CN107005115B - 电机 - Google Patents

Abstract

此发明属于发电机和发动机制造领域，主要可用于产生电能和机械能。发明的任务是扩充电机使用范围、降低费用、增加电机的效率和单位功率。电机包含转子和定、带有绕组线圈的定子和控制装置。绕组线圈的定子为串联系统和/或逆向连接的径向和/或切向线圈系统，每个线圈有电引线。控制装置的电触点可同相应定子绕组线圈的电引线相互连接，以保证对相应定子绕组线圈的供电进行电路式控制，并随时在电机中产生设定的定子磁场，其中包括旋转磁场和往复磁场，其取决于进行旋转移动或往复移动的转子的空间位置和转子的磁性状态。本发明可用于动力工程、运输业、机械制造业、建筑业、航天等技术领域。

Description

电机

技术领域

本发明属于电动机构造领域与发电构造领域，可用于产生电能与(或)机械能，将电能转为机械能或者相反，等。此电机为洁净，并得到应用于电力工程、运输、机械制造业、建筑业、航天等技术领域。

背景技术

目前，提出的任务是在整流子电机和无整流子电机帮助下部分解决的(卡茨曼“电机手册”，“学院”出版中心、2005年、480页、ISBN 5-7695-1686-0；第9页)。整流子电机包括万能的电机和直流电机，例如，带着永久磁体与励磁线圈电机。无整流子电机包括同步电机与异步电机，例如，带着鼠笼式转子或绕组式转子、单相、三相、电容式、喷气式、磁滞式、线性式、气门式。

在本名册中，此提出的发明最近似的为气门发动机(同上，第313-317页)，包括转子与定子，平行联合的线圈(相位)与可控硅(可控制的)向定子绕组线卷供馈电。

绕线电机(及包括气门电机)运转的原理比较简单：首先电流峰值输送到第一相(线圈或线圈系统)，使转子旋转一些角度。然后，类似的，电流峰值输送到第二相(线圈或线圈系统)。转子又旋转一些角度，以此类推。当然，前几个相位(一个相)-线圈电流一定要变化，例如，电流的指标变得小，要不然转子停止旋转。因此，这种结构是有工作能力的，不过不最佳的：在当时线圈不都以全力生产。

因此，我们的任务：放弃使用这种不完善的电机并使用仅双线的(单相电流，主要是直流电)电流，使几乎全部绕组线圈在满负荷状态下工作(交流电有很大的对手的感应，以及二次开方倍数的更小功率)。

发明内容

此发明旨在创造一种高效、方便、洁净、效率与单位功率很高的构造，用于产生电能和/或机械能、把电能转为机械能或者相反，等。因此，发明的任务是扩充应用领域、降低费用、增加电机的效率和单位功率。根据电机效能，此电机能可用作电力发动机、电力发电机、电力发动机和发电机在一起，比如，直流变压器，本变压器里的电力发动机输入交流电，使带动发电机旋转，然后直流电输送到电网(或者相反)。

上述任务在电机帮助下解决，带有转子、定子，定子绕组线圈和控制装置的电机来完成，其特点是定子绕组线圈为串联和/或逆向系统连接的径向和/或切向线圈系统，其中每个带有电引线，控制装置的电触点可以同相应线圈的电引线相连接，以保证电路式控制相应定子绕组线圈的供电，并在电机中随时产生预设的定子磁场，其中包括旋转磁场和往复磁场，其取决于进行旋转运动或往复运动的转子的空间位置和磁性状态。

显然，两个线圈可以串联(两者绕线的缠绕方向相同)、逆向连接(两者绕线的缠绕方向相反)，以及类似的并联或逆并联。

定义1：我们把某种方式连接在一起的若干个定子绕组线圈称为电路，还包括经过控制装置连接。

定义2：电路方式控制是一种经过控制装置进行的控制，其到目前形成某种的电路，包括一个以上串联和/或逆向连接的带设定方向电流的定子绕组线圈，电路连接：1)一个或几个径向定子绕组线圈，或者2)必要时，一个或几个切向定子绕组线圈，或者3)必要时，两个或几个切向和径向的定子绕组线圈，4)另外一个或另外几个定子绕组线圈可同该电路断开。与此同时，与控制装置连接的每个绕组线圈(可以是经过其他定子线圈连接)得有电引线(电触头)，用于借助控制装置同上述的电路连接或断开。上述电路控制方式的定义属于控制装置的性能。本控制装置在文章上不研究，具有该性能的控制装置可在现有中等水平设备的框架内制作。

