变相极发电机的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  1

专利名称:变相极发电机的制作方法
技术领域
本发明是一种发电装置,主要是采用新材料及技术应用,适用于各种大中小型发电机制造应用。本发明没计的发电机所采用的材料及构造与传统发电机相比有着很大不同,除了具备有传统发电机发电功能外,在应用新材料来代替传统发电机所用的铁心片及电磁线(绕组线),还在电机机械方面做了较明显改进。与传统发电机相比较结构简单、运行可靠、维修方便、性能优异、特别是功率有着很大的提高,能在工业及生活等单相或三相交流电源得到广泛应用。
背景技术
目前大多数发电机导磁材料都是用铁心片制做,它虽然有很大导磁率,但它的漏磁率较高、体质较重、机械定形较固定等,而且受绝缘材和工艺技术限制,发电机输出电压都不算很高,都须采用升压变压器经多级变压至所需的电压电流。而我所应用新技术主要是弥补传统发电机所限制不足技条件外,把新应用导磁材料、新电磁线的应用及把新应用机械动力结合成多极多相活动式变压的新型发电机,我把它称做变相极发电机。

发明内容
为了与传统发电机相比较,我结合了有以下8项发明内容在技术问题、方案及效果做了说明。
1.丝铁心(代替传统用的铁心片)做为导磁材料,丝铁心就是把细小铁丝(钢丝加入4%的硅合成称为硅钢丝)直径采用0.35mm到0.5mm之间,每根钢丝都涂有绝缘漆按所须大小型状长短须要叠压而成。采用丝铁心与铁心片相比,丝铁心除有着铁心片功能外,丝铁心比铁心片漏磁率小而且导磁率集中就可在导磁材料降低重量及成本,集中利用从而就可增大发电功率,丝铁心它能按照我们所需的不同方向不同角度及弯度等再根据所需的导磁路径及磁通路线而没计,这就是丝铁心特有的优点。而铁心片比较定型固定等受到条件的限制利用率有限发电机功率受到限制,而丝铁心它能达到灵活应用在导磁材料利用就能把发电技术进一步提高功率。我把它称做—导磁丝铁心。
2.新电磁线(绕组线、导线)应用,采用中心一根主导线(一般采用铝线质量较轻)直径都大于2mm用圆线或扁线均可,在主导线周围加上细小丝铁心(直径0.35mm以下不加硅材料不需绝缘漆的细钢丝),长度与主导线相同,丝铁心用量是中心主导线直径的50%到60%间,如主导线直径为2mm而丝铁心用量为1mm,如用丝铁心直径0.25mm只需用4根长度相同即可,最后再把主导线直径10%--20%的大小铜绝缘导线用螺旋方式把主导线及丝铁心螺旋成所需合无隙一体小圆圈形电磁线,螺旋长度与中心主导线和细铁丝长度相同。如主导线直径为2mm铜绝缘线只需用直径0.2mm,这样就成了中心是主导线再加上细钢丝线最后用铜绝缘线螺旋成新的合体电磁线(螺旋工艺需要用专用的机械制做方可均匀扎实)。应用这样新的电磁线主要是适用于中大型发电机上,电磁线用量规格大小根据发电机功率而变。小型发电机受到工艺条件的限制都不适用(只有局部可以用上)。这种新电磁线最主要是用于励磁绕组,当励磁绕组绕成线圈时必须在每组线圈首端和尾端两头铜绝缘线接上励磁最大工作电压3倍以上的电容器,电容器主要是稳定励磁电流又使线圈不易发热,要组成励磁绕组线圈必须是多层匝数组合,不能单一使用只有形成绕组方可发挥较果。最主要原因是电流通过中心主导线时(两端丝铁心各与主导线的端头结合一起工作作用)线圈内部会产生电动势,当主导线产生电动势时由于主导线都附上细钢丝(有导磁作用又能导流电压作用)再加上外有绝缘铜导线(铜导线主要是为整体新电磁线起绝缘作用和小螺旋线圈均匀整组产生新的电动势)形成的螺旋线圈小圈增大变压感应电势,这样在整体励磁绕组中主导线励磁产生电动势又加上螺旋线圈与整体励磁绕组相结合而增大整体感应电动势,感应电动势的增大就能把瞬时磁通相吻合,它能把材料应用到最佳,能够合理把较小励磁电流进一步变压增大和能够为输出大功率发电机做源头动力。与目前多数发电机应用电磁线比较它在绕组时较单一要根据线圈匝数及大小电流变比而定,相比起来我所应用新电磁线能够变压增大励磁电流又能进一步建立大的电压输出,在散热方面都较好特别在合理应用时能够减轻转子重量以提高机械能和增加功率。我把这样新的电磁线称为—合组式电磁线。
