專利名稱：多用途交流電動發(fā)電機的制作方法
科學(xué)、商業(yè)、醫(yī)療、政府、軍事上的通信和工業(yè)活動，以及辦公室、商店、學(xué)校和家庭都需要電力來執(zhí)行它們的許多職能。電力的突然中斷或故障，即使持續(xù)短暫時間，不僅帶來不便，而且可能對這些活動中任何造成損壞并付出昂貴代價。計算機數(shù)據(jù)可能丟失，正在進行的工作可能損壞，或者生命可能置于危險之中。有時需要許多天時間并努力工作來恢復(fù)生產(chǎn)操作，以及從電力故障這樣招致的損壞和損失中復(fù)原。
許多這些設(shè)備和活動具有燃氣或柴油發(fā)電機，或其它備用電源設(shè)備，它們需要幾秒鐘起動并投入使用，以代替突然不能供應(yīng)的電力。當(dāng)發(fā)動機正在起動并且當(dāng)沒有電力可供使用時，經(jīng)過幾秒的時間能使這樣的設(shè)備嚴重破壞或者甚至損壞或者損失。
盡管供電設(shè)備通常相當(dāng)可靠，但是它們控制之外的使供電中斷或使供電不足或不穩(wěn)定的環(huán)境可能時時發(fā)生。發(fā)電廠中的事故和設(shè)備故障，或者雷擊和其它影響輸電線、變壓器及其它設(shè)備的事件，可能切斷從整個城市至僅是送入一個工廠、家庭或一個辦公室的單條輸電線范圍內(nèi)的電力。結(jié)果，電力用戶經(jīng)常是突然地，并且通常是意想不到地處在無助的境地。
電力公司通告它們的用戶，它們不能許諾不論什么時候都對用戶輸送完全不停電的電力。對美國和加拿大一些公司中種種類型的停電和事故的研究表明，在一個長時間周期比如一年中，不同種類停電的頻率和持續(xù)時間平均為如附圖中

圖1所示的概括圖表。從圖1中柱狀統(tǒng)計圖表將會注意到，在這些60赫茲系統(tǒng)中大約45％的停電持續(xù)不到10個周期，它不到六分之一秒，這個時段遠大于“應(yīng)急”計算機所要求的時間。另23％的停電持續(xù)不到一秒，而18％的停電持續(xù)1到10秒。因此，總共大約86％的交流電力停電持續(xù)不超過10秒。然而，最后14％持續(xù)10秒以上的停電亦對許多電力用戶產(chǎn)生主要問題，并且可能導(dǎo)致最昂貴的損壞。此外，在任一本地輸電線上，功率因數(shù)補償電容器和其它在公用系統(tǒng)上的開關(guān)操作，與用戶電動機起動、負載切換以及用電“惡劣負載”，比如熔爐、電子電機驅(qū)動裝置、蓄電池以及諸如此類的負載一起，產(chǎn)生一個幾乎是恒久的電壓尖峰、下垂以及在輸電線上可能對許多用戶帶來問題的電噪聲的合唱。其它問題源在某些地區(qū)中天氣極端期間出現(xiàn)，比如或在美國東南部非常寒冷的天氣急變時，或者在中西部夏季的熱浪時，屆時產(chǎn)生了非常大的電力需求，以致超過了公司高峰發(fā)電容量。當(dāng)這種情況發(fā)生時，公司可能不得不藉助于“滾動”停電，對它們公司供電區(qū)域的順序部分持續(xù)中斷全部電力15分鐘左右，以便防止整個系統(tǒng)崩潰。這些“停電”可能在公司的各個供電區(qū)域內(nèi)每2—3小時重復(fù)一次，直到危機過去為止。
為了避免這些電力質(zhì)量問題中的某些問題，電力用戶把信心放在輔助電力保護裝置與/或置于公用線路與電氣設(shè)備之間，以在外部供電不能接受或被中斷時保持電氣設(shè)備繼續(xù)工作的電源上。在許多情況下這些輔助電源在電源回路中使用電子半導(dǎo)體，以轉(zhuǎn)換和控制輔助電源。有時這些末尾元件因輸入交流輸電線中的高壓脈沖而易遭故障，并且結(jié)果產(chǎn)生的故障可能還引起被保護負載的損壞。在許多不間斷電源裝置中，當(dāng)外部交流電源中斷時，依靠蓄電池對設(shè)備供電。這些蓄電池系統(tǒng)經(jīng)常額定5到15分鐘操作，當(dāng)又一外部電源停電發(fā)生時，在它們可使用之前往往需要幾個小時的連續(xù)蓄電池重充電。這個最后需要使這種類型的系統(tǒng)在“滾動”停電或長時間停電情況下變得幾乎無用。此外，適當(dāng)安裝蓄電池通常要求一個分室用來提供隔離通風(fēng)，以防止酸霧和氫氣積聚。已經(jīng)出現(xiàn)過當(dāng)在一組鉛酸性蓄電池中發(fā)生一個蓄電池故障時(經(jīng)常是由于維修或安裝不當(dāng))的嚴重火災(zāi)和爆炸。在新近情況中，在美國的一個重要城市里，在一間具有大量給全城通信和相關(guān)服務(wù)提供電源的鉛酸性蓄電池組的房間中發(fā)生了自發(fā)性爆炸。在這一情況中，城市的整個安全系統(tǒng)沒能起作用達7小時以上，并且在那段時間里沒有通?？梢允褂玫幕馂?zāi)、治安或者醫(yī)療上的緊急通信。它還付出了許多努力和開支來清掃酸溢出。此外，蓄電池要求定期維修和重充電。依據(jù)設(shè)計和使用，鉛酸性蓄電池系統(tǒng)的壽命可能相對短，所以它們可能要求沒幾年就作替換。蓄電池對溫度相當(dāng)敏感，并且如果它們的溫度升到大約25℃(77°F)以上損壞就很快。另外，處理蓄電池構(gòu)成一個嚴重的生態(tài)問題。所連接的用來驅(qū)動輔助發(fā)電機的柴油發(fā)動機和其它發(fā)動機在外部公用電力沒有中斷時，經(jīng)常用作備用緊急機組，并且它們通常要求一個蓄電池組來起動發(fā)動機。因此，它們決定性地取決于當(dāng)如此需要時電池組要起作用。起動電池組的故障是沒能起動這些汽輪發(fā)電機組的主要原因之一。因此不論什么時候電池組要求定期維護和維修。電池組充電器是電力公用系統(tǒng)中電“噪聲”的一個主要來源。因此所希望的將是除去對任何蓄電池的使用或依靠，并且提供一種不間斷電源系統(tǒng)，具有被控制的頻率、相位和電壓輸出，它在電源回路中沒有電子半導(dǎo)體，以高慣性低通風(fēng)損耗的轉(zhuǎn)子、與輸電線上高電壓尖峰的良好絕緣、與外部發(fā)動機或其它原動機直接結(jié)合的能力，對負載提供至少10秒的電力，以用于長期的連續(xù)保護，并且為電力公司提供希望的負載。
本發(fā)明是對我們美國專利1987年5月5日發(fā)布的4,663,536，1986年7月15日發(fā)布的4,600,873,1979年12月4日發(fā)布的4,177,414，以及1976年1月6日發(fā)布的3,931,535中的發(fā)明的改進。
美國專利4,663,536中表示和敘述的電動機發(fā)動機組結(jié)構(gòu)具有兩個高通風(fēng)損耗轉(zhuǎn)子端盤，并且沒有軸延伸到封閉它們公共電動機和發(fā)動機裝置的箱體的外部。因此當(dāng)從外部交流電源提供的電力中斷時，沒有外部發(fā)動機能以實用方式與之連接以驅(qū)動發(fā)電機。在使用這種電動機發(fā)電機組時，當(dāng)出現(xiàn)外部電源故障時，必須起動一臺分開的備用發(fā)動機和發(fā)電機，以提供交流電來驅(qū)動其電動機，以產(chǎn)生交流電。
美國專利4,600,873中所公開的僅是一種單定子和轉(zhuǎn)子電動機組，并且沒有公開把它轉(zhuǎn)換成一臺發(fā)電機，或者把它用作一臺發(fā)電機。
美國專利3,931,535公開一種接合式交流電動機發(fā)電機組，這里感應(yīng)電動機僅僅旋轉(zhuǎn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子以便產(chǎn)生交流電。僅僅圖5表示由內(nèi)部電動機轉(zhuǎn)子所驅(qū)動的轉(zhuǎn)軸，而定子在感應(yīng)電動機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子部件的外圍附近安排。沒有關(guān)于本發(fā)明的高旋轉(zhuǎn)慣性設(shè)計、同步操作以及其它特點的教導(dǎo)。
本兩名發(fā)明者為專利權(quán)所有人的美國專利4,177,414公開了使用一臺主導(dǎo)交流發(fā)電機和一臺第二分開的或從屬的交流發(fā)電機，以及一個用一相的單相交流電來激發(fā)第二發(fā)電機中的一個激磁線圈，以當(dāng)串聯(lián)連接時從兩臺交流發(fā)電機產(chǎn)生希望電壓的交流電路。公開了用于移相單相交流電的相位的裝置。然而，這些發(fā)明裝置和其中的電路不是本發(fā)明的前導(dǎo)。
總之，這些現(xiàn)有技術(shù)專利中無論哪個都沒有教導(dǎo)或公開本發(fā)明的任何關(guān)鍵特征。
本發(fā)明包括一種獨特的多用途電動發(fā)電機，它有兩個定子，各與一個電轉(zhuǎn)子一同起作用，以使得用戶能夠有選擇地把它操作為一臺復(fù)式交流電動機，或者一臺復(fù)式交流發(fā)電機，或者一臺交流電動機發(fā)電機組，這種電機包括一個箱體或一個殼體，在其之內(nèi)有a)兩個分開的電定子，各有主繞組，并且至少一個定子有至少一個集中或激磁繞組，以及b)一個公共轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，具有高旋轉(zhuǎn)慣性，共用一個公共單驅(qū)動盤，有兩個物理上耦合并且緊密隔開，但是可分開操作的轉(zhuǎn)子，各轉(zhuǎn)子環(huán)繞一個定子，各轉(zhuǎn)子包括一個高導(dǎo)磁率、低損耗鐵芯，帶有一個能磁化的永磁材料的表面層，該層緊密地傳到定子，以便通過其集中繞組的單相交流電把鄰近的磁層磁化成北磁極和南磁極的一個寫磁極型式，并且這樣提供的磁極將和定子中的主繞組起反應(yīng)，以當(dāng)定子轉(zhuǎn)子對用作一臺交流發(fā)電機時，為負載產(chǎn)生希望電壓、頻率和相位的交流電力，或者當(dāng)定子轉(zhuǎn)子對用作一臺交流電動機時，產(chǎn)生希望的轉(zhuǎn)矩特性。該電機有一個從轉(zhuǎn)子延伸到殼體或箱體之外的外部軸，它或能驅(qū)動一個機械負載，或能由一臺發(fā)動機或其它原動機驅(qū)動。
各定子和它關(guān)聯(lián)的電轉(zhuǎn)子部件或能起一臺交流電動機作用，或能起一臺交流發(fā)電機作用。當(dāng)用作一臺交流電動機時，該電機能用非常小的電流起動，并且能加速一個慣性非常大的負載而不過熱。因此該電動發(fā)電機可以有兩對定子轉(zhuǎn)子裝置，(1)通過簡單地對各定子的主繞組傳送交流電，對兩個定子的集中繞組提供與傳到主繞組相同頻率的單相交流電，而起一臺公共電動機作用，(2)通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子并且對集中繞組傳送兩對裝置的交流電力輸出負載所希望的希望頻率的單相交流電，而起一臺交流發(fā)電機作用，(3)以及最后，該電動發(fā)電機能操作為一臺電動機發(fā)電機組，對任何一個定子轉(zhuǎn)子對，當(dāng)對其主繞組提供任何希望頻率的交流電，并且對其集中繞組提供同樣頻率的單相交流電時，而起一臺驅(qū)動電動機作用，并且對另一個定子轉(zhuǎn)子對，對其集中繞組提供負載所希望的頻率的單相交流電，而起一臺交流發(fā)電機作用。當(dāng)它在電動機方式下用一個或兩個定子轉(zhuǎn)子對起作用時，該電動發(fā)電機能在供給它的外部交流電力的同步速度下操作。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，因為其同步速度和其緊湊單轉(zhuǎn)子驅(qū)動盤，以及緊密間隙結(jié)構(gòu)引起低通風(fēng)損耗兩方面原因，該電機具有極其高的效率。由于轉(zhuǎn)子的高旋轉(zhuǎn)慣性，所以當(dāng)操作為一臺電動機時，當(dāng)對定子和轉(zhuǎn)子的一對或兩對有外部交流電力中斷時，該電機具有延長的驅(qū)駛持續(xù)時間。只要其速度大約為同步速度的80％或更大，即使當(dāng)轉(zhuǎn)子速度比如在其交流電源中斷之后改變時，操作為一臺發(fā)電機的任一或兩個定子轉(zhuǎn)子對的交流電源輸出能保持在一個恒定的希望頻率。
通過在電動機發(fā)電機組方式下，也就是說一個定子轉(zhuǎn)子對起一臺電動機作用，以及另一個定子轉(zhuǎn)子對起一臺交流發(fā)電機作用，把本發(fā)明的電動發(fā)電機用作它的一個關(guān)鍵部件，能提供不間斷電源系統(tǒng)。無需蓄電池來維持、驅(qū)動或者操作該電動發(fā)電機。通過至該電動發(fā)電機的軸的離合器能直接接合一臺發(fā)動機或其它原動機，以快速起動發(fā)動機，并且其后利用該發(fā)動機繼續(xù)保持該電動發(fā)電機操作，由此當(dāng)至它的電動機的外部交流電源中斷時，從發(fā)電機對負載提供交流電。
