專利名稱：自調(diào)整的永磁發(fā)電機(jī)的制作方法
自調(diào)整的永磁發(fā)電枳i
背景技術(shù)：
1831年11月24日，在向英國皇家學(xué)會(Royal Society)宣讀的 論文中法拉第宣告了電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。發(fā)明家們立即開始開發(fā)各種設(shè) 計方案的磁電機(jī)器。因此，在1832年，已經(jīng)獲知電流經(jīng)過導(dǎo)體會產(chǎn)生 磁場。過去已經(jīng)創(chuàng)立了力線的概念，并且已經(jīng)獲知導(dǎo)線的線圈在永磁 體的磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)將引起在導(dǎo)線中產(chǎn)生電壓。
發(fā)電機(jī)包括兩部分萬茲場系統(tǒng)，其中早期的機(jī)器包括簡單或復(fù)合 的永磁體；和線圈或繞組系統(tǒng)，在其中產(chǎn)生電，這是都熟知的知識。 兩個系統(tǒng)的相對運動是必不可少的；然而，是磁體還是線圏移動并不 重要，而且事實上，兩種類型的結(jié)構(gòu)都已使用。
在法拉第實驗室證明后，向公眾展示的第一個磁電機(jī)器1832年由
Hippolyte Pixii在巴黎展出。在該機(jī)器中，場磁體相對于線圏旋轉(zhuǎn)。 其由手驅(qū)動，并且只不過是工作模型；但其仍然是根據(jù)法拉笫原理構(gòu) 造的第一個實際的發(fā)電機(jī)。
發(fā)電機(jī)商業(yè)規(guī)模上的第一次生產(chǎn)是由E.M.Clarke進(jìn)行的。在19 世紀(jì)30年代，他作為科學(xué)儀表制造商在倫敦做生意。Clarke的設(shè)計 與前人的不同之處在于，使得線圏在與磁體側(cè)面平行的平面中旋轉(zhuǎn)。 Clarke似乎是第一個利用不同類型繞組進(jìn)行試驗的人，并且很快發(fā)現(xiàn) 他可改變輸出以適應(yīng)使用者的需要。
1855年4月11日，英國專利No.806被授予丹麥的SorenHjorth, 才示題為 "？文進(jìn)的》茲電電池(an improved magneto-electric battery )，，。 所描述的機(jī)器為發(fā)電機(jī)，其主勵磁由電磁體獲得。Hjorth認(rèn)識到了可 從電磁場系統(tǒng)獲得的優(yōu)點，即，磁場的場強(qiáng)可改變。他的專利附圖顯 示了一種機(jī)器，其中使帶有一系列線圏的旋轉(zhuǎn)圓盤在兩排(bank)電 磁體之間轉(zhuǎn)動，除此之外還有用于提供起始勵》茲的永磁體。1866年12月，E.W.Von Siemens向柏林科學(xué)院(Berlin Academy of Sciences)遞交了論文，描述了在沒有使用永磁體的情況下將機(jī)械 能轉(zhuǎn)化為電能。1867年2月14日，他的兄弟Charles Siemens將論文 內(nèi)容告知倫敦的英國皇家學(xué)會，并且展示了手動驅(qū)動的模型發(fā)電機(jī)， 證明了自勵磁原理。
今天，通常認(rèn)為Zenobe Gramme構(gòu)造了第一個能夠產(chǎn)生真正的 連續(xù)電流的發(fā)電機(jī)。到1873年，Gramme公司在英國威斯敏斯特的鐘 塔提供了供公眾試用的機(jī)器。到1874年，Gramme的發(fā)電機(jī)用于法國 海軍的至少兩艘大型軍艦中和俄國海軍的一些艦艇中。
因此，發(fā)電技術(shù)的整個歷史是從使用永磁場系統(tǒng)到使用電磁自勵 磁發(fā)電機(jī)的進(jìn)步。這種進(jìn)展的原因是，由永磁場勵磁的同步交流發(fā)電 機(jī)(即恒定轉(zhuǎn)速交流發(fā)電機(jī))產(chǎn)生與置于其上的負(fù)載成反比的電壓。 當(dāng)負(fù)載增加時，輸出電壓降低。永磁交流同步發(fā)電機(jī)的這種缺點使其 直到今天還不能得到商業(yè)使用?，F(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)的所有傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，即 使用電磁體進(jìn)行場勵磁的那些發(fā)電機(jī)必須具有那些通過滑環(huán)或換向器 電連接的旋轉(zhuǎn)繞組。這些滑環(huán)或換向器及其相關(guān)聯(lián)的電刷會由于磨損 而發(fā)生故障。這樣的滑環(huán)和換向器必須更換或維修。它們提出了本發(fā) 明之前的現(xiàn)有技術(shù)沒有克服的問題。