3.屏盘式定转子机械能设计,目前大多数发电机转子及绕组都设计在中间外圈设计定子及绕组,就是把发电机中间磁路的磁阻设计成随转子转动而变化,这时与外圈定子绕组产生匝链磁通周期变化,并产生时变电势。而我所设计的屏盘就是中间圆段为转子、两侧圆盘设计定子,转子左右两侧圆面用来设计绕组导磁磁极与两面定子经机械转动来变换匝链磁通,中心主轴是与转子连接一体而重心活动轴力设计在两边定子的轴承上,这种设计在维修方面比传统发电机维修快得多,维修时把两侧定子装置可以直接分开取出,因为这种设计把发电机分成三段结构在每段的工艺结构都有独立构造或者可以直接维修及更换部件。定转子绕组定位在圆屏盘上的圆屏盘所用金属材料是铝钛合金或采用铸铝,铝钛合金作用是减轻转子重量及防止漏磁,把这种设计称--屏盘式机械能。
4.多极磁通设计,目前多数发电机的极数是2极、4极、6极最常用,大型水轮发电机最多也只有十几极,而我所设计极数一般中型发电机都可以设为48极以上(不计励磁极数和变压极数是指主绕组输出极数),大型水轮发电机可设计80极以上,但与传统发电机极数功率相比如传统交流发电机有6极单极所产生功率是100kw而我所设计的单极功率也只能达到30%--50%之间的功率(因极数多材料工艺等的限制与传统单极相比功率较小),但我所设计的多极数磁通为48极按达到单极30%功率计算48×30=1440kw传统6极产生功率是600kw,而所需的机械动力都较相近,只是在体质约大20%--30%之间,能达到好的增大功率最主要是采用导磁丝铁心、新型合组式电磁线、机械能活动变压及屏盘式机械的设计,因极数及工艺材料有限目前大多数发电机所设计都无法达到这较果。我最主要是技术设计屏盘式机械的中间转子与两侧定子形成特有能够设计安放极数多的磁通路径,磁通导磁材料采用丝铁心两组对称平衡大小相同的转子再与两侧定子瞬间吻合(有丝铁心特有导磁条件能按我们所需的方向弯度及大小按要求半圆弯度设计定子所需的磁通)形成一个环绕行径磁通,两侧定子在对极磁通的两边定子都各有励磁绕组,励磁电流产生时经气隙(气隙5mm以下越小越好)机械能传递与转子电枢绕组经丝铁心磁通,两边的励磁电流是分别经电刷换向电流产生切换作用,这样单边产生励磁电流形成单个行径磁通,而不是同时两边都有励磁电流,这样就形成一组成两个极数,但小型发电机可以在定子两边磁通路径应用两边励磁电压同时产生电流形成串联磁通,但需增加机械传速。就目前传统发电机多数采用的转子是隐极或凸极式转子,我采用转子很似隐极和凸极结合一体我称做变极转子。在中大型发电机上整体几十极以上极数再加励磁、变压极数就有百多极,也就是说圆盘面越大设计磁极就越多。这么多极数要换向感应电动势、换向磁极、电流转换,那么就要多数个组电刷来换向,加上是圆盘式从圆心到外圈等矩不同在对称导磁极不等矩,为解决问题我采用金属石墨电刷又每组增加电刷刷头。由于电刷在极数多的发电机应用在工艺制造较复杂精密,特别是转子经气隙到定子之间的磁通在瞬间极与极中心点对点经过吻合时,为合理利用励磁电流这就需要精确换向片校对极与极之间瞬间吻合和电刷头来接触所需励磁电流转换。所以电刷作用在整个发电机上是最精密复杂工艺能够准确对发电机应用起到节能、准确、高效的关键作用所在。我把称做—多变极磁通。