主要由于其起動電流非常低和在滿運行速度時效率很高，所以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對它提供單相交流電并且作為一臺單相交流電動機操作時，本發(fā)明的電動發(fā)電機格外有用。目前，市場上買得到單相交流電動機，并且只用于不超過10到12馬力(7.5到9kW)的小額定值。在更高額定值下更大商品化的單相電動機被認為不可靠并且效率相對低，而且因為它們極為過大的起動電流需求，電力公司反對使用它們。本發(fā)明者已經(jīng)試驗了這里公開的使用復(fù)式定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的直到40馬力的單相電動機，并且發(fā)現(xiàn)它們以超過現(xiàn)有技術(shù)單相交流電動機中任何已知的電效率，用低涌電流起動，容易加速非常高慣性的負載而不過熱，容易達到同步速度并且操作適當(dāng)。
圖1是表示在美國電力公用輸電線中過去經(jīng)歷的電力中斷的數(shù)量和時間的圖表。
圖2是在本發(fā)明的一臺多用途電動發(fā)電機的垂直平面中所取的縱向斷面圖。
圖2A是在一臺圖2所示電機的變更電機的垂直平面中所取的部分斷面圖。
圖3是沿圖2直線III所取的橫向垂直斷面圖。
圖4是標(biāo)繪圖2電動發(fā)電機的驅(qū)駛持續(xù)時間的曲線圖，其中至少一對定子轉(zhuǎn)子操作為一臺電動機，其中繪出了在那里交流電力中斷時軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)對時間的關(guān)系曲線。
圖5是一個不間斷電源系統(tǒng)的正視圖，部分為斷開并且部分為截面，具體化了圖2的電動發(fā)電機。
圖5A是用于一臺發(fā)動機起動電動機的交流到直流電源轉(zhuǎn)換的電路圖。
圖6是固定在圖2電動發(fā)電機之上用于產(chǎn)生低脈動直流電流的輔助發(fā)電機裝置的垂直斷面圖。
圖7是包括電路7A和7B的兩個電路的電路圖，各適合于提供單相交流電，以使圖2、圖5、圖6、圖9或圖10的交流電動機能夠有效地操作。
圖8是標(biāo)繪常規(guī)單相電動機和本發(fā)明的一臺單相電動機的效率曲線的圖表。
圖9是一臺包括本發(fā)明的僅用一單定子轉(zhuǎn)子對構(gòu)成的電動發(fā)電機的較次理想變更電機的縱向垂直斷面圖。
圖10是變更了的不間斷電源系統(tǒng)的正視圖，具體化了圖2的電動發(fā)電機，并且能夠同時承載機械和電氣兩種負載。
圖11是用于對圖2操作為一臺電動機的電動發(fā)電機提供交流電源，以使得能夠用非常低的涌電流起動的電路圖。
圖12是包括用于對圖2起一臺電動機作用的電動發(fā)電機提供交流電力的三個電路12A、12B和12C的電路圖，圖12B提供高起動轉(zhuǎn)矩，以及圖12C用于使?jié)M速操作有效并且還使電動機的輸入功率因數(shù)能夠改變。
參考附圖，圖2示出了沿本發(fā)明的一臺電動發(fā)電機10的水平軸所取的垂直斷面圖，以及圖3是沿圖2直線III—III所取的垂直斷面圖。電動發(fā)電機10包括一個端部開口的外部箱體12，如圖3最佳所見，它有一個裝有底腳或凸耳15的整體底座14，底座14有通過它們可以在使用之時應(yīng)用螺栓或其它緊固裝置，以把電機向下緊固在一個支座上的孔或槽15A。箱體12可以是單鋼或鋁箱體，或者可以是由分開的箱體或部件通過焊接與/或栓接一起制成。箱體12的外面可以裝有整體鑄造的冷卻葉片16。一個表面加工光滑的圓筒形腔18沿其縱向水平軸從箱體的一端延伸到另一端。端罩20和20A如由電機螺旋絲桿可移動地固定在箱體的各個開口端上，以與此形成一個緊固殼體。在各端罩的外部表面上希望設(shè)置冷卻葉片24和24A。
各個端罩20和20A分別有一個大型中央孔21和21A，并且在各端罩鄰近這些中央孔的內(nèi)部表面，例如分別有用電機螺旋絲桿固定的承重的定子支持心軸30和30A。所希望的是端罩和心軸會合處的接觸表面光滑并相互適應(yīng)，以便在安置在各個心軸上的定子中產(chǎn)生的熱可以容易地從心軸流到端罩。各定子支持心軸30和30A分別有一個完全通過它延伸的縱向中空的圓形腔36和36A，并且這樣的心軸希望是從它的外部或孔附加端34和34處大直徑處，分別向最小直徑部分32和32A延進，在心軸內(nèi)端38和38A終接。心軸內(nèi)端38和38A相互同心，并且按一個相當(dāng)大的距離隔開，以提供一個間隙，其原因?qū)⒃谄浜笳f明。
在各心軸的外部安置定子，包括左邊心軸上的單鐵芯50；以及右邊心軸上在它們之間布置一個隔離層50C的分開鐵芯50A和50B，各個鐵芯為低抗磁力、低損耗的磁性材料，比如層壓硅鋼片，接合成一組，并且有一個外部圓筒形表面51、51A和51B。鐵芯50B的軸向長度最好比鐵芯50A的軸向長度顯著長。各定子鐵芯有一個內(nèi)腔，與心軸內(nèi)端38處的心軸30，以及心軸內(nèi)端38A處的心軸30A的外徑一樣小，以便各鐵芯在端部和在心軸本體上滑動時將緊緊地配合其上。在裝配中，鐵芯50被推向心軸端38，并且緊靠在心軸上的一個肩部40上。一個具有一個中央孔、恰好裝配在心軸端38上的擋墊圈42牢固地作用在定子鐵芯50的端上，并且當(dāng)這樣安置時，該墊圈可以焊接或否則就緊固地固定在心軸端38上。在墊圈42中一個與鐵芯50中的一個孔成一直線的孔中可以放入一個絕緣棒44，并且例如用粘合劑鎖定在應(yīng)有位置，以防止鐵芯層轉(zhuǎn)動。右邊定子鐵芯50A和50B類似地套在并且剛性地接到它們的心軸30A上。如圖3最佳所見，定子50、50A和50B在它們各自的圓筒形外表面51、51A和51B中有縱向槽49，并且在這些槽大多數(shù)中安置主繞組53，并且在各定子中有至少一個集中繞組53C，與放置在一到三個鄰近槽49中的集中繞組的各側(cè)由一個相對窄的磁極隔開。槽49一般安排成與鐵芯50的軸平行，但是可以歪斜。鐵芯50A和50B由隔離層50C隔開，以允許各個鐵芯包含分開的單個集中繞組，使它們的端轉(zhuǎn)彎處安排在隔離層50C提供的空間，但是主繞組通過鐵芯50A和50B兩者的匹配槽。在電動發(fā)電機處在一個操作速度下，相對鐵芯50B中集中繞組中單相電流的相位，改變鐵芯50A中集中繞組中單相電流的相位，在下文敘述的轉(zhuǎn)子上的磁層中的磁極位置將類似地移動，由此改變定子50A和50B的公共主繞組中產(chǎn)生的電壓。分開的電引線54和54A各有部分與主繞組和集中繞組兩者連接，當(dāng)然相互之間絕緣，從各鐵芯伸出，并且使用絕緣套管或其它為此目的的等效體通過端罩或箱壁。對某些應(yīng)用，比如使用整臺電機10作為一臺交流電動機，可能希望的是使兩個定子50A和50B如定子50那樣構(gòu)造一塊。為了滿足其它要求，包括50的兩個定子可以用兩個分開的鐵芯部分構(gòu)造，比如像50A和50B那樣。如果定子50用作一臺電動機，至定子50的主繞組的引線54部分將與一個交流電源，比如一條公用線路連接，而從集中繞組引出的引線部分將與一個和主繞組電源頻率相同的單相交流電源連接。對某些要求，僅一個定子可以包含集中繞組。兩個定子50、50A和50B中的主繞組纏繞并安排在槽中，以當(dāng)用多相交流電通電時產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。
在為電機備置轉(zhuǎn)子時，在各支持心軸中大直徑部分34和34A之內(nèi)安置一個軸承支持部件或輪轂48和48A。如所示那樣，在各輪轂部件中的內(nèi)腔中安置一個滾珠軸承或滾輪軸承60和60A，使至少一個軸承的外部座圈保持在一個開口環(huán)與彈簧墊圈之間。彈簧墊圈安放在輪轂的內(nèi)肩部上，由此允許軸承稍微移動，以補償熱膨脹。該組件被推進心軸30或30A的最大輪轂部分34或34A，并且各個例如由電機螺旋絲桿牢固地固定在端罩上。輪轂部件48和48A支撐軸承，以便為了維修輪轂部件和其中的軸承能容易地拆卸。有一個軸70，延伸電機的全長，并且它的端在軸承60和60A的內(nèi)座圈之內(nèi)密切配合。軸70至少有一端73伸出端罩20之外，然而該軸的另一端73A可以或可以不伸出端罩20A之外。在軸承之間的軸部分有一個與它所通過的空心軸相符的外徑，并且在該軸與內(nèi)空心軸部分36和36A之間有一個小選擇間隙，在該軸與部分32和32A處的心軸腔之間的間隙最小。在32和32A處的心軸的內(nèi)表面襯以或涂有耐摩材料，比如充有潤滑劑的塑料材料，它正常不與軸70接觸。這是為了在任何一個軸承60或60A故障下減小電機損壞的可能性。萬一軸承故障，該軸于是就支撐在這個耐摩層上，直到旋轉(zhuǎn)停止為止。軸70的中央部分有一個充分剛性的擴張直徑部分71，因為這個部分將承載轉(zhuǎn)子的高旋轉(zhuǎn)慣性部件。在擴張部分71的周邊之上牢固附著了兩個堅固的大圓狀徑向盤部件74和74A的輪轂72和72A，部件74和74A會合并連接，以起一個延伸到其靠近內(nèi)腔18的周邊，但是那里又有一個小周邊間隙的單驅(qū)動盤作用。離盤74和74A的外周一個短距離處，在盤74和在盤74A中通過盤安排若干非對齊的孔75(后述孔沒有示出)，以允許空氣流過鐵芯繞組，并且進入腔18處的留隙空間。盤74A中的孔75直徑相同，但是偏移盤74中的孔一個角度，以避免繞組52和52A之間的電或電磁聯(lián)絡(luò)。盤74和74A可以制成一個單塊，然而這不是優(yōu)選實施例。在徑向盤部件74和74A側(cè)邊上的外周部分固定圓筒形套筒76和76A，它們各自分別密封定子鐵芯50和50A。這些套筒76和76A可以鑄造或鍛造為盤74和74A的一部分。在套筒的外表面與內(nèi)腔18之間希望有一個小間隙，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與正常期望相反，在留隙空間更小時，由于套筒旋轉(zhuǎn)所造成的通風(fēng)損耗減小。然而，該間隙應(yīng)該稍微比軸70與部分32處心軸腔之間的間隙大。選擇32和32A處軸對心軸的間隙，以便這些表面在轉(zhuǎn)子殼體76和76A的外表面能接觸到機座18的內(nèi)腔之前，或者在磁層82、82A和82B的內(nèi)腔能接觸到鐵芯51、51A和51B的外表面之前將會接觸，由此防止在軸承故障情況下主要損壞或全部損壞。
套筒76和76A的圓筒內(nèi)表面與它們各自定子鐵芯的外部圓表面同心，并且在各個這些內(nèi)套筒表面上附著一個電轉(zhuǎn)子鐵芯80和80A。如圖3最佳所見，各個轉(zhuǎn)子鐵芯80和80A包括一個低抗磁力磁性材料，比如一組環(huán)形沖壓硅鋼。可以使用金屬棒83和83A來改進作為一臺電動機時電機的起動特性或在一臺發(fā)電機情況下的電特性，金屬棒通過其中有孔的各個鐵芯80，金屬棒83在這些孔中密切配合，并且可以焊接在端環(huán)上。這些棒的特性和配置為這樣，即由集中繞組53C產(chǎn)生的磁通不被顯著削弱。在轉(zhuǎn)子上的該分層組有一個圓筒形的外表面，與套筒76和76A的各個內(nèi)圓筒表面密切配合，并且可以通過焊接，或者通過在76和76A的內(nèi)表面安置一個端環(huán)79和79A，可移動地保持在應(yīng)有位置，以便保持鐵芯80和80A的外端緊緊地壓在另一內(nèi)端環(huán)上，固定在轉(zhuǎn)子殼體上，并且環(huán)是焊接或否則是附固在殼體76和76A上。各個轉(zhuǎn)子鐵芯80和80A的內(nèi)表面為圓筒形，并且與定子表面51、51A和51B同心。在各個這些轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)表面上有一用環(huán)氧樹脂或其它適當(dāng)粘合劑牢固附著的均勻厚層82，用低電導(dǎo)率可磁化永磁材料，比如鐵氧體制成，跨過鐵芯80的整個外露內(nèi)表面，并且在鐵芯80A的周圍表面上有類似的分隔開的層82A和82B。這個層82的外露表面與定子的表面51之間以均勻間隙距離隔開，并且層82A和82B與表面51A和51B之間以類似距離隔開，并且所有層與它們的鄰近定子表面通常在空間上共同擴張。在操作中，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)時，安排在各鐵芯中的集中繞組53C在用單相交流電帶電時，將在它們旋轉(zhuǎn)通過定子時在鐵氧體層82、82A或82B中產(chǎn)生連續(xù)北和南磁極的型式。在美國專利4,177,414中陳述了適當(dāng)?shù)碾娐废到y(tǒng)和它的操作方式，并且其在圖1、圖2、圖3和圖6中特別對定子50A和50B中集中繞組用適當(dāng)定相的單相交流電帶電有用，并且由此在操作為一臺發(fā)電機時，控制和調(diào)節(jié)在這兩個定子中的主繞組中產(chǎn)生的交流電壓。簡單地說，當(dāng)交流電壓輸出傳感器探測到主繞組53的輸出電壓相對標(biāo)準(zhǔn)電壓有一個變化時，如美國專利4,177,414圖1中所示的電壓大小控制和移相器就通過驅(qū)動器和變換器操作，以相對至較大定子鐵芯50B中的集中繞組的交流相位，移相至較小定子鐵芯50A中的集中繞組的交流相位。磁層82A和82B中的北和南磁極將相互之間移相，并且結(jié)果在通過兩個定子50A和50B的主繞組中產(chǎn)生的交流電壓相應(yīng)地增大或減小。因為通常僅出現(xiàn)小的電壓變化，所以能使用一個小定子鐵芯50A，其中將相對其它集中繞組中的交流發(fā)生交流移相。除非發(fā)電機的輸出相位需要改變，例如為了與相同頻率的另一交流電源并聯(lián)，定子鐵芯50B中的集中繞組中的單相交流電的相位通常保持恒定。很明顯從單電機10中的兩個定子轉(zhuǎn)子發(fā)電機組將獲得意想不到的好處，比如精確地控制交流輸出。
