专利名称：超能电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种新式电机。
在工农业生产中，每一台机械设备都必须有一台电动机，它使机械设备发挥出更大工作效率提高生产力，因此电动机是每一台机械设备的心脏，又是推动社会发展的动力。电动机的类型很多，有同步电动机、异步电动机，分激电动机、串激电动机和特殊电机等。从种类可分两大类一类是交流电机、一类是直流电机。发电机的各种性质和结构原理和电动机相同。它也分为两种类型一种是交流发电机，一种是直流发电机。在工业、农业和生活日用中大部分使用的是交流发电机。从结构上看，交流电机、直流电机和交直流发电机是一样的，拿直流电动机讲，给它一个外机械力就变成直流发电机。
电动机的结构由两大部分组成固定部分叫——定子，旋转部分叫——转子。转子装在定子当中，它们彼此之间保持一定的间隙，根据转子结构的不同，有实心式和绕组式两种。定子由座机、铁芯和绕组等组成。机座常用铸铁铸成，机座内装有0.5毫米厚的硅钢片组成的铁芯，铁芯内表面上均匀分布着许多与转子平行的槽，槽内安装绕组，绕组与铁芯之间有良好的绝缘。
转子——转子铁芯也是用0.5毫米厚的硅钢片组成，并压装在转轴上，实心式转子外表有许多均匀分布的平行槽，槽内放置转子导体；绕组式转子，在铁槽内放置有铜线绕组。
把定子、转子和其它零件组装成电机，通入电流以后，在定子的空气隙中便产生一个旋转磁场，
图1，电动机转动原理图所示，若旋转磁场以转速n1，按顺时针方向旋转，则静止的转子磁场和旋转磁场之间就有相对运动，相当于转子导体逆时针方向运动切割磁力线，因而在转子导体内产生感应电动势E，由于转子导体是闭合的，因此在感应电动势的作用下，转子导体中就有电流通过，用右手定则可确定上半部导体中的电流方向是朝外，下半部导体中的电流为向是朝内。转子导体中的电流与旋转磁场相互作用而产生的磁力F，方向由左手定则确定。这个磁力对转子轴形成一个转矩，转矩的方向与旋转磁场的方向一致，因此转子就沿着旋转磁场的方向n2转动起来。
关于电动机更详细的原理与公式在这不介绍了，这是经过几代科学家从理论和实验总结出来的，建立一整套的科学理论并被后人接受和继承，从第一台电动机问世到现在电动机的普遍应用，有了一百多年的历史，从原理上都是一样的，没有一点变化；在结构上有一些变化，但始终都围绕原理在变，也没有多大的改变，因此电动机的效率也不可能有突破性的进展，电动机的效率提高不了的原因是存在各种损耗，电动机是电能直接转变机械能是1比1的转化，根据“能量守恒”规律就决定了它的效率，能量损耗是哪来的，分析一下就知道了。各种电动机都是由金属材料做成的，又都是由很多零件组成的。
由于机械转动的存在和电转换成磁的过程，所以存在能量损耗，电动机的损耗有两种，一种是基本损耗，一种是附加损耗。
基本损耗是机械转动的各种摩擦风阻和电磁方面的铁芯、铜线损耗。
摩擦损耗——包括轴承摩擦，电刷摩擦；风阻损耗包括转子和空气的摩擦、通风等损耗，由皮带传动的机械负荷的摩擦损耗。
铁芯损耗——简称铁损，包括涡流和磁滞的损耗，涡流损耗是铁芯内部的电阻。磁滞损耗是磁势来回变动的磁分子的摩擦损耗，这两种损耗转变成热量使铁芯发热。
铜线损耗——简称铜损，是指在75℃时负荷电流通过定子绕组时产生的电功率损耗I2R，又有磁场绕组的铜损是激磁电流通过磁场绕组时的电阻损耗。
附加损耗——电机通上电源后，电流在导体、铁芯及外壳等方面由于磁场的变化和漏磁等现象而产生的损耗等。
由于电动机是电能直接转换成机械能，是1比1的转换，很容易计算它的功率和效率，根据“能量守恒”定律能准确地算出每一台电机的功率和效率。