5.一组导磁两个磁通设计,就是在一组循环磁通里同时建立两个磁通合为一体。如上下两个相同长圆形丝铁心及绕组做为转子见说明附-3(c),那么要磁通时转子左右两侧每一侧两个圆面就用丝铁心作为导磁材料连接起来磁通做为定子,这时就形成左右两边定子来连接磁通,在两边磁通里通过气隙(由转子是机械传动须用气隙传递磁通)传递电动势磁场。而左右两边定子都设计有励磁绕组当左边定子励磁电流通过时就形成一个磁通,这时右边没有磁通励磁电流通过只能做为导磁路径让左边形成搭过磁通,而右边磁通时就须经下一个机械传动经电刷换向电极输入右边励磁绕组又从新形成一个磁通,这样在机械传动循环左右变换励磁磁通就形成一组导磁两个磁通。小型发电机可左右两边励磁绕组电流同时通过,形成两个磁通共用一组电磁材料,在建立初级励磁电流时磁通原理可设计为无电刷直流式,在励磁定子绕组气隙圆面放置永磁磁铁可设计成圆圈形套在定子导磁圆铁心径面或者设计在定子丝铁心面径中心位置上,磁通路径同样可设计成一组两个磁通。我把它称做—二合一磁通。
6.机械旋转变压设计,本设计变压原理与目前大多数用的静止变压器相似,一台静止变压器由两个或多个绕组组成,互磁通使绕组间耦合。当其中一个绕组称为一次侧,连接到交流电压源时将会产生一个交变磁通,其幅值取决于一次侧电压的大小、所施加电压频率及绕组的匝数,这一互磁通将匝链另一绕组称为二次侧,并在其中感应电势,其幅值取决于二次侧绕组的匝数及互通的幅值和频率,适当选择一、二次侧绕组的匝数配合,可以待得到想要的电压比或变比,不同的是我采用结合到发电机机械能旋转活动变压方式,这种方式把一次侧(发电机定子励磁绕组产生感应电势)这一互磁通将匝链另一绕组二次侧(转子变压磁极绕组位置见说明附-3d)而产生感应电势,感应电势幅值根据绕组匝数及互通幅值和频率而定。我就是根据静止变压器原理转变成活动式变压,主要用于较小励磁电流变压成较大一定幅值感应电势及主电枢建立电幅值变压输出,由于设计极数多就须一定幅值感应电势来供给,所以活动式变压在极数多起到增大励磁电流很大作用。我把它称--变动式组合变压。
7.发电机机械动力拖动(此设计主要用于水轮发电机)设计,我们都知大多数水轮发电机是一台水轮机设备再拖动发电机,在拖动间需平衡圆轴,大型发电机圆轴一般重量都有1吨左右,而且多组轴承来平衡拖动,在这里就须多付出多余外用动力,从而发电机动力利用率减少。而我把水轮叶直接安置在我所设计变相极发电机形一台合组式水轮发电机,最大的优点是直接把水轮叶与发电机合一体能够减少设备、降低成本、运输方便、水流直接散热、机械动力拖动利用高等。机械拖动主要是把转子外圈直接设计水轮叶,主轴还是设计在定转子中心,这样就是中心轴两边活动轴重心在两边定子轴承上,定子与中心轴连接固定。把机械拖动直接设计在转子外圈而中心轴与外圈直径矩(轮矩)相对都比传统水轮机还大,直径矩大相对的传速也高,这种设计就要是利用水势不高、压力较底的水域发电利用,水轮叶直接设计在变相极发电机上在一般3--5米高水域利用(水域大小根据发电机功率而定)。这种装置我称--发电机水轮合体装置。
8.直绕绕组。目前大多数发电机绕组线圈设计都嵌入铁心片槽内,维修时难度大、电磁线利用利不全面等。我设计就是直接绕圈方式绕制所需的绕组线圈,主要的是把丝铁心叠压成圆形所需的导磁材料,丝铁心有了前面所述的新功能和条件能直接把电磁线绕制成所需绕组,从维修角度看较简单电磁线利用率较高等,特别是三相线圈串联连接时很方便。我把它称--直嵌式绕组。
小结综合上述8项发电机发明内容,与传统发电机比较在材料、机械能、工艺、形状构造等都有明显不同。我们都知道时变磁场的感应电势,在机械运动引起磁链变化时,发电机能量转换会伴随发生,绕组或线圈组中感应电势的产生是通过绕组在磁场中做机械旋转;或使磁场做机械旋转掠过绕组;或者把磁路的磁阻设计成随转子转动而变化,与特定线圈匝链的磁通产生周期变化和产生时变电势而建立电流,我设计发电机除离不开这原理条件外。与传统发电机相比在工艺材料某些应用有长有短比较,但在能源资源利用和发电功率综合利用等与传统发电机比较都有着改进与进步。