使用空心軸30和30A在端罩上安裝定子的結(jié)構(gòu)是本發(fā)明具有若干優(yōu)點的優(yōu)選實施例。然而，可以使用如圖2A所示的較簡單定子安裝結(jié)構(gòu)，其中有一個牢固附著在各端罩上(僅示出左端罩20)的定子支持體330，包括一個圓形盤，有一個轉(zhuǎn)子軸70通過其中的中心圓形帶肩控332。帶肩孔332有一個圓形內(nèi)圓筒區(qū)，與軸70的表面之間有一個小的預(yù)定間隙。在332處的這個肩部將在如先前所述那樣安裝的支持軸的軸承60故障情況下，防止軸損壞繞組或電機其它部分。其中具有大中心孔的定子350由強粘合劑，比如環(huán)氧樹脂，或由電機螺旋絲桿或由通過鐵芯的螺栓，固定在圓形定子安裝和支持盤330上。定子的外端壁其盤330的嚙合表面緊密配合，并且牢固地保持在它們上面，以便在使用定子期間產(chǎn)生的熱能通過盤330流到端罩20，那里它能通過端罩的外部散發(fā)到空氣中。將會理解，兩個定子的另外或內(nèi)側(cè)表面由一個間隔分開，以容納由軸70承載的徑向盤部件74和74A的自由旋轉(zhuǎn)。
參考圖2，在軸70伸到軸承之外的端部，剛好在端罩20和20A之外處，可以分別附著冷卻風(fēng)扇90和90A，以便在轉(zhuǎn)子操作期間風(fēng)扇將對端罩上的葉片24和24A鼓風(fēng)，并且因此排除在定子中產(chǎn)生，并由箱體內(nèi)空氣移動引導(dǎo)到那里及通過心軸30和30A的端部引導(dǎo)到那里的熱。在各端罩上附著護屏或護罩92和92A，最好具有傾斜周邊，它將有助于引導(dǎo)通過箱體上冷卻葉片16的冷卻空氣的流動。
本發(fā)明的電動機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩者中都能使用許多種類的能磁化的永磁材料。例如層82、82A和82B最好由一種不導(dǎo)電的永磁材料，比如鐵氧體構(gòu)成。金屬永磁材料比如鋁鎳鈷合金亦能使用，只要它們以這樣方式制造，例如把磨成粉的鋁鎳鈷金屬材料與樹脂粘合劑混合，以便把其中源自激磁磁通的渦流減小到一個可以接受的水平。鋇鐵氧體與/或鍶鐵氧體在本發(fā)明的實施中已經(jīng)給出了極好的結(jié)果。更新和改進型的鐵氧體以及類似的能磁化的永磁材料目前就可得到，并且還有其它類型正在開發(fā)，并有可能在將來得到，以用于生產(chǎn)電機10中的能磁化永磁材料層。在電動機和在發(fā)電機中曾給出良好結(jié)果的兩種鐵氧體的磁滯曲線示于我們美國專利4,466,536的圖6中。一種已有幾年在市場上買得到的商業(yè)標(biāo)志為5級鐵氧體的定向鋇鐵氧體，通過使一個0.33英寸(0.84cm)厚的樣品經(jīng)受磁滯回路試驗，就一個代表運行中的電動機中的磁路的附件作了試驗，其中向一個方向并且然后向相反方向施加磁化力，并且畫出了樣品以高斯為單位的感應(yīng)對磁化力的奧斯特的關(guān)系曲線。在美國專利圖6中的曲線M表示用于這個樣品的磁滯回路。用于這種材料的閉路磁性參數(shù)是4000高斯的黃銅和2300奧斯特的高碳。另一種在標(biāo)志4112下可買得到的現(xiàn)有鐵氧體在作試驗時，顯示更具方形，并且在那個美國專利的圖6中顯示更小的磁滯回路。這后一種鐵氧體顯示大約4300高斯的黃銅，以及對高碳大約為1200奧斯特的閉路特性。這種鐵氧體在保持高能量積同時在轉(zhuǎn)子磁極改變期間，顯示更低的鐵氧體損耗。
對許多應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)理想的是使用一個獨立的交流電源來控制電機10，并且甚至更有利地來控制實施電機10的不間斷電源系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這能容易地通過在軸延伸部分之一上，比如剛好在端罩20A的外邊右軸端73A處，安置一個相對小的永磁交流發(fā)電機來完成。如圖2的放大詳圖所示，若干小型磁化的永久磁鐵120以固定的徑向距離附著在承載風(fēng)扇90A的扇片的輪轂上。附著在端罩20A上，例如在圓形軸承輪轂48A的外表面上，有一個承載其中具有電繞組的小型電定子122的金屬環(huán)。當(dāng)永久磁鐵這樣安排，即當(dāng)軸73旋轉(zhuǎn)時北極和南極交替地通過定子繞組時，它們將在安排在定子122的鐵芯中的定子繞組中產(chǎn)生交流。從定子繞組引出的電引線125設(shè)置為沿端罩的外表面到達外部，從那里它能引到控制電路中的使用點。
如先前所述，圖2和圖3的多用途電動發(fā)電機10能用兩對定子和轉(zhuǎn)子起一臺交流電動機作用來操作；或者兩對轉(zhuǎn)子定子機組能起交流發(fā)電機作用；或者任一對獨自起一臺交流電動機作用，且另一對起一臺交流發(fā)電機作用。在這后一種組合中，電機10形成一臺極其有用的交流電動機發(fā)電機電機。參考圖7，電機10的這種電動機發(fā)電機布置是通過簡單地把任一定子的主繞組的引線與一個交流電源連接，把它的集中繞組的引線通過一個開關(guān)與一個與圖7B所示的主繞組中的頻率相同的單相交流電源連接而完成的，或者集中繞組可以如圖7A所示與電容器324協(xié)調(diào)。這樣連接，這個定子轉(zhuǎn)子對將操作為一臺高效交流電動機。另一定子轉(zhuǎn)子對主繞組引線與一個負載連接，起一臺發(fā)電機作用，并且對集中繞組的引線提供該負載所要求頻率的單相交流電，或者在負載非頻率敏感情況下，集中繞組可以如圖7A所示與一個電容器連接。在美國和加拿大多數(shù)情況下，交流電頻率為60赫茲。然而，能通過對兩極電動機的電動機繞組提供60赫茲的交流電，并且對發(fā)電機部分的集中繞組提供一個不同頻率的單相交流電來操作該電動機，并且當(dāng)該電動發(fā)電機以同步速旋轉(zhuǎn)時，將由發(fā)電機產(chǎn)生這樣不同頻率的交流電源，并供給一個負載。當(dāng)由外部發(fā)動機旋轉(zhuǎn)軸時，能連接兩對定子繞組，以產(chǎn)生能供給同一或分開負載的交流電。
在外部交流電源故障情況下，當(dāng)電動發(fā)電機10正在以電動機發(fā)電機方式操作時，獲得了多個顯著優(yōu)點。轉(zhuǎn)子非常高的旋轉(zhuǎn)慣性和由集中繞組完成的磁極寫入，使得電機能夠在電動機的交流電源斷電之后，在大約10到20秒相對長的時段內(nèi)，以希望頻率的滿載額定負載和希望電壓，繼續(xù)提供交流電源。由于這個長時間的驅(qū)使特性，圖2和圖3電機10的電動機發(fā)電機的使用方式對許多依靠連續(xù)交流電源來使它們起作用的敏感應(yīng)用非常有用。這個長驅(qū)使時間對如圖1所示所代表的大多數(shù)(達86％)電源斷電事故，當(dāng)僅是一個至多達1 0秒的短時外部交流電源斷電發(fā)生，并且當(dāng)交流電源又可供電時，有充足時間對負載提供交流電。當(dāng)輸電線的可用交流電源恢復(fù)時，電動機將迅速加速到它的正常運行速度。如果一個更長時間線路斷電發(fā)生，那么長時間驅(qū)使允許投入備用交流電源操作，比如一臺分開發(fā)動機驅(qū)動的交流發(fā)電機。這樣備用的交流電源產(chǎn)生交流電，傳到電機10的電動機，電機10繼續(xù)產(chǎn)生交流電，供給交流負載，以便正在帶電的負載設(shè)備沒有任何間斷地操作，并且至負載的交流電一直為它所要求的電壓和頻率。同樣非常重要，電動發(fā)電機10的結(jié)構(gòu)在繞組52和52A之間實際上提供完全的電磁隔離，還保持緊湊型兩軸承結(jié)構(gòu)的簡單性。
參考附圖中圖4，一條曲線示出了一臺圖2結(jié)構(gòu)的40馬力(大約30kW)機組在60赫茲交流電操作下所提供的驅(qū)使時間段。這是取自一臺在滿運行速度下以3600轉(zhuǎn)/分鐘操作的兩磁極機組。當(dāng)電動機的交流電源中斷時，本發(fā)明的交流電機在它的速度減小到3000轉(zhuǎn)/分鐘之前，保持對滿40馬力(30kW)負載輸出超過11秒。當(dāng)負載減小到30馬力(大約22.5kW)的使用水平時，在轉(zhuǎn)子減慢到3000轉(zhuǎn)/分鐘之前，維持交流電輸出在15秒以上。在這個驅(qū)使期間中，大約30％的轉(zhuǎn)子動能由此被轉(zhuǎn)換成交流電能量。這些是非常有用的長驅(qū)使時間間隔。如隨后將作詳細說明，圖10表示應(yīng)用這種機組10，以提供機械負載，比如要害鼓風(fēng)機或泵，而同時在電源中斷期間，維持鼓風(fēng)機或泵及相關(guān)電控制裝置的操作持續(xù)10秒或以上。
此外，在操作為一臺電動機發(fā)電機時，電機10能直接與一臺驅(qū)動發(fā)動機聯(lián)合成相對緊湊、可靠和簡單的組件，其中它能在外部交流電源發(fā)生交流電中斷之后，在選擇的時間間隔由該發(fā)動機直接驅(qū)動，由此繼續(xù)從發(fā)電機產(chǎn)生電力，在這樣時段中對負載的電源輸出的頻率或電壓沒有任何中斷或重大變化。此外，機組10的先前交流電動機部件能容易地并且自動地轉(zhuǎn)換成由發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機，并且與一個電路連接，以提供照明或?qū)τ稍冀涣麟娫吹慕涣鞴β柿鞯墓收纤瑯右鹬袛嗟脑O(shè)備提供緊急電源。
參考附圖中圖5，示出了這樣一種緊湊性、便攜式以及自身包容不間斷電源的系統(tǒng)100，它實施了圖2和圖3表示和敘述的多用途電動發(fā)電機10。電機10例如安裝在一個裝配式鋼筋強力底座101上。在底座101上有彈性隔離支持件103，通過它們電機10的底部15用螺栓固定在它上面。一個封閉箱106附著在底座上，并且它包括金屬構(gòu)架部件104、104A、104B、104C和104D，全部焊接、栓接，或者否則就接合入一個強力且牢固的主機構(gòu)架上。外部表面包有鋼皮107或諸如此類的包皮，附著在構(gòu)架部件上，以形成封閉室或箱106。為了提供進入室的方便通路，具體在附圖所見正面和對側(cè)背面，可以在一個或多個壁板上鉸接可鎖定的板或門，在它們與主機構(gòu)架相交的邊緣有柔性襯墊。如圖有些示意所示，左邊壁板有一個大的孔，其中裝配一個可移動的進氣孔108，由一個恒溫控制裝置109操作，以便允許控制數(shù)量的冷卻空氣進入機室。一個放氣孔110安置在右邊對側(cè)壁板上，它也可以有一個恒溫控制裝置109，允許通過了電機10的箱體已被加熱的空氣從機室箱106排出。
發(fā)動機114安裝在附著在電動發(fā)電機10的箱體上的托架112上，它有足夠的功率來驅(qū)動電機10的轉(zhuǎn)子，以便當(dāng)電動機的交流電源中斷時，持續(xù)所選幾秒時間以上，對負載產(chǎn)生滿交流電。發(fā)動機排氣管116通過壁板伸到外部，在那里發(fā)動機排氣能排入一個通風(fēng)孔或排氣管。發(fā)動機114有一個驅(qū)動軸118，它上面固定一個滑輪119。軸123附著在電機10上，并且軸向地與軸73A成一直線，由軸承對1 25支持，并且附著在電可操作離合器124的外表面。附加在軸123端部上的滑輪120通過驅(qū)動皮帶裝置122與滑輪119可驅(qū)動地連接。滑輪120和119的直徑由最優(yōu)發(fā)動機速度和電機10的期望旋轉(zhuǎn)速度的比率確定。
與圖5的起動離合器部分連接的放大視圖表示在電機10的軸端部73A上的離合器部件與驅(qū)動軸123的連接，驅(qū)動軸123安裝在兩個軸承125上。通常軸端部73A旋轉(zhuǎn)，并且可旋轉(zhuǎn)地承載離合器圓盤本身124A這部分，離合器圓盤124A包括軸向可移動的墊124C，正常由彈簧保持在收起位置。因此只有軸73A旋轉(zhuǎn)，并且軸123為靜止。如所示那樣，電可操作部分124有一個靜止的電磁鐵124B，由滾珠軸承支持，當(dāng)用電流通電時，電磁鐵124B產(chǎn)生電磁場，使構(gòu)成124A的離合器面部的墊124C向外移動，并且與離合器部分124的嚙合表面124D進入牢固的磁性吸引接觸狀態(tài)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，離合器與軸123嚙合，并且使軸123得以由軸73A旋轉(zhuǎn)。這種類型的電可操作離合器在市場上可買得到。
