专利名称：无安培力交流发电机的制作方法
无安培力交流发电机
一.-技术领域.-
本发明涉及一种无安培力交流发电机，特别是三相交流发电机。 二
背景技术：
同步发电机的原理来自电磁感应现象，电磁感应现象有多种多样，图l表示
的电磁感应现象是同歩发电机的基本原理，当线圈N转动时线圈N中产生感生 电流。由电磁感应定律感生电流是由线圈N中ab边和cd边"切割"磁力线产 生的也有匀强磁场B穿过线圈N所包围的面积S的磁通量变化产生的。由安培 定律，当线圈N在匀强磁场B中绕固定的轴线OO"转动时，线圈N中通过ab 边和cd边的感生电流在匀强磁场B中受到安培力(磁场对载流导线的作用力) 的作用，安培力的作用对转动线圈N产生制动转矩；再由楞次定律，旋转线圈 N里的感生电流在abcd所包围面积S上产牛的磁场反抗引起感生电流的磁通量 的改变，对旋转线圈N也产生制动转矩。从以上实验可以看出图1的电磁感应 现象，既有安培力的作用也有感生电流产生磁场的作用。
变压器的工作原理来自与同步发电机的原理不同的电磁感应现象，图2表示 线圈A中的感生电流，是由载流线圈B中的电流强度的改变而引起的，当电键 K板断时，通过线圈A的磁通量减少，根据楞次定律，线圈A中感生电流的磁 场方向应使通过线圈A的磁通量增加，再根据右手螺旋定则，电流的方向，如 果从线圈B向A看去，应当是反时针方向。这就是变压器的工作原理。从以上 实验可以看出图2的电磁感应现象，属于无安培力作用的电磁感应现象。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种无安培力(转子磁场1对定子线圈6的作用力)交 流发电机，该发电机的工作原理与变压器的工作原理相似，变压器的工作效率 (输出功率与输入功率之比)"达98%，主要是丙为变压器的工作原理利用了像 图2所表述的无安培力作用的电磁感应现象，变压器工作时没有安培力的作用。 同样利用该原理制造的无安培力交流发电机，也可以消除发电机发电时安培力 的阻碍作用，从而达到提高发电效率和节省能源的目的。传统的同歩发电机效 率低(尽管同歩发电机效率高低与多种因素有关)的主要原因是，工作原理用 的是像图一所表述的既有安培力的作用也有感生电流产生磁场的作用的电磁感 应现象。
无安培力交流发电机和同步发电机一样具有可逆性，也能作电动机使用。不伺的是同步发电机的转子磁极数与定子磁极数之比是i : l，而无安培力交流发 电机的转子磁极数与定子磁极数之比是2: 3。我们知道发电机发电时发出的电
动势的频率f与转子转速n以及发电机的磁极对数p有关，无安培力交流发电机
的磁极对数p指的是转子磁极数。无安培力交流发电机的弱点是需加大厉磁 电流增强厉磁磁场强度；绕置定子线圈6的用时有所增加。有益效果是发电
机的工作原理改变后效率(输出功率与输入功率之比)高，可达85%—90%;定
子绕组的利用率高， 一个线圈可以形成一个独立的磁极，相绕组之间互感小。 本发明的技术解决方案是采用无安培力作用的电磁感应现象制造发电机，下
面结合
本发明的内容
图3是无安培力交流发电机(转子四极定子六极)的工作原理图，无安培力
交流发电机的转子结构形式与同步发电机相比基本不变(也有凸极和隐极之
分)，只是转子磁场1的磁场强度有所增加。无安培力交流发电机的定子铁心3 的材质不变其结构改变、定子线圈6的绕线方法改变。三相定子线圈6绕置在 定子铁心3的磁极7上，绕在定子铁心3磁极7上的定子线圈6，其绕向从圆 心向同一相定子线圈6看去，使定子线圈6的电流方向相同。图五是定子冲片 的结构图，定子铁心3的制造工艺的难易度与三相同步发电机的定子制造工艺 相当；所用材料同样是表面涂有绝缘漆，厚0.5毫米的硅钢片叠压而成。硅钢 片内冲有与传统同步发电机定子铁心不同的槽口 8用以绕置定子线圈6。
