專利名稱:圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)的制作方法
一、本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域：
是直流發(fā)電機(jī)制造。
二、圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)與現(xiàn)有自勵直流發(fā)電機(jī)相關(guān)的技術(shù)特征圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)區(qū)別現(xiàn)有自勵直流發(fā)電機(jī)一個重要特征是兩者之間的工作原理不一致。進(jìn)而，導(dǎo)致本發(fā)明裝置具有新的獨(dú)立特征，一是無換向器;二是改變了傳統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)常規(guī)。
現(xiàn)有自勵直流發(fā)電機(jī)工作原理屬于旋轉(zhuǎn)電樞式，它是以電樞旋轉(zhuǎn)切割定子異性主磁極在電樞中感生交流電，借換向器和電刷以實(shí)現(xiàn)外電路的直流電和本機(jī)勵磁以及與電樞繞組中交流電之間相互轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明工作原理特征是把“旋轉(zhuǎn)電樞”和“旋轉(zhuǎn)磁場”以及“單極切割”三種發(fā)電方式結(jié)合在一起，應(yīng)用在本發(fā)明的一個裝置中-一圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)。
該機(jī)在原動機(jī)的拖動下，軸前端勵磁直流發(fā)電機(jī)以圓環(huán)為電樞旋轉(zhuǎn)切割靜止的永磁體輔助磁極的單極和電磁鐵主磁極的單極，在圓環(huán)電樞繞組產(chǎn)生感生直流電直接引線沿轉(zhuǎn)軸輸給后端自流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心勵磁，轉(zhuǎn)子的兩端形成N極和S極，轉(zhuǎn)子再以它的單極沿兩圓環(huán)定子之間旋轉(zhuǎn)，切割圓環(huán)定子繞組產(chǎn)生感生電動勢和感生直流電，對外電路輸出，同時，一部分回輸前端勵磁發(fā)電機(jī)勵磁。進(jìn)而，在一機(jī)中實(shí)現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)電樞”和“旋轉(zhuǎn)磁場”以及“單極切割”發(fā)電。且無換向器和電刷。
本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)特征該裝置是把直流勵磁發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組合在一起，通過一個轉(zhuǎn)軸連結(jié)其旋轉(zhuǎn)部件，用框架組成整機(jī)，前端是勵磁機(jī)中端和后端是直流發(fā)電機(jī)。
主要結(jié)構(gòu)件的特征是勵磁發(fā)電機(jī)是由圓環(huán)鐵心和繞組構(gòu)成，它的主磁極是圓柱電磁鐵和勵磁繞組構(gòu)成，啟動輔助磁極是由圓柱永磁體構(gòu)成。
直流發(fā)電機(jī)定子是由圓環(huán)鐵心和繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子是由圓柱體電磁鐵和勵磁繞組構(gòu)成。
根據(jù)該機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特征，可以用不同數(shù)量的圓環(huán)定子和轉(zhuǎn)子以及應(yīng)用不同數(shù)量的圓環(huán)電樞和主磁極相組合。制造不同功率和不同效率的自勵直流發(fā)電機(jī)。
同時，也可以用增大或減小圓環(huán)鐵心和圓柱體鐵心的直徑尺寸制造不同功率和不同效率的“圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)”。該機(jī)應(yīng)用于較廣泛的直流電源方面。如車輛、船只、艦艇、冶煉、電解勵磁等大中小功率的直流電源。
三、發(fā)明目的本發(fā)明目的在于改變現(xiàn)有自勵直流發(fā)電機(jī)工作原理。進(jìn)而，消除現(xiàn)有自勵直流發(fā)電機(jī)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)裝置，建立新的自勵直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)裝置，使該項(xiàng)制造技術(shù)有一個較大的進(jìn)展，提高直流發(fā)電機(jī)的工作性能和達(dá)到大幅度降低造價，滿足社會生產(chǎn)需要。
