专利名称:永磁无整流器电机及电磁力发动机等特种电磁机的制作方法
属于电机、电磁发动机技术领域：
。
对本发明的理解、检索、审查有参考作用的现有技术，并且引证反映该项技术的文件。
《电磁学》、《电磁场与电磁波》、《金属磁性材料》、《电机学》、《电机设计》、《电机制造工艺学》、《热力发动机教程》、等。
发明的目的(一)开发利用无污染，可再生的永磁电磁能源，代替电能、石油、煤炭、天然气、铀等有污染、不可再生的能源。
(二)创造比现有电机、热力发动机性能更优越。更先进的永磁无整流器电机及电磁力发动机等特种电磁机体系。
(三)创造比现有车辆热力动力传动系统性能更优越、更先进的永磁电磁力动力传动系统。
(四)创造比现有船舶、舰艇、飞机热力动力推进系统性能更优越、更先进的永磁电磁力动力推进系统。
(五)创造比现有热电动力系统性能更优越、更先进的永磁电磁力动力系统。
本发明是在长期探索、研究，电机、电磁理论和实践(实验)的基础上;是在无整流(换向)器直流电机原理基础上(参见申请号为85100550的专利申请);是在对永磁、电磁从理论和实践(实验)两方面进行全面探索、科研、综合分析，从而得出稳恒磁场等效定律理论基础上发明的。
本发明所解决的中心技术问题是，用永磁能代替电能，用永磁无整流器电机及电磁力发动机等特种电磁机，代替电机、热力发动机等能量转换机，开发利用无污染，可再生的永磁电磁能源，开创永磁电磁能新能源系统。
本发明总的独立而明显的实质技术特征是，开发利用永磁电磁能，根据稳恒磁场等效定律，用等效永磁场代替无整流器电机等等的稳恒电磁场，用永磁能代替电能以及转变为机械能、电能等等。
本发明和申请号为85100550的专利申请，在无整流器电机直流稳恒电磁基本工作原理方面，是同一体系。因“一项发明应当只有一个独立权利要求
，”所以分开申请。
本发明“属于一个总的发明构思的两项以上的发明”。现将发明主要项目分述如下(一)永磁无整流器直流发电机;
(二)永磁无整流器直流电动机;
(三)永磁(无整流器直流电动机原理类)电磁力发动机;
(四)永磁(无整流器直流电动机原理类)磁力发动机;
(五)永磁特种用途电磁机。
永磁无整流器电机及电磁力发动机等特种电磁机(一)永磁无整流器直流发电机1.永磁无整流器直流发电机的主要结构永磁无整流器直流发电机的主要结构，和无整流器直流电机的基本相同，有转子和定子两大部分组成。转子部分和无整流器直流电机的相同。因无整流器直流电机的定子磁场是稳恒电磁场，根据稳恒磁场等效定律，可用等效永磁场代替，即用永磁磁化电流(等效电流)I′。产生的B′，代替激磁绕组的稳恒传导电流(激磁电流)I。所激发的B。开发利用永磁电磁能，因此其定子磁场为永磁材料的永磁结构，一般没有激磁绕组。其它结构和无整流器直流电机的结构相同。
2.永磁无整流器直流发电机的基本工作原理永磁无整流器直流发电机的基本工作原理和无整流器直流发电机的相同。当发动机拖动发电机转子电枢盘，单方向切割永磁稳恒磁通密度B′而感应产生动生直流电动势，动生直流电动势的方向可用右手定则判定。动生直流电动势的大小为E＝B′lv平＝B′(r外-r内)·( (r外＋r内)/2 ω)＝ 1/2 (r2外-r2内)B′ω＝ 1/2 (r2外-r2内)B′2πn＝(r2外-r2内)B′πn式中E-电枢盘上的动生直流电动势，单位是伏;
r外-电枢盘有效外半径，单位是米;
r内-电枢盘有效内半径，单位是米;
B′-气隙永磁磁密，单位是韦/米2;
n-电枢盘的转速，单位是转/秒。
永磁无整流器直流发电机的主要优点用等效永磁场代替稳恒电磁场，节约激磁电能，简化电机结构。还具有无整流器电机的优点。
(二)永磁无整流器直流电动机1.永磁无整流器直流电动机的主要结构永磁无整流器直流电动机的主要结构，和无整流器直流电机的基本相同，所不同的只是用永磁定子磁场代替电磁定子磁场，因此一般没有激磁绕组。其它结构相同。
