專(zhuān)利名稱(chēng)：交、直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種直流發(fā)電機(jī)。
目前的現(xiàn)有技術(shù)中，直流發(fā)電機(jī)普遍采用換向裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，換向器使用壽命有限而維護(hù)保養(yǎng)不便，且電機(jī)的發(fā)電功率與電壓均較低。
本發(fā)明提供了一種無(wú)換向器的直流發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的交、直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，在電機(jī)內(nèi)部裝設(shè)有啟動(dòng)磁極，啟動(dòng)磁極由永磁材料制成或者由有獨(dú)立直流電源供電的電磁鐵構(gòu)成，啟動(dòng)磁極僅裝設(shè)在定子上或僅裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上；電機(jī)內(nèi)部包含有直流繞組和多相對(duì)稱(chēng)交流繞組兩類(lèi)繞組；當(dāng)啟動(dòng)磁極裝設(shè)在定子上時(shí)，直流繞組也僅繞制在定子上，相應(yīng)地多相對(duì)稱(chēng)交流繞組即僅繞制在轉(zhuǎn)子上，此時(shí)電機(jī)構(gòu)成啟動(dòng)極靜止式交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)；當(dāng)啟動(dòng)磁極裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上時(shí)，直流繞組也僅繞制在轉(zhuǎn)子上，相應(yīng)地多相對(duì)稱(chēng)交流繞組即僅繞制在定子上，此時(shí)電機(jī)構(gòu)成啟動(dòng)極旋轉(zhuǎn)式交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)；電機(jī)的多相對(duì)稱(chēng)交流繞組在電機(jī)內(nèi)部本身短接構(gòu)成閉合回路；為了控制電機(jī)工作時(shí)多相對(duì)稱(chēng)交流繞組中流通的電流強(qiáng)度及限制繞組溫升，可在各相繞組中串接入阻值適當(dāng)?shù)碾娮杌蚩勺冸娮瑁浑姍C(jī)的直流繞組外接輸出端子連接負(fù)載；為了調(diào)控電機(jī)工作時(shí)直流繞組中流通的電流強(qiáng)度，可在直流繞組的輸出端子之間與負(fù)載相并聯(lián)接入阻值適當(dāng)?shù)碾娮杌蚩烧{(diào)電阻。
現(xiàn)結(jié)合電機(jī)的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程進(jìn)一步說(shuō)明其結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，電機(jī)內(nèi)部已經(jīng)本身短接構(gòu)成回路的多相對(duì)稱(chēng)繞組因切割啟動(dòng)磁極在定子內(nèi)腔空間建立的磁場(chǎng)而感應(yīng)產(chǎn)生的多相對(duì)稱(chēng)交流電流，該電流在定子內(nèi)腔空間建立的是沿圓周傳播的空間脈振磁場(chǎng)波，這是本發(fā)明的關(guān)鍵所在，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，多相對(duì)稱(chēng)繞組流通多相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)所建立的是在空間三百六十度傳播的脈振磁場(chǎng)波，該磁場(chǎng)波的磁場(chǎng)的磁力線在空間位置上并不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，只是其幅值和方向隨時(shí)間發(fā)生改變，宏觀上在圓周形成一列三百六十度傳播的橫波，即此空間圓周脈振磁場(chǎng)波。所謂旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)質(zhì)上即此磁場(chǎng)波，即此空間圓周波動(dòng)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的實(shí)質(zhì)是波動(dòng)磁場(chǎng)，它僅是磁場(chǎng)的幅值在圓周上依次傳播，磁場(chǎng)本身和磁場(chǎng)的磁力線并未轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，當(dāng)有繞組元件在此空間圓周脈振磁場(chǎng)波的磁場(chǎng)中的位置與其幅值相重合并同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，元件邊的導(dǎo)體并不是不切割該磁場(chǎng)及磁力線，而是將切割該磁場(chǎng)及磁力線而感應(yīng)產(chǎn)生方向衡定且量值最大的直流電勢(shì)。在本發(fā)明的交、直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)中，為實(shí)現(xiàn)這一要求，作了如下設(shè)計(jì)直流繞組在定、轉(zhuǎn)子上的繞制，其繞制方向與啟動(dòng)磁極的直軸正交，在多相對(duì)稱(chēng)交流繞組的各相繞組中與前述已接入的電阻串聯(lián)再接入容量適當(dāng)?shù)碾娙莼蚩烧{(diào)電容；多相對(duì)稱(chēng)繞組中串入電容是為了改善交流繞組的內(nèi)功率因數(shù)角，令COS＝1，或近似等于1。