CN1147721A

CN1147721A - 凸型电磁能源发动机

Info

Publication number: CN1147721A
Application number: CN 95116534
Authority: CN
Inventors: 陈国田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-16

Abstract

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。

Description

凸极电磁能源发动机

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h_R；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

V_{2} I_{2} = I_{2}^{2} R_{2},

使I₂ ²R₂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h_R6，一般采用h_R＝(0.70－0.80)hp，当bp/τ愈小时，则h_R/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P_M2，使该机的输出功率P₂在小于所产生的最大电磁功率P_M2max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P_M，可带动负载运行，直流电流I₂愈大，所产生的电磁功率P_M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

\dot{F_{1}} = - \dot{F_{2}} + \dot{F_{8}}

(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K_W2＝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P_M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P_M相等，所以本机转子产生的电磁功率P_M(输出)大于定子输入的电磁功率P_M(输入)，有P_M(输出)＞P_M(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k_p＝p₂/p₁＝1,004倍。

Claims

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h_R(6)。