除了試驗之外，只要來自電源的交流電操作電機10的電動機，并且電源沒有中斷，電可操作離合器124通常不在嚙合位置，使軸123和滑輪120保持靜止。然而當(dāng)交流電源中斷時，電磁鐵離合器124B能由電控制裝置在任何希望時間間隔通電，并且滑輪120通過軸123立即且牢固地與軸73A連接，并且在它旋轉(zhuǎn)時與之一起旋轉(zhuǎn)。對交流電源的損失，至電機10中交流電動機的與交流輸電線聯(lián)結(jié)的電子傳感器將發(fā)出立即給發(fā)電機的集中繞組提供單相交流電的電控制信號，以便繼續(xù)給負載提供希望電壓、頻率和相位的交流電。在通常將是大約3到10秒范圍內(nèi)的預(yù)選時間間隔之后，并且如果至電動機的交流電源沒有恢復(fù)運行，控制裝置將通電離合器。電動發(fā)電機10轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能量于是將提供起動發(fā)動機所必須的轉(zhuǎn)矩，以便它將旋轉(zhuǎn)電機10的轉(zhuǎn)子，并且因此用它的發(fā)電機繼續(xù)產(chǎn)生負載所需電壓和頻率的交流電。如果在失去電源的交流輸入短暫時間以后，又能從交流電源得到可使用的交流電，電子傳感器將會脫開離合器和發(fā)動機(如果它已經(jīng)起動)，閉合電動機10至交流電源的引線中的開關(guān)，并且交流電動機和它的集中繞組將會立即通電并將加速，并且在短時間之后電機10將以滿速運行。當(dāng)在滿速時，至發(fā)電機和電動機兩者中的集中繞組的單相交流電通常將被斷開。將一直沒有任何間斷或中斷地對負載提供相位電壓和頻率的交流電。
總之，在所有電源中斷中大約90％將不需要發(fā)動機114投入操作。如果交流電源在3到10秒這個起始選擇的時間內(nèi)沒有恢復(fù)，離合器124就通電。滑輪120于是將驅(qū)動皮帶122，并且因此驅(qū)動滑輪119和發(fā)動機軸118，以便旋轉(zhuǎn)發(fā)動機。電控制裝置將同時接通發(fā)動機點火、燃料系統(tǒng)以及調(diào)速器，以便當(dāng)它的軸旋轉(zhuǎn)時發(fā)動機能即刻起動?？扇菀椎孬@得不到1秒的起動時間。這種容易且快速的起動特別可行，因為來自電機10的熱空氣傳給發(fā)動機，并且保持發(fā)動機114和它的潤滑油在使用期間總是熱的，并且因此處在最優(yōu)的起動狀態(tài)。延遲起動時間的好處之一是當(dāng)電源停電僅持續(xù)幾秒時，減小有害的發(fā)動機起動。發(fā)動機可以是空氣冷卻或水冷卻的燃氣發(fā)動機，但是可以使用柴油發(fā)動機或其它原動機。
一個分開的控制柜128附著在柜106的殼體的左邊部分的頂板上。外部交流輸電線電纜130進入該柜，那里安排了開關(guān)、傳感器，以及用于電機10和發(fā)動機114兩者的控制裝置132。在柜128上最好使用一個可鎖定的前門。來自電機10的引線54和54A也進入該柜，其中對電路進行操作的傳感器和開關(guān)決定其操作，并且響應(yīng)交流電源的交流電的中斷和恢復(fù)而起作用。
因為若干理由，可能期望的是在使得離合器124起作用之前，使發(fā)動機部分起動。因為當(dāng)離合器124通電，以使它與通過皮帶122與非旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的軸118連接的非旋轉(zhuǎn)軸124嚙合時，軸70將仍在高速旋轉(zhuǎn)，所以將仍有一個強烈的起始沖擊負載，由離合器124和滑輪經(jīng)受。此外，部分起動的發(fā)動機在滿速運行之前能在某種程度上得到潤滑。為了實現(xiàn)部分起動，例如可以使用一個分開的常規(guī)類型的發(fā)動機起動器，使用12伏的直流電源，供給它的電動機，其中起動器在離合器124通電前大約3秒左右時刻操作。使用電機10的交流電動機部分可以容易地提供起動器電動機的12伏直流電源。當(dāng)外部交流電源中斷，并且傳感器操作線路開關(guān)以切斷其來自交流電源的電源引線54時，起動器50響應(yīng)仍在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子50中的層82中的磁極，自動開始產(chǎn)生交流電壓。當(dāng)電源中發(fā)生電力中斷時，電傳感器編制有程序，以起作用，把引線54A與一個降壓變壓器的電路連接，如圖5A示意所示，那里來自定子50的主繞組的交流電壓通過降壓變壓器中的高壓繞組，并且這樣導(dǎo)致低壓繞組115B例如輸送大約12伏的交流電流，并且這個低電壓在整流器115C中整理，成為整流器輸出引線115D中一個12伏的直流電壓，引線115D與一臺常規(guī)發(fā)動機起動器連接，它有一臺直流電動機，與周知的旋轉(zhuǎn)有齒軸的發(fā)動機起動器齒輪連接，在有齒軸上由離心作用轉(zhuǎn)動一個驅(qū)動齒輪，以與發(fā)動機軸上的小齒輪嚙合，并且因此轉(zhuǎn)動發(fā)動機軸。當(dāng)發(fā)動機達到每分鐘幾百轉(zhuǎn)的速度時，它開始在自己的電源下運行。此刻發(fā)動機起動齒輪自動收回，并且起動電動機可以由電路115D中的一個開關(guān)斷開。發(fā)動機設(shè)置在運轉(zhuǎn)和加速中，于是將使操作離合器124的開關(guān)閉合，并且離合器124對仍在慢轉(zhuǎn)齒輪軸施加滿功率，以使它迅速加速到滿速。
對某些使用恒定交流電源的電氣設(shè)備，可以有利地使用圖5的不間斷電源系統(tǒng)，對這類電氣設(shè)備有時要求一個脈動非常小的附加直流電源。這個要求可以通過在圖5不間斷電源裝置中電機10的軸伸出部分73的端部附著一個如附圖中圖6所示的直流發(fā)電裝置150而得到滿足。裝置150包括一個輪轂部件152，由螺栓或諸如此類的裝置安裝在軸伸出部73的端部，輪轂部件包括徑向延伸的盤154，在它的周邊帶有一個圓筒形轉(zhuǎn)子套筒156。在轉(zhuǎn)子套筒156的內(nèi)表面牢固安裝一個比如是能磁化成大量連續(xù)圓周排列的北磁極和南磁極的鐵氧體的能磁化的永磁材料的相對均勻的厚層158。層158的內(nèi)側(cè)暴露表面是與軸73同軸的圓筒形狀的表面。一個與轉(zhuǎn)子協(xié)同的定子組件通過把一個筒狀環(huán)形的金屬盤161安裝在端罩20上來提供，金屬盤161上安裝了一個環(huán)形套筒160，伸入套筒156內(nèi)不到它的內(nèi)壁的部位。在環(huán)形套筒160的外表面例如安裝一個定子鐵芯162，環(huán)形的多個疊層和粘接的導(dǎo)電鋼片固定在套筒160的外表面，在疊層的外表面163中有多個槽，相對軸線平行延伸或稍微歪斜，電主繞組164安置在槽中。這些槽可以包含如前所述圖3中可操作的53C類似的集中繞組。在鐵芯162的外表面163與層158之間有一個很小的間隙。定子鐵芯可以是單一連續(xù)的疊層組，或者如所示那樣，是兩個(或多個)由間隙分開的分開組，在鐵芯組之間有一隔離層。鐵芯之間的間隙是為了如圖2所示，允許在各個鐵芯上安置與各定子鐵芯50B和50C中分開集中繞組52C(圖3)類似的個別集中繞組。在操作期間，如果在一個集中繞組中的電流相位相對其它集中繞組中的電流相位改變，在轉(zhuǎn)子上的磁化層中的磁極將類似的移位，因此改變總體主繞組164中產(chǎn)生的電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞定子鐵芯162旋轉(zhuǎn)時，層158中交變的北磁極和南磁極將在定子繞組164中產(chǎn)生一個大約為幾百赫茲的高頻交流電，并且這個電流由引線165傳到整流器組件166，它可以包括一系列二極管167，固定在安裝在套筒160的內(nèi)側(cè)表面上的平板導(dǎo)熱環(huán)168上。二極管從定子輸出的多相高頻交流電流產(chǎn)生一個脈動非常小的直流電流輸出，并且兩個或多于兩個的引線170通過電過濾器171，并且然后傳到套筒160之外，至安置在防護性封閉箱174外部的經(jīng)絕緣的電線頭接栓上，箱174安置在端罩20的周邊。轉(zhuǎn)子部分154和156、支持套筒160和盤161、外部箱174以及過濾器171的結(jié)構(gòu)和關(guān)系為極大地減小源自二極管167和繞組164的的電磁輻射。在箱174的端部可以安置冷卻葉片。由二極管167和繞組164產(chǎn)生的熱通過套筒160和圓盤161引導(dǎo)到端罩20A上的冷卻葉片。通過導(dǎo)管178從風(fēng)扇90(圖2)傳給葉片空氣，可以提供附加冷卻。
當(dāng)一個或兩個定子轉(zhuǎn)子對操作為單相電動機時，本發(fā)明的電動發(fā)電機10具有突出的特性。單相電動機從靜止?fàn)顟B(tài)容易以極其低的起動電流起動。而現(xiàn)有技術(shù)單相感應(yīng)電動機在起動時要求一個是滿負載運行電流6到11倍的起動電流，并且這樣起動電流過大，它們能造成嚴重的線電壓降落，以致電力公司拒絕允許大約10馬力(7.5kW)以上的單相交流電動機裝在單相輸電線上。相比之下，本發(fā)明的單相電動機通常將有大約為滿負載運行電流2倍的并行線路起動電流，并且這些電動機還有超過任何已知單相感應(yīng)電動機的運行效率。
為了起動具有本發(fā)明的多用途復(fù)式定子轉(zhuǎn)子對結(jié)構(gòu)的單相交流電動機，可以使用兩個不同的電路配置。在圖7中，圖7A和圖7B說明了這兩種電路。在圖7A中，單相交流電由導(dǎo)線300和302傳到示意表示的電動機304，其繞組包括安排在定子槽中的主繞組306、308和310，以便當(dāng)用交流電適當(dāng)通電時產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。繞組306和310分別直接從線路300和302接受到單相交流電。為了對鐵芯308提供單相交流電，來自線路300的單相交流電由線路311傳到運行電容器313的一端。運行電容器313的另一端通過線路312與電動機的繞組308連接。在電動機操作期間，這個運行電容器31 3通常是與繞組308連接。為了用足夠高的轉(zhuǎn)矩從轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)起動電動機，比運行電容器313具有更大法拉電容量，通常要大2到10倍的起動電容器316一端接受來自線路311的單相交流電，并且這個電容器的另一端通過線路319與線路312連接，并且然后與繞組308連接，在線路319中接入一個速度敏感開關(guān)318。開關(guān)318在電動機正在起動時閉合，并且只有在單相交流電動機的轉(zhuǎn)子達到其同步速度的大約70％到90％之后斷開。適用于這樣操作的速度敏感開關(guān)可得到。換個辦法，可以在轉(zhuǎn)子上使用一個彈簧式的離心開關(guān)，調(diào)節(jié)使它在所選速度時斷開電路。電動機的激磁器或集中繞組320由鐵芯50和50A中的磁場，以及在轉(zhuǎn)子繞過集中繞組320時在轉(zhuǎn)子上的磁性材料層中產(chǎn)生的磁極所通電。集中繞組320在一個包括電路控制開關(guān)322和調(diào)諧電容器324的電路中。當(dāng)轉(zhuǎn)子達到85—90％同步速度時開關(guān)322閉合。集中繞組將接著把能磁化的永磁材料磁化成北磁極和南磁極型式，并且這樣將大大增加電動機轉(zhuǎn)矩，并且當(dāng)電動機達到同步速度時開關(guān)322斷開。
除了在連接到集中繞組320的電路中沒有電容器之外，圖7B表示的電路與圖74的電路基本上相同。在后面這個圖中，從單相線路302引出的引線322送到開關(guān)324的一端，集中繞組320與另一開關(guān)端連接。集中繞組320的另一端通過一條與主繞組306中一個選擇點連接的線路326。從送到線路326的單相交流線路300傳來的電壓的相位和電平由在主繞組中這樣選擇的接觸點調(diào)節(jié)。選擇電壓和相位來磁化轉(zhuǎn)子磁極，以便處在當(dāng)對繞組306、308和310的磁場起反應(yīng)時產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩的位置。有其它廣為所知的主繞組和起動運行電容器的配置，它們能在某些場合可能使用的單相電動機中得到利用。在任何情況下，集中繞組將基本上如所示那樣連接。
包括電動發(fā)電機10的單相交流電動機已用一個或兩個操作為電動機的定子和轉(zhuǎn)子對加以構(gòu)造和試驗。這樣的單相交流電動機已給出了顯著的操作結(jié)果。參考圖8，示出了曲線和表格，把工業(yè)中現(xiàn)有的典型的、常規(guī)的、市場上可買到的單相額定12馬力(大約9kW)的交流電動機的性能與從40馬力(大約30kW)電動機的單相交流電動機，比如按圖2和圖3所示構(gòu)成的電機10而得到的數(shù)據(jù)作了比較。目前，市場上可買到的12馬力電動機在由靜止起動時將從60赫茲230伏的單相線路中汲取262安培電流，并且在其滿速時電動機供應(yīng)12馬力，且汲取的電流為47安培。其最高效率達到85％。其功率因數(shù)為0.82。按照本發(fā)明構(gòu)成的40馬力額定值的單相電動機在240伏時要求240安培的起動電流。在滿速時其電效率超過92％，并且其功率因數(shù)在0.98到1.0的范圍內(nèi)。這些顯著結(jié)果在每個方面都比現(xiàn)今電氣工業(yè)中市場上可買到的單相交流電動機要好。