這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下持續(xù)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)內(nèi)部閉合的多相對(duì)稱(chēng)繞組中流通多相對(duì)稱(chēng)交流電流并在定子內(nèi)腔空間建立起如上所述的空間圓周波動(dòng)磁場(chǎng)，與波動(dòng)磁場(chǎng)的幅值的位置重合并與幅值同速旋轉(zhuǎn)的元件繞組切割磁場(chǎng)磁力線而感應(yīng)產(chǎn)生直流電勢(shì)，當(dāng)該繞組即直流繞組攜帶負(fù)載或聯(lián)入電阻構(gòu)成通路流通直流電流，即在空間建立起一個(gè)直流繞組磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與啟動(dòng)極磁場(chǎng)方向基本一致而相疊加，對(duì)啟動(dòng)極磁場(chǎng)起助磁作用而合成一更強(qiáng)的磁場(chǎng)，電機(jī)的多相對(duì)稱(chēng)交流繞組由于獲得了更強(qiáng)的勵(lì)磁而產(chǎn)生的電勢(shì)和電流更強(qiáng)，它對(duì)直流繞組的影響也進(jìn)一步加強(qiáng)，如此反復(fù)循環(huán)，當(dāng)負(fù)載功率與電機(jī)的輸入功率平衡時(shí)，這一過(guò)程即達(dá)到穩(wěn)定；調(diào)整電機(jī)交流繞組中串入的電阻和電容，或者調(diào)整在直流繞組的輸出端與負(fù)載相并聯(lián)的電阻，即可隨時(shí)調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于啟動(dòng)磁極是由外接獨(dú)立直流電源供電的電磁鐵構(gòu)成的電機(jī)，還可以通過(guò)調(diào)整啟動(dòng)磁極的勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
為方便理解本發(fā)明的動(dòng)態(tài)工作原理，現(xiàn)結(jié)合對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析作一輔助說(shuō)明。本發(fā)明的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中流通三相對(duì)稱(chēng)正弦交流電流，三相對(duì)稱(chēng)繞組建立起三個(gè)在空間上按正弦規(guī)律分布在時(shí)間上按正弦規(guī)律變化的脈振磁場(chǎng)，因?yàn)槎ㄗ永@組本身不旋轉(zhuǎn)，各繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也不會(huì)旋轉(zhuǎn)；但由于三相繞組流通的交流電流在時(shí)間上按相序依次達(dá)到最大值，且三相繞組在空間上又是按相序?qū)ΨQ(chēng)繞制，則三相繞組各自所建立的磁場(chǎng)就會(huì)在空間圓周的六個(gè)方向上依次出現(xiàn)各自的幅值，這正如在水面上由質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)而形成的一列沿平面?zhèn)鞑サ乃?，三相繞組在空間三百六十度建立的三個(gè)磁場(chǎng)依次振動(dòng)而形成了一列沿圓周傳播的空間圓周脈振磁場(chǎng)波。根據(jù)對(duì)此磁場(chǎng)波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的三相繞組的影響作互感分析所得結(jié)果，完全符合使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的要求。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子正是由于此波動(dòng)磁場(chǎng)的波動(dòng)在轉(zhuǎn)子繞組中感生的電流而獲得電磁轉(zhuǎn)矩的。從嚴(yán)格上說(shuō)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)包括感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)兩類(lèi)。靜止時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中只存在互感和自感作用的感生電動(dòng)勢(shì)分量而無(wú)切割磁力線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)分量。一旦異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的拖動(dòng)下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，其對(duì)磁場(chǎng)磁力線的切割才開(kāi)始發(fā)生。但切割產(chǎn)生的動(dòng)生電勢(shì)動(dòng)卻是一種負(fù)向轉(zhuǎn)矩分量，它與感生電動(dòng)勢(shì)的方向相反。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子達(dá)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，其轉(zhuǎn)子繞組中的感生電動(dòng)勢(shì)即消減為零，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)消減為零，此時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中只表現(xiàn)為切割磁力線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)并且是一種衡定的直流量，電機(jī)也就可以構(gòu)成一種直流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的交、直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，正是利用這一原理，依據(jù)這一分析設(shè)計(jì)的。
