自供式发电机的制作方法

本发明涉及电机设计技术领域，特别涉及一种轴向双侧外转子起动的自供式发电机设计技术。

背景技术：

自供式发电机顾名思义就是自己发电，自己给原动力供电的永动机。

我们所述的永动机是用电动机带动发电机发电，再由发电机发出的电供应电动机工作，以电养电，以电发电的一种动力转化模式。在当前电子技术的突飞猛进环境下，利用科技手段以电养电，就如当年我们的祖先类人猿一个人的劳动只能养活自己，而在生产率先进的今天，一个人能养活全家一样，生产率的进化，科技的发展，能够使发电机输出更大功率的同时，减少自己的重量，重量的减少等同于降低对原动机的功率要求，两者结合，可促使功率因数大于1。

永动机一贯被科技界视为逆科技原理，违反能量守恒定律，为绝大多数科学家所唾弃，但是永动机确是实实在在存在于人类。譬如：将发电机组送入太空，在失去地心吸引力下，微动力能够使一只500瓦的电动机带动几吨乃至几十吨的发电机组工作，发电机输出的功率可大于电动机输出功率的几十倍，几百倍，甚至几千倍；再譬如：用石墨烯芯片掺加杂质后替代漆包线，在降低自重的同时，几十倍地增加感应电动势；上述以电养电的原理，其实并没有违反能量守恒定律，因为发电机重量减轻后，导致负荷下降，发电机输出功率却在增加，一增一减，达到了以电赚电，以电养电的目的。

然而，上述发电技术人类还不能应用。太空发电需要特殊的电机，太空环境干燥，离太阳距离近，电机需要用较多的能量驱热，另外，把发电设备从地球送入太空，发出的电回收地球，发电机在太空上的维护都是巨大的成本；石墨烯芯片掺加杂质，掺入什么样的杂质可以替代漆包线，目前还没有被证明，而且石墨烯材料成本昂贵，难以普及。

但是上述原理仍然可以应用，本专利在电机结构上予以改变，将双定子、双转子电机改变成以外转子电动机为原动力，采用轴向双侧驱动，将电动机与发电机合成为同一电机的方法，利用外转子电动机转速低，转矩大，功率消耗少的特点，设计上述电动机带动发电机再回哺电动机的永动机。本专利的特点是：只需电动机旋转，其发电机的输出功率就必定大于原动机输出功率。理论上依据的是：发电机功率计算中转速与功率成正比，但并非是1：1的比例，决定功率大小的还有电压与电流，励磁电流与发电机转子直径、长度又决定发电机的电压电流，通过降低电动机的输出功率，增加励磁电流途径来提高发电机功率，因为在无功功率消耗过程中，励磁电流的功率消耗小于电动机带动发电机产生的功率消耗。

技术实现要素：

为达到发电机输出功率必须大于电动机输出功率的目的，本专利自供式发电机的结构是：

固定轴、外转子电动机定子线圈、外转子电动机转子、发电机转子、发电机定子、励磁发射电路、励磁接收电路、发电机整流电路、端盖、机座。其中：固定轴固定在端盖两端，外转子电动机定子线圈安装在固定轴上，外转子电动机转子与发电机转子连接，发电机转子套入固定轴中，两侧外转子电动机转子套在外转子电动机定子线圈上，发电机定子嵌入机座中，励磁发射电路装置在外转子电动机定子线圈中间，励磁接收电路安装于外转子电动机转子盒上，整流电路连接发电机定子线圈。

所述自供式发电机的原动力采用双侧轴向外转子电动机，利用外转子电动机极数多、转速低、转矩大、消耗功率小的特性带动重量较大的发电机转子低速旋转。

所述外转子电动机的转子与发电机转子连为一体，发电机转子套在轴承上，轴承套在固定轴上，电动机转子套在定子线圈上，电动机转子中间部位连接发电机转子轴中间。

所述外转子电动机转子盒内侧面呈斜面型，在斜面型上安装风扇风叶。

所述外转子电动机转子盒内嵌放永磁块，主、副绕组中串接电容，永磁块沿盒内圈均匀排放。

所述外转子电动机一般在定子绕组齿槽中采用双排槽，目的是减少嗓音，提高定子轭的利用率。

所述外转子电动机的转子与定子气隙小于一般发电机气隙，原因是可以减少气隙磁密与齿部的脉动强度，减少磁损耗，达到降嗓、减振、低温、高效的目的。

所述自供式发电机沿用同步三相交流发电机结构。

所述自供式发电机定子由定子铁心和定子线圈组成。

所述自供式发电机转子包括磁极铁心、磁极绕组、轴承、风扇，其中：轴承套在固定轴上，风扇安装在外转子电动机转子盒上。

所述自供式发电机的每极每相槽数一般设计为大于3，作用是：降低齿谐波磁场强度，纠正电压波形，减少磁场表面损耗以及曲折漏抗。

所述自供式发电机的励磁系统采用无线装置，通过安装在电动机定子线圈中的发射电路和安装在电动机转子盒中间的接收电路进行无线励磁，有效避免了因为接触不良产生的发热和电火花的产生烧坏设备，同时还能有效保持发电机的洁净，减少维护量。