电机的各项损耗总和称之为总损耗。
∑P＝Pcu+Pte+Pfw+Pad如果用P1表示输入功率，P2表示输出功率即P2＝P1-∑P或P1＝P2+∑P效率η为输出功率和输入功率之比，一般用百分值表示。
η＝P2/P1×100％由于电动机有以上这些损耗，又经过一百多年的实践使用，它的效率不可能有太大的变化。
我提出这种超能电机是什么样的电机，并又重点提出这种超能电机“输出大于输入”根据是什么？一般人们认为它打破了“能量守恒”定律，这种看法是不对的，首先指出，超能电机的输出大于输入从理论上分析，和打破“能量守恒”定律有原则上的区别，超能电机的输出大于输入，是根据“能量守恒”定律在理论上计算出来的，它的计算方法和理论根据都是几代科学家总结出来的，更不能把超能电机同永动机混淆在一起，永动机没有理论根据，又没有实践证明。超能电机又是经过实践证明出的，它经过实测已经达到输出大于输入101.79％，还可以更大(由于实验条件有限)。下面从“超能电机结构上和理论上进行说明超能电机和普通的电动机在结构上有本质上的区别。电动机前面也已经介绍过了它只有一个轴的机械输出，这种超能电机有两个输出一个是电输出，一个是轴的机械输出。为什么有两个输出？因为超能电机是由变压器和永磁材料(永磁块)加上机械转动相结合的。这种超能电机的总输入电源的能量损耗主要在变压器上，占整个电机的损耗80％以上或更多。从机械转动损耗上，电动机和超能电机是一样的，主要是轴承和风阻损耗，轴承的摩擦损耗很少，摩擦系数在0.2～0.3％，风阻也不大，两项加在一起不能超过总损耗的10％，加上其它机械方面损耗不能超过超能电机总损耗的20％。
下面从理论上进行分析电磁铁——在有电流通过的线圈里插入一个铁芯，铁芯就在通入导线线圈内被磁化，并建立自己的磁场，有铁芯的磁导体要远远大于无铁芯的磁导体，所以有铁芯的电流绕组建立的磁感应强度要比空气中建立的磁感应强度大得多。图2，带有铁芯的绕组线圈称为电磁铁，也可以把带有一次绕组或二次绕组线圈的变压器看做电磁铁，因为它们都具有比空气线圈强很多的磁场。带有线圈的电磁铁吸引铁块的力称为磁拉力。圆柱形电磁铁的磁拉力计算公式为F＝B2S/8π×107其中F—电磁铁的磁拉力(牛顿)B—电磁铁的铁芯与铁块之间的磁感应(每平方米伏特·秒)S—铁芯一端面积(平方米)π—3.14变压器也可以根据电磁铁的原理进行分析，在有绕组线圈的铁芯内，绕组线圈通过电流后，在铁芯内建立一个比空气隙要大得多的磁场，这个磁场就是磁感应强度B，根据右手定则和电流进入绕组线圈的方向，在铁芯中建立一个带有“N”和“ S”极的闭合磁场。图3变压器建立的磁场，如果电源以A端进入绕组线圈，根据右手定则和箭头指引电流流入的方向，则“N”极在上面，“S”在下面，如果外电源电流以“B”端流入绕组线圈，则“N”极和“S”极正好相反。
那么变压器有两个绕组线圈，一次绕组和二次绕组，它们分别绕在一个有闭合回路的几何形状的铁芯两边，如图3，变压器建立的磁场，根据我们在有关变压器部分说明的变压器的性质和变压器工作方式，变压器的工作方式是由负载来决定的，如果没有负载只在空载运行中，变压器是无意义的，只有在负载的情况下运行才能发挥出变压器的作用。我们在变压器负载运行时，进一步阐述磁动势的平衡关系，根据磁路的规律，变压器不论在何种状态下运行，都满足磁路的基本规律∑F＝ΦRm式中∑F—磁路上的总磁动势Rm—主磁路的磁阻变压器在负载情况下运行时，就有一次侧或二次侧电流通过I1和I2流过，在铁芯中就建立了有闭合回路的磁动势F，这个磁动势F在闭合的铁芯上磁动势处处相等。因此一次侧的磁动势F1＝I1N1，二次侧磁动势F2＝I2N2，它们共同形成一个主磁通Φ，其磁动势方程为即∑F＝I1N1+I2N2＝Fm＝ΦRm式中Fm—为负载时铁芯中产生的总磁动势。
