CN107404205A

CN107404205A - 磁聚变电机

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Publication number: CN107404205A
Application number: CN201710730794.0A
Authority: CN
Inventors: 高建华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2017-11-28

Abstract

涉及技术领域：电磁学，提供了永磁聚变旋转电机、永磁聚变直线电机、电磁聚变旋转电机、电磁聚变直线电机、磁聚变列车和磁聚变焊接机的新技术本发明运用了运动磁场的基本性质，突破了楞次定律的静态磁场理论。磁聚变电机的磁场强度高，运行的效率高，响应快，可靠性高。磁聚变列车能够运行在现有铁轨上，免去了建造路基的巨额费用，具有普及性的重大意义。磁聚变焊接机简化了传统焊接机的结构。其技术方案与用途是：以磁轭连接一对磁场的相同磁极，使磁场发生磁聚变，以与磁轭相贴近的带铁心的螺线管绕组为电枢，新的工作原理解决了传统电机绕组难以冷却、运行不可靠的问题。

Description

磁聚变电机

技术领域

本发明属于电磁场新技术，具体涉及永磁聚变电机和电磁聚变电机的工作原理。

背景技术

楞次定律描述的磁通量特性只适用于直线的磁场，不适用于径向的磁场。在径向的磁场中，只要导线有切割磁力线的运动，就要产生动生电动势和动生电流。

由于集肤效应的影响，交流输电线的电流密度表层大，内层小，相当于减少了有效截面积。三相异步电机产生的有效磁场较小，当电机运行于轻载时，功率因素较低。

高压直流电压1000千伏的输电线路需要的导线根数少，可以节省两根导线，同时电阻发热损耗小，避免了线路感抗和对地容抗的无功损耗，节能降耗。普通的直流电机的电枢绕组在转子上，构造复杂，容量较小，由于转子上安装连接电路，运行的可靠性较低。

目前所使用的磁悬浮列车采用铁轨电磁力悬浮方案，构造复杂，不能与传统的铁路相融合，不仅运行成本高，而且需要花费巨资建造路基。

发明内容

磁聚变电机的原理是一对磁场的相同磁极相聚时，磁场的方向发生改变，螺线管内侧的电流对聚变的磁场产生作用力。电枢绕组输入电压时，转子的运动使电枢绕组产生反电动势。转子输入外力转矩时，电枢绕组切割磁力线，输出电动势。

磁聚变电机包括旋转电机和直线电机两种形式，直线电机是旋转电机的展开形式。转子作为磁极，一对轴向磁场的相同磁极相聚在旋转电机的转子上发生磁场的聚变，定子环形螺线管作为电枢，产生轴向的电流，由于磁聚变的发生，电枢绕组内侧的轴向电流对转子产生磁力矩。直线电机的长方形磁轭作为磁极，一对磁场方向相反的磁场在磁轭里发生磁场的聚变，磁轭两侧的一对长方形螺线管绕组作为电枢，由于磁聚变的发生，电枢绕组内侧的电流对磁极产生磁力。

永磁聚变旋转电机的结构要求是：每一单元的一对圆形永磁铁的相同磁极与圆形磁轭相连在转子里；外周有若干突起与机壳间隙配合的环形铁心螺线管与磁轭相对，绕组与外电路直接相联，绝缘可靠，外侧穿过铁心的突起间的间隙，内侧穿过铁心的内孔；突起的圆弧面用紧定螺钉固定，端面用套筒相隔；将若干单元连接到一起，以提高电机的容量。

永磁聚变直线电机的结构要求是：每一单元的一对长方形磁铁的相同磁极与长方形磁轭相连在磁铁盒内；外侧有若干突起与机壳间隙配合的长方形铁心螺线管与磁轭相对，绕组与外电路相连，绝缘可靠，外侧绕过铁心突起间的间隙，内侧绕过铁心的内边缘；突起的端面用钢板相隔；将若干单元连接到一起，可以提高电机的容量。

电磁聚变旋转电机的结构要求是：双磁路电枢绕组和单磁路绕组，均由外周有若干突起与机壳间隙配合的环形铁心螺线管绕组构成，绕组直接与外电路相联接，外侧穿过铁心的突起间，内侧穿过铁心的内孔，绕组绝缘可靠，突起的圆弧面用紧定螺钉固定，端面用套筒相隔；双磁路电枢绕组的两侧布置通以旋向相反的直流电或交流电的圆形电流励磁绕组，励磁绕组固定在套筒的内孔内，励磁绕组的外侧布置单磁路电枢绕组；转轴与圆筒过盈配合联接；转轴上有均匀分布与中心孔相通的径向槽，槽宽2~5mm，形成的内翅增加了散热面积，减少了圆筒发热对轴承的影响；转轴的两端安装风扇有利于对电枢绕组、铁心和励磁绕组进行冷却；机壳顶端有长方形窗口便于安装、拆卸零件和维护。