第二章 圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)基本工作原理一、工作原理該機(jī)能量形式變換是依賴于電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間空氣隙磁場。應(yīng)用原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律。
該機(jī)由兩大部件組成，一是提供勵磁場的磁感應(yīng)部件;另一個是產(chǎn)生感生電動勢和感生電流的被感應(yīng)部件。
它的工作原理應(yīng)用三種發(fā)電方式，它由直流勵磁發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)通過一個轉(zhuǎn)軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)而組成一部整機(jī)。
該整機(jī)的勵磁發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的工作原理各不相同。勵磁機(jī)的工作原理是“旋轉(zhuǎn)電樞式”和“單極切割式”相結(jié)合。
它是以兩圓環(huán)鐵心和繞組構(gòu)成該機(jī)的電樞，在原動機(jī)拖動下兩圓電樞旋轉(zhuǎn)切割它中間靜止的圓柱體電磁鐵主磁極的單極和永磁體啟動輔助磁極的單極。在旋轉(zhuǎn)電樞中產(chǎn)生感生電動勢和直流電。
直流發(fā)電機(jī)的工作原理是“旋轉(zhuǎn)磁場”和“單極切割”相結(jié)合。它以圓柱體轉(zhuǎn)子主磁極在兩圓環(huán)定子中間分別以單極切割圓環(huán)定子繞組在定子繞組產(chǎn)生感生電動勢和直流電。
前端旋轉(zhuǎn)電樞產(chǎn)生的直流電為后端直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁，后端直流發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的感生直流電為前端勵磁機(jī)定子勵磁，并同時對外電路輸出，該圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)，工作過程應(yīng)用了“旋轉(zhuǎn)電樞”和“旋轉(zhuǎn)磁場”以及“單極切割”三種發(fā)電工作原理。
二、電流方向和磁場方向見附圖(1)勵磁過程，見附圖(2)電流和磁場方向。
由于該機(jī)是單極切割無論在勵磁機(jī)的電樞中和直流發(fā)電機(jī)的定子繞組中所產(chǎn)生的都是直流電，勵磁機(jī)的定子主磁極和直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極的勵磁電流也是直流電。所以，該機(jī)的感應(yīng)部件和被感應(yīng)部件都是直流電磁場。
該機(jī)這兩大部件的繞線方式都是螺旋式，對它們的磁場方向的判斷應(yīng)用右手螺旋定則。
該機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極沿兩圓環(huán)中間平面旋轉(zhuǎn)時無論是順時針還是逆時針，轉(zhuǎn)子兩端的磁極必然有一端是增磁而另一端是去磁。
見附圖，電流和磁場方向。
當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極的N極和S極在兩圓環(huán)定子鐵心中間順時針旋轉(zhuǎn)時N極所切割的那個圓環(huán)定子鐵心平面內(nèi)側(cè)形成S極(增磁)，S極所切割的那個圓環(huán)定子鐵心平面內(nèi)側(cè)形成S極(去磁)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時與此相反，這是由于圓環(huán)定子繞組產(chǎn)生的感生電流方向所形成的。
同時，在圓環(huán)鐵心外側(cè)平面與圓環(huán)鐵心內(nèi)側(cè)形成相反的磁場方向，無論圓環(huán)鐵心內(nèi)側(cè)還是外側(cè)所形成的異名磁場方向都是驅(qū)動繞組導(dǎo)體運(yùn)動電荷沿螺旋式繞組同一方向作定向運(yùn)動。進(jìn)而，提高定子工作繞組的感生電動勢和感生電流的強(qiáng)度，該機(jī)的中間圓環(huán)定子兩側(cè)是同名磁極切割，它加強(qiáng)了繞組導(dǎo)線電荷的定向運(yùn)動速度。
