專利名稱：無安培力交流發(fā)電機(jī)的制作方法
無安培力交流發(fā)電機(jī)
一.-技術(shù)領(lǐng)域.-
本發(fā)明涉及一種無安培力交流發(fā)電機(jī)，特別是三相交流發(fā)電機(jī)。 二
背景技術(shù)：
同步發(fā)電機(jī)的原理來自電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象有多種多樣，圖l表示
的電磁感應(yīng)現(xiàn)象是同歩發(fā)電機(jī)的基本原理，當(dāng)線圈N轉(zhuǎn)動時線圈N中產(chǎn)生感生 電流。由電磁感應(yīng)定律感生電流是由線圈N中ab邊和cd邊"切割"磁力線產(chǎn) 生的也有勻強(qiáng)磁場B穿過線圈N所包圍的面積S的磁通量變化產(chǎn)生的。由安培 定律，當(dāng)線圈N在勻強(qiáng)磁場B中繞固定的軸線OO"轉(zhuǎn)動時，線圈N中通過ab 邊和cd邊的感生電流在勻強(qiáng)磁場B中受到安培力(磁場對載流導(dǎo)線的作用力) 的作用，安培力的作用對轉(zhuǎn)動線圈N產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；再由楞次定律，旋轉(zhuǎn)線圈 N里的感生電流在abcd所包圍面積S上產(chǎn)牛的磁場反抗引起感生電流的磁通量 的改變，對旋轉(zhuǎn)線圈N也產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。從以上實驗可以看出圖1的電磁感應(yīng) 現(xiàn)象，既有安培力的作用也有感生電流產(chǎn)生磁場的作用。
變壓器的工作原理來自與同步發(fā)電機(jī)的原理不同的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，圖2表示 線圈A中的感生電流，是由載流線圈B中的電流強(qiáng)度的改變而引起的，當(dāng)電鍵 K板斷時，通過線圈A的磁通量減少，根據(jù)楞次定律，線圈A中感生電流的磁 場方向應(yīng)使通過線圈A的磁通量增加，再根據(jù)右手螺旋定則，電流的方向，如 果從線圈B向A看去，應(yīng)當(dāng)是反時針方向。這就是變壓器的工作原理。從以上 實驗可以看出圖2的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，屬于無安培力作用的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
三

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無安培力(轉(zhuǎn)子磁場1對定子線圈6的作用力)交 流發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的工作原理與變壓器的工作原理相似，變壓器的工作效率 (輸出功率與輸入功率之比)"達(dá)98%，主要是丙為變壓器的工作原理利用了像 圖2所表述的無安培力作用的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，變壓器工作時沒有安培力的作用。 同樣利用該原理制造的無安培力交流發(fā)電機(jī)，也可以消除發(fā)電機(jī)發(fā)電時安培力 的阻礙作用，從而達(dá)到提高發(fā)電效率和節(jié)省能源的目的。傳統(tǒng)的同歩發(fā)電機(jī)效 率低(盡管同歩發(fā)電機(jī)效率高低與多種因素有關(guān))的主要原因是，工作原理用 的是像圖一所表述的既有安培力的作用也有感生電流產(chǎn)生磁場的作用的電磁感 應(yīng)現(xiàn)象。
無安培力交流發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)一樣具有可逆性，也能作電動機(jī)使用。不伺的是同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子磁極數(shù)之比是i : l，而無安培力交流發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子磁極數(shù)之比是2: 3。我們知道發(fā)電機(jī)發(fā)電時發(fā)出的電
動勢的頻率f與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n以及發(fā)電機(jī)的磁極對數(shù)p有關(guān)，無安培力交流發(fā)電機(jī)
的磁極對數(shù)p指的是轉(zhuǎn)子磁極數(shù)。無安培力交流發(fā)電機(jī)的弱點(diǎn)是需加大厲磁 電流增強(qiáng)厲磁磁場強(qiáng)度；繞置定子線圈6的用時有所增加。有益效果是發(fā)電
