专利名称：三维磁场电机技术及三维磁场电机的制作方法
三维磁场电机技术是在现有电机技术基础上发明的一种新技术。该发明涉及到电机的内部结构，特别涉及到电机的磁场和绕组。
目前生产中广泛应用的各种电机(即现有技术电机)都是由定子(机座、铁芯、绕组等构成)，转子(铁芯、绕组等构成)两大基本组件构成，都是利用电磁感应原理(如发电机)和磁场对载流导体的作用力原理(如电动机)工作的。尽管各类电机的结构不尽相同，功能也有不小的差别，但它们的基本构造方法都是把圆柱形的转子装进圆筒形的定子中去，二者都工作在圆柱体外圆与圆筒内圆之间的同一磁路上。可以看出，现有技术电机的磁场是开放型、二维式的磁场。
现有电机技术的不足之处在于它没有能够充分而合理地利用转子两端的空间，使之出现了一个“技术空缺”。三维磁场电机技术就是针对这个“技术空缺”而产生的。它利用在现有技术电机的定子与两端盖之间增加附加定子或附加磁极，在转子的两个端面上增加附加磁极或附加绕组的方法，扩大了电机的磁路，增加了电机绕组的有效长度，使电机增加输出功率(容量)，降低造价等成为现实。由于采用上述方法，使现有技术电机的二维开放式磁场变为三维闭合式磁场，这就是该技术“三维”二字的由来。
本发明的目的，就是利用三维磁场电机技术，运用扩大电机磁路；尽可能增加电机绕组有效长度的方法，大幅度地提高电机的输出功率(容量)，大大减小同功率电机的体积和重量，降低电机的制造成本。
三维磁场电机技术可用来制造各类电机，为便于理解本发明的技术特征，按照电机磁场的形式不同，将各类电机分为旋转电枢式，旋转磁极式、异步电动机三类，并分别将本发明在三类电机制造中的实施技术方案分述如下。
1、利用三维磁场技术制造旋转电枢式电机该类电机主要包括直流发电机，直流电动机、交流发电机等。
必要技术特征在现有技术电机的定子与两端盖之间增加垂直于定子磁极的附加磁极(铁芯励磁绕组或永久磁钢)，在转子(电枢)的两个端面上增加垂直于轴心的附加转子(电枢)绕组。附加磁极和附加转子(电枢)绕组工作在同一磁路上。电机运行时转子(电枢)的外圆绕组和端面绕组都能垂直地切割各自磁场的磁力线。
2、利用三维磁场电机技术制造旋转磁极式电机该类电机主要包括三相同步发电机、三相同步电动机、单相交流发电机等。
必要技术特征在现有技术电机的定子与两端盖之间增加与定子绕组相序一致的附加定子绕组，在转子两端面上增加垂直于转子磁极且极性一致的附加磁极(铁芯励磁绕组或永久磁钢)。附加定子绕组和附加磁极工作在同一磁路上。电机工作时，定子绕组和附加定子绕组都能垂直地切割各自磁场的磁力线。
3、利用三维磁场电机技术制造异步电动机必要技术特征在现有技术异步电动机的定子与两端盖之间增加同定子绕组相序一致的带铁芯的盘形附加定子绕组；在鼠笼式转子的两个端面上增加垂直于轴心的闭合导电绕组--附加转子绕组，使附加定子绕组与附加转子绕组工作在同一磁路上。
与现有技术电机相比，三维磁场电机具有以下突出优点1、输出功率(容量)大。由于采用了三维磁场电机技术，增加了电机的附加磁极和与之相对应的附加绕组，使电机的磁路扩大了，绕组的有效长度增加了，因而使电机的输出功率(容量)大幅度增加(一般绕组的有效长度可增加一倍左右，输出功率(容量)可增加二至四倍)，电机的直径越大，输出功率(容量)增加越明显。
2、体积小、重量轻，由于采用三维磁场电机技术，在电机体积增加很小的前提下，输出功率(容量)增加很多，与现有技术电机相比，同功率的三维磁场电机体积重量都要小得多或同体积、重量的两种电机三维磁场电机的输出功率(容量)要大的多。
3、造价低，由于采用了三维磁场电机技术，单位功率铁(硅钢)铜用量少，使制造成本大为降低。
三维磁场电机的制造方法(三维磁场电机技术的实施办法)1、三维磁场旋转电枢式电机主要构件定子主磁极，盘形附加磁极、转子、转子嵌线盘等。
技术要点在现有技术电机的定子与两个端盖之间各增加一个盘形附加磁极，该磁极由偶数个铁芯励磁绕组组成(励磁绕组的个数同发电机的极数)在发电机转子的两个端面上各增加一组附加转子绕组，并使其成为转子绕组有效长度的一部分。
具体制作方法(1)盘形附加磁极的制作，整个附加磁极由盘形铁芯和绕组制成，盘形铁芯可用铸钢浇铸而成(也可把铸成的扇形极块用螺钉紧固在钢制圆盘上制成)铁芯的极块上绕制励磁绕组或将绕好的骨架线圈套在极块上。(2)附加转子绕组的制作首先发电机转子铁芯两端要各固定一个带有嵌线槽的嵌线盘(铸铝或硬胶木制成，)它的作用是正确地嵌放附加转子绕组，该嵌线盘的槽数等同转子铁芯槽数。转子绕组的绕制十分重要，绕组的端接线的嵌放是关键，绕制时一定要使端接线从嵌线盘的槽中穿过后再嵌入转子铁芯槽，以确保附加转子绕组能垂直地切割附加磁极的磁力线，还要使其绕组的分布符合电势相加原理。