現(xiàn)今在許多領(lǐng)域中使用本發(fā)明的單相電動機將非常理想。由于這些電動機有非常低的起動電流，所以有許多單相輸電線能有利地使用本發(fā)明的單相電動機，以用于許多應(yīng)用。遠距離油井能通過把單相電動機和單相交流輸電線連接的遠程控制裝置或自動定時開關(guān)，以希望間隔用泵抽油。與昂貴的柴油發(fā)動機，或使用要求相位轉(zhuǎn)換器的三相電動機，或目前要求的三相交流輸電線相比，污水泵、灌溉井、以及用于給高爾夫賽場或諸如此類的場地澆水的井能用現(xiàn)有的單相交流線路，使用本發(fā)明的相對便宜、高效、可靠的單相交流電動機。許多農(nóng)場現(xiàn)有單相交流電，但是目前不能使用大容量電動機，因為在它們所需要的大型號中沒有可靠的低起動電流的單相電動機。本發(fā)明的單相交流電動機使用現(xiàn)有單相輸電線，將會容易且高效地處理這些要求。對許多應(yīng)用，在由發(fā)電機提供或單相或三相電源的同時，由單相交流電源操作圖2設(shè)計的電動機部分的能力同樣非常重要。
有些工業(yè)應(yīng)用不僅要求不間斷電源系統(tǒng)來給負載供給交流電源，而且它們它們還有重要的電動機驅(qū)動的機械負載，需要在電源的交流電中斷之后不間斷地或在一段時間內(nèi)保持運轉(zhuǎn)。有這種雙重需要的一個領(lǐng)域是在燃氣或其它燃料的火爐中，以及在干燥系統(tǒng)中。例如燃氣是在壓力下供給火爐中的燃燒器，并且供風(fēng)扇或鼓風(fēng)機必須操作，以對火爐的燃燒室中的燃燒器沒有任何間斷地穩(wěn)定地提供燃燒空氣，以便燒盡燃氣。如果風(fēng)扇或鼓風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)，并且沒被燃燒的燃氣存在于且仍正在流到燃燒室中，就能形成不希望有的爆炸性混合物，這樣將產(chǎn)生險情。
在圖10中，示出了一個短時的不間斷電源系統(tǒng)200，它能在來自交流電源的交流功率停止流入從那里進入控制裝置206的導(dǎo)線204之后，在典型為10到20秒的時段內(nèi)，對一個重要電負載202提供機械功率以及交流電功率，控制裝置206是通過引線208對包括電動發(fā)電機10的不間斷電源電機200提供交流功率。電機10的軸73例如通過軸上滑輪和連至風(fēng)扇或鼓風(fēng)機上所連滑輪的驅(qū)動皮帶(沒有示出)而與風(fēng)扇或鼓風(fēng)機連接。如果導(dǎo)線204中的交流功率中斷，電動發(fā)電機10中的高旋轉(zhuǎn)慣性將保持軸73旋轉(zhuǎn)，并且風(fēng)扇或鼓風(fēng)機將在許多秒的時間內(nèi)繼續(xù)把空氣引入燃燒室，以保證送到火爐的燃氣的燃燒。在大多數(shù)情況下電源將在達到最低可接受速度之前恢復(fù)，并且燃燒或其它過程繼續(xù)進行而沒有間斷。在這個時段中，與關(guān)鍵負載202關(guān)聯(lián)的控制裝置將得到電力支持，并且如果電源間斷持續(xù)超過10秒左右，能夠終止送至爐子的燃料流，并且空氣流將清除燃燒室。
當(dāng)電動發(fā)電機10的兩個定子轉(zhuǎn)子對操作為復(fù)式交流電動機時，通過某種電路配置，以選擇方式從交流電源對定子繞組施加交流電，能獲得一些希望的操作優(yōu)點。一個這樣的操作優(yōu)點是當(dāng)希望使沖擊起動電流最小時，當(dāng)電動機裝置從靜止起動并且加速到滿速時，能保證安全。所能獲得的另一重要優(yōu)點是當(dāng)復(fù)式電動機電機10與一個非常重的負載連接時，并且需要一個大轉(zhuǎn)矩，以起動該負載，并使它獲得滿速。這樣的重負載在煤和石軋碎機中出現(xiàn)，以及還當(dāng)由電動機操作的燃氣或空氣壓縮機在壓縮空氣或燃氣容器中高壓下操作時，并且電動機必須從靜止?fàn)顟B(tài)下起動時出現(xiàn)。當(dāng)電動機在滿速操作時，當(dāng)控制輸入功率因數(shù)很重要時，第三有利條件得到滿足。
在第一種情況下，即最低起動電流操作時，通過開始僅對一個定子轉(zhuǎn)子對施加交流功率來起動復(fù)式電動機的電動機裝置，并且由此以如果兩個定子和轉(zhuǎn)子對同時通電時大約一半的速率緩慢加速轉(zhuǎn)子。圖11表示完成這種操作的適當(dāng)電路，其中包括例如具有208伏電壓額定值的線路導(dǎo)線L1、L2和L3的三相線路對兩個定子50和50A提供交流電。在這個具體應(yīng)用中，兩個定子同樣纏繞，并且每個包括一個單獨鐵芯，具有三個主繞組和至少一個集中繞組。在起動時，開關(guān)S1、S2及S3為斷開，并且沒有交流電壓供給定子50A。當(dāng)至交流電源線路的主線路開關(guān)(沒有示出)閉合了時，208伏的交流電就供給定子50的三個主繞組，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)和磁滯轉(zhuǎn)矩。在這些起動條件下，從交流輸電線這汲取非常小安培數(shù)的起動電流。轉(zhuǎn)子以如果兩個定子和轉(zhuǎn)子都用交流電通電時所有的正常速率一半的速率加速。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度達到約滿速或同步速的75％以上時，即對兩極電機60赫茲交流輸入時轉(zhuǎn)子大約為2700轉(zhuǎn)/分鐘，開關(guān)S1、S2和S3閉合，以便定子50A中的主繞組通電。當(dāng)轉(zhuǎn)子達到大約同步速的85％至90％時，開關(guān)S4和S5閉合，以便定子中的集中繞組將如先前所述，在其結(jié)合磁性層中并且以增加的感應(yīng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生磁極，由此轉(zhuǎn)子將迅速加速，并且將相當(dāng)快地達到其滿速或同步速。
當(dāng)復(fù)式電動機裝置10必須在重負載下起動時，有利地使用圖12所示的電路。在圖12A中，至定子50和50A的電路示意表示，其中，定子50有三個主繞組A50、B50和C50，而定子50A有三個主繞組A50A、B50A和C50A。對208伏線電壓，如圖12B所示，當(dāng)每對定子以Δ形電路接法串聯(lián)連接時，每個主繞組將纏繞為大約80伏，或總共大約160伏。提供一個電路，以便在起動時三個極開關(guān)將把兩個定子的所有主繞組連接成圖12B的Δ形線路接法。這樣通過所有主繞組產(chǎn)生一個比正常起動電流大的的起動電流，并且這樣通過這個大的旋轉(zhuǎn)磁場與兩個轉(zhuǎn)子的磁性層之間的作用，引起一個非常大的起動轉(zhuǎn)矩，并且這個大的起動轉(zhuǎn)矩將逆著任何合理的重負載轉(zhuǎn)動。起動電流或涌電流必定比正常大，但是它仍將比相同額定值的常規(guī)鼠籠式感應(yīng)電動機的起動電流小得多。轉(zhuǎn)子將加速，并且當(dāng)達到可以設(shè)定為大約90％到100％同步速的預(yù)定速度時，至主繞組線路的三個電極開關(guān)操作到第二位置，以便如圖12C所示，把主繞組連接成Y形接法，并且復(fù)式交流電動機裝置于是將以正常轉(zhuǎn)矩條件操作。當(dāng)轉(zhuǎn)子達到大約其滿運行速度的85％到90％時，兩個定子的集中繞組51和52將用與主繞組中交流電相同頻率的單相交流電通電，以便磁性層82和82A將被磁化成一種將與主繞組的旋轉(zhuǎn)磁場起強烈作用的磁極型式，并且轉(zhuǎn)子將迅速加速達到同步速。根據(jù)希望的具體特性，集中繞組51和52可以用如圖7或圖7A所示繞組320那樣相同的方式連接。當(dāng)用Y形接法連接時，主繞組纏繞為包含的電壓，根據(jù)這個額定208伏電壓例子，當(dāng)在滿速時，電動機能夠以等于1的功率因數(shù)操作。在較低電壓時這將使電動機能以超前功率因數(shù)操作。這后種情況將使電動機對公用輸電線有利，以便補償由常規(guī)感應(yīng)電動機這樣的負載所引起的公用輸電線上的滯后功率因數(shù)。此外，通過對比定子中任何其它集中繞組中的相位，改變一個集中繞組中的相位，定子中由主繞組產(chǎn)生的總反電勢將被更改。這將使輸入功率因數(shù)得到有利地調(diào)節(jié)，以滿足不同的操作條件。
通常僅在電動機起動期間對電機10中任一或兩個電動機定子中的集中繞組供給單相交流電，直到轉(zhuǎn)子達到同步速為止。一旦達到同步速，供給集中繞組的單相交流電就通過斷開圖7中至那里的電路來終止，開關(guān)322斷開，并且在圖11中，開關(guān)S4和S5斷開。至集中繞組的電路中的這些開關(guān)可以由一個根據(jù)達到同步速來操作的傳感器控制。然而，可能希望是每隔一段時間閉合至集中繞組的開關(guān)，以便提供單相交流電，來校正轉(zhuǎn)子磁場，或克服“擺動”或波動的轉(zhuǎn)子速度，并且因此把轉(zhuǎn)子拉回到同步速。集中繞組的這種定時重通電需要僅是一秒左右的短暫時間。
圖11和圖12中的電路以及它們使用的詳細敘述是專門針對用于操作復(fù)式交流電動機結(jié)構(gòu)的三相交流電源而言。然而，當(dāng)對兩個定子的主繞組提供單相交流電時，能獲得類似的利益。圖7所示電路能用于這樣的單相電動機的操作。市場上買得到Y(jié)—Δ形的起動器，它們能用于單相電動機繞組的Y—Δ形的開關(guān)接法。
在研究了圖2所示的電動發(fā)電機的結(jié)構(gòu)之后，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將很明顯，能夠僅利用如圖9所示的一個定子轉(zhuǎn)子對來建造一臺電機。這可能適用于在需要較低額定值的較小電機的地方，然而將會失去以上列舉的用圖2所示復(fù)式定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可獲得的某些重要利益。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1.一種多用途電動發(fā)電機，包括復(fù)式電隔離的定子和具有與每一定子對應(yīng)一個的兩個獨立電轉(zhuǎn)子部件的單個轉(zhuǎn)子裝置，兩個轉(zhuǎn)子部件固定在安裝在一個軸上的單驅(qū)動盤部件上，復(fù)式定子和它們的電轉(zhuǎn)子部件能夠一起操作，或為一臺交流電動機，或為一臺交流發(fā)電機，或為一臺交流電動機發(fā)電機，包括a)一個堅固的金屬外箱，有一個從箱體的一端延伸到另一端的表面光滑的內(nèi)部圓筒形內(nèi)腔，圓筒形內(nèi)腔的壁與其端罩形成一個封閉殼體，b)兩個環(huán)形獨立的定子，各定子有一個固定并支持在腔的內(nèi)端處的箱壁上的內(nèi)端，由此在各定子中產(chǎn)生的熱能流到箱體的壁，各定子有一端從內(nèi)端向內(nèi)伸入圓筒形內(nèi)腔，并且相互之間相對延伸，在它們的端之間有軸向分開間隙，各定子有一個伸過其中的中央軸孔，各定子有一個低損耗磁性材料的圓形鐵芯，具有一個表面中軸向安排有槽的與腔軸同軸的外圓筒形表面，并且在大多數(shù)槽中有主電繞組，以及至少一個鐵芯包含至少一對相鄰的槽，在該對相鄰槽中有集中繞組，至主繞組和至集中繞組的電引線穿過箱體的壁，集中繞組通過它的引線由控制開關(guān)可與單相交流電源連接，并且至主繞組的引線能或與一個交流電源或與一個負載連接，主繞組安排在鐵芯槽中，以當(dāng)由交流電流通電時產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，
