专利名称：微动力三相交流发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机，特别是三相交流发电机。
公知的三相交流发电机，转子磁铁运动产生旋转磁场切割定子电枢产生交变电流。
公知的这种发电机，由于磁路特性感生电流产生的磁通方向总是指向转子的运动方向，其磁力的大小无法被削弱，能量转换符合守恒条件。电枢反应，此齿效应不能减小。冷却和绝缘不能用变压油浸泡也十分困难，难以发出与电网一致的超高电压。
本发明的目的旨在提供一种磁通量变化感生电势的微动力三相交流发电机。所述发电机能量转换不符合守恒条件，输出电功率远大于输入机械功率，只宜做发电机不宜做电动机。并且无电枢反应，齿槽效应小，定子线圈和铁心浸泡在变压油中进行冷却与绝缘，从而可发出与电网一致的超高电压直接并入电网。所述发电机具有很好的使用效果。
为了实现上述目的，本发明的方案为所设计的微动力三相交流发电机仍由定子和转子组成。定子铁心间隔对称分布首与首连接、尾与属连接成双环形变压器状，导线绕在其间铁心上。在绕线的铁心处再增加数个连续气隙以增大磁路的磁阻。气隙中用不导磁、不导电、耐温和机械强度大的胶，将相邻铁心粘合成整体。定子铁心的内环由V型槽将各相呈犬牙相错状态分开。在定子内环两端用C型档圈连接在机壳上，其闭合空壳中加变压油，用散热片外散热。
这样，定子A、B、C三相是相差120°的独立电感线圈，感生电流的磁路似变压器磁路，感生电流产生的磁通在转子磁通的同一磁路上。感生电流使A、B、C三相为电磁铁，其相磁通量减小时与转子相吸，其相磁通量增大时与转子相斥。感生电流产生阻力矩是由该磁力与转子的位相差引起。感生电流产生的磁力大小由磁路的磁阻决定。其相感生相同安匝数，磁路磁阻大时，产生的对转子的磁力小，从而机械功率也小；磁阻小时，产生的对转子磁力大，从而机械功率也大。因此，磁路增加磁阻后，发电机输出相同电功率需要机械功率小，能量转换不守恒，输出电功率远大于输入机械功率。
按照上述方案，本发明的微动力三相交流发电机有别于公知技术的三相交流发电机。下面结合图示和一对磁极的实施例对方案进行详细说明。
图一为一对磁极微动力三相同步交流发电机实施例。
图二为一对磁极微动力三相同步交流发电机立式外冷实施例。
图中①为转子磁体；②为转子励磁线圈；③为定子铁心；④为定子线圈；⑤为定子机壳；⑥为变压油；⑦为定子线圈处铁心增加的气隙；⑧为空管散热片；⑨为C形油封圈。
在图一中，线圈②绕在转子①侧。线圈励磁后转子成稳恒电磁铁产生稳恒磁通。转子磁铁最宜为超导磁铁。
定子铁心③首与首连接尾与尾连接呈内外两个网环，其6个铁心对称分布，相邻铁心之间相差60°。线圈④间隔绕在铁心上。线圈④处的铁心断开成多个气隙⑦。三个线圈绕制方向一致，其进线抽头为A、B、C三相，三相的出线并联在一起为公共零线0。A、B、C相位差120°。每相也可绕两个线圈④，其线圈既能串连接又能并联接。
相与相之间在内环上由V型槽分开。V型槽是各相通过转子磁通的分界线。
当转子沿反时针转动时，A相磁通量减小，C相磁通量增大，根据右手螺旋定则可知，感生电势的方向与转子的运动方向无关，只与磁通量变化的大小和方向有关。电势变化的规律与现行发电机一致。
根据电感的特点，电流落后电势90°。因此，电流变化的规律与现行发电机相比，除电流落后该位相90°外其它相同。
发电机能量转换不守恒，是超出现有技术范畴的新的提法，难以被认识，为了区分公知技术，便于说明能量守恒的问题，将没有气隙⑦的机器称为“新型三相交流发电机”。
一、公知的“导线切割磁力线感生电势”的发电机完全符合能量守恒的条件。感生磁通方向在转子运动方向上。
根据电磁感应定律电势ε＝磁通密度B×导线长度L×导线运动速度υ。
电功率P1＝电势ε×电流强度1，即电功率P1＝ε1＝BLυ1。
根据磁场对电流的作用力电流在磁场中产生的力F＝磁通密度B×导线长度L×电流强度I。
磁力的功率P2＝力F×速度υ，即磁力的功率P2＝Fυ＝BLυI即P1＝P2＝BLυI P1＝P2正是能量守恒定律所要求的。
电流做功的因素也就是电流产生磁力做功的因素，是能量守恒的原因。它与转子的磁动势、发电机的空损和磁路的性质无关。
二、“新型三相交流发电机”不符合能量守恒的条件其感生电流的磁路似变压器磁路，感生磁通方向与转子磁通方向一致，与转子运动方向垂直。感生电流产生的阻力矩，是由位相的磁力差引起。
根据电磁感应公式新型三相交流发电机有效电势ε＝4.44×磁通密度B×磁路截面积S×频率f×匝数N。
电功率P’1＝电势ε×电流强度I，即电功率P’1＝εI＝4.44BSfNI。
根据磁铁吸引含铁(磁铁)公式磁力F＝气密度B2×总和磁极面积S除以2倍绝对导磁率u0。
根据刚体力的功率P21＝力F×sina×转子半径R×角速度ω。