所述发电机整流电路输出功率主要流向是：第一自供，第二为并网，自供所需的为单相电，并网所需的为三相电，整流电路以三相整流为主，自供所用的单相电从三相中引用。

本专利的有益效果是：在发电机蓄电池中输入一定功率的单相电，驱动外转子电动机运转后，迅速撤离电源，形成电动机带发电机工作，再由发电机反哺电动机的动力循环，并将结余的电送入蓄电池或并网，或者供给其他电器设备，本专利的特点是：发电机的输出功率大于电动机的输出功率。

附图说明

图1是自供式发电机机芯各元件位置示意图。

图2是外转子电动机的定子线圈与固定轴。

图3是发电机转子。

图4是连接发电机转子的外转子电动机转子。

图5是自供式发电机的端盖。

图6是发电机定子铁芯与线圈。

图7是发电机整流电路。其中：ac两点接蓄电池，ac两点接发电机相线，aa间电压经r降压，d7-d10马，整流后送c251的2脚与3脚进行电压比较，3脚的基准电压为0.6伏，当2脚电压高于0.6伏时，马迅速放电，bg1，bg2截止，2脚电压低于0.6伏时，1脚输出为零，电源经r，w，2对c充电，延迟一定时间后，bg1，bg2导通，j动作，交流接触器吸合，蓄电池充电；cc电路原理与aa一样。

图8、9是励磁发射、接收电路。励磁发射器利用电磁感应原理，通过ne555d芯片产生一个脉冲频率，rpne555d输出一个脉冲频率，功率放大及无线发射模块irfp460把ne555d脉冲功率放大，使发射圈产生磁场，再通过发射圈发射。励磁接收线圈靠近时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，得到负载所需要的充电电压和电流，通过稳压二极管稳压，再经三极管q100放大电流后，供给发电机转子工作。

图10是外转子电动机一种简单的联动连接电路，两电机同时接通电源后，两绕组中串接的电容使主、副绕组相位相差90⁰，在相电压的驱动下，两电动机同时启动、运转。

具体实施方式

本发明主要由固定轴（2）、外转子电动机定子线圈（2）、外转子电动机转子（4）、发电机转子（3）、发电机定子（6）、励磁发射电路（8）、励磁接收电路（9）、发电机整流电路（7）、端盖（5）、机座组成。其中：固定轴（2）固定在端盖（5）两端，外转子电动机定子线圈（2）安装在固定轴（2）上，外转子电动机转子（4）与发电机转子（3）绕组连接，发电机转子（3）套入固定轴（2）中，两侧外转子电动机转子（4）套在外转子电动机定子线圈（2）上，发电机定子（6）嵌入机座中，发电机转子（3），励磁发射电路（8）安装外转子电动机定子线圈（2）中间，励磁接收电路（9）安装在外转子电动机转子（4）盒上，整流电路（7）连接发电机定子（6）线圈。

本专利自供式发电机的工作程序是：蓄电池的电能供应外转子电动机定子线圈(2)工作电流和发电机转子（3）励磁电流，外转子电动机转子(4)盒中安装有永磁块，在相电压的驱动下，串接在主、副绕组中的电容使相位产生90⁰位差，转子盒因此启动、旋转；蓄电池同时供应安装在外转子电动机定子线圈（2）中间的励磁发射电路（8），励磁发射器利用电磁感应原理，通过ne555d芯片产生一个脉冲频率，rpne555d输出一个脉冲频率，功率放大及无线发射模块irfp460把ne555d脉冲功率放大，使发射圈产生磁场，再通过发射圈发射，励磁接收线圈装置在外转子电动机转子盒轴中间，通过引线连接发电机转子(3)绕组，励磁接收线圈(9)靠近发射圈时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，得到负载所需要的充电电压和电流，通过稳压二极管稳压，再经三极管q100放大电流后，供给发电机转子(3)工作；由于外转子电动机的转子(4)与发电机转子(3)连接，电动机转子（4）旋转带动发电机转子(3)转动，从而与嵌入机座的发电机定子(6)线圈切割，产生电流，发电机定子(6)线圈上的电流经整流电路整流后，送蓄电池。

