模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要與橫向磁通發(fā)電機(jī)有關(guān)。具體來(lái)說(shuō)本發(fā)明與低齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的 橫向磁通交流發(fā)電機(jī)和電機(jī)有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)電機(jī)與電機(jī)被應(yīng)用到各種機(jī)器和電器上，用來(lái)產(chǎn)生電流，形成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。比如說(shuō) 應(yīng)用到發(fā)電和輸電上。發(fā)電機(jī)與電機(jī)可以采用橫向磁通永磁體（TFPM)技術(shù)。
[0003] 永磁勵(lì)磁橫向磁通發(fā)電機(jī)見諸一些論文中，例如MichaelBork 的〈〈EntwicklungundOptimierungeinerfertigungsgerechten Transversalflu|3maschine》（開發(fā)和優(yōu)化橫向磁通發(fā)電機(jī)以滿足生產(chǎn)要求），第82號(hào)論 文，亞琛工業(yè)大學(xué)、ShakerVerlagAachen，德國(guó)，1997年，第8頁(yè)和第8頁(yè)以后的頁(yè)。線繞 式定子繞組由U形軟鐵心（軛）環(huán)繞，軟鐵心的方向與旋轉(zhuǎn)方向一致，間距是磁極距的兩 倍。U形鐵心的開口端正對(duì)著定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙，形成定子的極點(diǎn)。面對(duì)磁極的永磁體和 集中器面對(duì)定子鐵心的極點(diǎn)，擁有相反的極性。永磁體在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中間歇性地位于定子的 極點(diǎn)之間，不會(huì)出現(xiàn)鐵磁短路，短路元件放置在定子上，短路元件可讓永磁體短路。
[0004] 換句話說(shuō)，橫向磁通發(fā)電機(jī)包括一個(gè)圓形定子和一個(gè)圓形轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子由氣 隙隔開，讓轉(zhuǎn)子繞著定子自由旋轉(zhuǎn)，其中定子含有軟鐵心，軟鐵心讓磁通量沿著垂直于轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)的方向通過。橫向磁通發(fā)電機(jī)的定子也含有電導(dǎo)體，電導(dǎo)體用來(lái)確定環(huán)形線圈，線圈纏 繞的方向與機(jī)器旋轉(zhuǎn)的方向平行。在這種類型的機(jī)器上，轉(zhuǎn)子包含多個(gè)相同的永磁零件，這 些零件的放置位置特殊，可在氣隙的方向上產(chǎn)生交錯(cuò)的磁通量。這個(gè)磁通徑向經(jīng)過氣隙，穿 透定子的軟鐵心，讓磁通繞著電導(dǎo)體流動(dòng)。
[0005] 由多個(gè)相同的永磁零件制成的含有轉(zhuǎn)子的橫向磁通發(fā)電機(jī)上，磁通集中器中的永 磁體的放置方向應(yīng)讓磁體的磁化方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向平行。磁通集中器插在永磁體之 間，引導(dǎo)永磁體產(chǎn)生的磁通量徑向通過氣隙。
[0006] 該橫向磁通發(fā)電機(jī)含有一個(gè)定子，定子由馬蹄形軟鐵心組成，定子的方向需要讓 磁通能在這些鐵心內(nèi)循環(huán)，磁通的方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸垂直。
[0007] 磁通與定子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向垂直，這樣橫向磁通發(fā)電機(jī)可以擁有較高的每重量單 位機(jī)械轉(zhuǎn)矩。這樣的TFPM發(fā)電機(jī)也會(huì)產(chǎn)生較低的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
[0008] 發(fā)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子的永磁體與永磁機(jī)的定子槽之間的反應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。該 轉(zhuǎn)矩也可以用來(lái)止動(dòng)，或充當(dāng)'無(wú)電流'轉(zhuǎn)矩，擁有針對(duì)這個(gè)位置的可變磁阻功能。這個(gè)轉(zhuǎn)矩 與位置無(wú)關(guān)，它的旋轉(zhuǎn)周期取決于定子磁極的數(shù)量。通常情況下，此轉(zhuǎn)矩的基本頻率是發(fā)電 機(jī)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩的兩倍，理論上產(chǎn)生的能量平衡為零（忽略損耗時(shí)）。齒槽轉(zhuǎn)矩在這種發(fā)電機(jī)的 運(yùn)行中是多余的。發(fā)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)此轉(zhuǎn)矩尤其明顯，會(huì)讓發(fā)電機(jī)忽動(dòng)忽停。齒槽轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo) 致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，但是在發(fā)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能過濾掉大部分齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。
[0009] 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是指相對(duì)于額定轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的變化，通常使用百分比表示。通常情況下， 脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的基本頻率是三相發(fā)電機(jī)單相轉(zhuǎn)矩的基本頻率的三倍。脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常采用變形正 弦波表示。發(fā)電機(jī)中的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩成因很復(fù)雜，由多種因素決定，例如齒槽轉(zhuǎn)矩、MMF與氣隙 通量諧波相互作用或機(jī)械失衡，比如轉(zhuǎn)子的離心率。脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩是與平均轉(zhuǎn)矩Tavg相比，最 大轉(zhuǎn)矩Tmax與最小轉(zhuǎn)矩Tmin之間的差別：
[0010] ((Tmax-Tmin)/Tavg)X100
[0011] 等式 1
[0012] 發(fā)電機(jī)中的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常有不良影響，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲，減損機(jī)器壽命。 脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的時(shí)候需要采取措施加以抑制，例如改變可能會(huì)影響一般性能的機(jī)械的幾何形 狀。