关于发明的新颖性。在控制装置帮助下，如有足够的定子绕组线圈的数量，可实行定子磁场初具变化(例如定子磁场的旋转)并迫使转子的磁化铁芯进行设定移动(例如轴旋转)。特别是，定子磁场的旋转可根据进行旋转移动(同上，第313-314页)或往复移动的转子的空间位置和磁性状态而实行。在控制系统中，借助于电机中随时产生定子的预设(相应)磁场(迫使转子做设定移动)，可实行对机床、机械、运输工具等工作控制的控制(同上，第5-6页、369-370页、389页)。因此电路方式控制可对转子在电机中的多种移动进行控制：旋转移动(其中包括变频旋转)、往复移动(其中包括变频移动)，在频繁开关情况下的移动、间歇移动、来往旋转，以及让转子保持设定角度的状态，等。因此，研究的电机是一种多功能构造，可完成不同型号。

此装置用作发动机，包括实现这些：首先，电机转子中的定子铁芯磁通量更加集中(借助于定子的径向宽度)，第二，实行变化的能耗更低，例如，比如定子磁场的旋转(由于转子在定子铁芯中激励产生)，第三，在定子绕组线圈由于定子磁力线长度(由转子在定子芯中激励产生)大于转子磁力线长度(由定子在转子铁芯中激励产生)发生本质对手的感应的减小量。

此装置用作电能发电机，实现大幅增加定子绕组中的电磁感应，例如，经过使用可降低转子旋转能耗的斜双极转子。例如，在转子中的转子及定子磁力线几乎平行的地方，转子的旋转(比如经过发动机实现的旋转)不会受到很大的阻滞(由相互工作的发动机和发电机组成重要系统，可称为电力发动机发电机组)。因此，在我们研究的电机中转子和定子的磁性相互作用具有非对称性。

在主要装置例如中，当额定状态下控制定子绕组线圈的数量足够，装置对转子产生几乎恒定的机械力矩，因为在转子和定子的磁场旋转时，两者磁力线的相对方位以很大的精度保持不变。

如果向全部定子绕组线圈供电力时，在转子中形成更拉长的定子磁场，本定子磁场比整流式电机、无整流子电机和闸流管电机中的定子磁场强大。

这种电机的新颖性有助于大大提高电机的单位功率和效率，以及其在国民经济中的广泛采用。

在某些具体情况下(这些情况是不能涵盖的，而且不能限定本技术方案的全部要求，不过只是说明材料的局部情形)，电机可以是以下具体款型完成：

1)电能发动机或直流发电机，其转子带有两个平行隔断部分的双极式、鼠笼式或软磁性铁芯，而定子带有软磁性铁芯和串联的切向和/或径向定子线圈及其电引线，与此同时，控制装置的电触点可同定子线圈的电引线相互连接，以保证根据转子的空间位置随时产生定子的旋转磁场。

2)直流发电机，其转子为斜双极转子，定子包括串联的切向和/或径向定子线圈及其电触点(引线)，与此同时，控制装置的电触点可同定子线圈的电引线相互连接，以保证根据转子的空间位置随时产生定子的旋转磁场。

3)交流电发电机，其转子为双极转子，定子有软磁性铁芯和两个串联或逆向连接的等容切向线圈及其用于连接到对外双线电路的电引线，与此同时，当两个线圈采用串联式连接时，两个电引线位于定子绕组的相反位置，而当两个线圈逆向连接时，两个电引线并排。

1-2项描写的是电机例如为直流电机。但是，在相应装置中，如果同时向定子和转子的绕组提供交流电，电机也可以使用交流电工作。

控制装置是进行向定子绕组线卷和/或转子绕组线圈提供电力的专用装置，其任务是实行预设的定子磁场(其中包括旋转磁场)和/或转子预设磁性状态。

控制装置一般既有机械式(整流式)，还有电子式。

因此，在最简单情形下，借助于控制装置对外双线电路(同控制装置两个电触点连接在一起)，在每个时段都是已连接的，例如连接到定子绕组的两个外径点(指相互串联的定子绕组线圈)。按照时间，借助控制装置这两个电触点的位置，沿定子线圈的每个电引线(触点)依次移动，激励定子磁场的旋转，从而促使磁化的转子铁芯绕其轴旋转。

根据装置的用途，定子磁场的变化可以发生：1)取决于转子的空间位置；2)不取决于转子空间位置；3)可以混合式，根据时间，属于第一种或属于第二种。因此，借助于控制装置，可以依次实现对外双线电网与定子线圈和/或转子线圈的相应电引线(触点)的电接触。