本發(fā)明的交、直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，由于利用交、直流繞組的互勵(lì)作用實(shí)現(xiàn)直流發(fā)電，省卻了直流電機(jī)通常采用的換向器，所以減化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，改善了電機(jī)性能，使電機(jī)的使用維護(hù)均較為方便，并可以制造大功率、高電壓的直流發(fā)電機(jī)。
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的工作原理和結(jié)構(gòu)特征作進(jìn)一步說(shuō)明。
附

圖1是空間圓周脈振磁場(chǎng)波的形成過(guò)程分析圖附圖2是三相對(duì)稱(chēng)繞組的三相電勢(shì)圖附圖3是啟動(dòng)極旋轉(zhuǎn)式交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的徑向剖面示意圖；附圖4是圖3所示電機(jī)的定子鐵芯及沖片圖；附圖5是圖3所示電機(jī)的兩種轉(zhuǎn)子模型圖；附圖6是啟動(dòng)極靜止式交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的徑向剖面示意圖；附圖7是圖6所示電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯沖片圖；附圖8是交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)內(nèi)部勵(lì)磁原理圖。
附圖1描述了三相對(duì)稱(chēng)繞組流通三相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)在一個(gè)周期的七個(gè)瞬間三相繞組所各自建立的磁場(chǎng)的變化情況。從圖中可以看出，在從a-g的過(guò)程中，各相繞組所建立的磁場(chǎng)都在各自的空間方位上振動(dòng)，在一個(gè)周期的不同時(shí)刻，沿逆時(shí)針?lè)较蚋飨嗬@組所建立的磁場(chǎng)依次達(dá)到各自的正向或反向最大值，從而在宏觀上形成一列在空間三百六十度傳播的磁場(chǎng)波。所謂旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)質(zhì)上是磁場(chǎng)進(jìn)行脈振所形成的波在旋轉(zhuǎn)，或說(shuō)波沿旋轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行傳播，而構(gòu)成該磁場(chǎng)波的各個(gè)分磁場(chǎng)并未轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，當(dāng)有導(dǎo)體與該磁場(chǎng)波沿圓周方向同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，將切割該磁場(chǎng)波的磁場(chǎng)磁力線而感應(yīng)產(chǎn)生衡定的直流電動(dòng)勢(shì)。這即是本發(fā)明的工作原理。參照?qǐng)D2可以幫助理解圖1所分解的過(guò)程。
附圖3是啟動(dòng)極旋轉(zhuǎn)式交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的徑向剖面示意圖，圖3-1是定子，3-2轉(zhuǎn)子，3-3直流繞組，3-4啟動(dòng)磁極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子鐵芯中繞制的三相對(duì)稱(chēng)繞組在定子內(nèi)腔空間建立起圓周脈振磁場(chǎng)波，直流繞組切割磁場(chǎng)波的磁場(chǎng)而感應(yīng)產(chǎn)生直流電勢(shì)。
交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯均應(yīng)由硅鋼片沖槽疊制。附圖4是圖3所示電機(jī)的定子鐵芯沖片及組裝圖。圖4-a為圓形沖片，4-b為扇形沖片，4-c是定子鐵芯組裝圖。
附圖5是圖3所示電機(jī)的兩種轉(zhuǎn)子模型，圖5-a在轉(zhuǎn)子的軸端特設(shè)了一個(gè)啟動(dòng)磁極，圖5-b所示的轉(zhuǎn)子的大齒即啟動(dòng)磁極。
附圖6是啟動(dòng)極靜止式交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的徑向剖面示意圖，圖6-1為啟動(dòng)磁極，6-2直流繞組，6-3轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子上繞制著多相對(duì)稱(chēng)交流繞組。附圖7為圖6所示電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯沖片。
