专利名称：凸型电磁能源发动机的制作方法
技术领域：
本发明属于电磁能源新领域。
通常的电机主要是由定子、转子和定子与转子之间的气隙三部分组成。在定子和转子上都设置着可导电的绕组，它们各自产生的主磁通都分别通过定子与转于之间的气隙。气隙内的磁场是由定子和转子电流共同产生的合成磁场。借助这个合成气隙磁场通过定子和转子之间产生的电磁感应，在定子和转子之间传递电磁功率，实现电能与机械能的相互转换。在转换过程中，由于电机本身的一系列损耗，因此输出功率总是小于输入功率。
旅美华人林安东在WO83/01353专利文献中公开了一种新的发电系统一脉冲电磁动能发动机。该系统将微电子技术与电磁步进电机发电系统相结合，以较小的功率输入获得较大的功率输出。但是，由于主机是脉冲电磁步进电机，在任何机械负载转矩的情况下，其转速及转矩均是波动的，它的转轴不能直接带动机械负载或发电机作为输出功率。再者，由于脉冲电磁步进电机定子线圈磁芯受到制造工艺的限制，其体积也相应的受到限制。因此，该系统输出的机械功率和电能都较小，很难解决大功率的机械能和电能的输出。
本发明的目的是，根据电流在磁场中受力的基本原理，发明一种节能、增能效果显著的凸极电磁能源发动机。
实现上述目的途径是由定子1，凸报式转子3构成凸极电磁能源发动机主件。定子1上设有三相交流电枢绕组2，在定子1与凸极式转子3之间留有气隙7，转子直流电枢绕组4放置在凸极式转子3的槽内，凸极式转子的极高5大于转子的槽高6。
现以4极凸极电磁能源发动机为例，时本发明作详细描述。
图1为4极凸极电磁能源发动机结构示意图。其中，1.定子；2.定子三相交流电枢绕组；3.凸极式转子；4.转子直流电枢绕组；5.凸极式转子的极高hp；6.转子的槽高hR；7.定子与转子之间的气隙δ；8.定子三相电流产生合成磁场的主磁通；9.转子直流产生磁场的主磁通；10.极距τ；11.极弧宽bp。
凸极电磁能源发动机主件由定于1、凸极式转子3构成，其体积与同功率、同极数的绕线式三相异步电动机的机座号相同，制造工艺也相同。定子1上设有三相交流电枢绕组2，在定子1与凸极式转子3之间留有气隙7，对定子1的铁心槽形和三相交流电枢绕组2的设计原理与三相异步电动机相同，定、转子之同的气隙7的δ值，可与同功率、同极数的绕线式三相异步电动机相同。转子直流电枢绕组4放置在凸极式转子3的槽内，为了满足转子磁路的要求，使转子齿部磁通密度不至过高，对凸极式转子3和转子槽形采用辐射状。转子直流电枢绕组4可根据输入电流I2的大小、转子直流输入电压V2的高低，并结合制造工艺要求利用导线并绕根数N2和并联支路数a2，来调整转子电阻R2，使转子输入功率V2I2=I22R2,]]>使I22R2为最佳值。在设计极弧宽bp11与极距τ1θ之间的比例关系时，一般采用bp＝(0.65－0.75)τ；凸极式转子的极高hp5必须大于转子的槽高hR6，一般采用hR＝(0.70－0.80)hp，当bp/τ愈小时，则hR/hp应选的愈大，来保证定子三相电流产生合成磁场的主磁通8按图1所示，穿过凸极式转子3相邻的两极后，在定子1上形成闭合回路。
凸极电磁能源发动机的工作原理是因转子3为凸极式，当转子直流电枢绕组4的电流I2＝0时，在定子三相交流电枢绕组2通以电流后，将在定、转子中产生旋转的合成磁场8，此时，本机为一反应式同步电动机，产生同步力矩，输出电磁功率PM2，使该机的输出功率P2在小于所产生的最大电磁功率PM2max时，稳定运行在同步转速。当转子直流电枢绕组4通以电流I2在定子三相电流产生的合成磁场8中受力，产生电磁功率PM，可带动负载运行，直流电流I2愈大，所产生的电磁功率PM就愈大，调整电流I2，可使本机在输出额定功率Pe下稳定运行在同步转速。