三、工作特性和用途該機(jī)可以由若干個圓環(huán)定子片和轉(zhuǎn)子組成一部整機(jī)，同時工作繞組不受定子腔空間限制，散熱性能強(qiáng)，它的單機(jī)額定功率可以制成比現(xiàn)直流發(fā)電機(jī)額定功率大，又由于無換向器和電刷，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時和電壓升高時不存在換向困難的技術(shù)問題。連續(xù)工作時間長。
該機(jī)輸出電壓和電流可以通過機(jī)端接線方法的改變不通過任何附加裝置可以得到調(diào)整。
調(diào)整的方法是如果把每片定子工作繞組串聯(lián)起來輸出其電壓大電流小。如果把每片定子工作繞組并聯(lián)輸出電壓小電流大。
該機(jī)經(jīng)試驗(yàn)證明輸出電壓波型穩(wěn)定，電流波型穩(wěn)恒。
用途它適合大中型功率直流電源的需要。
第三章 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容包括對該機(jī)電磁設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個相輔相成的組成部分。電磁設(shè)計(jì)要根據(jù)該機(jī)的技術(shù)要求并考慮制造運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)合理性和可靠性，決定該類型電機(jī)圓環(huán)鐵心和圓柱型鐵心的主要尺寸和個數(shù)。計(jì)算和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)整等內(nèi)容，應(yīng)通過若干方案分析比較選定較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。電磁設(shè)計(jì)決定該機(jī)有關(guān)尺寸和數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一，它們最終應(yīng)在圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)部件的結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)出來。
自勵直流發(fā)電機(jī)是系列性產(chǎn)品。因此，要從系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度去考慮系列內(nèi)各產(chǎn)品的功率安裝尺寸和零部件尺寸的遞增規(guī)律。
一、結(jié)構(gòu)它的結(jié)構(gòu)見主要結(jié)構(gòu)件。
為適應(yīng)不同功率和效率和使用環(huán)境條件的不同要求，大、中、小型圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件的數(shù)量和尺寸應(yīng)當(dāng)不相同。
具體的體現(xiàn)是如，需設(shè)計(jì)較大功率的本發(fā)電機(jī)，就應(yīng)增多定子片和轉(zhuǎn)子，為滿足本機(jī)勵磁同時應(yīng)增多圓環(huán)電樞個數(shù)和主磁極個數(shù)來組成一部整機(jī)的設(shè)計(jì)方案。同時，也可以根據(jù)使用環(huán)境的需要用增大它們鐵心直徑來調(diào)整不同功率和不效率。
這里所說的效率是指設(shè)計(jì)時圓環(huán)鐵心過厚或轉(zhuǎn)子直徑過小都將影響它的效率。
二、設(shè)計(jì)程序見設(shè)計(jì)程序表和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)填充表。
該設(shè)計(jì)程序表是對設(shè)計(jì)本系列產(chǎn)品有秩序的設(shè)計(jì)工作的重要技術(shù)方案，是思維結(jié)構(gòu)過程。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)填充表是服務(wù)于設(shè)計(jì)程序和具體結(jié)果方案。同時也可以用來調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)所應(yīng)用和有目的有程序去檢索有關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)。
三、功率計(jì)算功率計(jì)算可參考現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)的計(jì)算方式。其算式如下PN＝CD2CLtnN式中PN-額定功率;
Da-轉(zhuǎn)子鐵心;
Lt-定子鐵心長度;