Φ—磁通。
变压器有了外加电源、电压、电流建立了磁通，保持电压和电流不变，主磁通也保持不变，负载时由I1N1和I2N2共同合成磁动势Fm，它是产生主磁通Φ需要的磁动势，所以负载时的Fm就等于空载磁动势F。
即Fm＝F1＝IoN1可以从上式得F1+F2＝Fo或I1N1+I2N2＝IoN1这是负载运行时的磁动势方程式，在物理学中Fm是作用在铁芯磁路上合成的磁动势，主磁通量不变，磁动势也不变。因此，一次绕组就必须产生一个电流分量，IF1产生一个磁动势IF1N1抵消二次磁动势F2，即存在IF1N1＝-I2N2和I1＝Io+IF1的关系，只有这样才能保证磁动势不变，这就是变压器在带负载时随着电流的变化依然保持磁动势的平衡关系，它是符合“能量守恒”规律的。变压器负载时电流关系是I1N1+I2N2＝IoN1得I1+I2(N2/N1)＝IoI1+I2/K＝Io，I1＝Io+(-I2/K)＝Io+I1F式中I1F＝-I2/K变压器有负载运行时，一次绕组中的电流看作由两个分量组成，一个是励磁电流I，另一个是随负载电流I2变化的分量IF，Io是建立变压器铁芯中的磁场(磁动势)，I1F产生的磁动势用来抵消负载电流I2所产生的磁动势，所以称为一次绕组电流的负载分量，因此变压器铁芯中如图3“N”和“S”极磁感应强度都相等，只有在一次绕组流入的电源电流改变方向时，才在变压器两边形成的“N”和“S”极才发生变化，当电源电流流入一次绕组的方向保持不变，所以在变压器的铁芯两边形成的“N”和“S”极极性也保持不变。
在超能电机中，使轴产生的机械转矩的另外一个力F是永磁材料(永磁块)。从理论力学可知永磁材料它的性质和电磁铁的原理相同，超能电机也就是充分发挥了永磁材料这种特殊的性质即吸引力和排斥力，它和电磁铁的原理是一样的，在理论上永磁材料的计算方式是一体系在某一方面的力或力矩，等于在该方向的能量梯度，可表示为Fi＝2W/2qiT＝2W/2Qi式中W—体系的能量Qi—在方向上的座标Fi-i方向的座标T—作用在Q方向的力矩Q旋转角这是计算各种力和力矩的基本方法，也是用来计算磁力和力矩的基本方法。
永磁材料(磁铁块)的吸引力的计算方法，用图4来表示一下永磁吸引力计算最简单模型，一块永磁体吸引一块铁，它的间隙Lg和气隙磁通密度Bg永磁体的极面积Sg，当Lg间隙很小时，Bg在间隙中各点是比较均匀的，因此气隙能量表达W＝Bg2(SgLg)/2uo或W＝Bg2(SgLg)/8π由式W＝Bg2(SgLg)/2uo得吸引力F＝Bg2(Sg/2uo)式中F—吸引力(N)
Bg—气隙磁密(Wb/m2)Sg—极面积(m2)uo—真空绝对磁导率(4π×10-7H/m)由式W＝(Bg2SgLg)/8π得吸引力F＝Bg2Sg/8π式中F—吸引力Bg—气隙密度(G)Sg—极面积(cm2)可将上述公式化为F＝(Bg/4965)2Sg式中F—吸引力(kgf)Bg—气隙磁密Bg—极面积(cm2)以永磁材料的理论力学计算公式得出的结果和电磁学计算公式是一样的，所以超能电机中的变压器理论原理与电磁学的理论原理相结合是正确的，永磁材料从理论力学分析和电磁铁一样，所以也可以和变压器理论相结合。这三种理论上的分析，使它们的作用与特点在超能电机中都充分发挥出来了，是完全按“能量守恒”规律进行理论分析的。因此有这三种理论上的统一完全能实现超能电机的输出大于输入。
关于超能电机输出大于输入的理论分析和计算方法在前面我们重点介绍了关于变压器的原理，使用方法和计算方法，和实际上的应用。变压器理论，电磁学，永磁材料学等各种科学知识，都和超能电机的输出大于输入有直接的关系。下面看图5是输出大于输入的理论计算方法。
