專利名稱：節(jié)能發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備，具體的說是能達到節(jié)能目的三相和單相同步交流“節(jié)能發(fā)電機”。
現(xiàn)有三相同步發(fā)電機有如下缺點，本發(fā)電機能對應(yīng)避免，相應(yīng)便是本發(fā)電機的優(yōu)點現(xiàn)有三相同步發(fā)電機，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場初始穿入某一相定子繞組時，進入邊的部分轉(zhuǎn)子磁場首先進入該相定子繞組的前槽齒，即相間槽齒，因鐵磁性槽齒的導(dǎo)磁系數(shù)大，該部分轉(zhuǎn)子磁場增強，其所包圍的該相定子繞組便感生反向電勢，當(dāng)該部分轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)離該槽齒進入定子槽內(nèi)，因?qū)Т畔禂?shù)變小，轉(zhuǎn)子磁場減弱，其所包圍的該相定子繞組便感生大小相等的正向電勢，正反電勢相抵消；當(dāng)該部分轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)過該相定子繞組首槽，進入和離開另一定子槽齒，其所包圍的該相定子繞組減一槽后，定子繞組匝數(shù)仍然相等，所感生的正反電勢大小相等亦相抵消，該部分轉(zhuǎn)子磁場的后繼轉(zhuǎn)子磁通進入和離開本相每一定子槽齒，所感生的正反電勢相抵消的規(guī)律如上述相同。只有轉(zhuǎn)子磁場穿過導(dǎo)磁系數(shù)小的定子槽內(nèi)的繞組所感生的電勢有效。
現(xiàn)有三相同步發(fā)電機負載，定子磁場始于導(dǎo)磁系數(shù)小的定子槽內(nèi)，隨著感生電流的逐漸增大，該部分定子磁場便進入電樞鐵芯，因鐵芯導(dǎo)磁系數(shù)大，定子磁場增強，便感生反向電勢以阻抗原方向電勢，經(jīng)電樞鐵芯增強的那部分定子磁場便相應(yīng)抵消轉(zhuǎn)子磁場，形成定子與轉(zhuǎn)子合成磁場，該部分定子磁場消失，便按原增強定子磁場時感生反向電勢的大小感生正向電勢，正反電勢相抵消。只有轉(zhuǎn)子磁場穿過導(dǎo)磁系數(shù)小的定子槽內(nèi)的繞組所感生的電勢有效。
定子磁場增強，因定子與轉(zhuǎn)子磁場的關(guān)系，便產(chǎn)生強大的反作用力，形成阻力矩，無意義的消耗了原動力。所消耗的能量就是原動機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行電樞反應(yīng)抵消僅限于由定子鐵芯增強的那部分磁場所做的功。這是耗能最多的因素，并且引起強烈的振動，發(fā)電機和原動機各部件的應(yīng)力顯蓍增大。
本發(fā)電機采用絕緣性能良好，機械強度高的非鐵磁性材料制成的電樞芯，導(dǎo)磁系數(shù)小，避免了由定子鐵芯增強定子磁場引起的定子與轉(zhuǎn)子磁場間強大的反作用力，節(jié)省的能量等于克服增大兩磁場間反作用力所做的功。同時顯蓍減小了發(fā)電機和原動機各部件的機械應(yīng)力。這不但節(jié)能而且延長了發(fā)電機和原動機的壽命。
現(xiàn)有三相同步發(fā)電機，轉(zhuǎn)子磁場因任一極性的磁力線之間具有旁壓力，極心處磁密最大，旁壓力最強；轉(zhuǎn)子異性磁通互相吸引，又具有力求縮短回路的特性，因此轉(zhuǎn)子磁場擴散，磁感應(yīng)強度變小。擴散后的轉(zhuǎn)子磁通通過定子槽齒，因磁力線間具有旁壓力，有趨向于勻強磁場狀態(tài)，于是按正弦規(guī)律分布的轉(zhuǎn)子磁通被破壞，實際感應(yīng)電勢的波形略呈梯形，存在直流分量，影響了異步電動機和變壓器的功效，這是個既耗能又有害的因素。
本發(fā)電機因內(nèi)外磁極靠得較近，易按內(nèi)磁極磁通呈正弦規(guī)律分布將外磁極磁化形成回路，感應(yīng)電勢呈正弦波形，這便提高了異步電動機和變壓器的工作效率，達到外電路節(jié)能的目的。