凸极电磁能源发动机的节能、增能的原理是由本机凸极式转子3的特殊结构与转子直流电枢绕组4设置相位的有机配合，产生了一个输入电能与输出机械能之同的能量差，从而可以较小的电能输入，获得较大的机械能输出。具体分析如下1.本机结构与一般凸极式同步电动机的区别在于(1)本机转子直流电枢绕组4设置在转子凸极的槽内，而同步电动机的直流激磁绕组放置在两凸极之同的缺口内；(2)本机的主磁场是由定子三相电流产生的合成磁场8，通以转子电流I2的目的是在主磁场中受力，而同步电动机的激磁绕组通以电流的目的是产生电机的主磁场。
2.本机的运行状态是定子三相交流电枢绕组2激磁产生旋转磁场的，转子同步运行的异步电动机状态。因为一个异步运行正弦变化的转子电流产生的磁场，与旋转磁场是同步运行的，通以直流而同步运行的转子所产生的磁场也是与旋转磁场同步的。
3.本机以较小的电能输入，获得较大的机械能输出的理论根据是一个定子电流激磁产生旋转磁场的电动机，是通过定、转子电流产生的磁势来进行能量交换的，与本机转子直流产生磁场的主磁通9的分布状态和路径无关，所以有关异步电动机定、转子之间能量转换关系的计算方法，在本机仍然适用。负载时，转子电流I2产生磁势 定子磁势 必然增加一个与 大小相等、方向本反的分量 来抵消 的去磁作用，磁势平衡关系有F1.=-F2.+F8.]]>(F8-称为激磁磁势)。通以直流I2的电枢绕组4与鼠笼式转子相似，其相数m2＝Q2(Q2-为转子槽数)、绕组系数KW2＝1。当本机转子每极的安培导体数Zp2I2(Zp2-为每极的导体数)和鼠笼式转子每极的槽数Qp2＝Q2/p(p-为极数)与导条电流I2的乘积Qp2I2相等，即Zp2I2＝Qp2I2时，本机与鼠笼式异步电动机的 和 均相等，定子输入的电磁功率PM也相等。鼠笼式每极转子导条在极距τ内均匀分布，因气隙磁密为正弦分布，所以每极安培导条数Qp2I2相当于在气隙磁密的平均值B平均中受力，它产生的电磁转矩M正比于Qp2I2B平均。而本机每极安培导体数Zp2I2是分布在凸极式转子3的极弧宽bp11上，若转子的直径D2及铁芯长度L与异步机均相等，则本机的气隙磁密的平均值B平均，为异步电动机B平均的τ/bp倍，即B平均(本机)＝τ/bpB平均(异步)。同理，它所产生的电磁转矩M仍为异步机的τ/bp倍，即M(本机)＝τ/bpM(异步)。因本机与异步电动机输入的电磁功率PM相等，所以本机转子产生的电磁功率PM(输出)大于定子输入的电磁功率PM(输入)，有PM(输出)＞PM(输入)。只要按照本机的结构和原理制造50千瓦以上的电磁能源发动机，其输出的机械功率P2就会远远大于输入的电功率P1。
对该项发明所制造的凸极电磁能源发动机作了多次测试，输入的总电功率P1＝14449瓦，输出的机械功率P2＝14508瓦，其功率增益倍数kp＝p2/p1＝1,004倍。
权利要求
1.一种由定子(1)、定子三相交流电枢绕组(2)、凸极式转子(3)、转子直流电枢绕组(4)构成的凸极电磁能源发动机。其特征在于转子直流电枢绕组(4)设置在凸极式转子(3)的槽内，凸极式转子(3)的极高hp(5)大于转子的槽高hR(6)。
全文摘要
本发明公开了一种凸极电磁能源发动机，该机由定子、凸极式转子组成。转子直流电枢绕组设置在凸极式转子的槽内，凸极式转子的极高大于转子槽高，从而使得该机达到了节能和增能的效果。可广泛代替异步电动机和同步电动机使用。
文档编号H02K53/00GK1147721SQ9511653
公开日1997年4月16日 申请日期1995年10月9日 优先权日1995年10月9日
发明者陈国田 申请人:陈国田