类似上述的，借助更复杂结构的控制装置，可以增加同时作用的电引线，在定子绕组线圈形成更复杂的旋转磁场，包括定子的多极旋转磁场。该磁场同转子相互作用，激励转子旋转。

于电机转子中铁芯可作为永久磁体、电磁体、多极磁体，包括斜双极磁体，也可以是以下款式：带有几个短路线匝(鼠笼式转子)或用软磁体做的钢，带有两个隔断用软磁体做的部分，其在镗孔中插入永磁体，从而转子铁芯前后是永久磁体等。

附图说明

图1-4示出了权利要求书2-4描写的电机具体磁力系统的例子，都是位于静态端面。

具体实施方式

实施例1。图1在端面是发动机或直流发电机磁力系统，此系统包括：定子1的软磁铁芯，串联的定子切向绕组线圈2，线圈的电引线(触点)3和控制装置(图上没显示)，每个时段控制装置经过电触点4、5把对外双线电路连接到上述串联绕组线圈2。在这种情形下，定子1和转子8的相应磁力线6、7穿透双极转子8的芯体，并且在转子8旋转时具有几乎固定的相对方位(近似于相互垂直)，使得转子8的机械力矩在负荷稳定条件下也保持稳定。

本电机的转子8铁芯可作为永久磁体、电磁体、斜双极磁体，也可以是以下款式：带几个短路线匝(鼠笼式转子)，或用软磁体做的钢，带有两个隔断用软磁体做的部分，其在镗孔中插入永磁体，从而使转子8的整个铁芯是永久磁体，等。此时转子8相对于定子1的位置，应确保转子8在额定状态中具有最大的机械力矩。由于位于电触点4、5附近的定子1的切向绕组线圈2对定子1(与转子8相互作用)的磁场贡献较小，那么经过控制装置，可以在形成磁场时不使用它们。不过，如果这些线圈的尺寸不大，那就可以不进行这样的复杂情况。

定义3：任何缠绕在定子1铁芯周围的、带有轴线的切线方向的线圈2，在本文章上称为切向线圈，或者定子绕组的切向线圈。

实施例2。图2，在端面是电力发动机或直流发电机磁力系统，此系统包括：定子9的软磁铁芯，串联的定子绕组径向绕组线圈10，绕组线圈的电引线(触点)11和控制装置(图上没显示)，每个时段控制装置经过电触点12、13把对外双线电路连接到上述串联线圈10。在这种情形下，定子9和转子16的相应磁力线14、15穿透双极转子16的铁芯，并且在转子16旋转时具有几乎固定的相对方位(近似于相互垂直)，使得转子16的机械力矩在负荷稳定条件下也保持稳定。

本电机的转子16的铁芯可作为永久磁体、电磁体、斜双极磁体，也可以是以下款式：带几个短路线匝(鼠笼式转子)，或用软磁体做的钢，带有两个隔断用软磁体做的部分，其在镗孔中插入永磁体，从而使转子16的整个铁芯是永久磁体，等。此时转子16相对于定子9的位置，应确保转子16在工作状态下具有最大的机械力矩。

定义4：任何缠绕在定子9铁芯周围的、带有轴线的径向方向的线圈10，在本文章上称为径向线圈，或者定子绕组的径向绕组线圈。

实施例3。图3，在端面是直流发电机磁力系统，此系统包括：斜双极转子17，定子18的软磁铁芯，串联的定子绕组切向线圈19，其电引线(电触点)20，电引线连接到控制装置(图上没显示)的相应电触点21、22，每个时段控制装置把定子线圈中产生的感应电流输送到对外电网的电触点。转子内部23用非磁性材料做的。线24、25分别为转子17和定子18的磁力线。

定义5：图3描写的双极磁体，由中空圆柱和两个内置等容磁体构成，磁场方向为斜(比如径向)的双极体，在本文章称为斜双极磁体。因此，在圆柱体内腔中用非磁性材料做的转子17，转子17上有上述斜的磁体，在本文章称为斜双极转子，或称为斜双极体。