[0013] 負(fù)荷過輕時(shí)除了齒槽轉(zhuǎn)矩，還有另外一個(gè)因素也會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩：由磁動(dòng)勢(shì) (MMF)與氣隙通量諧波相互作用產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。通過改變發(fā)電機(jī)的幾何形狀，這部分因素 可以得到抑制。
[0014] 低齒槽轉(zhuǎn)矩的機(jī)器可能擁有高脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而高齒槽轉(zhuǎn)矩的機(jī)器可能擁有低脈動(dòng)轉(zhuǎn) 矩。MMF與氣隙通量諧波之間的反應(yīng)在不同情況下能補(bǔ)償或增加齒槽轉(zhuǎn)矩或脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電 壓或電流的改變不會(huì)對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響。
[0015] 因此生產(chǎn)發(fā)電機(jī)時(shí)最好讓其擁有較低的振動(dòng)、齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。并且，發(fā)電機(jī) 最好擁有能力使用最少的資源進(jìn)行電氣調(diào)整，將振動(dòng)、齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩降到最低。同 時(shí)，發(fā)電機(jī)還要盡可能造價(jià)低廉。通過以下內(nèi)容和配有圖解的詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域一般技術(shù)人 員能清楚了解本發(fā)明的其他不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的之一是通過解決【背景技術(shù)】領(lǐng)域現(xiàn)有的一種或多種需求，減緩該技術(shù) 的一項(xiàng)或多項(xiàng)缺點(diǎn)。
[0017] 以下內(nèi)容是本發(fā)明的簡(jiǎn)明總結(jié)，目的是對(duì)本發(fā)明的某些方面進(jìn)行基本的解釋。此 內(nèi)容不是本發(fā)明的詳細(xì)概述。本內(nèi)容不用于識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵元素，或描述本發(fā)明的范圍。 本內(nèi)容的唯一目的是通過簡(jiǎn)單的方式呈現(xiàn)此發(fā)明的一些概念，作為隨后更加詳細(xì)的說(shuō)明的 序。
[0018] 本發(fā)明的對(duì)象是通常被稱為電動(dòng)機(jī)（旋轉(zhuǎn)或線性），用于降低、減少或抵消橫向磁 通發(fā)電機(jī)上的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
[0019] 通常情況下，本發(fā)明的對(duì)象為一種橫向磁通發(fā)電機(jī)（TFEM)，更具體來(lái)說(shuō)就是橫向 磁通永磁電機(jī)（TFPM)，可同時(shí)或分別減少或抵消齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)轉(zhuǎn) 矩的較少或抵消通過采用各種元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，包括：各種極對(duì)、磁體的磁極長(zhǎng)度、線 圈長(zhǎng)度、線圈高度、磁體高度、轉(zhuǎn)子傾斜、定子傾斜、轉(zhuǎn)子重疊、定子重疊和極組。
[0020] 本發(fā)明提供了一種模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)，包括：
[0021] 一個(gè)定子部分；
[0022] 一個(gè)轉(zhuǎn)子部分，所述轉(zhuǎn)子部分可旋轉(zhuǎn)，位置根據(jù)所述定子部分而定，所述轉(zhuǎn)子部分 包括交錯(cuò)排列的磁體和集中器，所述磁體和所述集中器徑向圍繞所述轉(zhuǎn)子部分的旋轉(zhuǎn)軸放 置；
[0023] 所述定子部分包括至少一個(gè)相模塊，所述相模塊包括多個(gè)鐵心，所述鐵心與圍繞 所述旋轉(zhuǎn)軸放置的線圈搭配。
[0024] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述定子部分包括多個(gè)相 模塊，所述多個(gè)相模塊通過一中心定位機(jī)構(gòu)而圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸的軸向中心布置。
[0025] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述相模塊包括一定位機(jī) 構(gòu)，所述定位機(jī)構(gòu)用于將所述相模塊成角度地定位于鄰近的相模塊。
[0026] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述多個(gè)相模塊為三相 模塊，所述三相模塊相互之間裝配形成一相移，相鄰的相模塊之間的相移一般設(shè)定為電氣 120°，以提供與完整的360°電循環(huán)相重疊的三相對(duì)稱的電流。
[0027] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述定子部分包括多個(gè)軸 向固定部件，所述軸向固定部件用于固定相鄰的所述相模塊。
[0028] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述定子部分包括多個(gè)用 于容納所述鐵心的鐵心接收空間。
[0029] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，每一個(gè)所述相模塊包括一 對(duì)兩半部分，每一個(gè)所述兩半部分包括用于分別容納部分所述鐵心的所述鐵心接收空間。
[0030] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述線圈設(shè)置于相互配合 的所述一對(duì)兩半部分之間。
[0031] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，每一個(gè)所述鐵心包括一對(duì) 磁極，所述磁極通過漸進(jìn)的方式與對(duì)應(yīng)搭配的所述集中器的電磁場(chǎng)接合，所述鐵心接收空 間用于固定所述一對(duì)磁極并使所述一對(duì)磁極與所述旋轉(zhuǎn)軸之間形成一個(gè)夾角。
[0032] 本發(fā)明模塊化旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述鐵心分別以不同的角 距而相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸成角度地設(shè)置。
[0033] 本發(fā)明的實(shí)施例各擁有至少一個(gè)上述對(duì)象和/或項(xiàng)，但是不必?fù)碛兴猩鲜鰧?duì) 象。應(yīng)該了解的是本發(fā)明的有些項(xiàng)在嘗試獲得上述對(duì)象時(shí)獲得，他們可能并不滿足成為這 些對(duì)象的條件，而是/或者滿足此處沒有具體敘述的其他對(duì)象的條件。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例其他和/或備選的特性、項(xiàng)目