以变压器负载时电动势平衡关系，除了铁心的磁通以外，还分别有一次绕组或二次绕组，漏磁通Φ1L与Φ2L单独与一次绕组或二次绕组相匝链，分别感应电动势E1与E2，漏磁通Φ1L在一次绕组感应出漏感电动势E1L1，Φ在二次绕组感应出E2L电流I1和I2分别在一次或二次绕组中产生电阻压降I1R1和I2R2之间的平衡。
根据图5规定的正方向，可以列出负载时一次侧和二次侧的电动势平衡方程式。
一次侧 U1＝-E1+I1R1+jI1X1＝-E1+I1(R1+jX1)＝-E1+I1Z1二次侧-U2＝-E2+I2R2+jI2X2＝-E2+I2(R2+jX2)或U2＝E2-I2R2-jI2X2＝E2-I2Z2-jI2X2＝E2。即二次的漏感电动势用漏抗压降表示。
式中R2——二次绕组电阻X2——二次绕组漏电抗Z2——二次绕组的漏阻抗以上所述，变压器负载进行时，一次或二次侧的电流、磁动势、磁通和电动势的关系如
根据以上电动势在负载时的平衡关系，都已确定一次绕组电流、电压和二次绕组电流，电压的比的关系，在这里变压器铁心中的磁通Φ，磁感应强度B作为一个传递媒体把一次绕组中的电压，电流传给了二次绕组实践变压器的作用，但同时在变压器铁心上由于磁通Φ和磁感应强度B的建立，在铁心没有线圈绕组的两个面上形成了磁场，这个磁场也有“N”极和“S”极，这个极性是一次绕组通入电流方向决定的，如图5电流方向由A端进入，根据右手定则磁通向上Φ，如果在上面铁心端面确定为“N”极，下面必然是“S”极，如果电源电流相反，从B进入根据右手定则，建立磁场的极性“N”极和“S”极正相反。
总之可以把变压器看做一个有两个绕组的电磁铁，这两个绕组在变压器铁心上通过磁通Φ和磁感应强度建立的磁场，不能看作两个绕组建立的两个磁场，而应当正确看作是在一个有铁心的闭合回路变压器上共同建立的一个有2个极性“N”极和“S”极的磁场，因有了磁感应强度B，可以建立如下公式F＝(B2/8π)S或F＝(B/4965)2S根据前面关于永磁材料吸引力计算公式，也是采用以上两个公式，在变压器铁心上建立的磁场，也有两个极性“N”极和“S”极，这完全符合电磁规律，永磁材料规律和“能量守恒”规律，完全也可以采用以上两个公式进行运算。
把变压器与永磁材料相结合制成能实践“输出大于输入”的电机，它的原理我们经过认真的分析是完全符合“能量守恒”规律的，它的独特结构存在两个输出，在变压器有了负载工作时，它的效率关系就决定下来了，变压器铁心上建立的“N”极和“S”极磁场就是另外一种电磁铁吸引力，这种电磁铁产生的损耗是在变压器上，所以电磁铁吸引力是没有损耗的，“输出大于输入”就是根据电磁铁的吸引力产生的，它能产生多大的吸引力，就决定“输出大于输入”多少，吸引力产生的吸力大“输出就大于输入”大，吸引力产生的吸力小“输出就大于输入”小，它们产生的力的关系是正比关系，这种电磁吸引力在超能电机里，不是安装在轴上，而是安装在转子外径上，因此它又有一个力矩的关系，这个力矩关系比越大，输出大于输入也越大，这个力矩关系比小，输出大于输入小，它们产生的力矩关系也是正比关系。电磁铁吸引力和力距的正比关系，就决定了输出一定大于输入。