共有4幅


图-1是本发明变相极发电机正面剖面构造图。图中1.脚架2.机壳3.水压进口4.电刷装置5.轴承6.主轴7.丝铁心8.励磁绕组9.加固及绝缘套10.机械密封11.水轮叶片12.主极绕组13.主极励磁绕组14.主极变压绕组15.励磁变压线圈16.气隙17.励磁辅助绕圈及绕组18.螺母孔19.进口处水轮叶20.定子21.转子22.散热位置。
图-2是本发明变相极发电机侧面剖图(附有水轮机结构)。图中1.丝铁心2.定子绕组3.水轮叶片4.励磁丝铁心及绕组5.转子丝铁心6.励磁转子丝铁心7.主轴及轴承8.电刷装置9.机壳10.脚架11.水压进口12.水压出口。
图-3是本发明定转子及绕组析图。(a)是定子绕组丝铁心析图及新导磁线构造。(b)转子绕组和丝铁心位置及用于水轮发电机防水绝缘和加固丝铁心。(c)单极定转子磁通路径(磁力线)及气隙、丝铁心、绕组组成图。(d)分析转子丝铁心位置及变压绕组、励磁绕组线圈位置和定子丝铁心位置及变压绕组、励磁绕组、辅助绕组位置。图中标号说明附件与图1相同图-4是变极发电机实施第二方案正面剖面构造图。图中1.电刷装置2.轴承3.励磁绕组4.丝铁心5.辅助励磁绕组6.定子外壳7.气隙位置8.主极励磁绕组9.定子绕组及变压线圈13.励磁绕组及变压线圈14.主轴15定形散热位置。
具体实施例方式
图-1中,水压进口(3)、水轮叶片(11)作为发电机机械动力,当足够水压流过带动水轮叶片旋转,这时转子(21)通过水轮叶片(11)作为主要机械动力旋转,主轴(6)作为旋转中心点与两边轴承(5)相连作为活动枢纽。励磁绕组(8)、主极绕组(12)、主极励磁绕组(13)、主极变压线圈(14)、励磁变压线圈(16)、励磁辅助线圈及绕组、经过电刷装置(4)转化、串联、换向,励磁变压及感应电势把定转子经气隙(16)通过机械传动来进行磁通路径变化而产生输出建立电压。
图-2是图-1侧面构造此图主要是把变相极发电机圆侧面构造示明圆盘式各个构件部位,其构件原理、实施方式与图-1同,只是正面与侧面的部分构件充分地把不同位置标明。
图-4是另一个实施方案,发电机发电原理与前第一个实施方案同,不同的是在机械动力拖动,前面所述是应用水压带动水轮叶片做动力拖动发电。而本个方案设计是把机械动力拖动设计在中心主轴上直接带动转子发电,这机械能主轴心来传动与柴油机组成移动或固定电原的发电也可利用风能、汽轮发电机应用等,除了多加设计辅助极及辅助变压线绕组、励磁绕组和主电枢极的丝铁心只利用两个切断截面磁通,其它的应用与图1、图2原理相同。
权利要求
1.导磁丝铁心把细小铁丝(钢丝加入4%硅材料合成的硅铁丝)直径用0.5mm以下,在每根细钢丝都涂有绝缘漆,再根据大小型状长短及不同角度和弯度叠压成所需口径圆形导磁材料,其特征是硅铁丝直径0.5mm以下,每根硅铁丝涂有绝缘漆,再叠压成所需圆形导磁材料其圆径大小要用到硅铁丝数量根据发电机功率大小而定。
2.组合式电磁线中心是一根主导线(铝线为主可选圆线或扁线)直径都大于2mm,再加上细小铁丝(不加硅材料),铁丝长度与主导线长度相同,直径2mm大的主导线加细铁丝用量需4根直径0.25mm长度相同即可,再用直径0.2mm铜绝缘线把中心主导线和细铁丝包成螺旋小圆圈形电磁线,螺旋长度与中心主导线和细铁丝同样长,当用于励磁绕组线圈和变压线圈时,组成单组绕组时铜绝缘线两端须连接工作电压3倍以上电容器,在各端主导线头同时和同样长度同一端细铁丝连合一体,其特征是中心是主导线铝线直径在2mm以上(可根据发电机功率大小而定),再加上与中心导线长度相等直径为0.25mm的细铁丝,再用直径0.2mm铜绝缘线把中心主导线和细铁丝成螺旋小圆圈圈起,螺旋长度和中心主导线也相等,在两端铜绝缘线连接工作电压3倍的电容器,每端的主导线和铁丝连接一体。