电磁聚变直线电机的结构要求是：双磁路电枢绕组位于中心，单磁路绕组位于两侧，均由外侧有若干突起与机壳间隙配合的长方形铁心螺线管构成；绕组直接与外电路相联接，外侧绕过铁心的突起间的间隙，内侧绕过铁心的内边缘，绕组绝缘可靠；突起的端面用钢板相隔；双磁路电枢绕组的两侧布置通以旋向相反的直流电或交流电的长方形铁心励磁绕组，励磁绕组固定在箱体的内孔内。

磁聚变列车的结构要求是：在传统的铁轨上铺上底板，用限位块固定底板的位置，支座与底板联接，支座上布置磁铁盒，磁铁盒的上方布置支撑磁铁、绕组位置调整液压油缸、车架支撑轮和车身重心位置调整液压油缸，两侧布置列车的长方形铁心绕组和摩擦轮，摩擦轮安装在磁聚变旋转电机的转轴上，摩擦轮的数量越多，列车停靠、转弯越平稳；一对长方形永磁铁的相同磁极与长方形磁轭相连在磁铁盒里；车架支撑轮承载较多的列车重量，液压油缸对车身具有减震作用；支撑磁铁以与磁铁盒内磁铁间的排斥力支撑列车的总重量。

磁聚变压力焊接机的结构要求是：焊接机的转轴内的一对高磁能积的永磁铁的相同磁极与磁轭相连发生磁聚变，将工件远端用大截面的导线可靠搭接，对焊接的部位加压，利用高速旋转的磁轭产生的径向磁场使受压的部位产生较大的电磁感应电流而熔接到一起。

磁聚变旋转电机的电枢绕组产生的总电动势为每匝绕组的叠加电动势，大小为

e=N*B *a*v

式中，N为总匝数，B为径向磁感应强度，a为绕组内侧的长度，v为转子的回转线速度。

电枢绕组产生的磁场力矩为

M=N*B*I*a*r =NBar(E- N*B *a*v)/R

式中，N为总匝数，B为径向磁感应强度，r为转子的半径，E为电枢的输入电压，R为电路的总电阻。电枢绕组输入电压时，磁聚变旋转电机的电枢将产生推动转子的磁场推力矩。

附图说明

图1是永磁聚变电机运用于车辆轮毂的构造。转动部分与固定部分用轴承4和轴承20联接。转动部分包括转轴1、平键2、弹性挡圈3、磁铁7、主磁轭8、紧定螺钉12和弹性挡圈20等。固定部分包括前支承盖5、螺钉6、铁心9、绕组10、紧定螺钉11、套筒13、机壳14、副铁心15、副绕组16、副磁轭17、后支承盖18、螺钉21、轴承盖22等。电机加速、减速、反转可靠，能够无级调速运行，发动机能够稳定运行，减少废气排放，车轮能够单独转动、甚至反转，以较小的半径转向，提高了使用性能，避免了严重事故的发生。

图2是转轴向上安装的永磁聚变电机使用多个电枢单元以增加功率的构造。转动部分与固定部分用圆锥滚子轴承3和轴承17联接。转动部分包括转轴1、平键2、风扇6、永磁铁8、圆板磁轭9、紧定螺钉12等。固定部分包括前支承盖4、螺钉5、磁路端盖7、铁心10、绕组11、紧定螺钉13、隔套14、机壳15、后支承盖18、螺钉19、轴承盖20和调节机构21等。调整调节机构的位置可以使转轴磁悬浮旋转。

图3是转轴向下安装的永磁聚变电机使用多个电枢单元以增加功率的构造。转动部分与固定部分用圆锥滚子轴承3和轴承20联接。转动部分包括转轴1、平键2、风扇7、永磁铁8、圆板磁轭9、紧定螺钉12、副磁轭14等。固定部分包括前支承盖4、螺钉6、铁心10、绕组11、隔套13、铁心15、绕组16、紧定螺钉17、机壳18、后支承盖19、轴承盖21和调节机构22等。调整调节机构的位置可以使转轴磁悬浮旋转。

图4是电磁聚变电机运用于固定的动力机械的构造。转动部分与固定部分用轴承4联接。转动部分包括转轴1、平键2、弹性挡圈3、圆筒6、紧定螺钉14、风扇15等。固定部分包括前支承盖5、副铁心7、副绕组8、主铁心9、套筒13、机壳16、后支承盖17、轴承盖18、螺钉19和螺钉20等。

图5是永磁聚变直线电机运用于在传统的铁轨上运行的磁聚变列车的构造，免去了建造路基的巨额费用。其结构包括铁轨1、限位块2、底板3、支座4、侧板5、绕组箱6、磁聚变电机7、车轮8、支架9、铁心10、螺母11、磁轭12、永磁铁13、紧定螺钉14、电机位置油缸15、支座16、支撑轮17、销轴18、销轴19、重心位置油缸19和车架20等。

