新型旋转电机设施的功能探究剖析

1 在以机电能量转换为目的的旋转电机正问题中，电能、机械能、磁场储能和热能等

四种能量形态里，采取减小和抑制热能的措施，以求获得好的发电或电动功能为目的的
机-电能量转换效果。而电机损耗与温升逆的问题，提供了研究与开发旋转电机第三种功
能――新型旋转电磁热机的思路，即将原动机的电能、机械能、磁场储能和热能构成新的
旋转电机机电系统，使该系统不输出机械能或电能，而是利用电磁理论和旋转电机中损
耗与温升的概念，将输入的能量（电能、风能、水能以及其他机械能等）完全、充分、有效

“

”

地转换为热能，即将输入的能量全部作为 损耗 转化为有效热能输出，形成新型旋转电
磁热机，这既具有逆问题的研究价值，又拓宽了传统旋转电机的功能和应用，无疑在电
机领域具有重要的理论价值和实际工程应用意义。　　

2 基本结构与工作机理

　　电磁自热器将输入的电能转换为热能。其基本机理是充分利用传统电机运行过程中的
电气损耗、定子和转子铁心中的铁耗、杂散损耗（或附加损耗）及机械损耗等，将其转化
为热能，并采取保温措施防止热能无效耗散。与传统旋转电机一样，电磁致热器由定子部
件、转子部件以及定、转子部件间的气隙、端盖、保温层和外罩组成。
　　当外部动力带动转子部件旋转时，旋转永磁磁场通过气隙 14 与定子部件交链，在定
子铁心产生磁滞涡流损耗，在笼形导电回路中产生感应电势生成的二次短路电流的电阻
损耗，定子和转子开槽引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的表面损耗和脉动
损耗及定、转子电流产生的漏磁场（包括谐波磁场）在定、转子绕组和铁心中引起的损耗
以及包括通风损耗、轴承摩擦损耗等机械损耗等。所有损耗皆变为热能，水媒质从进水口
12 进入，经内水路和外水路，由出水口 11 将定子部件的热量带走，水媒质同时处于永磁
磁势磁场和二次短路电流磁场的场域中，兼有对水媒质的磁化、软化作用。
　　由于所有热源都在保温层之内，理论上可认为外部动力输入的能量均有效转换为热
能，形成新型旋转电磁热机，可应用于其他传统热机的所有应用领域。
　　3 基本解析
　　电动机在能量转换时输入能量为电能，其能量通过磁场能的形式通过定、转子之间的
气隙进行传递在其转换过程中绕组中将会由电流产生焦耳损耗，磁场在铁心中也会产生
涡流损耗、磁滞损耗，这些损耗将以热能的方式散发掉，而其余的能量将会以机械能的形
式输出。其中机械能为输出能量中有用的能流，而绕组中电流、铁心中的涡流和磁滞产生
的能流则是整个系统中无用的损耗。
　　转子异常对发电机的影响在能量转换时输入能量为机械能，在励磁磁场的作用下，
其输入能量通过磁场能的形式通过定、转子之间的气隙进行传递，在其转换过程中绕组中
磁场在铁心中会产生涡流损耗、磁滞损耗，绕组电流也会产生焦耳损耗，这些损耗将以热
能的方式散发掉，而其余的能量将会以电能的形式输出。
　　其中电能为输出中有用的能量流，而绕组中电流、铁心中的涡流和磁滞产生的能流则
是整个系统中无用的损耗。
　　电磁致热器以多种能源为输入能量，其能量以磁场能的形式通过定、转子之间的气隙
进行传递，可以将输入能量通过电流产生的焦耳热能、磁场在铁心中的涡流、磁滞产生的
热能作为系统中输出的有用能量，同时使媒质处于强磁场作用下可通过改变其分子结构
及媒质特性，而对磁场能加以利用。
　　由上述可知，电磁致热器热能来源于绕组中的二次电流热、铁心中的磁滞涡流热及摩
擦热等。电磁致热器是电磁场与温度场耦合场，详细地分析需要进行温度场计算。下面仅
以 p 对极电磁致热器，当其输入机械转速为 n 时，做定性解析分析。