超能电机的效率，首先我们来看一下变压器的效率，变压器的效率是指变压器输出的有功功率P2与输入的有功功率P1的百分比用η表示η＝P2/P1×100％因变压器内部存在其它方面的损耗，因此变压器的效率不可能达到百分之百，但比电动机的效率要高的多，一般的效率都在95％以上，大型变压器的效率可达99％以上，超能电机的变压器效率和变压器一样。在超能电机里变压器的铁心在没有线圈绕组的两个对边同时产生的磁感应强度B；一个是“N”极，另一个是“S”极，它们同永磁材料(永磁块)有一个吸引力和排斥力的作用，利用磁公式F＝(B2/8π)S可得F＝(B2/4π)S，变压器的效率公式η总＝η无+η有式中η总—是变压器总的电源输入功率η无—是变压器总的损耗功率η有—是变压器负载的功率根据变压器的效率公式，超能电机的效率公式如下η有+T力＞η总式中η有—超能电机变压器负载的有功功率T力—是超能电机轴的力矩输出有功功率η总—是超能电机总输入有功功率或η有+η机＞η总式中η有—是超能电机变压器负载的功率η机—是超能电机轴的输出功率η总—是超能电机总输入功率以上是超能电机输出大于输入的效率之比，这种超能电机结构和现在电机结构不一样，因此，超能电机可以制造很大，它的轴径和产生的机械力矩之比可达1∶100。
超能电机经过近二十年的理论上的研究和无数次试验，制造了各种类型的样机，又经过上千次的测试，终于在1999年9月15日试验成功，经过反复认真的测试结果得出输出大于输入101.79％，还可以更大，(因测试条件有限)。它的实现可以给社会带来翻天复地的变化，推动社会的发展，人类将摆脱对矿物资源的依赖，建立用电发电的发电厂，汽车能靠自已给自已补充电驾驶，轮船靠自已的动力将在海上任意航行，在月球上建立科学研究站也能有自已的能源，为人类进入共产主义奠定了物质基础，人类从此进入一个新的时代。
本发明超能电机的工作原理超能电机的工作原理和电动机的工作原理有很大的区别，超能电机是变压器的原理和永磁材料及(永磁块)相结合的一种新式电机。它的输出经过认真检测已经取得了结果，达到了输出大于输入，因此叫超能电机。超能电机的输入与输出是1∶2，即一个输入，二个输出，一个输入就是电源的电压和电流总的输入；二个输出是一个是变压器负载输出或二次绕组的负载输出，变压器一般都有两个线圈绕组，一次绕组和二次绕组，变压器的输出指的是二次绕组负载时的输出。在变压器工作的同时，由于铁心上产生磁通Φ和磁感应强度B，在没有绕组的铁心两个对边就形成了磁场，在电磁的规律中，我们知道在闭合的变压器铁心上的磁场处处相等。在这两个对边就决定了有一个是“N”极，另一个是“S”极，它们同永磁材料(磁块)就产生了吸引力和排斥力，这就是超能电机的另一个输出。在第一个输出中变压器的效率得出来了，“N”和“S”极与电磁铁的相互吸引力，排斥力和力矩产生的机械力，只有轴承和风阻这两项机械损耗，它们的损耗小的多，因此在永磁材料(磁块)和变压器的“N”和“S”极相互吸引和相互排斥，按公式F吸＝(B2/4π)S，远比机械轴承和风阻损耗大的多，所以从理论上按“能量守恒”规律计算，得出的结果完全可以证明超能电机的输出大于输入。
超能电机是由以下结构构成的，外壳体、外壳盖安放在外壳体两边，在外壳盖上安装永磁块，在外壳盖中间安装有轴承，在电机的轴上安装转子，在转子上安装有数个变压器简称(电磁铁)，用铁圈固定在转子上，在轴上装有整流子，在变压器的一次绕组或二次绕组线圈连接在整流子上，在外壳盖上直接安装有碳刷如碳刷架、通过碳刷把电源如负载电压电流传送，传进超能电机的电压和电流送给变压器的一次绕组，从二次绕组传出的电压电流用于负载。
