[發明專利]電磁機

無效

• 申請號: 201110372081.4
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN103023255A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 保羅·伊萬·利林頓
• 申請（專利權）人: 輻射通量實驗室私人有限公司
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/27
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明總體涉及用作發電機的電磁機(永磁發電機)，更具體地，涉及輸出電壓及電流波形中諧波分量的控制。

背景技術

永磁(PM)AC發電機是耐用、可靠且高效的。與具有有刷或無刷的勵磁機的繞線式勵磁同步發電機(wound-field?synchronous?generator)相比，永磁AC發電機具有很多吸引人的特性。盡管具有這些優點，但PM發電機在小型電力系統(諸如5-20kW范圍內的單相和三相的3000rpm(2-極)或1500rpm(4-極)汽油和柴油驅動的發電機中沒有得到廣泛運用。

該領域中使用PM發電機的問題在于，2-極和4-極發電機難以設計，且在負載條件下可能遭受嚴重的波形畸變?；兊漠a生源于所謂的通量曳引效應，該效應導致轉子中的磁通量因為繞組中的負載電流而從磁體徑向軸線偏斜。與磁極數量更多的發電機相比，為實現相同的功率輸出，PM?2-極和4-極發電機還使用了更多的磁體材料。

當前唯一實用的2-極和4-極設計是表面安裝磁體的類型。然而，這些設計在負載條件下也有畸變的輸出電壓和電流波形，并且在高負載條件下可能遭受磁緣(magnet?edge)去磁化。用于2-極和4-極轉子的表面安裝的磁體段具有大弧段(large?arc?segment)，這表明在其制造中存在大量廢料并且增加了磁體的成本。表面安裝PM?AC發電機的當前設計在負載條件下顯示出巨大的壓降。因為恒速條件下這些發電機沒有的簡單的調壓方法，所以需要良好調壓的那些應用無法使用PMAC發電機。

但是，有些PMAC發電機具有可接受的波形和調壓。這些發電機具有堅固的一體PM轉子。這些設計的主要問題在于，就算是在較低功率條件下，它們使用的磁體材料也是等效的表面安裝設計的六倍或更多，并且也不能在4-極配置中制成。相反，此類發電機當在2-極設計中僅在3kW額定功率及以下時是實用的。如果高于該額定功率，則磁體成本和體積會按照轉子直徑的平方而增加，性價比低。

這些問題表明，PM發電機的當前設計僅適合于低級別、低功率的AC同步發電機，其中調壓和諧波畸變都不重要。

有必要克服或至少改善這些缺點中的一個或多個。

發明內容

廣義上而言，本發明提供了一種包括繞組定子及轉子的電磁發電機(電磁機)。該轉子包括：至少兩個磁極，每個磁極由一對成角度地隔開的永久磁體構成；轉子磁極片，位于每個所述磁極之間；三角成形空隙，位于轉子磁極片中；以及多個狹槽，位于轉子磁極片中。

披露了其他方面。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出了2-極發電機的截面圖；

圖2A示出了圖1發電機的在空載條件下的通量線；

圖2B示出了圖1發電機的在滿載條件下的通量線；

圖3是圖1發電機的局部截面圖；

圖4示出了已組裝的2-極發電機的剖視圖；

圖5示出了4-極發電機的截面圖；

圖6A示出了圖5發電機的在空載條件下的通量線；

圖6B示出了圖5發電機的在滿載條件下的通量線；

圖7示出了具有無通量空隙的已知2-極發電機的在負載條件下的輸出電壓波形；

圖8示出了圖7的輸出波形的基礎及諧波頻率分量的曲線；

圖9示出了圖1的2-極發電機在負載條件下的輸出電壓波形；以及

圖10示出了圖9的輸出波形的基礎及諧波頻率分量的曲線。

具體實施方式

圖1以截面圖形式示出了實施本發明的2-極發電機裝置10。定子100具有傳統形式的繞組101，繞組為單相或三相配置。轉子由層疊疊片(stacked?lamination)構成。這種疊片的數量決定了發電機的輸出功率。疊片通過穿過隔開孔102和117的棒(rod)(圖1未示出)而夾緊在一起，且固定在任何最靠近端部的疊片，其通常使用端板(未示出)。輸出功率為5kW到20kW的發電機的典型轉子直徑范圍是100mm到130mm。疊片包括位于兩個磁極之間的轉子磁極片107。每個磁極均由一對(嵌入式)永久磁體103構成，一對永久磁體通過中間磁體段106成角度地隔開。磁體103和轉子磁極片107從中心軸105安裝，該軸通常由非磁性材料制成。