交流電由以固定旋轉(zhuǎn)速度運行的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。這些發(fā)電機(jī)使繞組 移動經(jīng)過磁場，根據(jù)法拉第定律感應(yīng)出電流。當(dāng)感應(yīng)電流的磁場是恒 定的，并且導(dǎo)體經(jīng)過磁場的速度也是恒定的時，則由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電 壓將是置于發(fā)電機(jī)上的負(fù)載的正函數(shù)。當(dāng)負(fù)栽增加時，根據(jù)眾所周知 的用于預(yù)測交流電路行為的電學(xué)定律，輸出電壓將降低。
如果以恒速運行的交流發(fā)電機(jī)中的》茲場通過永磁體的運動產(chǎn)生， 則主磁場的磁場強(qiáng)度恒定；并且因此發(fā)電機(jī)的電壓輸出將與置于發(fā)電 機(jī)輸出上的負(fù)載成反比關(guān)系。電壓輸出與負(fù)載的這種反比關(guān)系直到今 天還阻礙將永磁體用作同步交流發(fā)電機(jī)中的主磁場。由于永磁發(fā)電機(jī) 不需要電連接到帶有提供主磁場的永磁體的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部，因此永 J茲發(fā)電機(jī)簡單、可靠。本發(fā)明人了解到?jīng)]有任何現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了在變化的電負(fù)載下以恒 定速度運行并且避免了發(fā)電機(jī)電壓隨著負(fù)載增加而降低的老問題的永 磁交流發(fā)電機(jī)。
大多數(shù)電負(fù)載包括需要進(jìn)行電壓調(diào)整以正確運行的電設(shè)備。由于 其固有地固定的磁場，因此永磁交流發(fā)電機(jī)不能提供經(jīng)過調(diào)整的電壓
輸出?，F(xiàn)有才支術(shù)教導(dǎo)了電壓調(diào)整繞場發(fā)電才幾(voltage regulated wound field generator )的使用，其中，發(fā)電機(jī)用于產(chǎn)生磁場的部分為電磁體， 其場強(qiáng)可根據(jù)置于主發(fā)電機(jī)上的負(fù)載需要通過電或磁反饋回路來改 變。
這些繞場發(fā)電機(jī)依賴各種電壓調(diào)整方式。例如，交流發(fā)電機(jī)可通 過改變產(chǎn)生發(fā)電機(jī)的主磁場的電磁繞組的場強(qiáng)來提供電壓調(diào)整，以便 補償由于對發(fā)電機(jī)輸出的加載產(chǎn)生的電樞反應(yīng)。這可通過使用外部電 或磁電壓調(diào)整器的反饋回路來實現(xiàn)。這些電壓控制方式是電器設(shè)計領(lǐng) 域的任何技術(shù)人員公知的。另外，現(xiàn)有技術(shù)還教導(dǎo)了使用距主繞組約 90度設(shè)置的分離勵磁繞組。這些勵磁繞組通過增加電壓來對主負(fù)載作 出反應(yīng)，這樣就增大了主磁場，并且由此補償由于對發(fā)電機(jī)輸出施加 的負(fù)載增加而產(chǎn)生的電抗。使主繞組經(jīng)過外部無刷發(fā)電機(jī)的磁場也是 現(xiàn)有技術(shù)中公知的，這具有增加主磁場強(qiáng)度來補償增加的負(fù)載的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種永磁發(fā)電機(jī)，其中主旋轉(zhuǎn)磁場由永磁體提供。負(fù)載 連接到纏繞在電樞周圍的主繞組，所述電樞進(jìn)一步設(shè)置有從初級繞組 偏移卯度并且連接到電容性負(fù)載的次級繞組。電容性負(fù)載的值選擇成 使得當(dāng)對初級繞組施加滿負(fù)載時，次級繞組的電抗將抵消初級繞組的 電抗。


圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例構(gòu)造的發(fā)電機(jī)的示意性剖視圖。
具體實施例方式
永/磁體101在軸103上沿箭頭105所示的方向旋轉(zhuǎn)。環(huán)形電樞107 呈圓柱狀圍繞永磁體101。電樞107和永磁體101形成環(huán)狀空間109。電樞107適配有初級繞組槽lll，所述初級繞組槽111容納初級繞 組113。初級繞組113與負(fù)載115并聯(lián)連接，負(fù)載115為電負(fù)載。