实施例4。图4，在端面是交流发电机磁力系统，此系统包括：双极转子26，用软磁体做的定子27铁芯，定子带有两个串联或逆向连接的绕组线圈28、29，线圈有两个不变的电引线，即触点30、31(或32、33)，两个电引线连接到电网，并分别位于定子27的绕组相反位置(如定子绕组的线圈28、29串联)或者并列位置(如定子绕组的线圈28、29逆向连接，这些线圈之间没有虚线的连接)。在本实施例中，定子27的磁力线34不旋转，而双极转子的磁力线35和转子26一起旋转，在定子27的两个绕组线圈28、29中电感产生交流电并输送到外部电路。

还有经过转子往复移动的电机，相应地，其定子磁场亦往复移动(图纸上没显示)。众所周知，(转子的)双极磁体可带着电流深入到线圈或线圈系统(定子绕组)。在双极转子往复的移动时，借助电路控制可实行定子磁场相应的移动，管着电流输送到相应的定子绕组线圈。当然，这种每隔一定距离沿定子排列并构成转子磁力系统的双极磁体的数量可以一个或一个以上。

不同电机的具体实施例1-4(见图1-图4)的工作原理如下。

在实施例1中，图1上描写直流电的电机，能以发动机制式，又能以发电机制式(如转子8被磁化)工作。如用作电力发动机，则该电机应从对外双线电网获得直流电(经过控制装置)。如用作发电机，则该电机向对外电网输送直流电。在此装置中，定子1绕组2的线圈的电触点同控制装置的相应电触点4、5连接，以根据转子8的位置产生定子1的旋转磁场。

当然，定子1磁场旋转的速度可属于另外一个规定的定律。与此同时，转子8的旋转，如转子8的负载不过度的，其将随着定子1磁场的旋转而旋转。如此装置用作发动机，则同时不仅可以把直流电供给定子1、转子8的线圈，还可以把交流电供给定子1、转子8的线圈。

在实施例2中，图2上描写直流电机，能以发动机制式，又能以发电机制式工作。如用作电力发动机，则该电机应从对外双线电网中获得直流电(经过控制装置)。如用作发电机，则该电机向对外双线电网输送直流电。在此装置中，定子10线圈11的电触点同控制装置的相应电触点12、13相连接，以根据转子16的空间位置产生定子9的旋转磁场。

在实施例3中，(见图3)电机为直流电发电机。一旦此电机的带有斜双极体的转子17经过对外装置开始旋转，则在对外电网的电触点上就会马上出现电压，其可用于在该电网中产生直流电。应强调的是，斜双极体在这里用于减少转子的旋转能耗，从而大幅提高此直流发电机的效率。

在实施例4中，(见图4)电机为交流电发电机。如果此电机的转子26经过对外装置开始旋转，则在与对外电网相连接的定子27绕组的两个固定式电触点30、31(或32、33)出现交变电压，其可用于在对外电网中产生交流电。后者是在上述两个定子线圈中产生设定方向感应电流的结果，可确保得到技术效果，即在对外双线电网中产生电流。

工业实用性

到目前已制作了电机的实验模型，其可用作电力发动机或者直流发电机。在现代技术水平条件下，可开展：大、中、小功率新型电机的量产工作。

Claims (4)

1.一种电机，此电机包含转子、带有绕组线圈的定子和控制装置，其特征在于，电机的定子绕组线圈为一个由正向和/或逆向连接的径向和/或切向线圈串联而成的系统，每个线圈带有电引线并采用单相电流供电，而控制装置在每个时段经由电触点把单相电流连接到定子绕组线圈，以保证对相应定子绕组线圈的供电进行经过电路的控制，并随时在电机中产生设定的定子磁场，其中包括旋转磁场和往复磁场，其取决于进行旋转移动或往复移动的转子的空间位置和磁性状态。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，此电机为发动机或直流发电机，其转子带有两个平行隔断部分的双极式、鼠笼式或软磁性铁芯，而定子带有软磁铁芯和串联的切向和/或径向定子绕组线圈及其电引线，与此同时，控制装置的电触点可同定子线圈的电引线相连接，以保证根据转子的空间位置随时实行定子的旋转磁场。

3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，此电机为直流发电机，其转子为斜双极转子，而定子带有软磁铁芯和串联的切向和/或径向定子绕组线圈及其电引线，与此同时，控制装置的电触点可同定子线圈的电引线相连接，以保证根据转子的空间位置随时实行定子的旋转磁场。

4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，此电机为交流发电机，其转子为双极转子，而定子带有软磁铁芯和两个串联或逆向连接的等容切向绕组线圈及连接到对外双线电网的电引线，与此同时，当前如两个线圈采用串联方式连接时，两个电引线位于定子绕组的相反位置，而当两个线圈逆向连接时，两个电引线并排。

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