[发明专利]三维磁场电机技术及三维磁场电机

说明书

三维磁场电机技术是在现有电机技术基础上发明的一种新技术。该发明涉及到电机的内部结构，特别涉及到电机的磁场和绕组。

目前生产中广泛应用的各种电机(即现有技术电机)都是由定子(机座、铁芯、绕组等构成)，转子(铁芯、绕组等构成)两大基本组件构成，都是利用电磁感应原理(如发电机)和磁场对载流导体的作用力原理(如电动机)工作的。尽管各类电机的结构不尽相同，功能也有不小的差别，但它们的基本构造方法都是把圆柱形的转子装进圆筒形的定子中去，二者都工作在圆柱体外圆与圆筒内圆之间的同一磁路上。可以看出，现有技术电机的磁场是开放型、二维式的磁场。

现有电机技术的不足之处在于它没有能够充分而合理地利用转子两端的空间，使之出现了一个“技术空缺”。三维磁场电机技术就是针对这个“技术空缺”而产生的。它利用在现有技术电机的定子与两端盖之间增加附加定子或附加磁极，在转子的两个端面上增加附加磁极或附加绕组的方法，扩大了电机的磁路，增加了电机绕组的有效长度，使电机增加输出功率(容量)，降低造价等成为现实。由于采用上述方法，使现有技术电机的二维开放式磁场变为三维闭合式磁场，这就是该技术“三维”二字的由来。

本发明的目的，就是利用三维磁场电机技术，运用扩大电机磁路；尽可能增加电机绕组有效长度的方法，大幅度地提高电机的输出功率(容量)，大大减小同功率电机的体积和重量，降低电机的制造成本。

三维磁场电机技术可用来制造各类电机，为便于理解本发明的技术特征，按照电机磁场的形式不同，将各类电机分为旋转电枢式，旋转磁极式、异步电动机三类，并分别将本发明在三类电机制造中的实施技术方案分述如下。

1、利用三维磁场技术制造旋转电枢式电机

该类电机主要包括直流发电机，直流电动机、交流发电机等。

必要技术特征：在现有技术电机的定子与两端盖之间增加垂直于定子磁极的附加磁极(铁芯励磁绕组或永久磁钢)，在转子(电枢)的两个端面上增加垂直于轴心的附加转子(电枢)绕组。附加磁极和附加转子(电枢)绕组工作在同一磁路上。电机运行时转子(电枢)的外圆绕组和端面绕组都能垂直地切割各自磁场的磁力线。

2、利用三维磁场电机技术制造旋转磁极式电机

该类电机主要包括：三相同步发电机、三相同步电动机、单相交流发电机等。

必要技术特征：在现有技术电机的定子与两端盖之间增加与定子绕组相序一致的附加定子绕组，在转子两端面上增加垂直于转子磁极且极性一致的附加磁极(铁芯励磁绕组或永久磁钢)。附加定子绕组和附加磁极工作在同一磁路上。电机工作时，定子绕组和附加定子绕组都能垂直地切割各自磁场的磁力线。

3、利用三维磁场电机技术制造异步电动机

必要技术特征：在现有技术异步电动机的定子与两端盖之间增加同定子绕组相序一致的带铁芯的盘形附加定子绕组；在鼠笼式转子的两个端面上增加垂直于轴心的闭合导电绕组--附加转子绕组，使附加定子绕组与附加转子绕组工作在同一磁路上。

与现有技术电机相比，三维磁场电机具有以下突出优点：

1、输出功率(容量)大。由于采用了三维磁场电机技术，增加了电机的附加磁极和与之相对应的附加绕组，使电机的磁路扩大了，绕组的有效长度增加了，因而使电机的输出功率(容量)大幅度增加(一般绕组的有效长度可增加一倍左右，输出功率(容量)可增加二至四倍)，电机的直径越大，输出功率(容量)增加越明显。

2、体积小、重量轻，由于采用三维磁场电机技术，在电机体积增加很小的前提下，输出功率(容量)增加很多，与现有技术电机相比，同功率的三维磁场电机体积重量都要小得多或同体积、重量的两种电机三维磁场电机的输出功率(容量)要大的多。

3、造价低，由于采用了三维磁场电机技术，单位功率铁(硅钢)铜用量少，使制造成本大为降低。

三维磁场电机的制造方法(三维磁场电机技术的实施办法)

1、三维磁场旋转电枢式电机

主要构件：定子主磁极，盘形附加磁极、转子、转子嵌线盘等。

技术要点：在现有技术电机的定子与两个端盖之间各增加一个盘形附加磁极，该磁极由偶数个铁芯励磁绕组组成(励磁绕组的个数同发电机的极数)在发电机转子的两个端面上各增加一组附加转子绕组，并使其成为转子绕组有效长度的一部分。