下面是本发明设计实施例：

电动机采用外转子电动机其中：电动机额定功率p1=60w

电动机额定电压ŭ1=220v

电动机额定转速n1=300r/min

电动机额定电流i1=0.34a

电动机转矩t=9550p/n=3.82nm

电动机两侧合计功率p2=602=120w=0.12kw

电动机功率因数cosφ1=74%

电动机效率η1=72%

电动机内轴d1=1.5cm

电动机定子线圈直径d1=13.5cm（轴两端双线圈模式）

电动机内轴长l1=28cm

电动机长径比λ1=28/15=1.87

电动机主绕组匝数q1=255匝主绕组线径d2=0.23mm

电动机副绕组匝数q2=335匝副绕组线径d3=0.21mm

电动机电容匹配c=1.2uf

电动机极数p¹=10转子槽数z1=50定子槽数z2=30

电动机相数m1=1

发电机额定电压ŭ2=380v

发电机额定转速n2=n1=300r/min

发电机额定频率f=50hz

发电机功率因数cosφ2=80%

发电机额定电流i2=95a

发电机相数m2=3

发电机确定功率p3=3^-2ŭ2i2cosφ2=50kw

发电机效率η2=90%

发电机极数p²=p3f/n2=4

发电机计算功率p4=p3k1/cosφ2=67.5(k1对同步发电机的取值1.08)

发电机发电机轴长l2l1=l2=l3=l4=l5=28cm

发电机定子铁心有效长度l3

发电机定子铁心净长度l4

发电机定子铁心总长度l5

发电机转子轴内径是由轴承套入电动机固定轴，轴承内径厚3.5cm，故发电机转子轴内径即d2=5cm

发电机轴外径需大于电动机线圈直径13.5cm选择d3=15

发电机转子槽数z3=3d3=45

发电机转子内槽口宽b1=转子内径×3.14÷槽数=0.35cm

发电机转子外槽口宽b2=转子外径×3.14÷槽数=1.05cm

发电机极距г=πd3/2p=5.89cm

发电机气隙σ=0.06cm

发电机圆周速度v=5.89m/s

发电机转子轭高度h1=(d3+d2)/2=10cm

发电机转子轭计算高度发电机圆周速度v=5.89m/s

h2=(d3+d2)/2+(1÷j×d3)j-4-6-8=8.3cm

发电机转子轭磁路长度l1=π÷4p(d3－h1）=2.63cm

发电机转子极采用凸极式转子轭轴向长度与转子外直径d3相等=15cm

发电机定子内径d4=d3+σ=15.06cm

发电机定子外径d5=1.42×d4=15.06×1.42=21.39cm

发电机定子绕组每极每相槽数z4=4发电机定子内径d4=d3+σ=15.06cm

发电机定子槽数z5=48

发电机绕组节距y=β×m×q=(5÷6）×3×4=10

发电机定子槽型选取梨形槽定子齿距б=d3π÷z5=21.39×3.14÷48=1.4cm

发电机气隙磁密b=0.8同步发电机取值k1=1.080.5mm硅钢片取值0.95

发电机定子槽口尺寸b3=0.3cmh2=0.1cmh3=0.12cmh4=1.1cmθ=30⁰

发电机定子槽形尺寸b4=1.128cm

发电机定子齿计算高度h1=1.44cm

发电机定子轭计算高度h5=4.58cm

发电机齿部磁密b1=1.43

c1=2.5w/kg(查中小型电机设计手册)

发电机轭部磁密b2=1.53

发电机定子齿卡氏系数k2=1.5

发电机定子轭卡氏系数k3=2k4=6（钢片厚1.5厘米时取值）

发电机磁极表面磁密b3=0.175

定子绕组绝缘等级r1=0.2758

励磁绕组绝缘等级r2=0.6

发电机定子齿钢片重g1=z5l3h1b4×7.7×10^-3=16.8kg

发电机定子轭钢片重g2=π（d4–h5）h5×l3×7.7×10^-3=17kg

发电机齿部单位损耗p5=c1b1²=5.01w/kg

发电机轭部单位损耗p6=c1b2²=5.84w/kg

发电机定子铁损耗p7=k2p5g1＋k3p6g2=323.81w

发电机磁极单位表面损耗p8=k4(z5×n1/10000)^1.5(b3г10)²=62.23w

发电机磁极表面损耗p9=2palгsp410^-4=30.86w

发电机定子绕组铜损耗p10=m2i²2r2=16.245kw

发电机励磁损耗p11=(i²r2＋0.6i)/η2=6.03kw

发电机机械损耗p12=16p²(v/40)³(l3×10³/19)^-2=7.85w

发电机附加损耗p13=0.012p3×10³/cosφ2=750w

总损耗σp=p7＋p9＋p10＋p11＋p12发电机机械损耗p12=16p²(v/40)³(l3×10³/19)^-2=7.85w＋p13=23.388kw

外转子电动机输出功率p2=p2/η1=162.16w=0.16216kw

实际功率=视在功率－无功功率=67.5－23.388－0.16216=43.95kw

实际功率43.95＞电动机输出功率0.16216。