現(xiàn)有三相同步發(fā)電機采用定子電樞鐵芯，實質(zhì)上定子鐵芯是與轉(zhuǎn)子磁力線相切割感生電流的導(dǎo)體，加之交變磁場的作用便產(chǎn)生鐵損和渦流，除耗能溫升還產(chǎn)生制動力矩和減弱轉(zhuǎn)子磁場的作用。
本發(fā)電機的電樞芯，采用絕緣性能良好的非鐵磁性材料制成，不能在電樞芯內(nèi)產(chǎn)生鐵損和渦流。
現(xiàn)有三相同步發(fā)電機負載，轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩側(cè)的有效導(dǎo)線處在定子旋轉(zhuǎn)磁場中，便產(chǎn)生電磁力，左邊的有效導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁力F向上，右邊的有效導(dǎo)線產(chǎn)生的電力F向下，產(chǎn)生反轉(zhuǎn)力矩而耗能，如圖6所示。
本發(fā)電機采用絕緣性能良好，機械強度高的非鐵磁性電樞芯，定子磁場顯著減小，又因本發(fā)電機的電樞反應(yīng)易在轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極極端進行，很少有定子磁通穿過轉(zhuǎn)子勵磁繞組，因而避免了如圖6所示的反轉(zhuǎn)力矩。
電網(wǎng)上多是感性負載，現(xiàn)有三相同步發(fā)電機感性負載，便產(chǎn)生縱軸去磁電樞反應(yīng)，減弱轉(zhuǎn)子磁場，同時發(fā)出無功，形成惡性循環(huán)，電壓將顯著下降，為維持電壓不變，必須增大勵磁電流，這不但耗能和降低功率因數(shù)，而且還引起定子和轉(zhuǎn)子溫升。
本發(fā)電機純感性負載，定子電流滯后電壓90度，因失去電樞鐵芯和定子鐵軛條件，無功電流的定子磁場相應(yīng)變?nèi)?，其方向與轉(zhuǎn)子磁場方向相反，一部分定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生橫軸去磁電樞反應(yīng)，另一部分定子磁場迫使自成回路，不產(chǎn)生縱軸去磁電樞反應(yīng)，避免了耗能和有害于發(fā)電機運轉(zhuǎn)的因素。
本發(fā)電機負載，定子磁場顯著減弱，又因內(nèi)外磁極靠得較近，導(dǎo)磁系數(shù)大，阻性負載易截獲其間合成公共定子磁場，產(chǎn)生橫軸去磁電樞反應(yīng)。本發(fā)電機純阻性和純感性負載，各有不同形式的定子與轉(zhuǎn)子磁場同步旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明可通過以下措施來完成機殼用鋼鑄造加工而成，或用鋼板焊接而成，如圖4所示。機殼內(nèi)圓壁沖有對稱的鍵槽，以備固定電樞之用。
電樞芯采用絕緣性能良好，機械強度很高的非鐵磁性材料一次塑成，如圖3所示。電樞芯頭的外圓沿上留有與機殼內(nèi)圓壁的鍵槽相對應(yīng)的固定鍵，電樞芯經(jīng)固定鍵與機殼內(nèi)的鍵槽對應(yīng)吻合，嵌入固定在機殼內(nèi)，然后按如下要求繞妥定子繞組。
前有所述，本發(fā)電機各部件的機械應(yīng)力較現(xiàn)有發(fā)電機顯蓍減小，電樞反應(yīng)時電樞芯及其槽齒所承受的機械應(yīng)力亦相應(yīng)減小，這便給增強本發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場感生較大電勢提供了條件，因此可減少槽齒、開拓槽寬、槽內(nèi)壁不需絕緣、小容量發(fā)電機可每相一槽、即僅留一個相間槽齒，用于固定定子繞組。這些措施兼施，將增大槽內(nèi)繞組容量，相應(yīng)便可縮短槽深，即縮短轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極間的距離，以增強轉(zhuǎn)子磁感應(yīng)強度。
前有所述，只有轉(zhuǎn)子磁場穿過導(dǎo)磁系數(shù)小的定子槽內(nèi)的繞組所感生的電勢有效。因此在制做本發(fā)電機定子電樞時，內(nèi)外磁極間有效距離應(yīng)等于或小于同容量的現(xiàn)有三相發(fā)電機的定子槽深，防止轉(zhuǎn)子磁場漏磁，以增強轉(zhuǎn)子磁場。按規(guī)程將定子繞組對稱繞妥，槽滿后，以電樞芯同材料制成的管壁較薄的固定管吻合嵌入電樞內(nèi)圓，一次整體將各槽電樞繞組全部封閉固定在槽內(nèi)。制做電樞繞組的浸漬處理，熱壓成型等方法均采用已有技術(shù)。