機(jī)的工作原理改變后效率(輸出功率與輸入功率之比)高，可達(dá)85%—90%;定
子繞組的利用率高， 一個線圈可以形成一個獨(dú)立的磁極，相繞組之間互感小。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用無安培力作用的電磁感應(yīng)現(xiàn)象制造發(fā)電機(jī)，下
面結(jié)合


本發(fā)明的內(nèi)容
圖3是無安培力交流發(fā)電機(jī)(轉(zhuǎn)子四極定子六極)的工作原理圖，無安培力
交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式與同步發(fā)電機(jī)相比基本不變(也有凸極和隱極之
分)，只是轉(zhuǎn)子磁場1的磁場強(qiáng)度有所增加。無安培力交流發(fā)電機(jī)的定子鐵心3 的材質(zhì)不變其結(jié)構(gòu)改變、定子線圈6的繞線方法改變。三相定子線圈6繞置在 定子鐵心3的磁極7上，繞在定子鐵心3磁極7上的定子線圈6，其繞向從圓 心向同一相定子線圈6看去，使定子線圈6的電流方向相同。圖五是定子沖片 的結(jié)構(gòu)圖，定子鐵心3的制造工藝的難易度與三相同步發(fā)電機(jī)的定子制造工藝 相當(dāng)；所用材料同樣是表面涂有絕緣漆，厚0.5毫米的硅鋼片疊壓而成。硅鋼 片內(nèi)沖有與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)定子鐵心不同的槽口 8用以繞置定子線圈6。
無安培力交流發(fā)電機(jī)發(fā)電時感生電流的產(chǎn)生當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子磁場5穿過 定子線圈6的磁通量(磁感應(yīng)強(qiáng)度B的磁通量)發(fā)生變化時，定子線圈6里產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢，在感應(yīng)電動勢的作用下定子線圈6里產(chǎn)生感生電流。由楞次定 律定子線圈6里的感生電流產(chǎn)生的磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，沒有安培力的作 用。總之利用圖3所示的電磁感應(yīng)現(xiàn)象所制造的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子所受到的制動轉(zhuǎn) 矩(不含機(jī)械損耗，鐵耗和附加損耗產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩)是由感生電流的定子磁 場2獨(dú)自產(chǎn)生的。圖4是轉(zhuǎn)子磁場1旋轉(zhuǎn)一周(電流兩周)三相交流產(chǎn)生的過 程及電流波形圖(f)，轉(zhuǎn)子磁場1是由轉(zhuǎn)子繞組5通入直流電產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)子磁 場1的磁通路徑為轉(zhuǎn)子的N極——定子磁極7與轉(zhuǎn)子鐵心4的氣隙——定子 磁極7——定子磁極7與轉(zhuǎn)子鐵心4的氣隙——轉(zhuǎn)子的S極——再回到轉(zhuǎn)子鐵心 4的N極，形成一閉合回路。圖4 (a)是無安培力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場1轉(zhuǎn)動時 的初始狀態(tài)。由電磁感應(yīng)定律轉(zhuǎn)子磁場1有原動機(jī)拖動旋轉(zhuǎn)，定子線圈6中產(chǎn) 生感應(yīng)電流，感生電流的定子磁場2的磁通路經(jīng)(如圖4 )為定子鐵心3——定 子磁極7與轉(zhuǎn)子鐵心4的氣隙——轉(zhuǎn)子的N極——轉(zhuǎn)子的S極一一定子磁極7 與轉(zhuǎn)子鐵心4的氣隙——再回到定子磁極7的定子鐵心3。圖4所示的(b)， (c)，(d)， (e)是轉(zhuǎn)子磁場1旋轉(zhuǎn)90° 、 180° 、 270° 、 360°時，定子線圈里的電流波
形(電流旋轉(zhuǎn)兩周)(f)圖與轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場的磁通路徑對應(yīng)狀態(tài)圖。