刚体力的功率P21＝FsinaRω，即磁力的功率P21＝B12S÷(2u0)×sinaRωκ，κ为结构转换系数。
P11≠P214.44BSfNI≠B12S÷(2u0)×sinaRωκ。
新型机电功率P11不等于感生电流磁力做的功率P21，不符合能量守恒条件，为微动力机输出电功率大于输入机械功率提供了可能。
三、为了便于说明微动力三相交流发电机输出电功率大于输入机械功率，现与结构几何尺寸、角速度和瞬时位相完全相同，只磁路磁阻和转子磁动势不同的新型三相交流发电机作参照，进行比较予以说明。
设两者瞬时磁极与A相对应的面积都为S.S＝0.008米2，总面积S＝2S＝0.016米2，A相匝数N，N＝240匝，输出电流I，I＝5安。两者不同处新型机磁路磁阻Rm1，Rm1-37500安2/牛米，转子磁动势εm1，εm1＝1800安匝微动力机磁路磁阻Rm2，Rm2＝3Rm1＝1125000安2/千米，转子磁动势εm2，εm2＝3Rm1＝5400安匝。
在新型机和微动力机电流产生的磁力做的功率P＝FsinaRωκ中，力F是两者的变量，其余sinaRωκ都相同。因此，只计算各自磁力F，然后将sinaRωκ代入进行比较。
根据磁路定理φB＝εm÷Rm 又B＝φB÷S F＝SB2÷(2u0)
1、新型三相交流发电机A相空载磁通量φB＝εm1÷Rm1＝1800安÷375000安2/牛米＝0.0048牛米/安(韦)。
空载时定子与转子间的气隙磁通密度B＝φB÷S＝0.0048牛米/安÷0.008米2＝0.6牛/安米(特)。
空载时转子对A相的吸引力F＝SB2÷(2u0)＝0.016米2×0.6牛/安米÷(2×4×3.14×10-7牛/安米)＝2293牛。
A相感生电流产生的磁动势使磁路磁通量增加，电流为5安时，A相的磁通量φB1，φB1＝(εm1+NI)÷Rm1＝(1800安+240×5安)÷375000安2/牛米＝0.008牛米/安(韦)。
A相定子与转子间气隙磁通密度B1＝φB1÷S-0.008牛米/安÷0.008米2＝1牛/安米(特)。
A相负载电流5安时，转子对A相的总吸引力F1，F1＝SB2÷(2u0)＝
÷(2×4×3.14×10-7牛/安米)＝6369牛。
A相5安电流对转子产生的吸引力F2，F2＝F1-F＝6369牛-2293牛＝4076牛。
其磁力做的功率p2′＝4076sinaRωκ(牛米/秒)。
2、微动力三相交流发电机空载A相磁通量φB＝εm2÷Rm2＝5400÷1125000韦＝0.0048韦。
空载时定子与转子间的气隙磁通密度B＝φB÷S＝0.0048÷0.008特＝0.6特。
空载时转子对A相的吸引力F＝SB2÷(2u0)＝(0.016×0.62)÷(2×4×3.14×10-7)＝2293牛。
A相感生电流产生的磁动势使磁路磁通量增加，电流为5安时，A相的转子间气隙磁通量φB2，φB2＝(εm2+NI)÷Rm2＝(5400+240×5)÷1125000韦＝0.0059韦。
A相定子与转子间气隙磁通密度B2＝φB2÷S＝0.0059÷0.008特＝0.73特。
A相负载电流5安时，转子对A相的总吸引力F0，F0＝SB2÷(2u0)＝(0.016×0.732)÷(2×4×3.14×10-7)牛＝3394牛。
A相5安电流对转子产生的吸引力F3，F3＝F0-F＝3394牛-2293＝1101牛其磁力做的功率P31＝1101sinaRωκ(牛米/秒)3、由于新型机空载A相的磁通量0.0048韦，微动力机空载A相的磁通量也是0.0048韦，根据上面的已知条件，很容易计算出此时新型三相交流发电机A相输出电功率等于微动力三相交流发电机A相输出电功率。
然而，相等的输出电功率所需的机械功率不相同，新型机P21为4076 sinaRωκ，微动力机P31为1101sinaRωκ，新型机是微动力机的3倍。假定新型机符合能量守恒条件，那么微动力机输出电功率是输入机械功率的3倍。
4、我们可以这样理解，A相感生电流产生的能量，经定子与转子间的气隙对转子释放的叫外能，它需要外来机械力克服。定子铁心磁阻的损耗是内能不对外做功。A相电流产生同等能量，经定子铁心增大磁阻而大幅增大内能损耗后，外能相对减小，所需外来机械能亦减小，从而输出电功率远大于输入机械功率。
还可以这样理解，空心线圈产生的磁力小，当线圈中有铁心时，相同安匝电流产生的磁力比空心时大的多。新型机A相犹如实心线圈，铁心增加气隙后的微动力机介于空心与实心之间。因此，A相输出相同电功率，微动力机比新型机需要外能小的多，从而输出电功率远大于输入外来机械功率。
四、机器只能将一种能量转换成另一种能量，而不能产生和消灭能量。微动力机输出电功率大于输入机械功率，那么，多余的能量是那里来的。