將定子電樞按規(guī)程對稱繞成三相定子繞組，便構(gòu)成三相同步交流“節(jié)能發(fā)電機”。
將定子電樞按規(guī)程繞成單相定子繞組，便構(gòu)成單相“節(jié)能發(fā)電機”。
在機軸既定的位置上固定轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極，如圖2所示。機軸貫穿于定子電樞內(nèi)，置內(nèi)磁極于電樞內(nèi)。其勵磁系統(tǒng)按已有技術(shù)制成。
外磁極不設(shè)勵磁繞組，外磁極分別經(jīng)對應(yīng)的內(nèi)磁極磁化形成極性。
根據(jù)需要可僅一對內(nèi)磁極與一對外磁極對應(yīng)同軸固定在機軸上。
根據(jù)需要可多對內(nèi)磁極分別與外磁極對應(yīng)同軸固定在機軸上，如圖2所示。
轉(zhuǎn)子外磁極用鋼一次鑄造加工而成，其截面如圖2所示。與外磁極相連為一體的環(huán)狀體為連極磁路，是轉(zhuǎn)子磁場的回路。
轉(zhuǎn)子外磁極固定架如圖5所示。架端留有通風(fēng)孔以備降溫。固定架的一端用以固定外磁極，另一端與機軸固定。因固定架采用絕緣性能良好，機械強度高的非鐵磁性材料制成，可有效防止在靠近電樞端感生耗能的渦流。外磁極與固定架的固定構(gòu)成如圖5所示，標號5為外磁極，與它相連的外圓體標號10為連極磁路，是轉(zhuǎn)子磁場的回路。
將外磁極與內(nèi)磁極對應(yīng)，經(jīng)外磁極固定架固定在機軸上。電樞頭的一端與端蓋之間留有適當(dāng)容量的腔室，將風(fēng)扇在此室內(nèi)固定在機軸上。室內(nèi)裝置內(nèi)磁極整流元件，根據(jù)不同容量的本發(fā)電機，按已有技術(shù)裝置而成。電樞繞組的輸出端經(jīng)此腔室引出穿過機殼固定在接線柱上。
機軸兩端置于端蓋嵌有的軸承內(nèi)，兩端蓋與機殼固定銜接，便構(gòu)成本“節(jié)能發(fā)電機”
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的說明
圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極相對應(yīng)同軸固定的結(jié)構(gòu)位置及轉(zhuǎn)子磁場回路示意圖。
圖3是本發(fā)明的定子電樞芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)電機機殼的示意圖。
圖5是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子外磁極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是現(xiàn)有三相同步發(fā)電機阻性負載，定子勵磁繞組處在定子旋轉(zhuǎn)磁場中轉(zhuǎn)子產(chǎn)生反轉(zhuǎn)電磁力矩的示意圖。
參照圖1所示，將電樞芯2通過其外圓沿上的固定鍵與機殼3內(nèi)壁的鍵槽對應(yīng)吻合嵌入機殼3內(nèi)固定。然后按已有技術(shù)將定子繞組對稱繞妥。槽滿后將固定管吻合嵌入電樞內(nèi)圓處，一次整體將各槽電樞繞組全部封閉固定在槽內(nèi)。
在機軸7的既定位置上固定轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極8，機軸7貫穿于電樞1內(nèi)，置內(nèi)磁極8于電樞1內(nèi)。內(nèi)磁極的勵磁系統(tǒng)，根據(jù)不同容量的本發(fā)電機按已有技術(shù)裝置而成。
轉(zhuǎn)子外磁極用鋼一次鑄造加工而成，不設(shè)勵磁繞組，外磁極5分別經(jīng)對應(yīng)的內(nèi)磁極8磁化形成極性，如圖2所示。與外磁極5相連為一體的環(huán)狀體為連極磁路10，是轉(zhuǎn)子獨立磁場9的回路。
