旋轉功率放大機和永動式電動機的製作方法

2023-09-24 00:57:50 1

專利名稱：旋轉功率放大機和永動式電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用旋轉式電磁反饋振蕩裝置的功率(電壓)放大作用產生高速高扭矩力旋轉運動的省能直流電動機和永動式電動機。
迄今為止，世界上僅有利用外電源產生同功率旋轉力的電動機和利用外力旋轉力產生同功率電力的發電機。該類電磁換能裝置由於本身存在無功損耗而不能串接在一起形成永動機械。
本發明旨在提出一種使直流電動機和直流或交流發電機裝置在一起，組合成一種能利用自發電功率產生旋轉運動的永動式動力機械。該機只需在小功率外加啟動電源啟動運轉後即可輸出高功率的機械旋轉力。因此，本發明是一種利用電磁相互作用產生永久旋轉動力的永動式電動機。
本發明的目的是以如下方式達到的將常規的直流電動機的三極靴轉子鐵芯改為六極(或六極加(減)對極靴數)，原繞組接入轉子一側的滑環換向器上作為驅動繞組。新三極靴繞上同驅動繞組相同規格和匝數的繞組，繞組線圈未端連接到轉子同一側平面的滑環整流器上作為感應繞組，由此組成本發明的旋轉功率放大機的驅動轉子。另一規格相同的無軸第二轉子，繞組極靴垂直交叉穿疊在驅動轉子主軸上作為第二驅動轉子，兩轉子共用三對(或相應對數)高磁強的瓦型永久磁鐵作為定子的磁極，由此組成本發明的旋轉功率放大機整機結構。
當外加直流啟動電源功率分流通過兩驅動轉子的滑環換向器接入驅動繞組時，該機開始按定子和轉子的磁極相互作用產生異極吸引驅動力和同極排斥驅動力的規律做直流電動機運轉。由於旋轉過程中驅動繞組中電流運動方向隨滑環換向器的旋轉做連續變換以及對應定子磁極磁場方向與電流磁場方向近似同步同向的交替變換，使驅動繞組對應的感應繞組極靴產生連續變換方向的磁力線和磁極，由此感應出與驅動繞組接近相同功率的感應電功率，經滑環整流器引出直流電功率並串接到啟動直流電源上做為驅動電源。功率相加的驅動電源使驅動轉子產生相應功率的驅動旋轉力並感應出相應功率的感應電功率再次加入驅動電源中。周而復始，則使驅動電功率(電壓)越來越高，同時也使該機轉速或旋轉扭矩力越來越高。該特性本發明稱之為旋轉型電磁反饋振蕩器的功率放大作用。因此該裝置是一種旋轉功率放大機。這是由於感應電功率只在其閉合迴路中循環而隨循環周期與串聯的驅動(啟動)電源產生了功率累加作用。由於迴路中的電流強度不變，其電功率的放大(累加)程度只表現電壓放大程度。由於該機的功率放大作用僅是啟動電源功率(電壓)與感應繞組的電磁轉換效率乘積值的累加，所最終達到的功率最大放大倍數(終功率或終電壓)只能低於或等於啟動電源功率的總能量。
本裝置在電功率(電壓)放大的同時，也將本機的機械旋轉功率得到同步同級放大。當該機啟動運轉後，使串接的外加啟動電源功率人為地調節到一定值時，該機則處於穩速、降速、加速、或停車狀態。因此該機啟動後，只需小功率的外加驅動電能就能得到高功率的驅動電功率輸出並產生相應功率的轉速或旋轉扭矩力。在運轉過程中，該外加啟動電功率只做為驅動電源功率(感應電源功率)的補充。因此，該結構類型的直流電動機電功率耗能很少。因此本發明的這種雙驅動轉子結構的直流電動機為節能直流電動機，本發明稱之為旋轉功率放大機。
當另一相應規格的驅動轉子作為發電轉子與旋轉功率放大機同軸組合在一起時，節能運行的驅動轉子的旋轉扭矩力帶動第三轉子(發電轉子)做同軸旋轉運行，使發電轉子感應繞組產生相應功率的電能，該電功率經滑環整流輸出後並行連接到外加啟動電源上代替外啟動電源做驅動電功率的補充並同時向外加啟動電源(可充電電池)自動充電。該旋轉式永動機械本發明稱之為永動式電動機。