無安培力交流發(fā)電機(jī)也具有可逆性，能作電動機(jī)使用。無安培力電動機(jī)的三 相定子繞組各自通以電流后將分別產(chǎn)生它們自己的交變磁場，而我們所關(guān)心的 是它們在整個定子空間里的合成磁場。在圖6中(轉(zhuǎn)子兩極定子三極)我們?nèi)?cot=40°、 cot二10(f 、 cot二160。 、 "t二180。時說明定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生(轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)180°)。當(dāng)cot二40。時AX相電流從A端流出(用0表示)從X流入(用@表 示)，根據(jù)右手螺旋定則AX相為N極；BX相電流從B端流進(jìn)(用@表示)從Y 端出(用0表示)根據(jù)右手螺旋定則BY相為S極；CZ相電流從C端流進(jìn)(用 表示)從Z端出(用0表示)根據(jù)右手螺旋定則CZ相為S極。由此得出合成磁 場的磁通路經(jīng)由N極出來通過定子空間進(jìn)入S極。同理，可畫出當(dāng)"t^100。、 cot=160° 、 cot^80。時合成磁場的磁通路經(jīng)。無安培力電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場與 傳統(tǒng)的同步電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場的不同之處是無安培力電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場 的N極與S極的極數(shù)總是以1 : 2的比例交替變化，同步電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場的 N極與S極的極數(shù)是以1 : 1的比例交替變化。
四

圖l: B勻強(qiáng)磁場；abcd表示線圈；N表示線圈的匝數(shù)；S表示線圈包圍的
面積；00"表示固定轉(zhuǎn)軸線；n表示線圈平面法線；G表示電流表。
圖2 : A表示感應(yīng)線圈；B表示通電線圈；G表示電流表；K表示電源開關(guān)；
E表示直流電源。
圖3: l表示轉(zhuǎn)子磁場；2表示定子磁場；3表示定子鐵心；4表示轉(zhuǎn)子鐵心； 5表示轉(zhuǎn)子繞組；6表示定子線圈；7表示定子磁極；8表示硅鋼片內(nèi)沖有的槽□。
圖4:是轉(zhuǎn)子磁場l旋轉(zhuǎn)一周(電流旋轉(zhuǎn)兩周)三相交流產(chǎn)生的過程及電流 波形圖(轉(zhuǎn)子四極定子六極)(a)表示無安培力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子磁場1定子 磁場2的磁通路徑以及定子線圈6的AX、 BY、 CZ相電流方向的初始狀態(tài)；(b)表 示轉(zhuǎn)子磁場1旋轉(zhuǎn)90°時無安培力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子磁場1定子磁場2的磁通 路徑以及定子線圈6的AX、 BY、 CZ相電流方向；(c)表示轉(zhuǎn)子磁場1旋轉(zhuǎn)180 °時無安培力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子磁場1定子磁場2的磁通路徑以及定子線圈6的 AX、 BY、 CZ相電流方向；(d)表示轉(zhuǎn)子磁場1旋轉(zhuǎn)270°時無安培力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 動時轉(zhuǎn)子磁場1定子磁場2的磁通路徑以及定子線圈6的AX、 BY、 CZ相電流方 向；(e)表示轉(zhuǎn)子磁場1旋轉(zhuǎn)360°時無安培力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子磁場1定子磁場2的磁通路徑以及定子線圈6的AX、 BY、 CZ相電流方向；(f)表示電流波形 圖。
圖5: 3表示定子鐵心；8表示硅鋼片內(nèi)沖有槽口； 9表示分體硅鋼片定子鐵心。
圖6 :是無安培力電動機(jī)(轉(zhuǎn)子兩極定子三極)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°定子三相電流 在40°、 100° 、 160° 、 180°時旋轉(zhuǎn)磁場的磁通路經(jīng)及電流波形示意圖。(g)表 示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)40°時的定子磁場磁通路經(jīng)；(h)表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)100°時的定子磁場 磁通路經(jīng)；(0表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)160°時的定子磁場磁通路經(jīng)；(s)表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 180°時的定子磁場磁通路經(jīng)；(m)表示定子電流的波形。