C-利用系數(shù)，可參考現(xiàn)有發(fā)電機(jī)不同功率的利用系統(tǒng)。
功率確定圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)是屬于系列產(chǎn)品，因此對它的功率確定不應(yīng)是單一的或獨(dú)立的。應(yīng)按現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)的功率等級來確定，現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)功率等級是根據(jù)電動機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動控制系統(tǒng)考慮來確定的，關(guān)于對它功率等級的確定請查閱《電機(jī)工程手冊》第四卷機(jī)械工業(yè)出版社一九八二年版。第21篇21-5頁。
該機(jī)的電壓等級請查閱《電機(jī)工程手冊》第四卷。第21篇21-5頁。
該機(jī)的轉(zhuǎn)速等級請查閱《電機(jī)工程手冊》第四卷。第21篇21-5頁。
該機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙請參閱《實(shí)用電工手冊》上冊第882頁，江西人民出版社一九八三年版。
該機(jī)氣隙磁通密度一般應(yīng)確定0.7-0.9特斯拉。
設(shè)計(jì)程序(一)1.額定轉(zhuǎn)速、2.額定電壓、3.額定電流、4.額定功率、5.估算效率(二)1.圓環(huán)鐵心硅鋼選定、2.圓環(huán)鐵心體積、3.圓環(huán)鐵心個數(shù)。
(三)1.圓環(huán)鐵心外徑、2.圓環(huán)鐵心內(nèi)徑、3.圓環(huán)鐵心面積、4.圓環(huán)鐵心厚度。
(四)1.定子線圈匝數(shù)、2.銅導(dǎo)線型號規(guī)格選定、3.絕緣材料選定4.定子鐵心體積。
(五)1.線圈體積、2.繞線在定子平面的厚度、3.三角齒厚度(六)1.定子框、2.轉(zhuǎn)子軸、3.定子架、4.軸鍵、5.固定框支架(七)1.固定定子片螺桿、2.軸承前后端架、3.軸承選擇(八)1.軸承內(nèi)、2.軸承套、3.軸承外蓋、4.機(jī)罩注意勵磁發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)程序按上述一.五順序進(jìn)行。
圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)填充表直流發(fā)電機(jī)部分
四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)本發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于正確選定圓環(huán)鐵心的直徑，內(nèi)徑和厚度，以及圓柱體磁極鐵心的長度和直徑，設(shè)計(jì)時還應(yīng)首先選定鐵心所需硅鋼的類型，進(jìn)而，確定轉(zhuǎn)子鐵心的總體積。硅鋼的類型選擇請參閱《電機(jī)工程手冊》第二卷第八章，機(jī)械工業(yè)出版社一九八二年版。
五、轉(zhuǎn)子體積的確定該直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)的定子是電磁感應(yīng)部件，在結(jié)構(gòu)上是一致的，它所起的作用和現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)主磁極所起的作用是相同的，只不過是幾何形狀有所不同。因此，對直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)的定子的體積確定應(yīng)參照現(xiàn)有不同功率的直流發(fā)電機(jī)主磁極計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)來確定本發(fā)電機(jī)不同功率的轉(zhuǎn)子和定子體積或按下式初步計(jì)算。
當(dāng)該機(jī)氣隙中的磁場強(qiáng)度和氣隙的體積確定后所需主磁極的電磁鐵的體積與磁能積BH成反比來計(jì)算，算式如下V=- (μ0(H′)2V′)/(BH)式中V-電磁鐵的體積，μo-磁導(dǎo)率，近似1H′-氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度。V′-氣隙的體積。
BH-電磁鐵的磁性能。
上式表明在該機(jī)氣隙磁場強(qiáng)度H′和氣隙體積V′確定后所需電磁鐵的體積V與磁能積BH成反比。
顯然，在選用不同磁能積(BH)m硅鋼做鐵心時(BH)m大，就可以使該機(jī)的磁鐵體積縮小，可以節(jié)省磁性材料和縮小該機(jī)的體積。