c)轉(zhuǎn)子組件包括一個同軸安排在圓筒形腔之內(nèi)，并且從腔的一端延伸到另一端的轉(zhuǎn)子軸，用于能旋轉(zhuǎn)地支持轉(zhuǎn)子軸的軸承，這些軸承固定在腔的端部處的箱壁上，至少軸的一端延伸到箱體的外部，轉(zhuǎn)子軸通過兩個定子的中央軸孔，那里相互之間有一個留隙空間，一個圓形金屬驅(qū)動盤部件固定在軸上，并且在定子之間軸向分開空間徑向外延伸，驅(qū)動盤有一個外周邊，接近箱體的圓筒形內(nèi)腔，并且那里相互之間有一個留隙空間，兩個圓筒形套筒，一個套筒固定在驅(qū)動盤部件的周邊的一側(cè)，在箱體的內(nèi)腔與套筒的外表面之間有一個小的留隙空間，各套筒伸過并環(huán)繞一個定子鐵芯，各套筒的內(nèi)表面有一個低抗磁力磁性材料的圓筒形層固定其上，各層有一個圓筒形的內(nèi)暴露表面，其上固定一個能磁化的永磁材料的層，具有一個暴露的內(nèi)圓筒表面，大體上以相互之間有一小的旋轉(zhuǎn)留隙空間，與相鄰定子鐵芯表面的外圓筒表面共同擴張且精密平行，各定子由圓形金屬驅(qū)動盤部件和圓筒形轉(zhuǎn)子套筒和軸的組件，與其它定子電與磁隔離，并且該組件包括一個高旋轉(zhuǎn)慣性的本體，以及d)多用途電動發(fā)電機，其特征在于任一或兩對定子鐵芯和它相鄰的轉(zhuǎn)子可操作為(1)一臺交流電動機，此時至主繞組的引線與一個交流電源連接，并且在定子中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，以及至集中繞組的引線與一個和該交流電源相同頻率的單相交流電源連接，并且通過集中繞組的交流電流足以強烈地磁化集中繞組安置其中的相鄰槽之間的鐵芯部分，以使足夠強度的北和南磁極交替變化，以把鄰近其旋轉(zhuǎn)的能磁化的永磁材料的層磁化成交替和順序變化的北和南磁極，該磁極將與相鄰定子中的旋轉(zhuǎn)磁場起反應(yīng)，以使轉(zhuǎn)子從靜止下或在同步旋轉(zhuǎn)速度之下時迅速達到且保持在同步速，或(2)任一或兩對定子和它們聯(lián)合的轉(zhuǎn)子操作為一臺交流發(fā)電機，此時至集中繞組的引線通過受控制的開關(guān)與一個負載所希望頻率相同頻率的單相交流電源連接，對集中繞組供給足夠強的單相交流電流，以磁化相鄰槽之間的定子鐵芯部分，以使足夠強度的北和南磁極交替變化，以把鄰近其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的能磁化材料的層磁化成交替順序變化的北和南磁極，以便在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，它將產(chǎn)生與定子中主電繞組中激磁繞組中相同頻率的交流電勢，由此該交流電勢將從這些繞組由引線傳到負載，以及(3)該電機可操作為一臺電動機發(fā)電機，一個定子轉(zhuǎn)子對操作為一臺交流電動機，用于驅(qū)動另一個操作為一臺交流發(fā)電機的定子轉(zhuǎn)子對的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子組件的高旋轉(zhuǎn)慣性，使得當(dāng)至該電動機定子的外部交流功率中斷時，該交流發(fā)電機組能夠在延長的時段內(nèi)對負載產(chǎn)生希望頻率的交流電，2.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中具有一個從一端延伸到另一端的表面光滑的圓筒形內(nèi)腔的堅固金屬外箱包括具有中央孔的端罩，固定在箱體各端以形成一個封閉殼體，以及兩個環(huán)形獨立的定子各固定并支持在一個端罩上，各定子伸入箱體，各定子鐵芯牢固地安裝在一個具有中央軸向開口的環(huán)形定子支座上，并且環(huán)形支座的外表面與其端罩的內(nèi)表面符合，并固定在端罩上，以便從定子鐵芯傳來的熱能容易地傳入定子支座，并且然后傳到端罩，端罩中的孔、定子支座中的軸向開口以及定子中的中央孔大體上同軸，并且圓形軸承安排在定子支座的中央軸向開口的內(nèi)側(cè)里，其外軸承圈安排在一個固定在端罩上并且裝配在定子支座中的可移動軸承支持架部件中，以及轉(zhuǎn)子組件包括一個可旋轉(zhuǎn)軸，其各端支持在安裝在定子支座中的可移動支持架部件中的環(huán)形軸承中，軸從一個端罩延伸到另一個端罩，并且至少一個軸端通過軸承伸出到端罩的外部，軸承之間的軸的外表面包括一個第一部分，與定子支座中圓形內(nèi)側(cè)部分以一個選擇的間隙距離分開，軸的接連部分穿過定子中的中央孔，以及在分開定子的軸向空間處有高旋轉(zhuǎn)慣性的部件固定在轉(zhuǎn)子軸上，這些高旋轉(zhuǎn)慣性部件包括徑向延伸的金屬驅(qū)動盤部件，其周邊延伸到箱體的內(nèi)腔，在那里之間有一個小的留隙空間，兩個圓筒形套筒牢固連接，金屬驅(qū)動盤部件的周邊的各側(cè)一個，在套筒的外表面與箱體的內(nèi)腔之間保持一個小的旋轉(zhuǎn)留隙空間，并且這樣間隙比軸與定子支座的肩部之間的間隙稍大。
3.權(quán)利要求2的多用途電動發(fā)電機，其中定子支座包括一個空心軸，有一個相對大的外端表面，精密地與端罩孔所相鄰的端罩的內(nèi)側(cè)表面符合，并且空心軸用相符合的表面以牢固接觸固定在所述端罩上，以便熱可以容易地從心軸流到端罩，心軸中的空心是圓筒形狀，完全通過那里延伸到一個內(nèi)端，兩個心軸的內(nèi)端相互同軸，并且由一個間隙分開，定子鐵芯安裝在心軸上，它們的外側(cè)與心軸的較大內(nèi)端表面緊密接觸，并且環(huán)形定子的孔與心軸延伸通過鐵芯以同時用于支持和獲得從定子到心軸良好熱流動的較小直徑緊密接觸，心軸具有固定其上的保持裝置，以便定子鐵芯牢固地保持且上，與端罩相鄰的心軸空心部分包含一個可移動的軸承保持架部件，其中軸承的外座圈安置并保持在適當(dāng)位置，定子的外表面與心軸的圓形空心同軸。
4.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中各定子轉(zhuǎn)子組的一對或兩對起一臺交流發(fā)電機作用，其中改進為這樣產(chǎn)生交流電的定子鐵芯組件包括兩個分開的部分，其一部分軸向比另一部分寬，在部分之間有一軸向間隙，以及槽成直線排列，以便相同主繞組穿過兩個鐵芯部分的槽，一個分開的能磁化的永磁材料的層與各定子部分大體上成徑向擴張，在各部分中有分開的集中繞組，以便與通過另一集中繞組的同樣頻率的單相交流電相比，在一個部分中的一個集中繞組中能通過不同移相相位的單相交流電，因此使各集中繞組能夠在其相鄰層中產(chǎn)生一個磁極型式，可以從另一層中的磁極型式移來，以便在主繞組中產(chǎn)生的交流電壓可以控制或改變。
5.權(quán)利要求2的多用途電動發(fā)電機，其中在一個伸出端罩壁之外的軸端部，固定一個直流發(fā)電機部件，包括一個可與軸旋轉(zhuǎn)的相對大的圓盤，并且在它的周邊固定一個低抗磁力磁性材料的圓筒形殼體，與軸同軸并在內(nèi)部向箱體延伸，一個固定在殼體的內(nèi)壁的能磁化的永磁材料的層，該層有一個與軸同軸的暴露的圓筒形表面，組合式圓盤，圓筒形殼體以及形成發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的磁性材料的固定層，定子與這個轉(zhuǎn)子磁性協(xié)作，轉(zhuǎn)子由一個較小直徑的圓筒形殼體組成，牢固地固定在箱體端壁上，并且伸入到轉(zhuǎn)子殼體中不到圓盤的位置，較小殼體的外圓筒表面上牢固地固定有低抗磁力和低電與磁損耗磁性材料的帶槽的定子鐵芯，有一個圓筒形的暴露外表面，接近轉(zhuǎn)子上磁化材料層并與之同軸延伸，在那里有一旋轉(zhuǎn)留隙空間，在定子的外表面上的槽中安排有電繞組，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子上的磁化了的永磁材料的層繞定子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生交流電壓，在殼體上固定一個護罩部件并且封閉了轉(zhuǎn)子和定子，在較小殼體的內(nèi)壁與軸之間有一圓形間隙，并且在這個間隙中安排了電整流元件和電濾波元件，固定在殼體的壁上，從定子繞組來的引線引至該電整流和濾波元件，以使得能夠產(chǎn)生被整流的直流電流，并且來自整流和濾波裝置的引線穿過護罩壁，把整流電流傳到一個負載，并且濾波元件、較小直徑圓殼體、圓盤以及外部圓殼體提供電與磁屏蔽，以限制由整流器和繞組產(chǎn)生的電磁輻射的漏出。
6.權(quán)利要求5的電動發(fā)電機，其中在直流發(fā)電機部件的定子的槽中安置集中繞組和用于給集中繞組提供單相交流電的引線，由此在它旋轉(zhuǎn)通過集中繞組時，集中繞組能在能磁化的磁性材料的層中產(chǎn)生北磁極和南磁極的型式。
7.一種不間斷電源系統(tǒng)，能夠從易遭中斷及電壓和頻率不規(guī)則的交流電源接收交流電，并且該不間斷電源系統(tǒng)能夠?qū)σ粋€負載提供不間斷的受控制的交流電壓和頻率，該不間斷電源系統(tǒng)包括權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中一個定子和其聯(lián)合的轉(zhuǎn)子操作為一臺交流電動機，此時其至主繞組的引線通過一個具有對交流電源的不穩(wěn)定交流電作出響應(yīng)的傳感器所可以操作的開關(guān)的電路連接，并且其集中繞組引線通過一個受控制的開關(guān)與交流電源頻率相同的單相交流電連接到交流電源，而另一對定子轉(zhuǎn)子裝置起一臺交流發(fā)電機作用，并且其集中繞組的引線通過一個受控制的開關(guān)與一個負載所希望的頻率的單相交流電源連接，并且主繞組使其伸出引線與該負載連接，以及a)安裝在一個支座上的電動發(fā)電機殼體，具有與此連接的離合器裝置的耦合裝置安裝在軸延伸到端罩外的軸的一端，控制裝置，只要可從電源得到穩(wěn)定的交流功率以操作電動機，就可用于操作離合器以使軸端不受耦合裝置約束地轉(zhuǎn)動，開關(guān)裝置，操作性地與交流電動機的引線連接，電傳感器控制裝置，當(dāng)來自電源的交流電發(fā)生電力中斷或其它禁止使用的故障時，對至電動機的引線中的交流電流作出響應(yīng)，能夠迅速操作最新所述的開關(guān)裝置，以中斷引線中的交流電流，b)一臺也是安裝在支座上的發(fā)動機，該發(fā)動機具有使發(fā)動機能夠起動并且使它加速到希望速度的控制裝置，該發(fā)動機具有可與耦合裝置連接的功率輸出軸，以便當(dāng)離合器起動時，它能夠由電動機發(fā)電機的軸驅(qū)動，c)電傳感器控制裝置，當(dāng)與電源連接的引線中的交流電發(fā)生故障或中斷時起作用，結(jié)果引起至電動機的可使用的交流電流的中斷，同時使發(fā)動機控制裝置通電，并且起動離合器，以便發(fā)動機的軸與電動機發(fā)電機的軸操作性地耦合，由此電動機發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能量傳到該軸，并且將迅速地轉(zhuǎn)動發(fā)動機，由此使發(fā)動機起動并迅速加速到滿操作速度，并把發(fā)電機拉回到正常速度，以便它將繼續(xù)產(chǎn)生希望電壓和頻率的交流電，在發(fā)動機起動前瞬間和發(fā)動機起動期間，當(dāng)來自電源的正常交流電可使用時，控制裝置同樣都起作用，以操作離合器和耦合裝置，以拆開發(fā)動機軸并關(guān)閉發(fā)動機，并且同時把至電動機的引線與交流電源重新連接，對負載的希望電壓和頻率的交流電流沒有間斷，系統(tǒng)能夠沒有電池組而能夠操作。
8.權(quán)利要求7的不間斷電源系統(tǒng)，其中一個外殼環(huán)繞并保護電動機發(fā)電機和發(fā)動機，該外殼包括用于從電動機發(fā)電機引導(dǎo)熱空氣的裝置，以傳到發(fā)動機，以保持發(fā)動機在希望的溫度，以便能夠迅速起動并加速到滿速。
9.權(quán)利要求7的不間斷電源系統(tǒng)，其中一個包括一個相對低電壓的發(fā)動機起動器，直流起動器發(fā)動機和一個聯(lián)合的齒輪裝置固定在發(fā)動機軸上，當(dāng)對起動器發(fā)動機供給直流電流時，可操作這樣裝置，一個包括交流到直流整流器的電路，一個降壓變壓器，降壓變壓器的低壓繞組在具有整流器的電路中，以及其高壓繞組在包含一個電可操作開關(guān)的具有電動發(fā)電機的交流電動機的主繞組的電路中，這樣開關(guān)為斷開，只要從電源至電動機的交流功率的流沒有中斷，并且沒有禁止使用的故障發(fā)生，并且操作性地與交流電動機連接的傳感器和開關(guān)裝置沒有操作，以中斷至電動機的交流功率的流，然而，依據(jù)這樣至電動機的開關(guān)裝置的操作來拆開至交流功率源的電動機引線，同時電動機轉(zhuǎn)子仍在以高速旋轉(zhuǎn)，在從電源至此的交流功率斷開之后，電動機轉(zhuǎn)子的主繞組將產(chǎn)生交流電，以及依據(jù)通過大約2到5秒的選擇延遲時間，電可操作開關(guān)閉合，以便從電動機的主繞組輸出的交流電力將被引導(dǎo)到降壓變壓器，并且從變壓器結(jié)果產(chǎn)生的低壓交流電被整流成直流，它將被引導(dǎo)到起動器發(fā)動機，起動器發(fā)動機將自動轉(zhuǎn)動發(fā)動機軸，以使發(fā)動機起動。
10.權(quán)利要求7的不間斷電源系統(tǒng)，其中電控制裝置包括定時裝置，在來自交流電源的可使用的交流功率流中斷之后，在它使發(fā)動機控制裝置通電并起動離合器之前，能設(shè)定成一個選擇的時間，并且在這個選擇的時間段內(nèi)起作用，當(dāng)來自電源的可使用交流功率恢復(fù)時，閉合開關(guān)，以便對電動機恢復(fù)這樣可使用的交流電的流動，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)慣性使希望電壓和頻率的交流電在這個選擇時間段內(nèi)連續(xù)地并且沒有任何間斷地傳送，而發(fā)動機沒有起動。