附圖8是為說(shuō)明交、直流互勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的內(nèi)部勵(lì)磁原理而繪制的，在一部交、直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，相當(dāng)于有兩部電機(jī)，只不過(guò)交流發(fā)電機(jī)的多相對(duì)稱(chēng)繞組在電機(jī)內(nèi)部本身短接構(gòu)成閉合回路，利用繞組中流通的交流電流為直流發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁；直流發(fā)電機(jī)在向外輸出電能的同時(shí)又為交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電進(jìn)行勵(lì)磁。圖中的多相對(duì)稱(chēng)繞組中串入電容是為了提高交流發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，令COS＝1，或盡量接近于1。
權(quán)利要求
1.一種交直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，其特征是在電機(jī)內(nèi)部裝設(shè)有啟動(dòng)磁極，啟動(dòng)磁極由永磁材料制成或者由有獨(dú)立直流電源供電的電磁鐵構(gòu)成，啟動(dòng)磁極僅裝設(shè)在定子上或僅裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上；電機(jī)內(nèi)部包含有直流繞組和多相對(duì)稱(chēng)交流繞組兩類(lèi)繞組；當(dāng)啟動(dòng)磁極裝設(shè)在定子上時(shí)，直流繞組也僅繞制在定子上，相應(yīng)地多相對(duì)稱(chēng)交流繞組即僅繞制在轉(zhuǎn)子上；當(dāng)啟動(dòng)磁極裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上時(shí)，直流繞組也僅繞制在轉(zhuǎn)子上，相應(yīng)地多相對(duì)稱(chēng)交流繞組即僅繞制在定子上；直流繞組在定、轉(zhuǎn)子上的繞制，其繞制方向與啟動(dòng)磁極的直軸正交(附圖3)；電機(jī)的多相對(duì)稱(chēng)交流繞組在電機(jī)內(nèi)部本身短接構(gòu)成閉合回路，電機(jī)的直流繞組外接輸出端子連接負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于為了控制電機(jī)工作時(shí)多相對(duì)稱(chēng)繞組中流通的電流強(qiáng)度及限制繞組溫升，可在各相繞組中串接入阻值適當(dāng)?shù)碾娮杌蚩勺冸娮琛?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其特征在于為了提高多相對(duì)稱(chēng)交流繞組的內(nèi)功率因數(shù)令COS＝1，或盡量接近于1，可在多相對(duì)稱(chēng)交流繞組的各相繞組中串接入容量適當(dāng)?shù)碾娙莼蚩烧{(diào)電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于為了調(diào)整直流繞組中流通的電流強(qiáng)度，可在直流繞組的輸出端之間與負(fù)載相并聯(lián)接入阻值適當(dāng)?shù)碾娮杌蚩烧{(diào)電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于對(duì)于啟動(dòng)磁極是由外接獨(dú)立直流電源供電的電磁鐵構(gòu)成的電機(jī)，可以通過(guò)調(diào)整啟動(dòng)磁極的勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于電機(jī)的直流繞組的鐵芯可由剩磁較強(qiáng)的材料制作而取代啟動(dòng)磁極，電機(jī)由直流繞組鐵芯的剩磁磁場(chǎng)啟動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電機(jī)，其特征在于定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯均由導(dǎo)磁率較高的薄硅鋼片沖槽疊制而成。
全文摘要
本發(fā)明提供的交直流互勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，利用多相對(duì)稱(chēng)繞組流通多相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)在空間建立的圓周脈振磁場(chǎng)波，令與該磁場(chǎng)波同步旋轉(zhuǎn)的繞組元件切割該磁場(chǎng)波的磁場(chǎng)而感應(yīng)產(chǎn)生直流電壓和直流電流，再利用該直流電壓和電流為多相對(duì)稱(chēng)繞組的交流發(fā)電進(jìn)行勵(lì)磁，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)換向器的交直流互勵(lì)式直流發(fā)電。由于省略了換向裝置，使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，運(yùn)行維護(hù)較為方便，可廣泛應(yīng)用于直流發(fā)電機(jī)的各種應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02K19/30GK1161595SQ9710055
公開(kāi)日1997年10月8日 申請(qǐng)日期1997年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月31日
發(fā)明者張寧寧 申請(qǐng)人:張寧寧