无安培力交流发电机发电时感生电流的产生当转子转动，转子磁场5穿过 定子线圈6的磁通量(磁感应强度B的磁通量)发生变化时，定子线圈6里产 生感应电动势，在感应电动势的作用下定子线圈6里产生感生电流。由楞次定 律定子线圈6里的感生电流产生的磁场对转子产生制动转矩，没有安培力的作 用。总之利用图3所示的电磁感应现象所制造的发电机，转子所受到的制动转 矩(不含机械损耗，铁耗和附加损耗产生的制动转矩)是由感生电流的定子磁 场2独自产生的。图4是转子磁场1旋转一周(电流两周)三相交流产生的过 程及电流波形图(f)，转子磁场1是由转子绕组5通入直流电产生的，转子磁 场1的磁通路径为转子的N极——定子磁极7与转子铁心4的气隙——定子 磁极7——定子磁极7与转子铁心4的气隙——转子的S极——再回到转子铁心 4的N极，形成一闭合回路。图4 (a)是无安培力发电机的转子磁场1转动时 的初始状态。由电磁感应定律转子磁场1有原动机拖动旋转，定子线圈6中产 生感应电流，感生电流的定子磁场2的磁通路经(如图4 )为定子铁心3——定 子磁极7与转子铁心4的气隙——转子的N极——转子的S极一一定子磁极7 与转子铁心4的气隙——再回到定子磁极7的定子铁心3。图4所示的(b)， (c)，(d)， (e)是转子磁场1旋转90° 、 180° 、 270° 、 360°时，定子线圈里的电流波
形(电流旋转两周)(f)图与转子磁场和定子磁场的磁通路径对应状态图。
无安培力交流发电机也具有可逆性，能作电动机使用。无安培力电动机的三 相定子绕组各自通以电流后将分别产生它们自己的交变磁场，而我们所关心的 是它们在整个定子空间里的合成磁场。在图6中(转子两极定子三极)我们取 cot=40°、 cot二10(f 、 cot二160。 、 "t二180。时说明定子旋转磁场的产生(转子 旋转180°)。当cot二40。时AX相电流从A端流出(用0表示)从X流入(用@表 示)，根据右手螺旋定则AX相为N极；BX相电流从B端流进(用@表示)从Y 端出(用0表示)根据右手螺旋定则BY相为S极；CZ相电流从C端流进(用 表示)从Z端出(用0表示)根据右手螺旋定则CZ相为S极。由此得出合成磁 场的磁通路经由N极出来通过定子空间进入S极。同理，可画出当"t^100。、 cot=160° 、 cot^80。时合成磁场的磁通路经。无安培力电机的定子旋转磁场与 传统的同步电机的定子旋转磁场的不同之处是无安培力电机的定子旋转磁场 的N极与S极的极数总是以1 : 2的比例交替变化，同步电机的定子旋转磁场的 N极与S极的极数是以1 : 1的比例交替变化。
四
图l: B匀强磁场；abcd表示线圈；N表示线圈的匝数；S表示线圈包围的
面积；00"表示固定转轴线；n表示线圈平面法线；G表示电流表。
图2 : A表示感应线圈；B表示通电线圈；G表示电流表；K表示电源开关；
E表示直流电源。
图3: l表示转子磁场；2表示定子磁场；3表示定子铁心；4表示转子铁心； 5表示转子绕组；6表示定子线圈；7表示定子磁极；8表示硅钢片内冲有的槽□。
图4:是转子磁场l旋转一周(电流旋转两周)三相交流产生的过程及电流 波形图(转子四极定子六极)(a)表示无安培力发电机转动时转子磁场1定子 磁场2的磁通路径以及定子线圈6的AX、 BY、 CZ相电流方向的初始状态；(b)表 示转子磁场1旋转90°时无安培力发电机转动时转子磁场1定子磁场2的磁通 路径以及定子线圈6的AX、 BY、 CZ相电流方向；(c)表示转子磁场1旋转180 °时无安培力发电机转动时转子磁场1定子磁场2的磁通路径以及定子线圈6的 AX、 BY、 CZ相电流方向；(d)表示转子磁场1旋转270°时无安培力发电机转 动时转子磁场1定子磁场2的磁通路径以及定子线圈6的AX、 BY、 CZ相电流方 向；(e)表示转子磁场1旋转360°时无安培力发电机转动时转子磁场1定子磁场2的磁通路径以及定子线圈6的AX、 BY、 CZ相电流方向；(f)表示电流波形 图。