2.永磁无整流器直流电动机的基本工作原理永磁无整流器直流电动机的基本工作原理和无整流器直流电动机的基本工作原理相同。当电动机电枢盘有直流电源供电时，由于电枢盘是在永磁磁场内的载流导体，有电磁力作用，此电磁力的方向可用左手定则判定，电磁力的大小为F＝B′Il＝B′I(r外-r内)此电磁力作用在电枢盘上的电磁转矩为M＝Fr平＝B′I(r外-r内)· (r外＋r内)/2＝ 1/2 (r2外-r2内)B′I式中M-电动机电枢盘上的电磁转矩，单位是牛顿·米;
r外-电枢盘有效外半径，单位是米;
r内-电枢盘有效内半径，单位是米;
B′-气隙永磁磁通密度，单位是韦/米2;
I-通过电枢盘的直流电流，单位是安。
上式说明永磁无整流器直流电动机的电磁转矩M随电枢盘有效半径宽(r外-r内)、气隙永磁磁通密度B′和流过电枢盘的电流I的增大而成正比例增大。
上式表明利用永磁磁通密度B′，代替电磁磁通密度B，利用永磁能，节约激磁用的电能。
(三)永磁(无整流器直流电动机原理类)电磁力发动机永磁(无整流器直流电动机原理类)电磁力发动机，是将永磁能和电能转变为机械能的发动机。而且是以永磁能为主，电能为辅的动力机。简称永磁电磁力发动机。
永磁电磁力发动机，是在稳恒磁场等效定律理论基础上;是在无整流器直流电动机原理理论基础上发明的。
已知无整流器直流电动机，无论是定子磁极磁场，还是转子电枢盘磁场，都是稳恒电磁场。根据稳恒磁场等效定律，都可用等效永磁场来代替。永磁电磁力发动机，只是将无整流器直流电动机转子电枢盘稳恒电磁场用等效永磁场来代替。定子磁极仍采用激磁绕组直流电流激磁的电磁场。
1.永磁电磁力发动机的主要结构永磁电磁力发动机的主要结构，和无整流器直流电动机的类同。有定子和转子两大部分组成，定子部分和无整流器直流电动机的相同，采用激磁绕组直流电源激磁的电磁定子磁场。转子电枢盘磁场，根据稳恒磁场等效定律，采用等效永磁场代替，因此是永磁材料的永磁结构。转子永磁盘磁化的原理，是按照无整流器直流电动机电枢盘，通过稳恒传导电流(电枢电流)I产生同心园磁场的原理进行磁化的。因此，转子永磁盘工作时设有真实的传导电流(电枢电流)I，所以不用集流器、电刷或液体电刷。代替传导电流(电枢电流)I的是永磁盘的磁化电流(等效电流)I′。等效电流I′的稳恒磁场-等效永磁磁场，和稳恒传导电流(电枢电流)I的稳恒电磁场是相同而等效的。永磁盘的磁化电流(等效电流)I′产生磁场的规律、磁性，与稳恒传导电流(电枢电流)I产生磁场的规律、磁性是相同的，是等效的。但磁化电流(等效电流)I′与传导电流I有本质区别，永磁磁化(等效)电流I′的物理本质是由电子自旋产生的束缚电流，它们不是由电荷的宏观位移构成的，它们不包含传导电流I所具有的电子漂移和散射过程，它们没有电阻，不会产生热。
2.永磁电磁力发动机的基本工作原理永磁电磁力发动机的基本工作原理和无整流器直流电动机的基本工作原理类同。只是用永磁盘磁化电流(等效电流)I′，代替电枢盘的传导电流(电枢电流)I。
当激磁绕组没有接通直流电源时，定子磁路中无定子磁通。此时转子上没有电磁力和电磁转矩，转子不转动。
当激磁绕组有直流电源供电激磁时，定子磁路中便有定子磁通。该磁通在定子两环形磁极(气隙)间，为基本均匀分布，两环形磁极(气隙)间，有转子永磁盘。即转子永磁盘在定子电磁磁场(气隙)内。定子电磁磁感应线和转子永磁磁感应线，两方向相同处则相加;两方向相反处则相减。即定子电磁磁极和转子永磁盘磁极，异性相吸，同性相斥，使转子永磁盘有电磁力作用，此电磁力的方向可用左手定则判定。此电磁力的大小为F＝BlI′此电磁力作用在转子永磁盘上的电磁转矩为M＝Fr平＝BlI′r平因l＝r外-r内，r平＝ (r外＋r内)/2 ·代入上式，得M＝(r外-r内)· (r外＋r内)/2 ·BI′M＝ 1/2 (r2外-r2内)BI′式中M-转子上的电磁转矩，单位是牛顿·米;