勵磁發(fā)電機(jī)輔助磁機(jī)體積的確定勵磁發(fā)電機(jī)的輔助磁極是用永磁體材料制成圓柱型，所起的作用是相當(dāng)于該機(jī)的剩磁，備啟動時在圓環(huán)電樞產(chǎn)生感生直流電，當(dāng)該機(jī)正常運(yùn)行之后所起的作用是輔助電磁鐵定子主磁極工作。
對主磁極體積的計(jì)算可采用上述直流電機(jī)轉(zhuǎn)子體積的計(jì)算方法。它的結(jié)構(gòu)裝置見勵磁發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)圖(附圖9C)。
啟動輔助磁極體積不應(yīng)設(shè)計(jì)過大。它的體積一般應(yīng)是電磁鐵主極體積的 1/4 - 1/6 。
輔助磁極硬磁性材料的選擇?？蓞㈤啞秾?shí)用電工手冊》上冊，江西人民出版社一九八三版第266頁，永磁園鋼的品種規(guī)格表。
六、轉(zhuǎn)子尺寸的選擇本裝置直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)的定子結(jié)構(gòu)和作用是一致的，所以，選擇它們的尺寸方法也應(yīng)當(dāng)是一致的。
根據(jù)所確定轉(zhuǎn)子體積的基礎(chǔ)上來確定它們的長度和直徑比。
λ= (Lea)/(Da)式中Lea-鐵心長。Da鐵心直徑。λ-比值。
根據(jù)本發(fā)電機(jī)的原明它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特征是直徑較大，長度較短，這樣有利于切割圓環(huán)繞組的有效長度，提高該機(jī)的利用率。
因此，該機(jī)的每一個轉(zhuǎn)子λ= (Lta)/(Da) 的比值要小于1，一般應(yīng)確定在0.5-1之間。同時應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的功率所決定的轉(zhuǎn)子總體積來具體確定。
勵磁機(jī)的輔助永磁鐵定子磁極的長度應(yīng)和電磁鐵定子主磁極的長度一致，亦就是輔助磁極的長度應(yīng)服從于主磁極的長度，然后才能確定本身的直徑。
七、圓環(huán)鐵心體積的確定圓環(huán)鐵心它是該機(jī)的被感應(yīng)部件，所起的作用是和現(xiàn)有直流電機(jī)的電樞是相同的。
因此，對它的體積確定應(yīng)參照不同功率直流發(fā)電機(jī)所確定的電樞體積，來對照確定本發(fā)電機(jī)不同功率圓環(huán)鐵心的體積、或按下式初步計(jì)算V=C (Pem)/(nN)式中C-電機(jī)常數(shù) (Cm3r/min)/(KW)hN-額定轉(zhuǎn)速r/minPem-電磁功率KWV-體積Cm3Pem＝PN (1+n)/(2n)其中PN-額定功率KW。n-電機(jī)效率(電機(jī)效率可參照直流發(fā)電機(jī)效率估算)八、圓環(huán)鐵心直徑，內(nèi)徑和厚度的確定圓環(huán)鐵心直徑，內(nèi)徑和厚度它是本類型發(fā)電機(jī)的主要尺寸，對它的尺寸大小的選擇正確與否直接影響該產(chǎn)品的性能和經(jīng)濟(jì)效果。因此，設(shè)計(jì)時除按對它設(shè)計(jì)順序進(jìn)行還必須進(jìn)行多設(shè)計(jì)方案的比較。
在確定該機(jī)圓環(huán)鐵心總體積的前提下，設(shè)計(jì)順序應(yīng)當(dāng)如下(參照附圖之5)1、確定圓環(huán)外圓半徑R。2、根據(jù)圓環(huán)外圓直徑確定內(nèi)徑D與外徑L(注意L必須與轉(zhuǎn)子主磁極直徑相等。設(shè)計(jì)時要相互對應(yīng)考慮)。3、內(nèi)徑與外徑長L和內(nèi)圓直徑D的比值一般應(yīng)接近1∶1，λ＝ (L)/(D) ＝1∶1。4、該機(jī)圓環(huán)鐵心總體積V比圓環(huán)面積S，余下數(shù)值為圓環(huán)鐵心的厚度h。
計(jì)算式如下S＝π(R2-r2)其中S-圓環(huán)面積。R-圓環(huán)半徑。
r-圓環(huán)內(nèi)圓直徑。
圓環(huán)鐵心的總體積V比圓環(huán)面積S余下數(shù)值為鐵心的厚度h＝ (V)/(S) 。
如果是由兩個圓環(huán)組成的直流發(fā)電機(jī)。那么每片圓環(huán)定子片的厚度應(yīng)是h＝ (V)/(S×2) 。
如果是由三個圓環(huán)組成的應(yīng)是h＝ (V)/(S×4) 。這是因?yàn)橹虚g定子片的厚度比邊緣兩個定子厚度大一倍。
例如兩個邊緣定子片的厚度分別為1Cm，中間這個定子片的厚度就是2Cm，所以、h＝ (V)/(S×4) 。
如果是由三個以上定子片構(gòu)成的直流發(fā)電機(jī)，每塊定子片的厚度均應(yīng)按此種方法類推計(jì)算。