本发明具体实例说明图附图1为本发明电动机转动原理举例图附图2为本发明带铁心绕组的电磁铁原理举例图附图3为本发明变压器建立磁场原理举例图附图4为本发明永磁吸引力原理简易模型举例图附图5为本发明变压器“N”和“S”极磁场原理说明图附图6为本发明主视图附图7为本发明超能电机半剖视图附图8为本发明超能电机局部剖视图附图9为本发明超能电机局部剖视图下面结合附图对本发明作进一步描述。超能电机左右主体盖1.33安装在机主体7的两边，用螺钉2固定，碳刷架3.39用螺钉36固定在主体盖20.1上面，9螺钉杆用10螺帽把8金属架安装在变压器绕组的两边，13螺钉固定12金属架安装在变压器电磁铁两边。16螺钉15金属架用来固定永磁铁14安装在主体盖20.1和33上，17电磁铁11铜导线绕在17电磁铁上，19螺钉固定18金属架安装在转子21上面，22电磁铁绕组导线连接在28整流子上，21转子用32平键固定在轴23上。23轴两端分别装上轴承，24安装在超能电机里面穿过20和33主体盖中心的两端。24轴承固定在主体盖20和33上面。28整流子绝缘圈固定在轴上，29导线一头连接在碳刷盒3.39上，同整流子接通，另一头连接在6电源接线盒上，把外电源通过6接线盒导线29，经过碳刷37通过整流子28，又经过22导线把电能送进变压器绕组形成一个闭合回路。30螺钉把31金属圈固定在21转子上，防止轴23移动。34螺钉把35碳刷盒盖固定在碳刷盒39.3上，3和39都是碳刷盒。36螺钉把39碳刷盒固定在1.20主体盖上，37碳刷安装在38碳刷盒里，接触40和28整流子把外电源送入变压器绕组。
本发明的制造实例超能电机经过近20年的科学研究，几百次的试验总结，几千次测试终于在1999年9月15日取得了输出大于输入101.78％，(还可能大的更多，只是个人试验条件所限)检测过程，在超能电机电源线上接上电压电流表，又在变压器二次绕组负载端接上电压，电流表，在超能电机轴上通过皮带传动带动一台发电机，测式表数据如下电源，电压，电流表表示数字如下
电压130V 电流17.2A二次绕组负载电压，电流表表示数字如下电压130V 电流17.1A轴带动发电机电压，电流表表示如下电压22V电流2A效率电源输入-负载总输出130×17.2-(130×17.1+22×2÷0.7)×100％＝-101.79％考虑电压电流表的误差，表与表之间同时调换方向反复测量，另外轴带动发电机皮带的机械力没有算进去，得出的结果只是各种电压、电流表上的真实数据，3张照片是做过超能电机实验的照片。
权利要求
1.超能电机能实践输出大于输入是因为它的结构和现在的电动机有很大的区别，是变压器和永磁材料相结合的原理，铁芯在没有绕组的两边形成的“N”和“S”极的磁场与永磁材料(永磁块)相互吸引与排斥的作用实践轴的机械输出和变压器的输出，两者加在一起总的输出大于总的输入，因此取名为超能电机。
2.按权利要求1.对变压器各种几何形状与永磁材料(永磁块)相结合产生的相互吸引和相互排斥实践电机总的输出大于输入的结构。
3.按权利要求2.有绕组线圈的变压器，用9螺钉杆10螺帽把8金属架安装在变压器两边。
4.按权利要求2.19螺钉把18金属架安装在转子21上面。
5.按权利要求2.16螺钉15金属架用来固定永磁材料(永磁块)14，安装在主体盖20和33上面。
6.按权利要求2.把外电源通过6接线盒，导线29经过碳刷37和碳刷架3，通过整流子40和28(也是整流子)，又经22导线把电送进变压器绕组，形成一个闭合回路。
全文摘要
超能电机和普通电机在结构上有本质的区别,普通电机只有一个输出是1∶1。超能电机有两个输出是1∶2,轴的机械输出和变压器输出,现在使用的变压器效率都在95%以上,超能电机的变压器也一样,变压器硅钢体在一次或二次绕组通入电流时产生磁性也分N和S极,同永磁材料也会产生吸引力或排斥力,这就是超能电机机械力的来源,在理论上按“能量守恒”定律计算得出结果证明输出功率大于输入功率,通过实践也得到证实。
文档编号H02K53/00GK1259791SQ99113349
公开日2000年7月12日 申请日期2000年2月28日 优先权日2000年2月28日
发明者许承革 申请人:许承革