专利名称：一种电机的制作方法
一种电机
技术范围-
本发明属于电机。它是一种发电机、电动机。特别是其作用原理是基于导 线环周磁场变化而作用的发电机、电动机。 技术背景
作为应用电磁感应的作用而制成的电机，既往的发电机原理是导线切割磁 力线而产生电流，且导线运动方向与磁力线垂直时，感生电势最强；而电动机
则是在磁场中有一个导线通过电流的时，导线将会运动，且在与磁力线垂直时， 力最大。导线产生电流的方向和运动的方向都可分别由右手、左手定则来判断。
一个问题是作为发电机，对结构中的"导线"来说，就产生了一个有效部 分及无效部分的区别即，只有能切割到磁力线的导线，或者说是只有在磁力 线范围内的导线才能感生电势，而其余的部分，则不能感生电势。具体到电机 结构上说，在电机的定子或转子的线槽内的导线才是有效部分，此外则属无效 部分。
电机的绕组都是往复重叠的，多为"一匝二槽"，从而有二个"槽内线"和 两个"槽外线"。槽内有效，槽外则无效，又常常是槽外线长于槽内线，因此结 论之一是既往电机中导线的利用率甚低。査各工程手册可知，既往结构电机 导线利用率仅为35~48%。
在电机学中的经典公式肯定了这一点
对发电机，绕组或导线上产生的电势是^ = ^";对电动机，通电绕组或导 线在磁场中的力是F-BLI。式中B:磁感应强度，L:在磁场中切割磁力线的导
线的有效长度，"是导线运动速度，I是在磁场中通过导线的电流。这两个公式
共同前提条件是导线磁力线相互间夹角是9(T。这里的都用长度L而不用匝数
的公式表明导线在磁场中产生电势、动能都只与在磁场中有效长度L有关。
第二个问题是电机的线槽的数量及影响，各种发电机和电动机中绕线型结构 的线槽，都是在定子、转子上分布的，有几个到近百个。线槽的数量虽依应用 和性质而定，但不管槽多、少，它有好处，也有很多弊端，甚至已是性能和指 标的严重障碍。槽与槽相邻，造成绕组与绕组互相叠压，仅只就在这个有限空 间中，在大容量高压电机中，耐压就有了限度，大型电站的发电机在当前国内
外都是20-24KV，而电站向外输送则须是110KV 500KV，电动机则更低了。
这是既往电机的遍布线槽结构模式的缺陷。
第三个问题是，遍布线槽的铁芯结构在形态上是凸凹不平的布局，表现在磁 场分布上也必然是不均滑的分布，这是造成奇次谐波重要原因之一 。
第四个问题是工艺上的繁琐，电机的容量越大，导线截面越大，以弯折工艺 来实现槽间过渡已不可能。只好以一匝，甚至半匝作为施工的"基元"。从而增 加了匝和匝间，甚至半匝之间的链接工艺。对用水冷、气冷或者是油内冷的导 线，这道工序是很复杂的。
第五个问题是由上述原因造成的生产周期的加长、成本增加。 发明的内容
本发明所提出的电机，其作用机制完全不同于既往的电机机制，对发电机它 不是应用导线切割磁力线的原理制成。对电动机它不是通电导线在均匀磁场中 产生力而造成旋动。
它是基于在导线环周的磁场变化而作用的机理制成的电机。现结合图1 从原理上加以说明。如图1所示，在导线001旁的径向平面上，设有一个电磁
铁002，当电磁铁002因其上绕组003通有交变电流而产生交变磁场时，导线 001环周也呈现有大小和方向上的磁分布变化，这种在导线001周围的变化磁 场将使导线001感生电势。
图2所示的是在导线001旁，设有一个永久磁铁004，并形成一个在导线 001环周的静态磁场，当在这个永久磁铁的磁中心点装一个旋轴005，并以导线 的轴向断面，即径向位为轴、旋动时，静磁场变位翻转。当磁极旋过180°时， 环周磁场换向。过程中环周磁场的平面与导线间夹角改变，以及磁极位置改变， 这便是环周磁场的强度大小和方向改变。因此永久磁铁的周期旋动，导致在导 线中感生交变电势。对发电机，永久磁铁旋动时，造成导线001的环周磁场产 生大小和方向的变化，而使导线001感生电势。对电动机磁铁004不动，导 线001通电流，方向向上时，导线受力方向向右，当磁铁004旋动时，导线OOl 向左、右周期移动。
图3是永久磁铁004的磁场平面与导线轴向位相同，其旋动瞬间便是一个导 线001与磁力线垂直、并完全切割磁力线的瞬间。由于上、下两磁力线相反， 导线OOl中感生电势为零。电动机的情况是，当磁力线平面平行于导线001的 轴向，即正切于磁力线时，通电导线001受力为零。这就是本发明的新型电机 作用机制的基础。
这是本发明人发现并付诸应用的不同于"切割磁力线"模式的原理或现象。