將外磁極5固定在固定架6的一端，在電樞1的外壁略有間隙的對應(yīng)于轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極8，經(jīng)外磁極固定架6的另一端固定在機軸7上。
電樞頭的一端與端蓋之間留有適當(dāng)容量的腔室，將風(fēng)扇在此室內(nèi)固定在機軸7上。室內(nèi)裝置整流元件。電樞繞組的輸出端經(jīng)此腔室引出穿過機殼固定在接線柱4上。
機軸7兩端置于端蓋嵌有的軸承內(nèi)。兩端蓋與機殼3固定銜接，便構(gòu)成本“節(jié)能發(fā)電機”。本發(fā)電機節(jié)能的因素較多，實用效率很高，適合大容量機組和小容量風(fēng)力發(fā)電。
權(quán)利要求1.節(jié)能發(fā)電機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其特征是采用絕緣性能良好，機械強度高的非鐵磁性材料制成的電樞芯(2)固定在機殼(3)內(nèi)，并在電樞芯(2)的定子槽內(nèi)對稱繞妥三相或單相定子繞組構(gòu)成電樞(1)，轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極(8)固定在機軸(7)上，轉(zhuǎn)子外磁極(5)固定在固定架(6)的一端，在電樞(1)的外壁略有間隙的對應(yīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極(8)后，經(jīng)固定架(6)的另一端固定在機軸(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能發(fā)電機，其特征是轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極(8)設(shè)有勵磁繞組，轉(zhuǎn)子外磁極(5)不設(shè)勵磁繞組，外磁極(5)分別經(jīng)相對應(yīng)的內(nèi)磁極(8)，磁化形成極性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能發(fā)電機，其特征是可僅一對內(nèi)磁極(8)與一對外磁極(5)相對應(yīng)同軸固定在機軸(7)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能發(fā)電機，其特征是可多對內(nèi)磁極(8)分別與外磁極(5)相對應(yīng)同軸固定在機軸(7)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能發(fā)電機，其特征是轉(zhuǎn)子磁場經(jīng)連極磁路(10)形成獨立的轉(zhuǎn)子磁場(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能發(fā)電機，其特征是將定子電樞(1)對稱繞成三相定子繞組，便構(gòu)成三相同步交流節(jié)能發(fā)電機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能發(fā)電機，其特征是將定子電樞(1)繞成單相定子繞組，便構(gòu)成單相交流節(jié)能發(fā)電機。
專利摘要本實用新型涉及發(fā)電設(shè)備，即是單相和三相“節(jié)能發(fā)電機”。本發(fā)電機在機殼內(nèi)裝設(shè)絕緣性能良好機械強度高的非鐵磁性材料的電樞芯繞制的電樞。在電樞內(nèi)外壁設(shè)有轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極并同軸固定。本發(fā)電機負載可避免因定子磁場增強感生反向電勢而耗能；不產(chǎn)生縱軸去磁電樞反應(yīng)；避免了鐵損和渦流等耗能因素，其實用效率很高。適合大容量機組和小容量風(fēng)力發(fā)電。
文檔編號H02K1/27GK2535967SQ0220442
公開日2003年2月12日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月22日
發(fā)明者于天恒 申請人:于天恒