五.-
具體實施例方式
本發(fā)明提供的無安培力交流發(fā)電機(jī)，只是改變了同步發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)和定 子線圈的繞法。
定子結(jié)構(gòu)圖3 (轉(zhuǎn)子四極定子六極)是本發(fā)明提供的無安培力交流發(fā)電機(jī) 的定子鐵心3，定子鐵心3是用表面涂有絕緣漆，厚0. 5毫米的硅鋼片疊壓而成， 硅鋼片內(nèi)沖有槽口 8用以繞置定子線圈6，定子鐵心3可用厚0.5毫米的硅鋼片 整體沖壓而成，也可以分體沖壓成單片鐵心9，然后整體裝配而成。
定子鐵心3也可用其它鐵磁質(zhì)表面涂有絕緣漆的薄板疊壓而成；采用鐵磁質(zhì) 粉末狀，且各粉末間相互絕緣的材料制造成定子鐵心3更為有效。硅鋼片內(nèi)沖 有的槽口8的形狀可以是橢圓形、多邊形、圓形。
三相定子線圈6繞置在定子鐵心3上，定子線圈6繞法從圓心向同一相定子 線圈6看去，使定子線圈6的電流方向相同。
權(quán)利要求
1一種無安培力交流發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的發(fā)電方法是利用無安培力(磁場對載流導(dǎo)線的作用力)作用的電磁感應(yīng)現(xiàn)象制造的。其特征是與現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)相比改變了發(fā)電機(jī)的定子鐵心3的結(jié)構(gòu)形式及定子線圈6的繞線方法。定子鐵心3是用表面涂有絕緣漆，厚0.5毫米的硅鋼片疊壓而成，硅鋼片內(nèi)沖有槽口8，三相定子線圈6繞置在定子鐵心3的磁極7上。
2.如權(quán)利要求書l所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于定子鐵心3也可用 其它鐵磁質(zhì)表面涂有絕緣漆的薄板疊壓而成；也可采用鐵磁質(zhì)粉末狀，且各粉 末間相互絕緣的材料制造成定子鐵心3。
3.如權(quán)利要求書l所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于硅鋼片內(nèi)沖有槽口 8的形狀可以是橢圓形、多邊形。
4.如權(quán)利要求書l所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子 磁極數(shù)的比例為2:3。
5.如權(quán)利要求書l所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于三相定子線圈6繞 置在定子鐵心3上，繞在定子鐵心3上的定子線圈6，從圓心向同一相定子線圈 6看去，使電流的方向相同。
6.如權(quán)利要求書l所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于定子鐵心3可用厚 0. 5毫米的硅鋼片整體沖壓而成，也可以分體沖壓成單片鐵心9整體裝配而成。
7.-如權(quán)利要求書]所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于無安培力交流發(fā)電 機(jī)具有可逆性，可以作電動機(jī)使用。
8.如權(quán)利要求書l所述的無安培力交流發(fā)電機(jī)，其特征在于無安培力交流發(fā)電 機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場的厲磁方式可以通以直流電厲磁，也可以用永久磁鐵厲磁。
全文摘要
一種無安培力交流發(fā)電機(jī)，特別三相交流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的目的是提供一種無安培力(磁場對載流導(dǎo)線的作用力)交流發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的工作原理與變壓器原理基本相似，變壓器的工作效率高達(dá)98％，是因為變壓器的工作原理利用了無安培力作用的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，沒有安培力的作用。本發(fā)明通過對三相同步交流發(fā)電機(jī)的定子鐵心3的結(jié)構(gòu)及定子線圈6的繞線方法的改變，同樣利用無安培力作用的電磁感應(yīng)現(xiàn)象制造的無安培力交流發(fā)電機(jī)也可消除發(fā)電機(jī)發(fā)電時安培力的阻礙作用，從而達(dá)到提高發(fā)電效率和節(jié)省能源的目。
文檔編號H02K1/22GK101546945SQ20091002018
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月2日
發(fā)明者顯 丁, 丁世東, 丁士來, 郭國勤 申請人:丁士來