電負(fù)載115可以是任何設(shè)備，這種設(shè)備的正常運行需要受到控制 的電壓。
電樞107還配備有從初級繞組偏移90度的次級繞組通道117，所 述次級繞組通道117容納次級繞組119。次級繞組119與電容性負(fù)載 121并聯(lián)連接。
電容性負(fù)載121的值選擇成使得由電容性負(fù)載121和次級繞組 119產(chǎn)生的電抗將與由電阻性負(fù)載115和初級繞組113形成的電路產(chǎn) 生的電抗成正比。
本發(fā)明的初級繞組和次級繞組可以是單相或多相繞組。如果次級 繞組為多相繞組，則電容性負(fù)載121將是多相電容性負(fù)載。
由永》茲體101產(chǎn)生的永磁場(圖中未示出)繞著電樞107旋轉(zhuǎn)， 在初級繞組113和次級繞組119中感應(yīng)出電壓。在滿栽時，電容性負(fù) 載121具有足夠的電容來提供等于負(fù)載115的電樞電抗的所需電樞性 (armative)電抗。
從功能上講，本發(fā)明中，在空載情況下，由旋轉(zhuǎn)的永磁體101和 連接到電容性負(fù)載121的次級電繞組119產(chǎn)生的勵磁的矢量和將產(chǎn)生 橫跨初級繞組113的發(fā)電機(jī)標(biāo)稱輸出電壓。
當(dāng)負(fù)載115橫跨初級繞組113連接時，初級繞組的電抗將由次級 繞組119和電容性負(fù)載121的電抗4氐消。次級繞組119從初級繞組113 偏移約90度，因而繞組119的電抗將與繞組113上的負(fù)載成正比。
因此，從空載到滿載的情況下，由本發(fā)明教導(dǎo)的永磁交流發(fā)電機(jī) 電壓輸出都相對恒定。因而，本發(fā)明由此實現(xiàn)永磁同步交流恒速發(fā)電 機(jī)的電壓調(diào)整而沒有使用連接到任何繞場的外部調(diào)整器。
本發(fā)明人相信，本發(fā)明為交流恒壓發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中的全面進(jìn)步。 在本發(fā)明人看來，本發(fā)明的新穎性的結(jié)果是其能夠提供恒速永磁發(fā)電 機(jī)的電壓調(diào)整輸出而沒有使用繞場。因而，雖然上面的示意性示例顯 示了本發(fā)明優(yōu)選實施例的一般情況，但是本發(fā)明不應(yīng)限于該特定實施例，而是應(yīng)僅由所附權(quán)利要求及其等同物的范圍限定
權(quán)利要求
1.一種交流發(fā)電機(jī)，包括a.永磁裝置，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場；b.電樞裝置，用于容納至少兩個磁場繞組，所述磁場繞組與所述永磁場相鄰并且位于所述旋轉(zhuǎn)的磁場內(nèi)；c.所述電樞裝置的初級繞組，所述初級繞組連接到負(fù)載；和d.次級繞組，在所述電樞上從所述初級繞組偏移，所述次級繞組連接到電容性負(fù)載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，當(dāng)橫跨初級繞組施加滿 負(fù)載時，所述電容性負(fù)載的電樞電抗等于所述初級繞組的電樞電抗。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，當(dāng)橫跨所述初級繞組施 加滿負(fù)載時，所述電容性負(fù)載的電樞電抗等于所述初級繞組的電樞電 抗，并且所述偏移為約90度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，當(dāng)橫跨所述初級繞組施 加滿負(fù)載時，所述電容性負(fù)載的電樞電抗等于所述初級繞組的電樞電 抗，所述偏移為約90度，并且所述磁場以恒定角速度旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種交流發(fā)電機(jī)，包括永磁裝置，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場；電樞裝置，用于容納與所述永磁場相鄰并且位于所述旋轉(zhuǎn)的磁場內(nèi)的至少兩個磁場繞組；所述電樞裝置的初級繞組，所述初級繞組連接到負(fù)載；和次級繞組，在所述電樞上從所述初級繞組偏移，所述次級繞組連接到電容性負(fù)載。
文檔編號H02K15/08GK101288218SQ200680035834
公開日2008年10月15日 申請日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者卡洛斯·戈特弗里德 申請人:電源組國際公司