以下結合附圖對本發明做進一步詳述。


圖1為本發明的旋轉功率放大機的結構平面圖。
圖2為本發明的驅動繞組與滑環換極器和驅動電源的結構連接圖。
圖3為本發明的感應繞組和滑環整流器的電功率輸出連接圖。
圖4為本發明的旋轉功率放大機的整機結構裝配截面圖。
圖5為本發明的永動式電動機和旋轉功率放大機的啟動和調速電路連接圖。
圖6為本發明的永動式電動機(和旋轉功率放大機)轉子及大功率整機消電火花輸電裝置圖。
參照圖1，一個由六極靴驅動轉子(4)和三對定子永久磁極(1)組成本發明的旋轉功率放大機驅動轉子的基本結構。(2)為轉子的驅動繞組，(3)為轉子的感應繞組，(2)(3)和定子磁極(1)一樣均做相互間隔裝配按置。(5)為轉子主軸和滑環固定軸。驅動電源(D、C)通過電刷(圖2(3))和滑環(圖2(2))組成的滑環換極(向)器與三個等距按置的驅動繞組(2)(圖2(1))連接。圖2為驅動繞組呈並聯形式的六斷口六換極雙滑道滑環換極器結構。各驅動繞組極靴中點向心垂直線均相交於相應的滑環換極斷口中線。驅動轉子的三個感應繞組(3)(圖3(1))通過滑環(圖3(2))和電刷(圖3(3))以及整流器(圖3(4))組成的滑環整流器向外輸出感應直流電功率。滑環換極器和滑環整流器的電刷組合在一起(圖4(11)(12))按裝在驅動轉子一側平面的電刷固定板上(圖4(13)(14))並與轉子主軸上相應的滑環(圖4(5)(6)(7)(8))做彈性磨擦接觸。定子的三對六塊瓦型永久磁極(1)極性相互間隔等距裝配，並且磁極對應按置在轉子主軸(5)的直徑連線上。
參照圖4，兩驅動轉子(2)(3)的極靴相互等距交叉地裝配在同一根主軸(9)上。(1)(4)為定子永久磁極。電刷(11)(12)分別固定在電刷絕緣固定板(13)(14)上。(5)(6)(7)(8)為兩驅動轉子的換極器滑環和整流器滑環。(10)為整機外殼。由此構成旋轉功率放大機的整機結構。
參照圖5，呈並聯形式的兩驅動轉子(圖4(2)(3))的驅動繞組(1)的一端連接於調速變阻器(4)的滑肩上，另一端連接於感應繞組(2)的兩個並聯的橋式整流器(3)的正極輸出端。啟動直流電源(7)與調速變阻器並聯，其正極端連接於橋式整流器(3)的負極輸出端，(6)為啟動電源迴路開關。由此組成本發明的旋轉功率放大機的啟動和調速電路。發電轉子(圖6(12))感應繞組(包括驅動繞組)(8)的橋式整流器(5)的正極輸出端與啟動電源(7)的正極連接，其負極輸出端與啟動電源(7)的負極連接。電壓轉速表(9)跨接於發電轉子感應繞組(8)的兩端，由此構成永動式電動機的啟動和調速線路。
當本機啟動時，打開啟動電源開關(6)，將調速變阻器(4)逐漸向未端滑動，使啟動直流電源(7)的電功率與兩驅動轉子的驅動繞組(1)同時構成電源迴路。由於兩驅動轉子的繞組極靴和換向器滑環均做等距交叉裝置，使轉子的驅動繞組極靴不管處於何圓周角度上，與定子永久磁極相互作用均表現相互吸引驅動力和相互排斥驅動力。當驅動繞組中施加的驅動電功率達到一定值時，旋轉功率放大機的轉子和主軸則開始做順時針方向的旋轉運動並隨調速變阻器(4)阻值的變化而加速。此時，驅動轉子的感應繞組(2)隨驅動繞組電源極性和定子磁極極性近似同步同向的交替變換而感應出電流方向連續變化的感應電功率，並經整流器(3)整流後串接於啟動電源迴路中形成了功率累加和放大作用，使施加於驅動繞組(1)上的驅動電功率(電壓)W按轉子旋轉圈數R與啟動電源電壓U的乘積乘以轉子極靴對數P的規律進行變化，其關係為W＝(U＋RUPK)I式中K為感應繞組的電磁轉換效率(如果該值大於和等於1，輸出的感應電功率可直接並聯於啟動電源(7)上)。