11.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中當(dāng)各定子中的主繞組從交流電源接受交流電時，兩個定子和它們聯(lián)合的電轉(zhuǎn)子起一臺復(fù)式交流電動機的作用，其中改進是電路可與交流電源以及各定子中的主繞組連接，當(dāng)這樣通電并與聯(lián)合的轉(zhuǎn)子中的能磁化磁性材料的層起作用，以起動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，各定子中的主繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該電路在引至一個定子的部分中包括開關(guān)裝置，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子從靜止起動時用于操作所述開關(guān)裝置的裝置，以便當(dāng)電路與交流電源連接，當(dāng)電機起動時，只有單個定子從電源接到交流電，以便非常低的涌起動電流流入電機，并且轉(zhuǎn)子加速，直到它達到其正常滿速的大約75％以上為止，在那上面電路中的開關(guān)裝置閉合，并且電源輸出的交流功率還供給另一個定子，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子達到大約85％到90％滿速時，單相交流電供給兩個定子中的集中繞組，以便集中繞組把兩個轉(zhuǎn)動定子中的永磁材料的那個層磁化成北磁極和南磁極型式，這個磁極型式將與兩個定子中的旋轉(zhuǎn)磁場起強烈反應(yīng)，以便轉(zhuǎn)子將迅速加速到同步速，在這個同步速點至集中繞組的交流電源被拆開，由此至電機的定子的涌電流在這樣起動期間總是保持在低水平。
12.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中兩對定子和它們聯(lián)合的轉(zhuǎn)子起一臺交流電動機作用，其中兩個定子的主繞組各個加以纏繞以向那里施加交流功率源輸出的50％到70％的線電壓，并且串聯(lián)連接，以及相對引至另一個定子中的集中繞組的單相交流電的相位，用于改變集中繞組中的單相交流電的相位的裝置，由此改變由串聯(lián)定子繞組產(chǎn)生的反電勢，并且因此在滿速操作時改變電動機的功率因數(shù)。
13.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中第一定子與一個交流電源連接，以及第二定子與一個負載連接，其中在至第一定子的主繞組的引線的電路中放入一個開關(guān)，在失去來自交流電源的可使用交流電之后用于迅速操作該開關(guān)的裝置，以當(dāng)它不正常工作時中斷來自交流電源的電路，來自第一定子的引線與一個能夠把交流功率供給照明和輔助電氣設(shè)備的電路連接，這些設(shè)備可以與電動發(fā)電機鄰接，以便它們將繼續(xù)運行，同時由第二定子對負載連續(xù)供給交流功率。
14.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中兩對定子轉(zhuǎn)子操作為一臺電動機，并且定子的主繞組串聯(lián)連接，其中改進在于定子上的集中繞組各在一個用于相對第二集中繞組中的交流電的相位來移相一個集中繞組的單相交流電的相位的裝置所連接的電路中，并且因此使一個磁性層中的北和南磁極能夠相對另一個磁性層中的磁極移位，并且因此改變相同主繞組中的反電勢，并且因此更改電動發(fā)電機10的輸入功率因數(shù)。
15.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中兩個定子和它們聯(lián)合的電轉(zhuǎn)子當(dāng)它們各個定子的主繞組從交流電源接受交流電時起一臺復(fù)式交流電動機作用，各主繞組設(shè)計成當(dāng)主繞組串聯(lián)連接時在等于60％到70％電源電壓的一個電壓下操作，在一個重負載下從靜止條件起動期間，用于從電機產(chǎn)生一個非常高的轉(zhuǎn)矩的改進包括一個可與交流電源和各定子中的主繞組連接的電路，當(dāng)用交流電通電時主繞組在各定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場將與其聯(lián)合轉(zhuǎn)子中的能磁化磁性材料的層起反應(yīng)，以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，該電路具有把一個定子中的各主繞組與另一個定子中的對應(yīng)主繞組串聯(lián)連接的裝置，以及用于連接這些繞組以在現(xiàn)在串聯(lián)的兩個定子的主繞組之間提供Δ形接法的開關(guān)裝置，由此在主繞組中產(chǎn)生高電流，并且因此在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生強有力的轉(zhuǎn)矩和其相對強大的加速，以及電路中可操作的裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)子速度達到一個預(yù)定速度時，把兩個定子串聯(lián)連接的主繞組連接成Y形接法，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子大約達到其同步速的85％到90％時，用和施加到主繞組相同頻率的單相交流電對兩個定子中的集中繞組通電，以便把其聯(lián)合轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子上的能磁化永磁材料層磁化成一個北和南磁極的型式，它將與主繞組的旋轉(zhuǎn)磁場強烈反應(yīng)，以把轉(zhuǎn)子加速到同步速。
權(quán)利要求
1.一種多用途電動發(fā)電機，包括復(fù)式隔離的定子和具有與每一定子對應(yīng)一個的兩個獨立電轉(zhuǎn)子部件的單個轉(zhuǎn)子裝置，兩個轉(zhuǎn)子部件共用一個單驅(qū)動盤部件，并且復(fù)式定子和電轉(zhuǎn)子部件能夠一起操作，或為一臺交流電動機，或為一臺交流發(fā)電機，或為一臺交流電動機發(fā)電機，包括a)一個堅固的金屬外箱，有一個從一端延伸到另一端的表面光滑的圓筒形內(nèi)腔，以及具有中央孔的固定在箱體的各端以形成一個封閉殼體的端罩，b)兩個環(huán)形獨立的定子，各個固定并支持在一個端罩上，定子沿軸向伸入箱體，并且相互之間相對延伸，相互之間有軸向間隙且分開它們的內(nèi)端，各定子有一個中央軸孔，并且包括一個低損耗磁性材料的圓形鐵芯的組件，各定子鐵芯具有表面上有槽的外圓筒形表面，并且主電繞組安排在大多數(shù)槽中，以及至少一個鐵芯包含至少一個集中繞組，各集中繞組安置在至少一對相鄰槽中，并且至主繞組和至集中繞組的引線穿過殼體的壁，各定子鐵芯牢固地安裝在具有一個中央軸向開孔的環(huán)形定子支座上，并且環(huán)形支座的外表面與其端罩的內(nèi)表面符合，并且固定在端罩上，以便從定子鐵芯傳來的熱能容易地傳人定子支座，并且然后傳到端罩，端罩中的孔、定子支座中的軸向開孔，以及定子中的中央孔大體上同軸，并且圓形軸承安排在定子支座的中央軸向開孔的內(nèi)側(cè)里，其外軸承圈安排在一個固定在端罩上且裝配在定子支座中的可移動軸承保持架部件中，c)一個轉(zhuǎn)子組件，包括一個可旋轉(zhuǎn)的軸，其各端支持在定子支座中可移動軸承保持架部件中所安裝的圓形軸承中，該軸從一個端罩延伸到另一個端罩，并且至少一個軸端通過軸承伸出到端罩的外部，軸承之間軸的外表面包括一個第一部分，與定子支座中圓形內(nèi)側(cè)部分隔開一個選擇的間隙距離，軸的接連部分穿過定子中的中央孔，以及在分開定子的軸向空間處有固定在軸轉(zhuǎn)子上的具有高旋轉(zhuǎn)慣性的部件，這些高旋轉(zhuǎn)慣性部件包括一個徑向延伸的金屬驅(qū)動盤部件，其周邊伸到箱體的內(nèi)腔，那里相互之間有一小的留隙空間，兩個圓筒套筒牢固連接，金屬驅(qū)動盤部件的周邊的每側(cè)一個，在套筒的外表面與箱體的內(nèi)腔之間保持一個小的旋轉(zhuǎn)留隙空間，這樣間隙比軸與定子支座的肩部之間的間隙稍大，各套筒伸過并環(huán)繞一個定子鐵芯，各套筒的內(nèi)表面有一個低抗磁力磁性材料的圓筒形層固定其上，各層有一個圓筒形的內(nèi)暴露表面，其上固定一個能磁化的永磁材料的層，具有一個暴露的內(nèi)圓筒表面，大體上以相互之間有一小的旋轉(zhuǎn)留隙空間，與相鄰定子鐵芯表面的外圓筒表面共同擴張且精密平行，各定子由圓形金屬驅(qū)動盤部件和圓筒形轉(zhuǎn)子套筒和軸，與其它定子電與磁隔離，以及d)任一個或兩個鐵芯和它相鄰轉(zhuǎn)子可操作為(1)一臺電動機，此時它的至主繞組的引線與交流電源連接，并且至集中繞組的引線通過一個受控制的開關(guān)，與該交流電源相同頻率的單相交流電源連接，或(2)一臺交流發(fā)電機，此時其至集中繞組的引線通過一個受控制的開關(guān)，與該發(fā)電機交流功率輸出所希望的頻率的單相交流電連接，并且軸被旋轉(zhuǎn)，以及(3)兩個定子和它們相鄰轉(zhuǎn)子可同時操作，一個定子連接為一臺電動機，另一個定子連接為一臺交流發(fā)電機。
2.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中定子支座包括一個空心軸，有一個相對大的外端表面，精密地與端罩孔所相鄰的端罩的內(nèi)側(cè)表面符合，并且空心軸用相符合的表面以牢固接觸固定在所述端罩上，以便熱可以容易地從心軸流到端罩，心軸中的空心是圓筒形狀，完全通過那里延伸到一個內(nèi)端，兩個心軸的內(nèi)端相互同軸，并且由一個空間分開，定子鐵芯安裝在心軸上，它們的外側(cè)與心軸的較大內(nèi)端表面緊密接觸，并且環(huán)形定子的孔與心軸延伸通過鐵芯以同時用于支持和獲得從定子到心軸良好熱流動的較小直徑緊密接觸，心軸具有固定其上的保持裝置，以便定子鐵芯牢固地保持其上，與端罩相鄰的心軸空心部分包含一個可移動的軸承保持架部件，其中軸承的外座圈安置并保持在適當(dāng)位置，定子的外表面與心軸的圓形空心同軸。
3.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中各定子轉(zhuǎn)子組的一對或兩對起一臺交流發(fā)電機作用，其中改進為這樣產(chǎn)生交流電的定子鐵芯組件包括兩個分開的部分，其一部分軸向比另一部分寬，在部分之間有一軸向間隙，以及槽成直線排列，以便相同主繞組穿過兩個鐵芯部分的槽，一個分開的能磁化的永磁材料的層與各定子部分大體上成徑向擴張，在各部分中有分開的集中繞組，以便與通過另一集中繞組的同樣頻率的單相交流電相比，在一個部分中的一個集中繞組中能通過不同移相相位的單相交流電，因此使各集中繞組能夠在其相鄰層中產(chǎn)生一個磁極型式，可以從另一層中的磁極型式移來，以便在主繞組中產(chǎn)生的交流電壓可以控制或改變。
4.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中在一個伸出端罩壁之外的軸端部，固定一個直流發(fā)電機部件，包括一個可與軸旋轉(zhuǎn)的相對大的圓盤，并且在它的周邊固定一個低抗磁力磁性材料的圓筒形殼體，與軸同軸并在內(nèi)部向箱體延伸，一個固定在殼體的內(nèi)壁的能磁化的永磁材料的層，該層有一個與軸同軸的暴露的圓筒形表面，組合式圓盤，圓筒形殼體以及形成發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的磁性材料的固定層，定子與這個轉(zhuǎn)子磁性協(xié)作，轉(zhuǎn)子由一個較小直徑的圓筒形殼體組成，牢固地固定在箱體端壁上，并且伸入到轉(zhuǎn)子殼體中不到圓盤的位置，較小殼體的外圓筒表面上牢固地固定有低抗磁力和低電與磁損耗磁性材料的帶槽的定子鐵芯，有一個圓筒形的暴露外表面，接近轉(zhuǎn)子上磁化材料層并與之同軸延伸，在那里有一旋轉(zhuǎn)留隙空間，在定子的外表面上的槽中安排有電繞組，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子上的磁化了的永磁材料的層繞定子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生交流電壓，在殼體上固定一個護罩部件并且封閉了轉(zhuǎn)子和定子，在較小殼體的內(nèi)壁與軸之間有一圓形間隙，并且在這個間隙中安排了電整流元件和電濾波元件，固定在殼體的壁上，從定子繞組來的引線引至該電整流和濾波元件，以使得能夠產(chǎn)生被整流的直流電流，并且來自整流和濾波裝置的引線穿過護罩壁，把整流電流傳到一個負載，并且濾波元件、較小直徑圓殼體、圓盤以及外部圓殼體提供電與磁屏蔽，以限制由整流器和繞組產(chǎn)生的電磁輻射的漏出。
5.權(quán)利要求4的電動發(fā)電機，其中在直流發(fā)電機部件的定子的槽中安置集中繞組和用于給集中繞組提供單相交流電的引線，由此在它旋轉(zhuǎn)通過集中繞組時，集中繞組能在能磁化的磁性材料的層中產(chǎn)生北磁極和南磁極的型式。