r外-转子永磁盘有效外半径，单位是米;
r内-转子永磁盘有效内半径，单位是米;
I′-转子永磁盘磁化(等效)电流，单位是安。
上式表明，电磁转矩M随转子永磁盘有效半径宽(r外-r内)气隙磁通密度B和转子永磁盘磁化(等效)电流I′的增大而成正比增大。
对已制成的永磁电磁力发动机，转子永磁盘有效半径宽(r外-r内)和磁化(等效)电流I′都是常量，要改变电磁转矩的大小，可改变气隙磁通密度B的大小，即控制激磁绕组的激磁电流Ic的大小，来改变电磁转矩M的大小。
改变激磁电流Ic的方向，就可改变电磁转矩M的方向。
永磁电磁力发动机的转速可比无整流器直流电动机的高。因其是无刷结构，转速的提高不受集流器、电刷工作恶化的限制，转速提高可使其单位功率的体积小、重量轻、成本低。
(四)永磁(无整流器直流电动机原理类)磁力发动机永磁(无整流器直流电动机原理类)磁力发动机，用来将永磁能转变为机械能的原动机。简称永磁磁力发动机。
永磁磁力发动机，是在无整流器直流电动机原理理论基础上;是在稳恒磁场等效定律理论基础上发明的。已知无整流器直流电动机，无论是定子磁场，还是转子电枢盘磁场，都是稳恒传导电流激发的稳恒电磁场。根据稳恒磁场等效定律，都可用等效永磁场来代替。这就是永磁磁力发动机。
1.永磁磁力发动机的主要结构永磁磁力发动机的主要结构，和无整流器直流电动机的基本类同。只是定子和转子磁场都采用等效永磁场代替。因此，没有集流器、电刷(或液态电刷)和激磁绕组。其它结构和无整流器直流电动机的相同。
2.永磁磁力发动机的基本工作原理永磁磁力发动机的基本工作原理和无整流器直流电动机的基本工作原理类同，和永磁电磁力发动机工作原理相同，只是定子磁场也采用永磁磁场。
转子永磁盘在定子永磁磁场(气隙)内，定子永磁磁感应线和转子永磁盘的磁感应线，两方向相同处则相加;两方向相反处则相减。即定子永磁磁极和转子永磁盘磁极，异性相吸，同性相斥，使转子永磁盘有永磁力作用，此力的方向同样可用左手定则判定。此磁力的大小为F＝B′lI′此磁力作用在转子永磁盘上的永磁转矩为M＝Fr平＝B′lI′r平.
＝(r外-r内)· (r外＋r内)/2 B′I′＝ 1/2 (r2外-r2内)B′I′
式中M-转子上的永磁转矩，单位是牛顿·米;
r外-转子永磁盘有效外半径，单位是米;
r内-转子永磁盘有效内半径，单位是米;
B′-定子气隙永磁磁通密度，单位是韦/米2;
I′-转子永磁盘磁化(等效)电流，单位是安。
上式表明，永磁磁力转矩M随转子永磁盘有效半径宽(r外-r内)永磁气隙磁通密度B′和转子永磁盘磁化(等效)电流I′的增大而相应增大。
(五)永磁特种用途电磁机1.永磁无整流器电机变矩机，实质就是永磁无整流器直流发电机和电动机的组合。用于无级变矩调速范围广的传动技术领域：
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2.永磁功率放大电磁机(永磁电磁控制机)永磁电磁力发动机，实质也就是一台永磁功率放大的电磁机(永磁电磁控制机)。用很小的输入功率(激磁功率一般只有输出功率的百分之几)，就可控制整个发动机的输出功率。
3.永磁电磁力发动发电机永磁电磁力发动发电机，实质就是永磁电磁力发动机和发电机的的组合。用来将永磁能转变为机械能，将机械能转变为电能。
由于永磁电磁机，具有可将永磁能代替电能以及转变为机械能、电能等优越性能，因此它具有满足各种特殊用途的性能，可制成各种特殊用途的发动机、传动机、工作(工具)机、控制机、计时机(钟表)、测量仪器、仪表等等，供四化建设的各个技术领域：
使用。如供各种车辆、船舶、舰艇、飞机等运输工具、生产工具、生活用具武器装备等技术领域：
的特殊需要用。
本发明与现有技术相比所具有的优点(一)本发明所开发利用的永磁电磁能-新能源与现有石油、煤炭、天然气、铀等能源相比，具有一系例优点1.永磁电磁能源无污染;
