的励磁系统，根据不同容量的本发电机按已有技术装置而成。
转子外磁极用钢一次铸造加工而成，不设励磁绕组，外磁极5分别经对应的内磁极8磁化形成极性，如图2所示。与外磁极5相连为一体的环状体为连极磁路10，是转子独立磁场9的回路。
将外磁极5固定在固定架6的一端，在电枢1的外壁略有间隙的对应于转子内磁极8，经外磁极固定架6的另一端固定在机轴7上。
电枢头的一端与端盖之间留有适当容量的腔室，将风扇在此室内固定在机轴7上。室内装置整流元件。电枢绕组的输出端经此腔室引出穿过机壳固定在接线柱4上。
机轴7两端置于端盖嵌有的轴承内。两端盖与机壳3固定衔接，便构成本“节能发电机”。本发电机节能的因素较多，实用效率很高，适合大容量机组和小容量风力发电。
权利要求1.节能发电机主要由定子和转子构成，其特征是采用绝缘性能良好，机械强度高的非铁磁性材料制成的电枢芯(2)固定在机壳(3)内，并在电枢芯(2)的定子槽内对称绕妥三相或单相定子绕组构成电枢(1)，转子内磁极(8)固定在机轴(7)上，转子外磁极(5)固定在固定架(6)的一端，在电枢(1)的外壁略有间隙的对应转子内磁极(8)后，经固定架(6)的另一端固定在机轴(7)上。
2.根据权利要求1所述的节能发电机，其特征是转子内磁极(8)设有励磁绕组，转子外磁极(5)不设励磁绕组，外磁极(5)分别经相对应的内磁极(8)，磁化形成极性。
3.根据权利要求1所述的节能发电机，其特征是可仅一对内磁极(8)与一对外磁极(5)相对应同轴固定在机轴(7)上。
4.根据权利要求1所述的节能发电机，其特征是可多对内磁极(8)分别与外磁极(5)相对应同轴固定在机轴(7)上。
5.根据权利要求1所述的节能发电机，其特征是转子磁场经连极磁路(10)形成独立的转子磁场(9)。
6.根据权利要求1所述的节能发电机，其特征是将定子电枢(1)对称绕成三相定子绕组，便构成三相同步交流节能发电机。
7.根据权利要求1所述的节能发电机，其特征是将定子电枢(1)绕成单相定子绕组，便构成单相交流节能发电机。
专利摘要本实用新型涉及发电设备，即是单相和三相“节能发电机”。本发电机在机壳内装设绝缘性能良好机械强度高的非铁磁性材料的电枢芯绕制的电枢。在电枢内外壁设有转子内外磁极并同轴固定。本发电机负载可避免因定子磁场增强感生反向电势而耗能；不产生纵轴去磁电枢反应；避免了铁损和涡流等耗能因素，其实用效率很高。适合大容量机组和小容量风力发电。
文档编号H02K1/27GK2535967SQ0220442
公开日2003年2月12日 申请日期2002年1月22日 优先权日2002年1月22日
发明者于天恒 申请人:于天恒