6.一種不間斷電源系統(tǒng)，能夠從易遭中斷及電壓和頻率不規(guī)則的交流電源接受交流電，并且該不間斷電源系統(tǒng)能夠?qū)σ粋€負載提供不間斷的受控制的交流電壓和頻率，該不間斷電源系統(tǒng)包括權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中一個定子和其聯(lián)合的轉(zhuǎn)子操作為一臺交流電動機，此時其至主繞組的引線通過一個具有對交流電源的不穩(wěn)定交流電作出響應(yīng)的傳感器所可以操作的開關(guān)的電路連接到交流電源，并且其集中繞組引線通過一個受控制的開關(guān)與交流電源頻率相同的單相交流電連接，而另一對定子轉(zhuǎn)子裝置起一臺交流發(fā)電機作用，并且其集中繞組的引線通過一個受控制的開關(guān)與一個負載所希望的頻率的單相交流電源連接，并且主繞組使其伸出引線與該負載連接，以及a)安裝在一個支座上的電動發(fā)電機殼體，具有與此連接的離合器裝置的耦合裝置安裝在軸延伸到端罩外的軸的一端，控制裝置，只要可從電源得到穩(wěn)定的交流功率以操作電動機，就可用于操作離合器以使軸端不受耦合裝置約束地轉(zhuǎn)動，開關(guān)裝置，操作性地與交流電動機的引線連接，電傳感器控制裝置，當(dāng)來自電源的交流電發(fā)生電力中斷或其它禁止使用的故障時，對至電動機的引線中的交流電流作出響應(yīng)，能夠迅速操作最新所述的開關(guān)裝置，以中斷引線中的交流電流，b)一臺也是安裝在支座上的發(fā)動機，該發(fā)動機具有使發(fā)動機能夠起動并且使它加速到希望速度的控制裝置，該發(fā)動機具有可與耦合裝置連接的功率輸出軸，以便當(dāng)離合器起動時，它能夠由電動機發(fā)電機的軸驅(qū)動，c)電傳感器控制裝置，當(dāng)與電源連接的引線中的交流電發(fā)生故障或中斷時起作用，結(jié)果引起至電動機的可使用的交流電流的中斷，同時使發(fā)動機控制裝置通電，并且起動離合器，以便發(fā)動機的軸與電動機發(fā)電機的軸操作性地耦合，由此電動機發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能量傳到該軸，并且將迅速地轉(zhuǎn)動發(fā)動機，由此使發(fā)動機起動并迅速加速到滿操作速度，并把發(fā)電機拉回到正常速度，以便它將繼續(xù)產(chǎn)生希望電壓和頻率的交流電，在發(fā)動機起動前瞬間和發(fā)動機起動期間，當(dāng)來自電源的正常交流電可使用時，控制裝置同樣都起作用，以操作離合器和耦合裝置，以拆開發(fā)動機軸并關(guān)閉發(fā)動機，并且同時把至電動機的引線與交流電源重新連接，對負載的希望電壓和頻率的交流電流沒有間斷，系統(tǒng)能夠沒有電池組而能夠操作。
7.權(quán)利要求6的不間斷電源系統(tǒng)，其中一個外殼環(huán)繞并保護電動機發(fā)電機和發(fā)動機，該外殼包括用于從電動機發(fā)電機引導(dǎo)熱空氣的裝置，以傳到發(fā)動機，以保持發(fā)動機在希望的溫度，以便能夠迅速起動并加速到滿速。
8.權(quán)利要求6的不間斷電源系統(tǒng)，其中一個包括一個相對低電壓的發(fā)動機起動器，直流起動器發(fā)動機和一個聯(lián)合的齒輪裝置固定在發(fā)動機軸上，當(dāng)對起動器發(fā)動機供給直流電流時，可操作這樣裝置，一個包括交流到直流整流器的電路，一個降壓變壓器，降壓變壓器的低壓繞組在具有整流器的電路中，以及其高壓繞組在包含一個電可操作開關(guān)的具有電動發(fā)電機的交流電動機的主繞組的電路中，這樣開關(guān)為斷開，只要從電源至電動機的交流功率的流沒有中斷，并且沒有禁止使用的故障發(fā)生，并且操作性地與交流電動機連接的傳感器和開關(guān)裝置沒有操作，以中斷至電動機的交流功率的流，然而，依據(jù)這樣至電動機的開關(guān)裝置的操作來拆開至交流功率源的電動機引線，同時電動機轉(zhuǎn)子仍在以高速旋轉(zhuǎn)，在從電源至此的交流功率斷開之后，電動機轉(zhuǎn)子的主繞組將產(chǎn)生交流電，以及依據(jù)通過大約2到5秒的選擇延遲時間，電可操作開關(guān)閉合，以便從電動機的主繞組輸出的交流電力將被引導(dǎo)到降壓變壓器，并且從變壓器結(jié)果產(chǎn)生的低壓交流電被整流成直流，它將被引導(dǎo)到起動器發(fā)動機，起動器發(fā)動機將自動轉(zhuǎn)動發(fā)動機軸，以使發(fā)動機起動。
9.權(quán)利要求6的不間斷電源系統(tǒng)，其中電控制裝置包括定時裝置，在來自交流電源的可使用的交流功率流中斷之后，在它使發(fā)動機控制裝置通電并起動離合器之前，能設(shè)定成一個選擇的時間，并且在這個選擇的時間段內(nèi)起作用，當(dāng)來自電源的可使用交流功率恢復(fù)時，閉合開關(guān)，以便對電動機恢復(fù)這樣可使用的交流電的流動，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)慣性使希望電壓和頻率的交流電在這個選擇時間段內(nèi)連續(xù)地并且沒有任何間斷地傳送，而發(fā)動機沒有起動。
10.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中當(dāng)各定子中的主繞組從交流電源接受交流電時，兩個定子和它們聯(lián)合的電轉(zhuǎn)子起一臺復(fù)式交流電動機的作用，其中改進是電路可與交流電源以及各定子中的主繞組連接，當(dāng)這樣通電并與聯(lián)合的轉(zhuǎn)子中的能磁化磁性材料的層起作用，以起動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，各定子中的主繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該電路在引至一個定子的部分中包括開關(guān)裝置，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子從靜止起動時用于操作所述開關(guān)裝置的裝置，以便當(dāng)電路與交流電源連接，當(dāng)電機起動時，只有單個定子從電源接到交流電，以便非常低的涌起動電流流入電機，并且轉(zhuǎn)子加速，直到它達到其正常滿速的大約75％以上為止，在那上面電路中的開關(guān)裝置閉合，并且電源輸出的交流功率還供給另一個定子，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子達到大約85％到90％滿速時，單相交流電供給兩個定子中的集中繞組，以便集中繞組把兩個轉(zhuǎn)動定子中的永磁材料的那個層磁化成北磁極和南磁極型式，這個磁極型式將與兩個定子中的旋轉(zhuǎn)磁場起強烈反應(yīng)，以便轉(zhuǎn)子將迅速加速到同步速，在這個同步速點至集中繞組的交流電源被拆開，由此至電機的定子的涌電流在這樣起動期間總是保持在低水平。
11.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中兩對定子和它們聯(lián)合的轉(zhuǎn)子起一臺交流電動機作用，其中兩個定子的主繞組各個加以纏繞以向那里施加交流功率源輸出的50％到70％的線電壓，并且串聯(lián)連接，以及相對引至另一個定子中的集中繞組的單相交流電的相位，用于改變集中繞組中的單相交流電的相位的裝置，由此改變由串聯(lián)定子繞組產(chǎn)生的反電勢，并且因此在滿速操作時改變電動機的功率因數(shù)。
12.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中供給主繞組和至集中繞組的引線單相交流電，由此電機將操作為一臺高效單相交流電動機，在一個主繞組的電路中有電容器，以便主繞組將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在至集中繞組的引線中有一個轉(zhuǎn)子速度響應(yīng)開關(guān)，當(dāng)主繞組單獨通電以起動電動機期間，在轉(zhuǎn)子速度至少達到大約同步速的80％到90％之后，該轉(zhuǎn)子速度響應(yīng)開關(guān)在起動期間操作允許單相交流電接至集中繞組，在滿速時斷開至集中繞組的單相交流電源，電動機可容易地在單位功率因數(shù)下操作。
13.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中第一定子與一個交流電源連接，以及第二定子與一個負載連接，其中在至第一定子的主繞組的引線的電路中放入一個開關(guān)，在失去來自交流電源的可使用交流電之后用于迅速操作該開關(guān)的裝置，以當(dāng)它不正常工作時中斷來自交流電源的電路，來自第一定子的引線與一個能夠把交流功率供給照明和輔助電氣設(shè)備的電路連接，這些設(shè)備可以與電動發(fā)電機鄰接，以便它們將繼續(xù)運行，同時由第二定子對負載連續(xù)供給交流功率。
14.權(quán)利要求1的電動發(fā)電機，其中兩對定子轉(zhuǎn)子操作為一臺電動機，并且定子的主繞組串聯(lián)連接，其中改進在于定子上的集中繞組各在一個用于相對第二集中繞組中的交流電的相位來移相一個集中繞組的單相交流電的相位的裝置所連接的電路中，并且因此使一個磁性層中的北和南磁極能夠相對另一個磁性層中的磁極移位，并且因此改變相同主繞組中的反電勢，并且因此更改電動發(fā)電機10的輸入功率因數(shù)。
15.權(quán)利要求1的多用途電動發(fā)電機，其中兩個定子和它們聯(lián)合的電轉(zhuǎn)子當(dāng)它們各個定子的主繞組從交流電源接收交流電時起一臺復(fù)式交流電動機作用，各主繞組設(shè)計成當(dāng)主繞組串聯(lián)連接時在等于60％到70％電源電壓的一個電壓下操作，在一個重負載下從靜止條件起動期間，用于從電機產(chǎn)生一個非常高的轉(zhuǎn)矩的改進包括一個可與交流電源和各定子中的主繞組連接的電路，當(dāng)用交流電通電時主繞組在各定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場將與其聯(lián)合轉(zhuǎn)子中的能磁化磁性材料的層起反應(yīng)，以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，該電路具有把一個定子中的各主繞組與另一個定子中的對應(yīng)主繞組串聯(lián)連接的裝置，以及用于連接這些繞組以在現(xiàn)在串聯(lián)的兩個定子的主繞組之間提供Δ形接法的開關(guān)裝置，由此在主繞組中產(chǎn)生高電流，并且因此在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生強有力的轉(zhuǎn)矩和其相對強大的加速，以及電路中可操作的裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)子速度達到一個預(yù)定速度時，把兩個定子串聯(lián)連接的主繞組連接成Y形接法，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子大約達到其同步速的85％到90％時，用和施加到主繞組相同頻率的單相交流電對兩個定子中的集中繞組通電，以便把其聯(lián)合轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子上的能磁化永磁材料層磁化成一個北和南磁極的型式，它將與主繞組的旋轉(zhuǎn)磁場強烈反應(yīng)，以把轉(zhuǎn)子加速到同步速。
全文摘要
本發(fā)明包括一種多用途交流電動發(fā)電機(10)，它包括隔離的復(fù)式定子(50和50B和50C)，各兩個集中繞組(53C)可用單相交流電通電，并且主繞組(53)和單個高慣性套筒(75)和驅(qū)動盤(74和74A)連接在一個轉(zhuǎn)子軸(70-73A)上。套筒包含獨立的電轉(zhuǎn)子(80和80A)，與各定子對應(yīng)一個。各轉(zhuǎn)子有一個能磁化永磁材料的最內(nèi)部的層(82)，在該層中定子中的集中繞組產(chǎn)生一個與主繞組的旋轉(zhuǎn)磁場起反應(yīng)的希望型式的磁極。該電機能起a)一臺同步交流電動機作用，或者b)一臺恒定頻率輸出的復(fù)式交流發(fā)電機作用，或者c)一臺具有長驅(qū)使時間的交流電動機發(fā)電機組的作用。一種不間斷電源系統(tǒng)(100)包括取電動機發(fā)電機組形式的電機(10)，具有把發(fā)動機(114)連接在轉(zhuǎn)子軸(73A)上以起動發(fā)動機的離合器裝置(124)。
文檔編號H02K47/04GK1130960SQ94193346
公開日1996年9月11日 申請日期1994年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月8日
發(fā)明者小約翰·F·羅伊塞爾, 龍尼·J·巴伯 申請人:精密電力設(shè)備公司