接近实际结构的示意图如图4所示， 一个方框导磁材料称为定子101，在它的 中部设有一个旋动磁场，称为转子102。转子102与定子101之间，或者说在 转子102两侧有两个方区空间，各形成一个闭合的磁路，即环周模式的磁场。 穿过两个环周磁场中心，即转子102外周绕有导线绕组106，当转子旋动时， 在绕组106上产生交流电势。以上是发电机运用。如在绕组106上通交变电流， 则转子102旋动而成为交流电动机。旋动的磁场可以是永磁式，也可以是电磁 式。图中略去了电磁式转子的通电绕组。此种结构是用唯一的一个旋动磁场， 称为单磁源式结构。 本发明的特点
首先是，绕组导线的全部都处在参与电磁感应的相互作用中，这可从图4 的结构模式中看出。
它表明导线利用率的100%。这不仅仅意味着新结构在导线利用率上是既往 结构的2 3倍。更重要的是意味着同容量的电机的内阻减少40~70%，电机运行 中的发热减少40~70%。对超大容量的电站发电机，这是很重要的能耗和效率指 标。
第二，定子不需多线槽和多绕组，是此种结构的重要特征。不同电压输出或 不同的相位输出，都可自成一体，成为一个唯一的独立绕组，而不需要既往结 构的多个线槽的多绕组，且须以串联、并联来实现。
没有了多槽分布，则因多槽结构而出现的磁场分布影响而产生的谐波，将被 克服。
第三，工艺结构简单。对于大容量电机，既住结构中导线弯折很困难，所以 匝与匝间有接头，这个接头是很麻烦的，因为不仅仅是电路保障上的要求，而 且还是导线内部的水冷、气冷或油冷系统的要求。新结构是大半径弯曲， 一根 管线一直绕到底，所以工时、周期大为縮短。
第四，由于定子没有绕组叠压，相间或线间绕组独立，可大幅提升输出电压， 可省去电机与电网间的升、降压变压器。
第五，由于节省材料、简化工艺从而使电机的生产成本、运营成本都大幅降低。
图1导线因环周磁场变化而感生电势的原理示意图
图2导线在永久磁铁旋动产生变动的环周磁场中感生电势的示意图
图3环周磁场中导线正切于磁力线时，感生电势为零的示意图
图4以环周磁场改变而作用的电机结构与原理示意图的侧视平面图
图5以环周磁场改变而作用的电机结构与原理示意图的俯视平面图
图6单相交流电机简化结构示意图的轴向平面图
图7单相交流电机简化结构示意图的侧视平面图
图8三相电机简化结构示意图的轴向剖面图
图9三相电机中的一个相位的结构示意图
图10新型直流电机的原理示意图
图ll直流电机简化结构示意图的侧视平面图
图12直流电机简化结构示意图的轴向平面图
图中001:在磁场中的导线；002:环形或弧形导磁材料；003:在环形或 弧形导磁材料上的绕组；004:弧形永久磁铁；005:旋轴；101:定子；101-1: 上定子铁芯；101-2:下定子铁芯；101A: A相定子；101B: B相定子；101C: C相定子；102:转子；102-1:转子左侧磁源；102-2:转子右侧磁源；103:转 子轴；104:定子绕组；104-1:上定子绕组；104-2:下定子绕组；104A: A相 定子绕组；104B: B相定子绕组；104C: C相定子绕组；105:双磁源转子间芯 铁，106:绕组或导线；201:转子定位夹板；202:电机整机定位板；203:轴 承；301:永久磁铁磁极；302:往复线同位同步旋动的转子；304:直流电机激 磁绕组；305:往复线同位同步旋动的绕组；305-1:往复线同位同步旋动的上 绕组；305-2:往复线同位同步旋动的左绕组；305-3:往复线同位同步旋动的下 绕组；305-4:往复线同位同步旋动的右绕组；306:直流电机整流子；307:炭 刷。
具体实施例方式
下面，阐述
具体实施例方式
本发明的电机，从种类上完全相似于既往的切割磁力线的模式，有交流电机、 直流电机，有单相式、多相式，电磁式、永磁式，以及多种的派生出来的电机。 现以基本类型做一说明。 实施例之一单相交流电机。
最简单的实用类型如图6所示。图6中，在轴103的上下分别有两个类C
型铁的定子铁芯101-1、 101-2，在这两个定子铁芯101-1和101-2的对口处，有 两个固定在轴上的转子102-1、 102-2，具有各自的磁场，称双磁源式。在两转
子之间有芯铁105，连通磁路，它是两个相反方向对应的环磁磁路，如图7中 上部，两磁源的磁极相反。它有两个各自独立的定子绕组104-1和104-2。图7 是图6的侧视图。
实施例之二是三相交流电机，仍先以发电机作说明，
图8、图9所示为三相交流电机。它可被看作是三个单相电机的组合，只是 共用转子而已。