如果設(shè)計(jì)的結(jié)果使每片圓環(huán)鐵心厚度較大，亦就是厚度一般大于圓環(huán)內(nèi)徑與外徑L的 1/5 - 1/10 時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)功率的大小和適應(yīng)環(huán)境等情況。應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整圓環(huán)直徑，縮小厚度。
九、圓環(huán)鐵心構(gòu)造和繞線方法圓環(huán)鐵心構(gòu)造由沖剪而成的圓環(huán)硅鋼片疊壓鉚合，將鑄造以及鍛壓的合金鋼實(shí)心圓環(huán)鐵心，其結(jié)構(gòu)形狀如圖(圓環(huán)鐵心)。
在圓環(huán)鐵心平面按一定角度鑲有凸起三角齒，其結(jié)構(gòu)形狀如圖(7)鑲有三角齒的圓環(huán)鐵心。
三角齒的用途三角齒是和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成氣隙的極距，用于增大線圈導(dǎo)線的磁通量，并使定子繞組在圓環(huán)的面積上保持垂直。
三角齒的制造鑄造然后機(jī)械加工，或用電工純鐵板沖剪鉚合。三角齒的厚度要依據(jù)所設(shè)計(jì)圓環(huán)定子繞組在平面的厚度來確定三角齒的厚度。三角齒的厚度應(yīng)稍高于線圈在圓環(huán)定子平面的厚度?？筛鶕?jù)所設(shè)計(jì)的圓環(huán)定子直徑的大小來確定裝三角齒的數(shù)量量，安裝的方法一般可用鉆孔鉚合，但鉚訂頭且不出需出三角齒平面，可以用擴(kuò)孔方法進(jìn)行。
繞線方法在圓環(huán)定子鐵心由內(nèi)孔向外徑按順時針方向和按層次螺旋式繞線。在繞線之前可把一定數(shù)量的導(dǎo)線繞在一個繞線軸上，然后拿線軸進(jìn)行繞線。
鐵心和線圈之間要有良好的絕緣層，必要時繞線層間也應(yīng)有絕緣層。
十、轉(zhuǎn)子鐵心構(gòu)造和繞線方法直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和勵磁定子采用鍛制合金鋼圓柱體，經(jīng)車削而成，把轉(zhuǎn)子壓裝在轉(zhuǎn)子的框架中，然后在轉(zhuǎn)子的兩頂端裝上勵磁線圈的檔圈，按順時針螺旋式繞制勵磁線圈。
十一、勵磁發(fā)電機(jī)電樞和直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的接線方法勵磁發(fā)電機(jī)的電樞和直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是同軸同步旋轉(zhuǎn)，故電樞的輸出引線沿轉(zhuǎn)軸連接轉(zhuǎn)子勵磁繞組，采用若干個線夾把它們之間的連線固定在轉(zhuǎn)軸上。
電樞的輸出端可采用并聯(lián)輸出給每個轉(zhuǎn)子的勵磁繞組。
十二、轉(zhuǎn)子兩端異名磁極的確定為明確轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)定子兩端的異名磁極的該機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁線圈繞好后應(yīng)通入直流電進(jìn)行最后檢查，確定輸入電流的正負(fù)端并在接線端做出標(biāo)記，以便連接勵磁發(fā)電機(jī)圓環(huán)電樞的輸出端。
十三、裝配方法裝配方法首先是安裝配順序進(jìn)行，安裝順序見安裝程序表。同時根據(jù)安裝設(shè)備工具也可適當(dāng)?shù)母淖儼惭b程序。
安裝大中型的該機(jī)應(yīng)配備完整的吊放工具和必要的支架。
安裝完畢固定定子螺桿后再進(jìn)行最后一次調(diào)整轉(zhuǎn)子和定子之間氣隙，然后再進(jìn)行下步框架固定安裝。
機(jī)體全都安裝完畢再進(jìn)行勵磁機(jī)電樞與轉(zhuǎn)子的接線。檢查接線和磁極方向，試運(yùn)。
十四、制造工藝流程見附圖12。
本發(fā)明與現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)相比具有的優(yōu)點(diǎn)目前大規(guī)模應(yīng)用的自勵直流發(fā)電機(jī)所存在的相對缺欠是，它從勵磁到發(fā)電都需要換向器和電刷、換向器和電刷它不僅消耗大量原材料，而且制造工藝十分復(fù)雜、生產(chǎn)周期長，造價和無刷電機(jī)相比高。
同時，這種發(fā)電機(jī)在長期運(yùn)行中存在著不穩(wěn)定因素，如有時出現(xiàn)電弧，電刷碳粉所致的短路。電刷和換向器的磨損更換等。生產(chǎn)實(shí)踐證明有刷電機(jī)不僅造價高，維修費(fèi)也遠(yuǎn)高于無刷電機(jī)。