2.永磁电磁能源是半永久的并且可再生的取之不尽，用之不竭的新能源;
3.永磁电磁能的开发利用不需要消耗空气、氧气和水，因此它适用的领域广，水下、真空等场所都可应用;
4.永磁电磁能的开发利用成本低、效率高、安全可靠。
(二)永磁无整流器直流电机与现有电机相比所具有的优点除具有(一)所列的1、2、3、4优点外，还具有无整流器电机所具有的优点。
(三)永磁电磁力发动机和现有热力发动机相比所具有的优点除具有(一)所列的1、2、3、4优点外，还具有5.永磁电磁力发动机为无刷结构，构造简单，结构紧凑，零部件少，运动副少，单位功率的体积小、重量轻、成本低;
6.可控性能好，适应性好，工作安全可靠性高，使用寿命长，工作效率高，经济效益高。
(四)永磁磁力发动机和现有热力发动机相比所具有的优点与(三)所列各条基本相同;只是可控性能比(三)稍差些。
(五)永磁特种用途电磁机除具有(一)所列的1、2、3、4优点外，还具有满足各自特殊用途等优点。如永磁无整流器电机变矩机，还具有无级变矩调速范围广等优点;如永磁功率放大电磁机，还具有功率放大等优点;如永磁电磁力发动发电机，还具有将永磁能转变为机械能，将机械能转变为电能等优点。如永磁电磁控制机，还具有选择输入信号，就可控制输出的功能等优点。
实现本发明的最好方式首先设计制造微型的永磁电磁力发动机，因它具有永磁(无整流器直流电动机原理类)电磁机体系的典型优势，并且微型机试制费用低，然后由微型逐步发展到小型、中型和大型。由小到大，由少到多。形成系列化、通用化、标准化的产品体系。
权利要求
1.一种由环形磁极的定子和电枢盘的转子组成的直流电机，其特征在于(a)定子磁场是环形永磁磁场，气隙磁密是永磁磁B′，(b)无整流(换向)器。
2.根据权利要求
1所述的永磁无整流器直流电机，其特征在于发电时转子电枢盘上感应产生的动生直流电动势为E＝(r2外-r2内)πnв′。
3.根据权利要求
1所述的永磁无整流器直流电机，其特征在于电动时转子电枢盘上的电磁转矩为M＝ 1/2 (r2外-r2内)IB′。
4.一种由环形磁极的定子和永磁盘的转子组成的永磁电磁力发动机，其特征在于(a)转子永磁盘的磁化(等效)电流I′(束缚电流)产生的永磁磁场与无整流器直流电动机转子电枢盘的电枢电流I产生的稳恒电磁场是相同而等效的，(b)定子磁场采用由激磁绕组直流电流激磁的环形电磁场，气隙磁密为电磁磁密B。
5.根据权利要求
4所述的永磁电磁力发动机，其特征在于工作时转子永磁盘上的电磁转矩为M＝ 1/2 (r2外-r2内)BI′。
6.一种由环形磁极的定子和永磁盘的转子组成的永磁磁力发动机，其特征在于(a)转子永磁盘的磁化(等效)电流I′(束缚电流)产生的永磁磁场与无整流器直流电动机转子电枢盘的电枢电流I产生的稳恒电磁场是相同而等效的，(b)定子磁场是环形永磁磁场，气隙磁密是永磁磁密B′。
7.根据权利要求
6所述的永磁磁力发动机，其特征在于工作时转子永磁盘上的永磁转矩为M＝ 1/2 (r2外-r2内)B′I′。
8.一种无级变矩的直流电机变矩机，其特征是定子磁场为永磁场，是永磁无整流器直流发电机和电动机的组合。
专利摘要
本发明属于电机、电磁发动机技术领域：
。解决的技术问题和主要技术特征是，开发利用永磁能，用永磁能代替电能以及转变为机械能、电能等。根据稳恒磁场等效定律，用等效永磁场代替无整流器直流电机的稳恒电磁场。用等效永磁代替其定子稳恒电磁的为永磁无整流器电机；用等效永磁代替其转子稳恒电磁的为电磁力发动机；用等效永磁代替其定子和转子稳恒电磁的为磁力发动机等等。供各种动力、传动、工作、控制系统用。
文档编号H02K29/00GK85105812SQ85105812
公开日1987年1月28日 申请日期1985年7月29日
发明者张敬业 申请人:张敬业导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan