專利名稱：雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明即屬于力矩電動機(jī)又屬于轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)。
一般的電動機(jī)和發(fā)電機(jī)都是由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成的，其運(yùn)行都不可能同時(shí)產(chǎn)生電動機(jī)和發(fā)電機(jī)效應(yīng)。
有必要發(fā)明一種電動機(jī)、發(fā)電機(jī)一體化的電機(jī)，該電機(jī)不僅能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子及負(fù)載的運(yùn)行，并且還能同時(shí)輸出電機(jī)電磁系統(tǒng)因換向感應(yīng)的電流。例如，它可作為動力需求的力矩源，同時(shí)也可作為電力需求的電源，該電機(jī)與熱動力發(fā)電機(jī)組配套使用具有提高熱能轉(zhuǎn)換率的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)是將其中一轉(zhuǎn)子的輸入電能轉(zhuǎn)變成雙轉(zhuǎn)子上的機(jī)械力矩輸出，并且同時(shí)能將雙轉(zhuǎn)子上電磁繞組換向時(shí)感應(yīng)的電流輸出。它由一個(gè)電機(jī)殼體和一對結(jié)構(gòu)、電磁系統(tǒng)參數(shù)相同的A、B轉(zhuǎn)子構(gòu)成。所說的A、B轉(zhuǎn)子各自至少由8組鐵心繞組構(gòu)成。8組鐵心繞組各間隔45°裝置在轉(zhuǎn)子園周上，并且雙轉(zhuǎn)子兩端都裝有換向器。所說的換向器由8片換向片與絕緣材料結(jié)合而成。當(dāng)連接電源正負(fù)極的電刷接觸A轉(zhuǎn)子兩端位于雙轉(zhuǎn)子中心線上方的轉(zhuǎn)向片時(shí)，A轉(zhuǎn)子上與該組換向片連接的鐵心繞組形成磁通產(chǎn)生電磁力作用A、B轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)動。當(dāng)該繞組隨A轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動距中心線為2°角時(shí)，電刷與該繞組相連的換向片分離，其磁通從有到無的變化可使A、B轉(zhuǎn)子上各有一繞組感應(yīng)電勢，將感應(yīng)電勢的兩只繞組串聯(lián)并與耗電負(fù)載接通，負(fù)載可獲得感應(yīng)電流。A、B轉(zhuǎn)子上的8組電磁繞組按順序輪流工作，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械力矩和直流電流在一電機(jī)中的同時(shí)輸出。
下面結(jié)合雙轉(zhuǎn)子各由8組鐵心繞組構(gòu)成的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)的實(shí)例，詳細(xì)說明本發(fā)明電動發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。

圖1、2、3、4表明本發(fā)明雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)由電機(jī)殼體1、電機(jī)殼前蓋2、電機(jī)殼后蓋3、A轉(zhuǎn)子4、B轉(zhuǎn)子5、電刷系統(tǒng)6、換路二極管7、接線柱組8、軸承組9、螺絲10構(gòu)成。所說的電機(jī)殼由鑄鐵制成，所說的電機(jī)殼前后蓋內(nèi)側(cè)裝有與其絕緣的電刷系統(tǒng)和接線柱組。所說的電機(jī)殼前后蓋上鑲有四只軸承，各軸承內(nèi)徑與雙轉(zhuǎn)子軸配裝。所說的電機(jī)殼前后蓋用螺絲與電機(jī)殼連結(jié)。所說的雙轉(zhuǎn)子縱向并列裝置在電機(jī)殼內(nèi)(雙轉(zhuǎn)子間隙不大于1毫米)。所說的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸11、繞組固定架12、鐵心繞組13、鐵心壓蓋14、固緊螺母15、換向器16構(gòu)成。所說的轉(zhuǎn)子軸由鋼材制成。所說的繞組固定架是由非導(dǎo)磁材料制成的園柱體，并且其園柱體上開有中心孔及8個(gè)繞組槽，如圖5所示，所說的繞組是電磁線繞制成的空心線圈，其裝置在繞組固定架繞組槽內(nèi)。所說的鐵心是兩個(gè)由硅鋼片迭成的“
”型鐵心從繞組兩端插入空心繞組中形成“
”型鐵心的。所說的鐵心極面呈園形。一般說來力矩要求越大，鐵心直徑也相應(yīng)的大。所說的8組鐵心的極性均位于繞組固定架的外緣。所說的鐵心壓蓋由非導(dǎo)磁材料制成，并且其中心開有一孔。所說的固緊螺母由鋼材制成。所說的換向器呈園柱形，其由8片銅材料制成的換向片及絕緣材料按8等分結(jié)合而成，如圖6所示。圖7表示轉(zhuǎn)子上8組鐵心繞組與換向器換向片聯(lián)接方式的展開示意圖。所說的電刷組是由8個(gè)電刷和8個(gè)園型彈簧組成的，如圖8所示。所說的電刷由銅材料制成，其寬度等于換向片的寬度。所說的電刷組分別由螺絲將其緊固于電機(jī)殼前后蓋內(nèi)側(cè)。圖9表示各電刷與換向器接觸位置示意圖。所說的接線柱組裝置在電機(jī)殼前后蓋上，并且其與電機(jī)殼之間裝有絕緣材料，所說的換路二極管為大功率二極管。其按電路圖10裝置在某兩個(gè)接線柱之間。本實(shí)例的雙轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)尺寸，鐵心繞組參數(shù)，轉(zhuǎn)動慣量均要求數(shù)值相同。
本發(fā)明電動發(fā)電機(jī)的實(shí)例由直流電源控制。按圖11所示的接線方式，當(dāng)A、B轉(zhuǎn)子上各有一繞組WA1和WB′與雙轉(zhuǎn)子并列中心線成45°夾角(圖12所示)時(shí)，其電刷1、2接觸了與WA1連接的換向片。那么電流I即可通過換向片流入WA′，鐵心CA′和CB′可形成一有空氣隙δ的環(huán)型磁路，如圖13所示。因氣隙δ中電磁力Fm的方向與A、B轉(zhuǎn)子半徑r的延長線存在45°夾角(如圖14所示)，故A、B轉(zhuǎn)子的力矩可為MA＝Fm·r·sin45°MB＝Fm·r·sin45°于是A、B轉(zhuǎn)子產(chǎn)生對旋轉(zhuǎn)動。其轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為n(轉(zhuǎn)/分)＝974 (N(千瓦))/(M(千克·米))式中N為電磁繞組功率。
A、B轉(zhuǎn)子對旋開始的瞬間t1時(shí)，環(huán)型磁路氣隙δ最大，繞組WA′的電壓平衡方程式為Vo＝i·R+L (di)/(t)當(dāng)WA′隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動位于中心線3°角即tr時(shí)，氣隙δ減小至δ1。由于氣隙δ的變化，WA′的電壓平衡方程式為Vo＝·R+L (di)/(t) +i (dL)/(t)
式中第三個(gè)分量是由電感的變化引起的，它引起電壓降導(dǎo)致磁通Φ及電磁力Fm數(shù)值的降低。對此，R轉(zhuǎn)子中繞制方向與WA′方向相反的繞組WB′在WA′與電源接通后的瞬間通過電刷3、4與負(fù)載R1接通，于是，由于互感的作用可使WB′感應(yīng)電勢i (dL)/(t) ，WB1即可向負(fù)載R1放電，其放電電路中有電流流通可在環(huán)型磁路中引起一個(gè)與磁通Φ同方向的磁通Φ2。此時(shí)環(huán)型磁路的總磁通ΦK在氣隙δ減小至δ1時(shí)，比Φ的數(shù)值大。
當(dāng)WA′和WB1隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動距中心線為2°角即t3時(shí)，連接WA′和WB′的換向片與電刷1、2、3、4分離，電源與WA′及負(fù)載R1與WB′形成的雙電路同時(shí)斷開，磁通Φk從有到無的變化，可使WA′感應(yīng)一個(gè)與原來電流同方向的感應(yīng)電勢，WB′感應(yīng)一個(gè)與原來電流反方向的感應(yīng)電勢。采用圖15的連接方式，WA′和WB′即為電勢順方向繞制反方向串連，其兩端電勢ek＝2W (dΦk)/(t) 。如果串連的WA′和WB′與負(fù)載Rk接通，其放電過程即可相互抵消自感。由于WA′和WB′的自感為零，于是其鐵心CA′和CB′在位于中心線上時(shí)的磁通也為零，因此雙轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時(shí)不受電磁阻力矩的作用，并能保證雙轉(zhuǎn)子上的8組電磁繞組按順序輪流工作。
使用本發(fā)明的實(shí)例時(shí)，首先對準(zhǔn)雙轉(zhuǎn)子同步標(biāo)記，其次將負(fù)載R1的兩端與電刷3、4的接線柱連接，將負(fù)載Rk的兩端與電刷6、7的接線柱連接，將電源正極與電刷1的接線柱連接，將電源負(fù)極與電刷2的接線柱連接，最后閉合開關(guān)，當(dāng)繞組中有電流時(shí)就可在電機(jī)A、B轉(zhuǎn)子軸上得到機(jī)械力矩，同時(shí)負(fù)載R1和Rk也可獲得直流電能。
圖1為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)總裝圖。
圖2為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)總裝圖A-A剖面。
圖3為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)總裝圖B-B剖面。
圖4為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)總裝圖側(cè)視圖。
圖5為繞組圖定架構(gòu)造示意圖。
圖6為轉(zhuǎn)子上換向器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為轉(zhuǎn)子上各繞組與換向器上各換向片連接示意圖。
圖8為電刷結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為電刷與換向器接觸位置示意圖。
圖10為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)電路原理圖。
圖11為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)電路連接示意圖。
圖12為工作繞組起始工作時(shí)所在位置示意圖。
圖13為工作繞組形成的環(huán)形磁路示意圖。
圖14為工作繞組形成的環(huán)形磁路中的電磁力方向示意圖。
圖15為雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)工作繞組放電過程示意圖。
圖例圖11電機(jī)殼體，2電機(jī)殼前蓋，10螺絲，11轉(zhuǎn)子軸。
圖21電機(jī)殼體，2電機(jī)殼前蓋，3電機(jī)殼后蓋，4A轉(zhuǎn)子，5B轉(zhuǎn)子，6電刷系統(tǒng)，7換路二極管，8接線柱組，9軸承，10螺絲，11轉(zhuǎn)子軸，12繞組固定架，13鐵心繞組，14鐵心壓蓋，15固緊螺母，16換向器。
圖31電機(jī)殼體，3電機(jī)殼后蓋，16換向器，6電刷組，8接線柱組，7二極管，10螺絲。
圖41電機(jī)殼體，2電機(jī)殼前蓋，3電機(jī)殼后蓋，10螺絲，11轉(zhuǎn)子軸。
圖51繞組固定架園柱體，2繞組槽，3繞組固定架中心軸孔。
圖61換向片，2絕緣片，3換向器膠木體。
圖71展開的后換向器，2展開的轉(zhuǎn)子，3繞組，4展開的前換向器，5換向片，6絕緣片。
圖81電刷、2彈簧、3接線柱。
圖91電機(jī)殼后蓋，2雙轉(zhuǎn)子并列中心線，3A轉(zhuǎn)子上換向器，4B轉(zhuǎn)子上換向器，5電刷1，6電刷3，7電刷5，8電刷7。
圖111A轉(zhuǎn)子上繞組WA′，2B轉(zhuǎn)子上繞組WB′，3A轉(zhuǎn)子上后換向器，4A轉(zhuǎn)子上前換向器，5B轉(zhuǎn)子上后換向器，6B轉(zhuǎn)子上前換向器，7電刷1，8電刷2，9電刷3，10電刷4，11電刷5，12電刷6，13電刷7，14電刷8，15耗電負(fù)載R1，16電源，17耗電負(fù)載Rk，18換向片，19絕緣片，20繞組電阻。
圖121雙轉(zhuǎn)子并列中心線，2A轉(zhuǎn)子，3B轉(zhuǎn)子，5繞組，6鐵心。
圖131A轉(zhuǎn)子，2B轉(zhuǎn)子，3A轉(zhuǎn)子上前換向器，4B轉(zhuǎn)子上前換向器，5A轉(zhuǎn)子上后換向器，6B轉(zhuǎn)子上后換向器，7B轉(zhuǎn)子上繞組WA′，8B轉(zhuǎn)子上繞組WB′，9A轉(zhuǎn)子上鐵心CA′，10B轉(zhuǎn)子上鐵心CB′，11環(huán)形磁路磁通，12雙轉(zhuǎn)子并列中心線。
圖141雙轉(zhuǎn)子并列中心線，2A轉(zhuǎn)子，3B轉(zhuǎn)子，4工作繞組開始工作時(shí)所在的位置的轉(zhuǎn)子半徑，5半徑延長線，6電磁力方向。
圖15圖例與圖11相同。
權(quán)利要求