具体实施方式

磁聚变电机的转子、铁心、机壳用碳钢制造，电枢绕组的导线截面的面积尽量大以减少发热量，必要时转轴上安装风扇。

永磁聚变电机的永磁铁用高磁能积永磁材料制造，比如钕铁硼（Nd-Fe-B）。转轴竖直放置，便于磁聚变旋转电机的转轴磁悬浮。

电磁聚变电机的一对励磁绕组线圈的匝数尽量多，分别通以旋向相反的直流电或交流电，以获得足够大的方向相反的轴向磁场。

使用与电枢绕组的连接的桥形电路可以控制转子的转向。启动使电路与电源极性反接的按钮，电枢绕组将得到除感应电压之外的附加电压，转子立即停止，转子的动能转化为电源的化学能。将多台大功率磁聚变发电机的输出电路串联可以得到特高电压，可以将电能直接输送到直流输电网线路。

磁聚变电机的发明解决了传统电机的绕组发热难以冷却的问题，维护方便，能够自启动、无级调速，响应速度快，运行可靠，将对发电、输电和用电产生深远的影响。

Claims

1.永磁聚变旋转电机的结构要求是：每一单元的一对圆形永磁铁的相同磁极与圆形磁轭相连在转子里；外周有若干突起与机壳间隙配合的环形铁心螺线管与磁轭相对，绕组与外电路直接相联，绝缘可靠，外侧穿过铁心的突起间的间隙，内侧穿过铁心的内孔；突起的圆弧面用紧定螺钉固定，端面用套筒相隔；将若干单元连接到一起，以提高电机的容量。

2.永磁聚变直线电机的结构要求是：每一单元的一对长方形磁铁的相同磁极与长方形磁轭相连在磁铁盒内；外侧有若干突起与机壳间隙配合的长方形铁心螺线管与磁轭相对，绕组与外电路相连，绝缘可靠，外侧绕过铁心突起间的间隙，内侧绕过铁心的内边缘；突起的端面用钢板相隔；将若干单元连接到一起，可以提高电机的容量。

3.电磁聚变旋转电机的结构要求是：双磁路电枢绕组和单磁路绕组，均由外周有若干突起与机壳间隙配合的环形铁心螺线管绕组构成，绕组直接与外电路相联接，外侧穿过铁心的突起间，内侧穿过铁心的内孔，绕组绝缘可靠，突起的圆弧面用紧定螺钉固定，端面用套筒相隔；双磁路电枢绕组的两侧布置通以旋向相反的直流电或交流电的圆形电流励磁绕组，励磁绕组固定在套筒的内孔内，励磁绕组的外侧布置单磁路电枢绕组；转轴与圆筒过盈配合联接；转轴上有均匀分布与中心孔相通的径向槽，槽宽2~5mm，形成的内翅增加了散热面积，减少了圆筒发热对轴承的影响；转轴的两端安装风扇有利于对电枢绕组、铁心和励磁绕组进行冷却；机壳顶端有长方形窗口便于安装、拆卸零件和维护。

4.电磁聚变直线电机的结构要求是：双磁路电枢绕组位于中心，单磁路绕组位于两侧，均由外侧有若干突起与机壳间隙配合的长方形铁心螺线管构成；绕组直接与外电路相联接，外侧绕过铁心的突起间的间隙，内侧绕过铁心的内边缘，绕组绝缘可靠；突起的端面用钢板相隔；双磁路电枢绕组的两侧布置通以旋向相反的直流电或交流电的长方形铁心励磁绕组，励磁绕组固定在箱体的内孔内。

5.磁聚变列车的结构要求是：在传统的铁轨上铺上底板，用限位块固定底板的位置，支座与底板联接，支座上布置磁铁盒，磁铁盒的上方布置支撑磁铁、绕组位置调整液压油缸、车架支撑轮和车身重心位置调整液压油缸，两侧布置列车的长方形铁心绕组和摩擦轮，摩擦轮安装在磁聚变旋转电机的转轴上，摩擦轮的数量越多，列车停靠、转弯越平稳；一对长方形永磁铁的相同磁极与长方形磁轭相连在磁铁盒里；车架支撑轮承载较多的列车重量，液压油缸对车身具有减震作用；支撑磁铁以与磁铁盒内磁铁间的排斥力支撑列车的总重量。

6.磁聚变压力焊接机的结构要求是：焊接机的转轴内的一对高磁能积的永磁铁的相同磁极与磁轭相连发生磁聚变，将工件远端用大截面的导线可靠搭接，对焊接的部位加压，利用高速旋转的磁轭产生的径向磁场使受压的部位产生较大的电磁感应电流而熔接到一起。