由于在三个各间隔120 。分布的独立的定子铁芯101A、 IOIB、 IOIC及三个 定子绕组104A、 104B、 104C，它们各属于当前电网常用的A、 B、 C三相。转 子102-1， 102-2,装在定子对应的其二端，也称为双磁源式。102-1和102-2这
两个磁场对应位的极性不同。二个磁源之间有转子间芯铁105连通。
在上述结构中所用的转子，也有绕线式和鼠笼式二种，结构上除尺寸、外形
不同外，完全相同于既往结构绕线式转子、鼠笼式转子模式。 实施例之三是直流电机。
先做原理性说明。如图10所示。直流电机的转子302，其上部绕组305-1， 下部绕组305-3的往复线，不是既往方式分别对应于上、下两个不同磁极上， 而是同时对应在同一磁极上，此时的感生电势或场中受力为最大，从定义角度 说，当绕组的往复线305-1， 305-3分别以同速、同向、同时、垂直切割磁力线 时，感生电势或场中受力为最大。因为从环磁作用说，只有此种情况下，绕组 往复线305-1， 305-3的环周动态磁场最强，也即穿过绕组中心的磁通最大。在 图10中所示结构是以导线在磁场中运动的模式示出的。定子301为一永磁或电 磁结构，在转子302的上下两端有两个绕组305-1、 305-3。当转子302旋动在 所示位置时，磁力线对两绕组的往复线，经定子301的图外部分构成环绕绕组 导线305-1， 305-3的磁场变化，从而感生电势。如图10所示旋动方向时，其感 生电流方向如导线端部所示。
图ll、图12为实际结构示意图。该直流电机的定子301为一对磁极。当用 电磁式结构时，另用定子绕组304激磁，电枢为四绕组305-1~305-4，各自的二 个出线端分别为l-2， 3-4， 5-6， 7-8。它们是分别联在转子302的一端的整流子 306上，它的结构与现有整流子相同。绕组端的数码与整流子的数码对应联接。 另外，在与磁力线垂直的中位上装有碳刷307以输出直流电压。它可逆为电动 机使用。
权利要求
1、本发明的电机其特征在于在结构上它由定子、定子绕组、转子、转子绕组、轴及为上述部件的定位、支撑件等组成；在作用原理或机制上是依据在导线环周的磁场在大小和方向的改变而发生作用的。即作为发电机，感生电势的机理是以导线为轴心，在这个导线外周环绕的磁场，令其改变大小和方向，从而使导线产生电势；作为电动机，其机理是以通电导线为轴心，在这个通电导线的外周，使其磁场的大小和方向上连续周期性改变，从而产生连续周期的旋动力。
2、 根据权利要求l所述电机，其特征在于可制成单相、三相等交流电机、 直流电机。以及派生出的但应用同一原理的其它类型的电机。
3、 根据权利要求l所述电机，其特征在于它可以是单磁源的，也可以是多磁源的结构方式。
4、 根据权利要求l所述的电机，其特征在于其定子绕组，不是以圆周遍布线槽的方式定位，而是绕在全部或部分的定子铁芯上，即非多线槽布线方式。
5、 根据权利要求l、 4所述的电机的定子绕组，不存在绕组间的叠压，各绕组在空间上是独立的。
6、 根据权利要求l、 4所述电机，其特征在于因其绕组环绕于导磁材料，故导线全部都是有效线段，即导线的利用率是100%，或全部导线都具电磁感应作用。
7、 根据权利要求l、 3所述电机，其特征在于对绕组即电磁感应的导线所施加的环周磁场可以是对绕组全部、做全封闭的，也可以是一处局部的，或 多处局部的。
8、 根据权利要求1、 2所述电机，其特征在于当在磁场中运动的导线， 不是单一的一根线时，作为绕组的往复线，如果在同一磁场中同步、同时、同 向运动，都垂直切割磁力线时，作为发电机时绕组的感生电势最大，都平行于磁力线时，感生电势为零；作为电动机时，都垂直切割磁力线时，产生的力最大，都平行于磁力线时，产生的力为零。
全文摘要
一种电机它在结构上是由定子、定子绕组、转子、转子绕组、轴及相关的定位部件组成。在作用原理上，它是依据在导线周围磁场的大小及方向上改变而作用的，该电机不需要定子上的众多的线槽结构，并且绕组导线的所有线段都发生电磁感应作用，即百分之百有效。由于定子绕组是各自独立的，不存在多线槽、多绕组之间的叠压，所以不仅克服耐压障碍，而且不存在多组之间、多匝之间接头问题，减少很多工序及成本，节约能源。本发明的电机可有交流电机、直流电机和其它特种用途电机。
文档编号H02K3/04GK101345446SQ200710012020
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者唐文晶, 徐凌宇, 徐怀宇, 徐文廷, 徐淑英, 苏坤祥, 郭非凡 申请人:徐文廷