由於啟動電源電壓U決定於調速變阻器(4)的阻值，通過調節(4)的阻值，可使旋轉功率放大機和永動式電動機的工作功率和轉速穩定在要求值上。此時由旋轉功率放大機帶動旋轉的發電轉子的感應繞組(8)處於發電狀態，其發電電功率經整流器(5)整流後並聯於外加啟動電源(7)上而代替(7)進入驅動電源線路，當該發電電功率(電壓)高於啟動電源(7)的直流電壓時，即向(7)進行自動充電。此時，通過人為調節調速變阻器的阻值可對整機進行調速，整機的轉速和發電電壓可通過跨接在發電轉子功率輸出端的電壓表(9)指示。
本發明的技術設計要求1、驅動轉子的驅動繞組和感應繞組的繞制方向以及線徑和匝數均相同，驅動繞組功率應滿足轉子極靴的磁強要求，並且定子磁極極靴的寬度應等於或小於轉子磁極極靴的寬度。
2、啟動直流電源(可充電電池)的擊穿電壓應高於該機處於最高運行功率時的發電電壓值。換極器的滑環斷口處的擊穿電壓應高於整機結構極限功率的電壓值。
3、線路中的橋式整流器的整流元件的工作電流和反向擊穿電壓均應滿足和高於整機極限功率值。
4、發電轉子的規格應與整機最大機械功率配合，其驅動繞組和感應繞組並聯於發電轉子的發電輸出滑環(圖6(14))上。發電轉子的輸電電流強度應等於整機驅動電功率的電流強度，最高發電電壓應等於或高於外啟動直流電源的充電電壓。
5、轉子驅動繞組的繞制方向應使繞組極靴在順時針轉動到達與定子磁極相互作用的中點之前表現相互吸引驅動力，到達中點處使驅動電源兩極換向而表現相互排斥驅動力。
6、調速變阻器(4)的功率應和與之並接的啟動電源(7)的功率相適應配合，其阻值應與發電轉子的最高發電電壓相應並儘量達到精密的調速電壓單位劃分。最好採用可控矽電子調速電路。
7、滑環的換極斷口應用絕緣耐磨材料充填至與滑環平面處於同一圓周平面。電刷與滑環應採用平面線接觸而不能採用面接觸。採用面接觸時，電刷接觸面寬度應小於滑環換極斷口的寬度，以防止換極斷口短路。
8、如果整機功率較大，可採用圖6所示的滑環配電結構。圖6結構中，(14)為發電轉子(12)的發電輸出滑環，(1)(2)(3)(4)(13)為雙驅動轉子(10)(11)的五組滑環，啟動電源的分壓低電壓電源(8)通過電刷與滑環(1)構通形成輸入控制電源，滑環(1)兩條滑道連接到低壓換向器滑環(2)上，其換向連接結構同圖2。(2)通過兩組等距交叉換極的電刷輸出的兩組低壓換向電源(7)分別連接到兩組相應功率的可控矽或電晶體(5)的控制極上，使第一驅動轉子(10)和第二驅動轉子(11)的驅動繞組兩端施加的驅動電源(6)通過可控矽組(5)的交替接通而形成兩組連續換向的輸入功率並通過滑環(3)和(4)連接到相應驅動轉子的驅動繞組兩端頭而使驅動轉子極靴產生交替驅動動力，兩驅動轉子的感應繞組所形成有感應電功率通過滑環(13)統一輸出。該結構裝置可使整機做功率運轉時能有效地防止電火花的產生。
9、驅動轉子感應繞組的整流器滑環(圖3)可做成六斷口六換極或與驅動轉子極靴數相對應的多斷口多換極雙滑道結構(圖7)。該種整流器滑環的換極斷口間距約等於滑道的長度並使其斷口與其驅動繞組的換向器滑環斷口做重疊裝配固定，以使驅動繞組的電功率在換向期間使其感應繞組暫時處於開路狀態，換向後再形成閉路狀態和感應電功率輸出，以此使該機的電流磁場主要用於整機驅動，而主要利用磁極磁場進行感應發電。
權利要求