图5: 3表示定子铁心；8表示硅钢片内冲有槽口； 9表示分体硅钢片定子铁心。
图6 :是无安培力电动机(转子两极定子三极)转子旋转180°定子三相电流 在40°、 100° 、 160° 、 180°时旋转磁场的磁通路经及电流波形示意图。(g)表 示转子旋转40°时的定子磁场磁通路经；(h)表示转子旋转100°时的定子磁场 磁通路经；(0表示转子旋转160°时的定子磁场磁通路经；(s)表示转子旋转 180°时的定子磁场磁通路经；(m)表示定子电流的波形。
五.-
具体实施例方式
本发明提供的无安培力交流发电机，只是改变了同步发电机的定子结构和定 子线圈的绕法。
定子结构图3 (转子四极定子六极)是本发明提供的无安培力交流发电机 的定子铁心3，定子铁心3是用表面涂有绝缘漆，厚0. 5毫米的硅钢片叠压而成， 硅钢片内冲有槽口 8用以绕置定子线圈6，定子铁心3可用厚0.5毫米的硅钢片 整体冲压而成，也可以分体冲压成单片铁心9，然后整体装配而成。
定子铁心3也可用其它铁磁质表面涂有绝缘漆的薄板叠压而成；采用铁磁质 粉末状，且各粉末间相互绝缘的材料制造成定子铁心3更为有效。硅钢片内冲 有的槽口8的形状可以是椭圆形、多边形、圆形。
三相定子线圈6绕置在定子铁心3上，定子线圈6绕法从圆心向同一相定子 线圈6看去，使定子线圈6的电流方向相同。
权利要求
1一种无安培力交流发电机，该发电机的发电方法是利用无安培力(磁场对载流导线的作用力)作用的电磁感应现象制造的。其特征是与现有的同步发电机相比改变了发电机的定子铁心3的结构形式及定子线圈6的绕线方法。定子铁心3是用表面涂有绝缘漆，厚0.5毫米的硅钢片叠压而成，硅钢片内冲有槽口8，三相定子线圈6绕置在定子铁心3的磁极7上。
2.如权利要求书l所述的无安培力交流发电机，其特征在于定子铁心3也可用 其它铁磁质表面涂有绝缘漆的薄板叠压而成；也可采用铁磁质粉末状，且各粉 末间相互绝缘的材料制造成定子铁心3。
3.如权利要求书l所述的无安培力交流发电机，其特征在于硅钢片内冲有槽口 8的形状可以是椭圆形、多边形。
4.如权利要求书l所述的无安培力交流发电机，其特征在于转子磁极数与定子 磁极数的比例为2:3。
5.如权利要求书l所述的无安培力交流发电机，其特征在于三相定子线圈6绕 置在定子铁心3上，绕在定子铁心3上的定子线圈6，从圆心向同一相定子线圈 6看去，使电流的方向相同。
6.如权利要求书l所述的无安培力交流发电机，其特征在于定子铁心3可用厚 0. 5毫米的硅钢片整体冲压而成，也可以分体冲压成单片铁心9整体装配而成。
7.-如权利要求书]所述的无安培力交流发电机，其特征在于无安培力交流发电 机具有可逆性，可以作电动机使用。
8.如权利要求书l所述的无安培力交流发电机，其特征在于无安培力交流发电 机的转子磁场的厉磁方式可以通以直流电厉磁，也可以用永久磁铁厉磁。
全文摘要
一种无安培力交流发电机，特别三相交流发电机。本发明的目的是提供一种无安培力(磁场对载流导线的作用力)交流发电机，该发电机的工作原理与变压器原理基本相似，变压器的工作效率高达98％，是因为变压器的工作原理利用了无安培力作用的电磁感应现象，没有安培力的作用。本发明通过对三相同步交流发电机的定子铁心3的结构及定子线圈6的绕线方法的改变，同样利用无安培力作用的电磁感应现象制造的无安培力交流发电机也可消除发电机发电时安培力的阻碍作用，从而达到提高发电效率和节省能源的目。
文档编号H02K1/22GK101546945SQ20091002018
公开日2009年9月30日 申请日期2009年5月2日 优先权日2009年5月2日
发明者显 丁, 丁世东, 丁士来, 郭国勤 申请人:丁士来