3.屏盘式机械能发电机整体看就是中间圆段(段的长短根据发电机大小而定)用来设计放转子绕组,分别的两端圆盘面设计定子绕组,中心主轴与转子连接一体而重心轴力设计放在两边定子轴承上,这样就成转子有两个盘面,再设计绕组线圈经机械运动引起磁链变化形成与设计在两边定子绕组的圆盘面成匝链磁通,其特征是发电机中间圆段为转子部位,转子两圆面再加上定子两圆面组合一起,中心主轴与转子连接一体,轴两边重心放在每段定子轴承上,就形成转子部位在中段定子部位在两端。
4.多变极磁通就是利用权利要求3屏盘式机械能中间圆段的两个盘面结合权利要求1丝铁心特有功能设计盘面转子磁极,根据圆盘内外径大小设计相对比例和相对矩离顺圆的方向排列极数,两边盘面定子丝铁心设计成对称导磁路径截面部分,再让机械运动把转子磁极通过气隙形成磁通,最主要是根据圆盘面可以设计极数多的磁极磁通圆面越大磁极设计数就越多,其特征是转子圆盘两面铝钛合金制选按有规律对称圆孔设计放置圆形丝铁心导磁材料,丝铁心顺着按要求位置排列成有规律的圆周排放,转子两边圆盘的定子也是根据磁通路径极的对称设计。
5.二合一磁通在多变极磁通权利要求4的单组磁通中由于定子两边都是励磁绕组,可以分别或同时产生电动势与中间段的两个对称导磁段转子绕组构成磁通路径,这样就形成两个磁通合在同一个单组磁通导磁里,其特征是每组单极磁通的绕组里权利要求书1丝铁心做为导磁材料在定转子间形成磁通路线时,定子两边丝铁心设计有励磁绕组当分别或同时产生电动势时与中间段丝铁心的转子励磁绕组,与转子绕组两个对称导磁段转子构成磁通路径,就形成两个磁通合在同一个单组磁通。
6.变动式组合变压,就是把静止变压器原理设计成发电机机械活动变压器,其特征是利用机械转动把发电机起初建立较小励磁电流变压增大功率及输出电压进一步电流变压增大,把每组磁极磁通中的转子及励磁绕组附加上变压线圈。
7.水轮发电机合体装置把水轮叶片直接设计在发电机成了组合连体的水轮发电机,这种设计就是合体装置水压直接利用发电,水轮叶直设计在发电机转子外径,应用外径比内径中心主轴大的旋转周率水压动力利用率高,水流落差又不需太高最底落差只需3米就够,其特征是在权利要求3屏盘式机械的转子外径直接把水轮叶动力装置与发电机连合一体成单组发电组合,这样合组装置直接利用水压动力带动转子发电。
8.直嵌式绕组传统发电机绕组线圈都是设计在铁心片槽内,我所设计直接把绕组线圈绕在特定所需权利要求1丝铁心导磁材料上,能在维修时较简单、电磁导线集中利用率高能合理利用电磁导线,其特征是把绕组直接绕在加有绝缘垫套的权利要求1丝铁心特定位置上。
全文摘要
变相极发电机一种新的发电机设计,采用新的导磁材料丝铁心(细小钢丝叠压成所需导磁磁通材料)。导磁线采用组合式新的电磁线制做。机械采用圆屏盘式设计,中间圆段为转子两边为定子。设计多极磁通(中型以上发电机极数一般都在48极以上),再利用新导磁材料及新电磁线设计二合一磁通,一极绕组经圆屏盘式特有的条件设计成两个磁通。电机极数多采用静止变压器原理设计出活动式变压器来增大励磁电压及输出电压,绕组线圈采用直嵌式设计,直接把电磁线绕制在丝铁心上不像传统发电机设计在铁片槽内。其发电机应用新材料、新工艺、新机械能、全新组合一种机械拖动小、输出功率大的交流发电机装置,能应用于各领域发电需求。
文档编号H02K1/00GK1688079SQ200510010759
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月20日 优先权日2005年4月20日
发明者戴文育 申请人:戴文育

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