1.一種旋轉功率放大機，本發明的特徵(圖1)為整機由兩個極靴等距交叉裝配的驅動轉子(4)(圖4(3))和相應對數的瓦型定子永久磁極(1)(圖4(1)(4))構成，驅動轉子為六極靴或六極加(減)對極靴數，轉子的三個或數個驅動繞組(2)和三個或數個感應繞組(3)相互間隔裝置，並分別通過滑環換極器(4)(圖2)和滑環整流器(4)(圖3)輸入直流驅動(或啟動)電功率和輸出感應(發電)直流電功率，後者與本機的啟動直流電源串聯或並聯，並且定子的三對六個或與轉子極靴數相應的數對多個永久磁極(1)相互做圓周等距間隔裝置。
2.按權利要求1規定的旋轉功率放大機，本發明的特徵為驅動轉子(圖4(3))主軸上穿疊裝配一個相應規格的驅動轉子作為發電轉子(圖6(12))，發電轉子的驅動繞組與其感應繞組並聯，通過滑環整流器(圖3)(圖6(14))輸出發電直流電功率並並聯於啟動直流電源(圖5(7))上，整機中三個同軸轉子共用三對或相應對數的定子永久磁極(圖4(1)(4))(圖1(1))，由此構成永動式電動機的整機結構(圖1)(圖6)。
3.按權利要求1、2規定的旋轉功率放大機和永動式電機，其特徵為驅動轉子的滑環換極器均為六斷口六換極或相應的多斷口多換極雙滑道結構(繞組並聯形式)(圖2)，滑環換極器的換極斷口中線均與相對應的驅動繞組極靴中點向心垂直線相交固定。
4.按權利要求1、2、3規定的旋轉功率放大機和永動式電動機，其特徵為驅動轉子和發電轉子的感應功率輸出滑環為閉合雙滑道結構(圖3)，並通過電刷(圖3(3))與橋式整流器(圖3(4))連接組成滑環整流器。
5.按權利要求1、2、3、4規定的旋轉功率放大機和永動式電動機，其特徵(圖5)為啟動直流電源(7)與調速滑線變阻器(4)和發電轉子的發電直流輸出功率(5)並聯，並與兩驅動轉子的感應直流電功率(3)串聯而組成驅動電功率，整機驅動電功率與兩驅動轉子的驅動繞組(1)構成分流驅動電源迴路，轉速(電壓)表(9)跨接在發電轉子感應繞組(8)兩端，由此構成永動式電動機和旋轉功率放大機的啟動和調速電路。
6.按權利要求1、2、3、4、5規定的旋轉功率放大機和永動式電動機，其特徵(圖6)為第一驅動轉子(10)和第二驅動轉子(11)共用五組輸電滑環(1)(2)(3)(4)(13)，低壓電源(8)通過電刷(16)和滑環(1)連接到換向器滑環(2)上，並通過兩組等距交叉換極的電刷引出兩組換向低壓電源(7)做為控制電源而分別連接到兩組各為4個大功率可控矽或電晶體(5)的控制極上，高壓啟動電源(6)通過兩組可控矽或電晶體(5)和電刷分別進入輸電滑環(3)(4)並連接到相應驅動轉子的各驅動繞組上，兩驅動轉子的感應繞組統一連接到感應滑環(13)上通過電刷輸出感應電功率，由此組成旋轉功率放大機和永動式電動機大功率整機的防電火花輸電配電裝置。
7.按權利要求1、2、3、4規定的旋轉功率放大機和永動式電動機，其特徵為驅動轉子感應繞組的整流器滑環(圖3(2))改為與驅動轉子極靴數相對應的多斷口多換極雙滑道結構(圖7)，斷口間距約與滑道等長，並與其驅動繞組的換向器滑環(圖2(2))斷口做重疊裝配固定。
全文摘要
本發明提供了由定子永久磁極和驅動轉子以及發電轉子構成的一種能利用小功率直流電能即能得高功率的機械旋轉力的旋轉功率放大機(省能直流電動機)以及另一種無需輸入電能即能提供高功率機械旋轉動力的永動式電動機。通過簡單的調速電路能對其轉速隨意調節和啟動。本發明可用作省能直流電動機以及各種形式的自動動力機。
文檔編號H02K53/00GK1121653SQ95110470
公開日1996年5月1日 申請日期1995年5月30日 優先權日1995年5月30日
發明者鄒偉明 申請人:鄒偉明