这个问题涉及到对磁能的认识。现在电磁学认为，磁场能是内能保守能，是不能做功的，其数量等于磁场强度H，磁感应强度B和体积V乘积的一半。凡提及磁能转化为电能或转化为机械能，很自然地认为违背能量守恒定律。
我认为磁能是势能，是可以转化为机械能和电能的。其数值等于磁动势εm，磁通密度B和磁极面积S乘积的一半。即磁能W，W＝1/2εmBS，与体积无关。
结合前面的计算来看磁能与机械能、电能的关系。
新型三相交流发电机转子磁能W1，W1＝1/2εm1BS。
微动力三相交流发电机转子磁能W2，W2＝1/2εm2BS＝3W1。
微动力三相交流发电机的电能是输入机械能的3倍。
所以W1∶W2＝机械能∶电能。即W1×电能＝W2×机械能。
可见磁能W1是产生一定功率电能的最小基本能量。如转子实际磁能W2等于基本磁能W1时，发电机机械能等于电能，W2大于W1时，机械能小于电能，W2小于W1时，机械能大于电能。
微动力三相交流发电机是将磁能转化为电能的机器。
在图二中，C型油档圈⑦内连接在定子铁心内环，外连接在定子机壳上，这样，铁心③的内环、油档圈⑦，定子机壳⑤与空管散热片⑧构成一个腔体，其中加变压油⑥，则铁心③线圈④和机壳⑤被变压油浸泡。当铁心和线圈产生的热量使变压油温升而对流，经空管散热片⑧和机壳⑤对外散热。同时线圈④也被变压油⑥浸泡绝缘。
权利要求
一、微动力三相交流发电机是变压器与发电机两者结合在一起的磁通量变化感生电势的发电机。定子铁心首与首连接尾与尾连接成双环型变压器状，等分对称分布在两环中间。A、B、C三相输出线圈集中绕在定子铁心上，位相差120°。除定子与转子间的气隙外，再在定子线圈处的铁心上增加数个气隙以增大磁路磁阻。转子磁铁在定子内环中转动，A、B、C三相依次感生交变电流。感生电流产生的磁通方向指向圆心，磁通使位相产生磁力差而形成阻力矩，需外能克服。增加的定子气隙使磁路的磁阻成倍增大，损耗感生磁动势使感生电流产生的磁力成倍数减小，输出电功率远大于输入机械功率。输出线圈集中绕制，用变压油作介质进行绝缘，用散热片进行外冷却。
二、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于定子硅钢片叠合而成的对称分布的铁心③首与首连接，尾与尾连接成内外双圆环形。铁心在两环之间。
三、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于定子铁心内环的外周由V型槽将相与相之间呈犬牙相错状态分开。
四、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于A、B、C三相感生电流的线圈④集中绕在定子铁心③上。
五、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于每相既可只绕1个线圈，又可绕两个线圈。两线圈之间既可串连接又可并连接。
六、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于定子铁心上增加一个或数个气隙⑦而成倍增加磁路的磁阻，损耗感生电流产生的磁动势，从而成倍削弱感生电流产生的阻力矩。
七、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于C形油封圈⑨连接在端部铁心内环和机壳上。
八、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于变压油⑥加注在由定子铁心内环，油封圈和机壳构成的腔隙中。定子铁心③与线圈④被变压油浸泡冷却和绝缘。
九、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于C型空管散热片⑧在机器外部，用导管输送变压油进行冷却。
十、根据权利1所述微动力三相交流发电机，其特征在于增加的气隙⑦间用不导磁、绝缘和机械强度大且耐温的胶，将相邻铁心粘合成整体。
全文摘要
微动力三相交流发电机的磁路似变压器磁路，电磁感应原理是磁通量变化感生电势，是磁能转化为电能的机器。在感生电流的磁路上增大磁阻削弱感生电流产生的磁力实现输出电功率成倍大于输入机械功率。第一台它励式样机定子铁心外径φ210mm，长102mm，转子外径φ119.2mm，3000转/分，输出电功率2996瓦，输入机械功率1500瓦，输出电功率是输入机械功率的两倍。该机是开发利用磁能为电能或机械能的工具，解决现有能源缺乏和污染问题，使人类进入磁能时代。
文档编号H02K53/00GK1619928SQ200310116738
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月19日 优先权日2003年11月19日
发明者杨仕元 申请人:杨仕元