注意事项(1)附加磁极励磁绕组的接线方法，应保证附加磁极的极性与定子主磁极的极性相对应，安装时应使附加磁极与定子主磁极的极性一致，二者互相垂直。(2)转子与定子主磁极及附加磁极间的间隙必须均匀相等。
2、三维磁场旋转磁极式电机主要构件定子，盘形附加定子、转子、转子附加磁极、端盖等。
技术要点在现有技术电机的定子与两个端盖之间各增加一个铸钢盘形附加定子，上面装有带铁芯的附加定子绕组。在电机转子两端面各增加一组铁芯励磁绕组即附加转子磁极。
具体制作方法(1)盘形附加定子的制作整个盘形铁芯可用铸钢一次浇铸成型，也可把浇铸好的梯形块用螺钉固定在盘上形成齿槽。每个齿槽均是嵌线槽，要求槽的深度、宽度均匀一致，且指向轴心。齿槽数要等同于定子铁芯槽数，以达到附加定子绕组与定子绕组的相序、物理性能的最佳配合。(2)附加磁极的制作，对于凸极式电机，转子磁极铁芯宜做成一体式“T”型，励磁绕组绕在芯柱上，这种“T”型磁极同时具备了转子主磁极和附加磁极的功能(如作同步电动机，转子极面上还要有异步起动绕组)也可独立设置励磁绕组固定在转子端面上，形成附加转子磁极。对于隐极式电机，因其转子细长，内部复杂，且高速运转，内冷技术难度大，可暂不考虑应用此技术。(3)附加定子绕组的接线根据电势相加原理，附加定子绕组与定子绕组串接在一起。
注意事项制绕附加定子绕组时，要注意相序一定要与定子绕组一致，要切实防止装配时接线错误。
说明随着新强磁材料的出现，为简化工艺，一些励磁磁极可换作永磁体，上述旋转电枢式及旋转磁极式电机，只要把励磁绕组换为永久磁体即可制成永磁式电机。
3、三维磁场异步电动机主要构件定子、盘形附加定子、转子、嵌线盘、端盖等。
技术要点在现有技术电动机的定子与两个端盖之间各增加一个盘形附加定子，其上绕有同电机定子绕组相序一致的三相交流绕组，在转子的两个端面上增加附加转子绕组(铝导条)盘形附加定子和附加转子绕组(铝导条)工作在同一磁路上。
具体制作方法(1)盘形附加定子的制作附加定子铁芯的形状(同上述旋转磁极式发电机)象一个空心平面齿轮，每个齿槽都是嵌线槽。整个铁芯可用铸钢浇铸而成，要求每个齿槽光滑洁净，深、宽度均匀一致。齿槽数等同于定子铁芯槽数，以保证附加定子绕组与主定子绕组相序及各种物理性能一致。(2)附加转子绕组的制作用在鼠笼式转子的两个端面上增加铝导条的方法形成附加转子绕组，为便于制作和增加整个转子的刚性，转子两端要各增设一个嵌线盘(槽数同转子铁芯槽数)并用螺钉紧固在转子两端。增加的附加转子绕组(铝导条)就浇铸在嵌线盘的嵌线槽上，整个转子导条可一次浇铸成，使附加转子导条与转子导条连为一体，构成闭合回路。电动机通入三相交流电时，定子和附加定子产生的旋转磁场便对转子产生一个合力矩(迭加转矩)。
注意事项(1)附加定子绕组与定子绕组的相序一定要一致。(2)两个绕组可以串接，也可以并接，关键是调试时两个旋转磁场方向要一致。
权利要求
三维磁场电机技术是在现有电机技术基础上产生的。利用三维磁场电机技术制成的电机是一种新型高效电机。它的基本构造与现有技术电机相同，都具有定子、转子两大基本组件，其工作原理也与现有技术电机相同，也是利用电磁感应原理和磁场对载流导的作用力原理工作的。三维磁场电机的基本技术特征是，用增加电机附加磁场和附加绕组的方法，扩大电机的磁路，增加电机绕组的有效长度，达到大幅度提高电机输出功率(容量)的目的。其具体做法是1、对于旋转电枢式电机，在现有技术电机的两端盖与定子之间增加附加磁极(铁芯励磁绕组或永久磁体)，在电机转子的两个端面上增加垂直于轴心的附加转子绕组。
2.对于旋转磁极式电机，在现有技术电机的两端盖与定子之间增加附加定子绕组(相序与定子绕组一致)，在电机转子的两个端面上，增加附加磁极(铁芯励磁绕组或永久磁体)。3、对于交流异步电动机，在现有技术电动机的定子与两个端盖之间增加盘形附加定子，在鼠笼式转子的两个端面上增加垂直于轴心的闭合导电绕组--环形铸铝导条。通过上述办法，使电机的二维开放式磁场变为三维闭合式，使电机的磁路扩大了，绕组的有效长度增加了，从而使电机的输出功率提高到现有技术电机的数倍(2--4倍)。
全文摘要
三维磁场电机技术是在现有电机技术基础上发明的一种新技术,它的主要特征是在现有技术电机的基础上,增加电机的附加磁场和附加绕组,扩大电机的磁路,增加电机绕组的有效长度,从而达到大幅度提高电机输出功率(容量)的目的。采用该技术制造的电机,输出功率(容量)可达现有技术电机的二至四倍,因而具有输出功率(容量)大、体积小、重量轻的优点。三维磁场电机技术特别适用于中、大型、大直径的发电机和电动机。
文档编号H02K1/12GK1199270SQ97103279
公开日1998年11月18日 申请日期1997年5月8日 优先权日1997年5月8日
发明者陈晓 申请人:陈晓