[实用新型]横向磁通发电机

说明书

技术领域

本实用新型主要与横向磁通发电机有关。具体来说本实用新型与低齿槽转矩和脉动转矩的横向磁通交流发电机和电机有关。

背景技术

发电机与电机被应用到各种机器和电器上，用来产生电流，形成机械运动。比如说应用到发电和输电上。发电机与电机可以采用横向磁通永磁体（TFPM）技术。

永磁励磁横向磁通发电机见诸一些论文中，例如Michael Bork的《Entwicklung und Optimierung einer fertigungsgerechten Transversalflu βmaschine》（开发和优化横向磁通发电机以满足生产要求），第82号论文，亚琛工业大学、Shaker Verlag Aachen，德国，1997年，第8页和第8页以后的页。线绕式定子绕组由U形软铁心（轭）环绕，软铁心的方向与旋转方向一致，间距是磁极距的两倍。U形铁心的开口端正对着定子与转子之间气隙，形成定子的极点。面对磁极的永磁体和集中器面对定子铁心的极点，拥有相反的极性。永磁体在转子旋转中间歇性地位于定子的极点之间，不会出现铁磁短路，短路元件放置在定子上，短路元件可让永磁体短路。

换句话说，横向磁通发电机包括一个圆形定子和一个圆形转子，定子和转子由气隙隔开，让转子绕着定子自由旋转，其中定子含有软铁心，软铁心让磁通量沿着垂直于转子旋转的方向通过。横向磁通发电机的定子也含有电导体，电导体用来确定环形线圈，线圈缠绕的方向与机器旋转的方向平行。在这种类型的机器上，转子包含多个相同的永磁零件，这些零件的放置位置特殊，可在气隙的方向上产生交错的磁通量。这个磁通径向经过气隙，穿透定子的软铁心，让磁通绕着电导体流动。

由多个相同的永磁零件制成的含有转子的横向磁通发电机上，磁通集中器中的永磁体的放置方向应让磁体的磁化方向与转子的旋转方向平行。磁通集中器插在永磁体之间，引导永磁体产生的磁通量径向通过气隙。

该横向磁通发电机含有一个定子，定子由马蹄形软铁心组成，定子的方向需要让磁通能在这些铁心内循环，磁通的方向与转子旋转轴垂直。

磁通与定子铁心的旋转方向垂直，这样横向磁通发电机可以拥有较高的每重量单位机械转矩。这样的TFPM发电机也会产生较低的齿槽转矩和脉动转矩。

发电机的齿槽转矩是转子的永磁体与永磁机的定子槽之间的反应产生的转矩。该转矩也可以用来止动，或充当‘无电流’转矩，拥有针对这个位置的可变磁阻功能。这个转矩与位置无关，它的旋转周期取决于定子磁极的数量。通常情况下，此转矩的基本频率是发电机标准转矩的两倍，理论上产生的能量平衡为零（忽略损耗时）。齿槽转矩在这种发电机的运行中是多余的。发电机低速运转时此转矩尤其明显，会让发电机忽动忽停。齿槽转矩会导致转矩和转速脉动，但是在发电机高速运行时，转动惯量能过滤掉大部分齿槽转矩的影响。

转矩脉动是指相对于额定转矩所产生的变化，通常使用百分比表示。通常情况下，脉动转矩的基本频率是三相发电机单相转矩的基本频率的三倍。脉动转矩通常采用变形正弦波表示。发电机中的脉动转矩成因很复杂，由多种因素决定，例如齿槽转矩、MMF与气隙通量谐波相互作用或机械失衡，比如转子的离心率。脉动转矩是与平均转矩Tavg相比，最大转矩Tmax与最小转矩Tmin之间的差别：

((Tmax-Tmin)/Tavg×100

等式1

发电机中的脉动转矩通常有不良影响，因为它会导致振动和噪声，减损机器寿命。脉动转矩大的时候需要采取措施加以抑制，例如改变可能会影响一般性能的机械的几何形状。

负荷过轻时除了齿槽转矩，还有另外一个因素也会产生脉动转矩：由磁动势（MMF）与气隙通量谐波相互作用产生的脉动转矩。通过改变发电机的几何形状，这部分因素可以得到抑制。

低齿槽转矩的机器可能拥有高脉动转矩，而高齿槽转矩的机器可能拥有低脉动转矩。MMF与气隙通量谐波之间的反应在不同情况下能补偿或增加齿槽转矩或脉动转矩。电压或电流的改变不会对齿槽转矩产生影响。

因此生产发电机时最好让其拥有较低的振动、齿槽转矩和脉动转矩。并且，发电机最好拥有能力使用最少的资源进行电气调整，将振动、齿槽转矩和脉动转矩降到最低。同时，发电机还要尽可能造价低廉。通过以下内容和配有图解的详细说明，本领域一般技术人员能清楚了解本实用新型的其他不足。

发明内容

本实用新型的目的之一是通过解决背景技术领域现有的一种或多种需求，减缓该技术的一项或多项缺点。