CN105375666A - 新型超能电机 - Google Patents

Abstract

新型超能电机。本发明将传统电机的集束绕组修改为单排绕组，每一排绕组之间的合成磁通相互增强，充分利用每匝导线产生的磁通，在线圈匝数相同及电流相同的情况下，产生的磁通能量大大增强，功率密度最大可以提升8倍以上，因此电机的效率大幅提高，在同等功率条件下，体积甚至可以减小到原来的1/10。

Description

新型超能电机

技术领域

本发明涉及电机技术。尤其涉及新型超能电机。

背景技术

电机包括直流发电机、交流发电机、直流电动机、交流电动机，它们都是基于电磁感应原理将机械能与电能相互转化的设备，它们都离不开线圈绕组。然而，迄今为止这些电机的绕组均是集束式结构——一个绕组由很多匝导线集束而成，“安匝数”是一个非常典型的例证。根据电磁感应定理和右拳定则不难判断出，集束绕组中只有最外层导线的合成磁通是相互增强而产生能量传输的磁场，而集束绕组绝大多数的内部导线的磁通相互抵消，这些导线的磁通除产生自感且磁通被相互抵消之外，仅起到加大绕组电流的作用(提升按匝数)，对于能量传输没有直接作用。

本发明将传统电机的集束绕组修改为单排绕组，每一排绕组之间的合成磁通相互增强，充分利用每匝导线产生的磁通，在线圈匝数相同及电流相同的情况下，产生的磁通能量大大增强，功率密度最大可以提升8倍以上，因此电机的效率大幅提高，在同等功率条件下，体积甚至可以减小到原来的1/10。

发明内容

本发明所涉及的新型超能电机，通过改变线圈绕组的分布方式及绕组的接线方式，充分利用每一匝导线的磁通，将绕组合成磁通的利用率最大化。

根据电磁感应定律——通电导体的周围会产生磁场，磁通的方向遵循右拳定则。

传统电机的绕组是集束式绕制，从集束绕组合成磁通分布示意图中可以清楚地看出：集束绕组内部导线的匝间磁通是相互抵消的，只有最外层导线的合成磁通是相互增强而产生能量传输的磁场，绝大多数导线位于集束绕组的内部，这些导线的磁通相互抵消，所以这些导线的磁通除产生自感且磁通被相互抵消之外，仅起到加大绕组电流的作用(提升按匝数)，对于能量传输没有直接作用。

将绕组改进为单排式结构，且相邻两排导线的电流方向情况就会大不相同，从单排绕组磁通分布示意图中可以清楚地看出，除同排绕组的匝间磁通会相互抵消外，每两排绕组之间的合成磁通是相互增强的，在线圈匝数相同及电流相同的情况下，参与能量传输的合成磁通能量就会大大增强，电机的功率密度最大可以提升8倍以上，因此电机的效率大幅提高，在同等功率条件下，体积甚至可以减小到原来的1/10。

如果导入石墨烯制作新型超能电机的单层绕组，利用石墨烯所具有的超导电性能和超导热性能，可以将高效能电机的功率密度进一步提高，体积也就进一步缩小，完全可能在已经缩小的基础上再次缩小到1/10。

附图说明

图1：传统电机定子绕组结构示意图

1——定子铁芯；

2——定子绕组。

图2：集束绕组磁通分布示意图

3——绕组导线；

4——单匝导线磁通；

5——绕组合成磁通。

图3：单排绕组结构示意图

1——定子铁芯；

6——单排绕组导线。

图4：单排绕组磁通分布示意图

1——定子铁芯；

4——单匝导线磁通；

6——单排绕组导线；

7——单排绕组合成磁通。

图5：装配示意图

1——定子铁芯；

6——单排绕组导线；

7——转子铁芯；

8——稀土永磁强磁铁；

9——转子输出轴。

图6：转子、定子结构示意图

1——定子铁芯；

6——单排绕组导线；

7——转子铁芯；

8——稀土永磁强磁铁；

9——转子输出轴。

图7：转子磁场分布示意图

7——转子铁芯；

8——稀土永磁强磁铁；

9——转子输出轴。

具体实施方式

实施例一：永磁转子单排绕组交流电动机。

图5、图6示出了永磁转子单排绕组交流电动机的结构，定子的绕组为单层排列，合适连接定子绕组的接线，保证相邻排列绕组的电流反相，当定子绕组连接外部交流电源时，会在定子内部形成旋转磁场；转子上设计了合适排列的稀土永磁磁铁，磁场的分布如图7所示，这些磁铁产生的磁通被定子的旋转磁场吸引，将电能产生的磁通转换成旋转的机械能，通过转子的输出轴输出。

实施例二：励磁转子单排绕组交流电动机。

采用硅钢片制作定子和转子的铁芯，在制作好的铁芯上加工线槽，转子和定子的绕组均采用单排式绕制方式，并且相邻两排绕组的电流反相；转子绕组的电流通过滑环或者电刷接入，绕组通电后产生一个稳定的恒定磁场；定子绕组的排列和连接电源的顺序均按设计制作，定子通电后在定子内部产生一个旋转磁场，处于定子内部的转子在旋转磁场的作用下产生机械旋转，将电能转换成了机械能，通过转子的输出轴输出。

实施例三：单排绕组交流发电机。

图5、图6示出的永磁转子单排绕组交流电动机的结构也适用于交流发电机。根据电动机和发电机互易的原理，当转子被外部动力拖动产生旋转时，在定子的绕组中就会产生交流电流。定子的绕组为单层排列，转子上设计了合适排列的稀土永磁强磁铁，磁铁的分布如图7所示，当转子被外力拖动产生旋转时，会在定子的绕组中产生交流感应电压，用导线将这个电压与外部负载连通后，就会产生电流。

Claims (5)

1.新型超能电机。其特征是：电机内的绕组(包括定子绕组和转子绕组)为单层排列结构，且相邻两排绕组的电流反相，可以充分利用每匝导线产生的磁通，从而最大限度地加大了电机的功率密度和效率。

2.按照权利要求1所述的新型超能电机包括电动机和发电机。其特征是：根据电动机与发电机互易原理，权利要求1所述的新型超能电机既可以应用于电动机，也可以应用于发电机。

3.按照权利要求1所述的新型超能电机可以是交流电机也可以是直流电机。其特征是：新型超能电机可以直接应用于各种交流电机(包括单相电机和三相电机)，通过换流装置后，就可以应用于直流电机。

4.按照权利要求1所述的电机的定子绕组为单排结构。其特征是：新型超能电机的定子绕组为单层排列，且相邻两排绕组的电流反相。

5.按照权利要求1所述的转子绕组为单排结构。其特征是：当新型超能电机应用于励磁转子电机时，转子需接通电流，此时转子上的绕组采用单层排列，且相邻排列绕组的电流反相。