一種由電機(jī)殼體、前后殼蓋、軸承蓋、軸承組、電刷組、二極管、雙轉(zhuǎn)子構(gòu)成的可同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電流的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于1、雙轉(zhuǎn)子縱向并列裝置在一個(gè)有底座的呈柱體形空心的電機(jī)殼內(nèi)，雙轉(zhuǎn)子上的四只換向器與裝置在電機(jī)殼前后殼蓋內(nèi)側(cè)的8個(gè)電刷接觸，通過二極管的單向?qū)щ娮饔檬闺姍C(jī)電磁系統(tǒng)形成激勵(lì)、磁平衡、放電三個(gè)電路。2、按權(quán)利要求1中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的雙轉(zhuǎn)子分別由軸、繞組固定架、若干只鐵心繞組、鐵心壓蓋、螺母、換向器構(gòu)成，其鐵心繞組的鐵心極面位于繞組固定架外緣裝置，并且兩個(gè)轉(zhuǎn)子的繞組固定架兩側(cè)軸上都裝有一只換向器。繞組固定架和鐵心壓蓋用非導(dǎo)磁材料制成。3、按權(quán)利要求2中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的雙轉(zhuǎn)子中裝置的繞組的繞制方向相反，并且各繞組的兩端導(dǎo)線是與轉(zhuǎn)子軸兩端所裝的換向器上相對應(yīng)的換向片連接的。4、按權(quán)利要求1中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的電刷與換向器中換向片接觸面的寬度取決于換向片的寬度，并且每兩塊電刷按不同轉(zhuǎn)角與一只換向器接觸。5、按權(quán)利要求1中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的激勵(lì)電路是電源通過某兩個(gè)電刷接觸了與轉(zhuǎn)子1上位于中心線上方的一只繞組連接的換向片而形成的，繞組激磁后產(chǎn)生電磁力作用雙轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)動。6、按權(quán)利要求1中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的磁平衡電路是耗電負(fù)載R1通過某兩個(gè)電刷接觸了與轉(zhuǎn)子2上位于中心線上方的一只繞組連接的換向片面形成的，負(fù)載R1在獲得互感電流的同時(shí)可保持激勵(lì)磁通的平衡。7、按權(quán)利要求1中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的放電電路是在轉(zhuǎn)子1、2上的工作繞組與電源和負(fù)載R1斷開后，由二極管的導(dǎo)通將該兩個(gè)繞組與耗電負(fù)載R1接通形成的，并且其放電過程是在抵消自感的情況下進(jìn)行的。8、按權(quán)利要求1中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的放電電路的輸出功率大于激勵(lì)電路的輸入功率。9、按權(quán)利要求2中所述的雙轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的換向片和絕緣片的寬度相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時(shí)具有電動機(jī)和發(fā)電機(jī)效應(yīng)的電機(jī)。由電機(jī)殼體、雙轉(zhuǎn)子、電刷組、二極管構(gòu)成。各裝有若干只鐵心繞組和兩只換向器的雙轉(zhuǎn)子縱向并列裝置在電機(jī)殼內(nèi)，裝在電機(jī)殼前后殼蓋內(nèi)側(cè)壁上的電刷組按不同轉(zhuǎn)角與雙轉(zhuǎn)子上的四只換向器接觸，二極管裝在某兩個(gè)電刷之間，由電刷組和二極管的導(dǎo)通作用電機(jī)電磁系統(tǒng)可形成三個(gè)工作電路。當(dāng)電機(jī)同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電流時(shí)其功率因數(shù)可達(dá)1.00以上。
文檔編號H02K16/00GK1032992SQ8710715
公開日1989年5月17日 申請日期1987年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月20日
發(fā)明者董長軍 申請人:董長軍