現(xiàn)有自勵直流發(fā)電機(jī)由于工作原理所決定，電樞必須安裝在定子腔內(nèi)。為了增大磁感應(yīng)強(qiáng)度氣隙甚小，這樣，空氣很難在定子腔和電樞之間對流散熱，電機(jī)溫升高，電力無功損耗大。
現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)由于是旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電。電樞不能在定子腔所占的空間太大，這樣就限制了線圈匝數(shù)的增多。另一方面當(dāng)轉(zhuǎn)速過高，電壓增高將引起換向器電弧，這就決定了單機(jī)功率不易過大。
本發(fā)明改變了原直流發(fā)電機(jī)的工作原理，消除了電樞放置在定子腔內(nèi)從旋轉(zhuǎn)電樞對外輸電這一傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使定子和轉(zhuǎn)子之間空氣對流得到明顯改變，又由于轉(zhuǎn)子單極切割工作繞組電機(jī)鐵損小，電機(jī)溫升可以大幅度下降。
本發(fā)明的單機(jī)功率和現(xiàn)有直流發(fā)電機(jī)單機(jī)功率相比可以較大幅度增大。這是因?yàn)楣ぷ骼@組不在定子腔內(nèi)和無換向器及電刷這一新的結(jié)構(gòu)特征所決定的，并且對外輸出的電壓和電流通過本機(jī)輸出端電路可以直接改變。
從結(jié)構(gòu)裝置可以明顯說明本裝置要比現(xiàn)直流發(fā)電機(jī)造價以成倍下降。
試驗(yàn)已經(jīng)證明應(yīng)用這種工作原理所研制的圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的直流電壓波形穩(wěn)定，電流穩(wěn)恒。因此，它的適應(yīng)性很強(qiáng)。
它對發(fā)展運(yùn)輸工具動力能力和船只艦艇動力能力以及對大功率交流電網(wǎng)起到積極作用。
制造要點(diǎn)一、應(yīng)按說明書中的設(shè)計(jì)程序和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)填充表進(jìn)行實(shí)施方案的設(shè)計(jì)工作。
二、按該機(jī)附圖九和說明書中的要求先制造一部幾千瓦的小型樣機(jī)，然后再進(jìn)行不同功率的批量生產(chǎn)，同時應(yīng)確立本企業(yè)對該機(jī)生產(chǎn)的技術(shù)數(shù)據(jù)，因該機(jī)屬于系列性產(chǎn)品根據(jù)它的不同功率和效率以及應(yīng)用環(huán)境應(yīng)有本企業(yè)的生產(chǎn)特征。
三、固定該機(jī)定子片螺桿至少應(yīng)取3個到4個，請閱附圖六。
四、勵磁機(jī)定子所需的定子電流大小應(yīng)從直流發(fā)電機(jī)輸出端直接調(diào)整，調(diào)整的方法是，如需勵磁電流大可以從多個定子輸出端并聯(lián)接入勵磁機(jī)定子繞組來滿足額定電流。
五、根據(jù)大功率的需要直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子架可以制成十字型，這樣可以在一個轉(zhuǎn)子架上安裝四個轉(zhuǎn)子，在勵磁機(jī)定子架上可以安裝四至六個定子鐵心磁極，這樣制造方法可以提高本機(jī)利用效率縮小該機(jī)的體積。
六、固定轉(zhuǎn)子架除用螺栓外要采用軸鍵防止轉(zhuǎn)子架與機(jī)軸松動。
七、機(jī)罩要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境采用薄鐵板制成圓筒型，中間要留有接縫，把罩用螺絲固定在裝配完畢的電機(jī)定子片外圓上的凸起點(diǎn)上，亦就是固定在定子片固定螺桿的凸起點(diǎn)上。
八、勵磁機(jī)定子架如圖9D所示，它的直徑和內(nèi)徑應(yīng)與直流發(fā)電機(jī)定子片相同，其厚度要根據(jù)所設(shè)計(jì)的功率大小來確定，以能夠固定住定子主磁極并留有繞組空間為準(zhǔn)。
九、勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞與直流發(fā)電機(jī)邊緣定子片相距一般應(yīng)在1至3厘米左右。
十、定子鐵心疊壓工藝要點(diǎn)由于電機(jī)運(yùn)行時鐵心將承受電流的熱效應(yīng)而引起熱應(yīng)力的作用，鐵心將要產(chǎn)生一定的膨脹，如果是采用硅鋼片沖制成的圓環(huán)定子，在鐵心壓裝不緊可引起沖片松動，以致造成繞制在鐵心上的導(dǎo)線脹斷，因此，鐵心疊壓時工藝要求片間要有①15-20kg2/cm2的壓力。②疊壓時采取分段加壓方式。③大中型電機(jī)鐵心分段加壓時，可先加熱到100℃然后冷卻到40℃再提高壓力壓緊，或在加壓過程中反復(fù)加熱和冷卻3-5次，使壓力分布和傳遞均勻。
十一、直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)電磁鐵主磁極的鍛件磁化性能請參閱《電機(jī)工程手冊》第四卷第五章19-85、表19.5-6。采用鍛件的鋼種請參閱《電機(jī)工程手冊》第12篇第15章〔31〕。
圖1、勵磁過程，其中A圓環(huán)定子;B轉(zhuǎn)子;C轉(zhuǎn)子架;D勵磁機(jī)圓環(huán)電樞;F勵磁機(jī)圓柱體定子磁極;E轉(zhuǎn)軸;箭頭電流方向。
圖2、感生電流方向與磁場方向，其中箭頭感生電流方向。
圖3、勵磁機(jī)圓環(huán)電樞鐵心。
圖4、螺旋式繞線的勵磁機(jī)圓環(huán)電樞。
圖5、圓環(huán)內(nèi)外徑。
圖6、圓環(huán)定子鐵心。
圖7、鑲有三角齒的圓環(huán)定子鐵心(注圓環(huán)定子的兩側(cè)都鑲有凸起三角齒)。
圖8、繞線的定子鐵心。
圖9、圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)樣機(jī)，其中A勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞。B勵磁機(jī)的電磁鐵主磁板。C勵磁機(jī)的永磁鐵輔助磁極。D勵磁機(jī)定子架(注勵磁機(jī)定子架采用非磁性金屬，如鑄造的鋁合金)。E直流發(fā)電機(jī)定子。F直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
圖10、勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞和直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。其中A勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞。B直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子架(注轉(zhuǎn)子架應(yīng)采用非磁性金屬，如鑄造鋁合金)。C直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
權(quán)利要求
1.自勵直流發(fā)電機(jī)，特別是圓環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)，該裝置是把直流勵磁機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組合在一起，通過一個轉(zhuǎn)軸連結(jié)其旋轉(zhuǎn)部件，用框架組成整機(jī)。其特征在于a、所述勵磁機(jī)以圓環(huán)為電樞切割靜止的永磁體輔助磁極的單極和電磁鐵主極的單極；b、所述直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的單極沿兩圓環(huán)定子之間旋轉(zhuǎn)；c、勵磁機(jī)是由圓環(huán)鐵心和繞組構(gòu)成，它的主磁極是圓柱電磁鐵和勵磁繞組構(gòu)成，啟動輔助磁極是由圓柱永磁體構(gòu)成；d、直流發(fā)電機(jī)定子是由圓環(huán)鐵心和繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子是由圓柱體電磁鐵和勵磁繞組構(gòu)成；e、該電機(jī)無電刷和換向器。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征是可以用不同數(shù)量的圓環(huán)定子和圓柱型轉(zhuǎn)子以及不同數(shù)量的圓環(huán)電樞和主磁極相結(jié)合，制成不同功率的自勵直流發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的電機(jī)，其特征是直流發(fā)電機(jī)中間圓環(huán)定子兩側(cè)是同名磁極切割。
專利摘要
該發(fā)電機(jī)應(yīng)用“旋轉(zhuǎn)電樞”和“旋轉(zhuǎn)磁場” 以及“單極切割”三種發(fā)電工作原理組成一部圓 環(huán)自勵直流發(fā)電機(jī)。
文檔編號H02K19/16GK85103867SQ85103867
公開日1986年3月10日 申請日期1985年5月4日
發(fā)明者王煥生 申請人:王煥生導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan