專利名稱:永磁無整流器電機及電磁力發動機等特種電磁機的制作方法
屬于電機、電磁發動機技術領域：
。
對本發明的理解、檢索、審查有參考作用的現有技術，并且引證反映該項技術的文件。
《電磁學》、《電磁場與電磁波》、《金屬磁性材料》、《電機學》、《電機設計》、《電機制造工藝學》、《熱力發動機教程》、等。
發明的目的(一)開發利用無污染，可再生的永磁電磁能源，代替電能、石油、煤炭、天然氣、鈾等有污染、不可再生的能源。
(二)創造比現有電機、熱力發動機性能更優越。更先進的永磁無整流器電機及電磁力發動機等特種電磁機體系。
(三)創造比現有車輛熱力動力傳動系統性能更優越、更先進的永磁電磁力動力傳動系統。
(四)創造比現有船舶、艦艇、飛機熱力動力推進系統性能更優越、更先進的永磁電磁力動力推進系統。
(五)創造比現有熱電動力系統性能更優越、更先進的永磁電磁力動力系統。
本發明是在長期探索、研究，電機、電磁理論和實踐(實驗)的基礎上;是在無整流(換向)器直流電機原理基礎上(參見申請號為85100550的專利申請);是在對永磁、電磁從理論和實踐(實驗)兩方面進行全面探索、科研、綜合分析，從而得出穩恒磁場等效定律理論基礎上發明的。
本發明所解決的中心技術問題是，用永磁能代替電能，用永磁無整流器電機及電磁力發動機等特種電磁機，代替電機、熱力發動機等能量轉換機，開發利用無污染，可再生的永磁電磁能源，開創永磁電磁能新能源系統。
本發明總的獨立而明顯的實質技術特征是，開發利用永磁電磁能，根據穩恒磁場等效定律，用等效永磁場代替無整流器電機等等的穩恒電磁場，用永磁能代替電能以及轉變為機械能、電能等等。
本發明和申請號為85100550的專利申請，在無整流器電機直流穩恒電磁基本工作原理方面，是同一體系。因“一項發明應當只有一個獨立權利要求
，”所以分開申請。
本發明“屬于一個總的發明構思的兩項以上的發明”。現將發明主要項目分述如下(一)永磁無整流器直流發電機;
(二)永磁無整流器直流電動機;
(三)永磁(無整流器直流電動機原理類)電磁力發動機;
(四)永磁(無整流器直流電動機原理類)磁力發動機;
(五)永磁特種用途電磁機。
永磁無整流器電機及電磁力發動機等特種電磁機(一)永磁無整流器直流發電機1.永磁無整流器直流發電機的主要結構永磁無整流器直流發電機的主要結構，和無整流器直流電機的基本相同，有轉子和定子兩大部分組成。轉子部分和無整流器直流電機的相同。因無整流器直流電機的定子磁場是穩恒電磁場，根據穩恒磁場等效定律，可用等效永磁場代替，即用永磁磁化電流(等效電流)I′。產生的B′，代替激磁繞組的穩恒傳導電流(激磁電流)I。所激發的B。開發利用永磁電磁能，因此其定子磁場為永磁材料的永磁結構，一般沒有激磁繞組。其它結構和無整流器直流電機的結構相同。
2.永磁無整流器直流發電機的基本工作原理永磁無整流器直流發電機的基本工作原理和無整流器直流發電機的相同。當發動機拖動發電機轉子電樞盤，單方向切割永磁穩恒磁通密度B′而感應產生動生直流電動勢，動生直流電動勢的方向可用右手定則判定。動生直流電動勢的大小為E＝B′lv平＝B′(r外-r內)·( (r外＋r內)/2 ω)＝ 1/2 (r2外-r2內)B′ω＝ 1/2 (r2外-r2內)B′2πn＝(r2外-r2內)B′πn式中E-電樞盤上的動生直流電動勢，單位是伏;
r外-電樞盤有效外半徑，單位是米;
r內-電樞盤有效內半徑，單位是米;
B′-氣隙永磁磁密，單位是韋/米2;
n-電樞盤的轉速，單位是轉/秒。
永磁無整流器直流發電機的主要優點用等效永磁場代替穩恒電磁場，節約激磁電能，簡化電機結構。還具有無整流器電機的優點。
(二)永磁無整流器直流電動機1.永磁無整流器直流電動機的主要結構永磁無整流器直流電動機的主要結構，和無整流器直流電機的基本相同，所不同的只是用永磁定子磁場代替電磁定子磁場，因此一般沒有激磁繞組。其它結構相同。
2.永磁無整流器直流電動機的基本工作原理永磁無整流器直流電動機的基本工作原理和無整流器直流電動機的基本工作原理相同。當電動機電樞盤有直流電源供電時，由于電樞盤是在永磁磁場內的載流導體，有電磁力作用，此電磁力的方向可用左手定則判定，電磁力的大小為F＝B′Il＝B′I(r外-r內)此電磁力作用在電樞盤上的電磁轉矩為M＝Fr平＝B′I(r外-r內)· (r外＋r內)/2＝ 1/2 (r2外-r2內)B′I式中M-電動機電樞盤上的電磁轉矩，單位是牛頓·米;
r外-電樞盤有效外半徑，單位是米;
r內-電樞盤有效內半徑，單位是米;
B′-氣隙永磁磁通密度，單位是韋/米2;
I-通過電樞盤的直流電流，單位是安。
上式說明永磁無整流器直流電動機的電磁轉矩M隨電樞盤有效半徑寬(r外-r內)、氣隙永磁磁通密度B′和流過電樞盤的電流I的增大而成正比例增大。
上式表明利用永磁磁通密度B′，代替電磁磁通密度B，利用永磁能，節約激磁用的電能。
(三)永磁(無整流器直流電動機原理類)電磁力發動機永磁(無整流器直流電動機原理類)電磁力發動機，是將永磁能和電能轉變為機械能的發動機。而且是以永磁能為主，電能為輔的動力機。簡稱永磁電磁力發動機。
永磁電磁力發動機，是在穩恒磁場等效定律理論基礎上;是在無整流器直流電動機原理理論基礎上發明的。
已知無整流器直流電動機，無論是定子磁極磁場，還是轉子電樞盤磁場，都是穩恒電磁場。根據穩恒磁場等效定律，都可用等效永磁場來代替。永磁電磁力發動機，只是將無整流器直流電動機轉子電樞盤穩恒電磁場用等效永磁場來代替。定子磁極仍采用激磁繞組直流電流激磁的電磁場。
1.永磁電磁力發動機的主要結構永磁電磁力發動機的主要結構，和無整流器直流電動機的類同。有定子和轉子兩大部分組成，定子部分和無整流器直流電動機的相同，采用激磁繞組直流電源激磁的電磁定子磁場。轉子電樞盤磁場，根據穩恒磁場等效定律，采用等效永磁場代替，因此是永磁材料的永磁結構。轉子永磁盤磁化的原理，是按照無整流器直流電動機電樞盤，通過穩恒傳導電流(電樞電流)I產生同心園磁場的原理進行磁化的。因此，轉子永磁盤工作時設有真實的傳導電流(電樞電流)I，所以不用集流器、電刷或液體電刷。代替傳導電流(電樞電流)I的是永磁盤的磁化電流(等效電流)I′。等效電流I′的穩恒磁場-等效永磁磁場，和穩恒傳導電流(電樞電流)I的穩恒電磁場是相同而等效的。永磁盤的磁化電流(等效電流)I′產生磁場的規律、磁性，與穩恒傳導電流(電樞電流)I產生磁場的規律、磁性是相同的，是等效的。但磁化電流(等效電流)I′與傳導電流I有本質區別，永磁磁化(等效)電流I′的物理本質是由電子自旋產生的束縛電流，它們不是由電荷的宏觀位移構成的，它們不包含傳導電流I所具有的電子漂移和散射過程，它們沒有電阻，不會產生熱。
2.永磁電磁力發動機的基本工作原理永磁電磁力發動機的基本工作原理和無整流器直流電動機的基本工作原理類同。只是用永磁盤磁化電流(等效電流)I′，代替電樞盤的傳導電流(電樞電流)I。
當激磁繞組沒有接通直流電源時，定子磁路中無定子磁通。此時轉子上沒有電磁力和電磁轉矩，轉子不轉動。
當激磁繞組有直流電源供電激磁時，定子磁路中便有定子磁通。該磁通在定子兩環形磁極(氣隙)間，為基本均勻分布，兩環形磁極(氣隙)間，有轉子永磁盤。即轉子永磁盤在定子電磁磁場(氣隙)內。定子電磁磁感應線和轉子永磁磁感應線，兩方向相同處則相加;兩方向相反處則相減。即定子電磁磁極和轉子永磁盤磁極，異性相吸，同性相斥，使轉子永磁盤有電磁力作用，此電磁力的方向可用左手定則判定。此電磁力的大小為F＝BlI′此電磁力作用在轉子永磁盤上的電磁轉矩為M＝Fr平＝BlI′r平因l＝r外-r內，r平＝ (r外＋r內)/2 ·代入上式，得M＝(r外-r內)· (r外＋r內)/2 ·BI′M＝ 1/2 (r2外-r2內)BI′式中M-轉子上的電磁轉矩，單位是牛頓·米;
r外-轉子永磁盤有效外半徑，單位是米;
r內-轉子永磁盤有效內半徑，單位是米;
I′-轉子永磁盤磁化(等效)電流，單位是安。
上式表明，電磁轉矩M隨轉子永磁盤有效半徑寬(r外-r內)氣隙磁通密度B和轉子永磁盤磁化(等效)電流I′的增大而成正比增大。
對已制成的永磁電磁力發動機，轉子永磁盤有效半徑寬(r外-r內)和磁化(等效)電流I′都是常量，要改變電磁轉矩的大小，可改變氣隙磁通密度B的大小，即控制激磁繞組的激磁電流Ic的大小，來改變電磁轉矩M的大小。
改變激磁電流Ic的方向，就可改變電磁轉矩M的方向。
永磁電磁力發動機的轉速可比無整流器直流電動機的高。因其是無刷結構，轉速的提高不受集流器、電刷工作惡化的限制，轉速提高可使其單位功率的體積小、重量輕、成本低。
(四)永磁(無整流器直流電動機原理類)磁力發動機永磁(無整流器直流電動機原理類)磁力發動機，用來將永磁能轉變為機械能的原動機。簡稱永磁磁力發動機。
永磁磁力發動機，是在無整流器直流電動機原理理論基礎上;是在穩恒磁場等效定律理論基礎上發明的。已知無整流器直流電動機，無論是定子磁場，還是轉子電樞盤磁場，都是穩恒傳導電流激發的穩恒電磁場。根據穩恒磁場等效定律，都可用等效永磁場來代替。這就是永磁磁力發動機。
1.永磁磁力發動機的主要結構永磁磁力發動機的主要結構，和無整流器直流電動機的基本類同。只是定子和轉子磁場都采用等效永磁場代替。因此，沒有集流器、電刷(或液態電刷)和激磁繞組。其它結構和無整流器直流電動機的相同。
2.永磁磁力發動機的基本工作原理永磁磁力發動機的基本工作原理和無整流器直流電動機的基本工作原理類同，和永磁電磁力發動機工作原理相同，只是定子磁場也采用永磁磁場。
轉子永磁盤在定子永磁磁場(氣隙)內，定子永磁磁感應線和轉子永磁盤的磁感應線，兩方向相同處則相加;兩方向相反處則相減。即定子永磁磁極和轉子永磁盤磁極，異性相吸，同性相斥，使轉子永磁盤有永磁力作用，此力的方向同樣可用左手定則判定。此磁力的大小為F＝B′lI′此磁力作用在轉子永磁盤上的永磁轉矩為M＝Fr平＝B′lI′r平.
＝(r外-r內)· (r外＋r內)/2 B′I′＝ 1/2 (r2外-r2內)B′I′
式中M-轉子上的永磁轉矩，單位是牛頓·米;
r外-轉子永磁盤有效外半徑，單位是米;
r內-轉子永磁盤有效內半徑，單位是米;
B′-定子氣隙永磁磁通密度，單位是韋/米2;
I′-轉子永磁盤磁化(等效)電流，單位是安。
上式表明，永磁磁力轉矩M隨轉子永磁盤有效半徑寬(r外-r內)永磁氣隙磁通密度B′和轉子永磁盤磁化(等效)電流I′的增大而相應增大。
(五)永磁特種用途電磁機1.永磁無整流器電機變矩機，實質就是永磁無整流器直流發電機和電動機的組合。用于無級變矩調速范圍廣的傳動技術領域：
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2.永磁功率放大電磁機(永磁電磁控制機)永磁電磁力發動機，實質也就是一臺永磁功率放大的電磁機(永磁電磁控制機)。用很小的輸入功率(激磁功率一般只有輸出功率的百分之幾)，就可控制整個發動機的輸出功率。
3.永磁電磁力發動發電機永磁電磁力發動發電機，實質就是永磁電磁力發動機和發電機的的組合。用來將永磁能轉變為機械能，將機械能轉變為電能。
由于永磁電磁機，具有可將永磁能代替電能以及轉變為機械能、電能等優越性能，因此它具有滿足各種特殊用途的性能，可制成各種特殊用途的發動機、傳動機、工作(工具)機、控制機、計時機(鐘表)、測量儀器、儀表等等，供四化建設的各個技術領域：
使用。如供各種車輛、船舶、艦艇、飛機等運輸工具、生產工具、生活用具武器裝備等技術領域：
的特殊需要用。
本發明與現有技術相比所具有的優點(一)本發明所開發利用的永磁電磁能-新能源與現有石油、煤炭、天然氣、鈾等能源相比，具有一系例優點1.永磁電磁能源無污染;
2.永磁電磁能源是半永久的并且可再生的取之不盡，用之不竭的新能源;
3.永磁電磁能的開發利用不需要消耗空氣、氧氣和水，因此它適用的領域廣，水下、真空等場所都可應用;
4.永磁電磁能的開發利用成本低、效率高、安全可靠。
(二)永磁無整流器直流電機與現有電機相比所具有的優點除具有(一)所列的1、2、3、4優點外，還具有無整流器電機所具有的優點。
(三)永磁電磁力發動機和現有熱力發動機相比所具有的優點除具有(一)所列的1、2、3、4優點外，還具有5.永磁電磁力發動機為無刷結構，構造簡單，結構緊湊，零部件少，運動副少，單位功率的體積小、重量輕、成本低;
6.可控性能好，適應性好，工作安全可靠性高，使用壽命長，工作效率高，經濟效益高。
(四)永磁磁力發動機和現有熱力發動機相比所具有的優點與(三)所列各條基本相同;只是可控性能比(三)稍差些。
(五)永磁特種用途電磁機除具有(一)所列的1、2、3、4優點外，還具有滿足各自特殊用途等優點。如永磁無整流器電機變矩機，還具有無級變矩調速范圍廣等優點;如永磁功率放大電磁機，還具有功率放大等優點;如永磁電磁力發動發電機，還具有將永磁能轉變為機械能，將機械能轉變為電能等優點。如永磁電磁控制機，還具有選擇輸入信號，就可控制輸出的功能等優點。
實現本發明的最好方式首先設計制造微型的永磁電磁力發動機，因它具有永磁(無整流器直流電動機原理類)電磁機體系的典型優勢，并且微型機試制費用低，然后由微型逐步發展到小型、中型和大型。由小到大，由少到多。形成系列化、通用化、標準化的產品體系。
權利要求
1.一種由環形磁極的定子和電樞盤的轉子組成的直流電機，其特征在于(a)定子磁場是環形永磁磁場，氣隙磁密是永磁磁B′，(b)無整流(換向)器。
2.根據權利要求
1所述的永磁無整流器直流電機，其特征在于發電時轉子電樞盤上感應產生的動生直流電動勢為E＝(r2外-r2內)πnв′。
3.根據權利要求
1所述的永磁無整流器直流電機，其特征在于電動時轉子電樞盤上的電磁轉矩為M＝ 1/2 (r2外-r2內)IB′。
4.一種由環形磁極的定子和永磁盤的轉子組成的永磁電磁力發動機，其特征在于(a)轉子永磁盤的磁化(等效)電流I′(束縛電流)產生的永磁磁場與無整流器直流電動機轉子電樞盤的電樞電流I產生的穩恒電磁場是相同而等效的，(b)定子磁場采用由激磁繞組直流電流激磁的環形電磁場，氣隙磁密為電磁磁密B。
5.根據權利要求
4所述的永磁電磁力發動機，其特征在于工作時轉子永磁盤上的電磁轉矩為M＝ 1/2 (r2外-r2內)BI′。
6.一種由環形磁極的定子和永磁盤的轉子組成的永磁磁力發動機，其特征在于(a)轉子永磁盤的磁化(等效)電流I′(束縛電流)產生的永磁磁場與無整流器直流電動機轉子電樞盤的電樞電流I產生的穩恒電磁場是相同而等效的，(b)定子磁場是環形永磁磁場，氣隙磁密是永磁磁密B′。
7.根據權利要求
6所述的永磁磁力發動機，其特征在于工作時轉子永磁盤上的永磁轉矩為M＝ 1/2 (r2外-r2內)B′I′。
8.一種無級變矩的直流電機變矩機，其特征是定子磁場為永磁場，是永磁無整流器直流發電機和電動機的組合。
專利摘要
本發明屬于電機、電磁發動機技術領域：
。解決的技術問題和主要技術特征是，開發利用永磁能，用永磁能代替電能以及轉變為機械能、電能等。根據穩恒磁場等效定律，用等效永磁場代替無整流器直流電機的穩恒電磁場。用等效永磁代替其定子穩恒電磁的為永磁無整流器電機；用等效永磁代替其轉子穩恒電磁的為電磁力發動機；用等效永磁代替其定子和轉子穩恒電磁的為磁力發動機等等。供各種動力、傳動、工作、控制系統用。
文檔編號H02K29/00GK85105812SQ85105812
公開日1987年1月28日 申請日期1985年7月29日
發明者張敬業 申請人:張敬業導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan