專利名稱：橫向磁通發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
橫向磁通發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型主要與橫向磁通發(fā)電機有關(guān)。具體來說本實用新型與低齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩的橫向磁通交流發(fā)電機和電機有關(guān)。
背景技術(shù)：
[0002]發(fā)電機與電機被應(yīng)用到各種機器和電器上，用來產(chǎn)生電流，形成機械運動。比如說應(yīng)用到發(fā)電和輸電上。發(fā)電機與電機可以米用橫向磁通永磁體(TFPM)技術(shù)。[0003]永磁勵磁橫向磁通發(fā)電機見諸一些論文中，例如Michael Bork的《Entwicklung und Optimierung einer fertigungsgerechten Transversalflu i^maschine》(開發(fā)和優(yōu)化橫向磁通發(fā)電機以滿足生產(chǎn)要求)，第82號論文,亞琢工業(yè)大學(xué)、Shaker Verlag Aachen, 德國，1997年，第8頁和第8頁以后的頁。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著定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙，形成定子的極點。面對磁極的永磁體和集中器面對定子鐵心的極點，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之間，不會出現(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，橫向磁通發(fā)電機包括一個圓形定子和一個圓形轉(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)電機的定子也含有電導(dǎo)體，電導(dǎo)體用來確定環(huán)形線圈，線圈纏繞的方向與機器旋轉(zhuǎn)的方向平行。在這種類型的機器上，轉(zhuǎn)子包含多個相同的永磁零件，這些零件的放置位置特殊，可在氣隙的方向上產(chǎn)生交錯的磁通量。這個磁通徑向經(jīng)過氣隙，穿透定子的軟鐵心，讓磁通繞著電導(dǎo)體流動。[0005]由多個相同的永磁零件制成的含有轉(zhuǎn)子的橫向磁通發(fā)電機上，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)電機含有一個定子，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)電機可以擁有較高的每重量單位機械轉(zhuǎn)矩。這樣的TFPM發(fā)電機也會產(chǎn)生較低的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0008]發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子的永磁體與永磁機的定子槽之間的反應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩也可以用來止動，或充當(dāng)‘無電流’轉(zhuǎn)矩，擁有針對這個位置的可變磁阻功能。這個轉(zhuǎn)矩與位置無關(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)。齒槽轉(zhuǎn)矩在這種發(fā)電機的運行中是多余的。發(fā)電機低速運轉(zhuǎn)時此轉(zhuǎn)矩尤其明顯，會讓發(fā)電機忽動忽停。齒槽轉(zhuǎn)矩會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動，但是在發(fā)電機高速運行時，轉(zhuǎn)動慣量能過濾掉大部分齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。[0009]轉(zhuǎn)矩脈動是指相對于額定轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的變化，通常使用百分比表示。通常情況下， 脈動轉(zhuǎn)矩的基本頻率是三相發(fā)電機單相轉(zhuǎn)矩的基本頻率的三倍。脈動轉(zhuǎn)矩通常采用變形正弦波表示。發(fā)電機中的脈動轉(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械失衡，比如轉(zhuǎn)子的離心率。脈動轉(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) /TavgX 100[0011]等式I[0012]發(fā)電機中的脈動轉(zhuǎn)矩通常有不良影響，因為它會導(dǎo)致振動和噪聲，減損機器壽命。 脈動轉(zhuǎn)矩大的時候需要采取措施加以抑制，例如改變可能會影響一般性能的機械的幾何形 狀。[0013]負(fù)荷過輕時除了齒槽轉(zhuǎn)矩，還有另外一個因素也會產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩由磁動勢 (MMF)與氣隙通量諧波相互作用產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩。通過改變發(fā)電機的幾何形狀，這部分因素 可以得到抑制。[0014]低齒槽轉(zhuǎn)矩的機器可能擁有高脈動轉(zhuǎn)矩，而高齒槽轉(zhuǎn)矩的機器可能擁有低脈動轉(zhuǎn) 矩。MMF與氣隙通量諧波之間的反應(yīng)在不同情況下能補償或增加齒槽轉(zhuǎn)矩或脈動轉(zhuǎn)矩。電 壓或電流的改變不會對齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響。[0015]因此生產(chǎn)發(fā)電機時最好讓其擁有較低的振動、齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。并且，發(fā)電機 最好擁有能力使用最少的資源進行電氣調(diào)整，將振動、齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩降到最低。同 時，發(fā)電機還要盡可能造價低廉。通過以下內(nèi)容和配有圖解的詳細說明，本領(lǐng)域一般技術(shù)人 員能清楚了解本實用新型的其他不足。發(fā)明內(nèi)容[0016]本實用新型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)的一項或多項缺點。[0017]以下內(nèi)容是本實用新型的簡明總結(jié)，目的是對本實用新型的某些方面進行基本的 解釋。此內(nèi)容不是本實用新型的詳細概述。本內(nèi)容不用于識別本實用新型的關(guān)鍵元素，或描 述本實用新型的范圍。本內(nèi)容的唯一目的是通過簡單的方式呈現(xiàn)此實用新型的一些概念， 作為隨后更加詳細的說明的序。[0018]本實用新型的對象是通常被稱為電動機(旋轉(zhuǎn)或線性)，用于降低、減少或抵消橫 向磁通發(fā)電機上的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0019]通常情況下，本實用新型的對象為一種橫向磁通發(fā)電機(TFEM)，更具體來說就是 橫向磁通永磁電機(TFPM)，可同時或分別減少或抵消齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩和脈 動轉(zhuǎn)矩的較少或抵消通過采用各種元件的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，包括各種極對、磁體的磁極長 度、線圈長度、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]通常情況下，本實用新型的對象可提供120°電氣相移，進而提供標(biāo)準(zhǔn)的對稱電 流，該電流與完整的360°電循環(huán)相重疊。在理論上，120°相移可消除任何不是三(3)的倍 數(shù)的諧波。所以，本實用新型的對象能提供一種裝置，該裝置可大幅度減少三相橫向磁通發(fā) 電機中三(3)的倍數(shù)的諧波。兩相發(fā)電機擁有90°相移，可利用類似的原理消除諧波。[0021]本實用新型的一個對象能在一個相中提供鐵心分配，讓轉(zhuǎn)矩波形變得更流暢、更 接近正弦。[0022]本實用新型至少有一個對象提供至少一個包含多個鐵心的相位和相關(guān)極，鐵心成角度地以不同角距的相互分離。[0023]本實用新型至少有一項提供至少一個包含至少三個相鄰鐵心和相關(guān)極的相位，鐵 心和相關(guān)級以大體上一致的角距相互分離，并與鄰近的鐵心和相關(guān)級以不同的角距相互分離。[0024]本實用新型至少有一項提供至少兩個相鄰鐵心和相關(guān)極，鐵心以10. 8°度徑向分 離，并以至少一個顯著不同的徑向角度與相鄰鐵心相互分離。[0025]本實用新型至少有一個對象提供一組磁極，磁極之間有間插角距，磁極在一個相 中重疊至少兩倍，以限定磁極在相中的位置。[0026]本實用新型至少有一個對象提供一個包含多個相似角部分的相位，每個部分包含 多個鐵心，鐵心以相似間插角放置。此外，本實用新型的一項能提供包含多個組裝的角部分 的相，各角部分相應(yīng)包含重復(fù)序列的鐵心角距。[0027]本實用新型至少有一項提供一個包含多個相同角部分的相。[0028]本實用新型至少有一項提供一個包含定子的橫向磁通發(fā)電機，定子與橫向磁通發(fā) 電機的旋轉(zhuǎn)軸有一定的傾角，用以同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈 動轉(zhuǎn)矩。[0029]本實用新型至少有一項提供一個包含定子傾斜優(yōu)選為6°的橫向磁通發(fā)電機。[0030]本實用新型至少有一項提供一個包含定子傾斜優(yōu)選為4°到8°的橫向磁通發(fā)電 機。[0031]本實用新型至少有一項提供一個包含定子傾斜優(yōu)選為0°到11°的橫向磁通發(fā) 電機。[0032]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子的橫向磁通發(fā)電機，定子與橫向磁通發(fā) 電機的旋轉(zhuǎn)軸有一定的傾斜，用以同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈 動轉(zhuǎn)矩。[0033]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子傾斜優(yōu)選為0°的橫向磁通發(fā)電機。[0034]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子傾斜優(yōu)選為0°到8°的橫向磁通發(fā)電 機。[0035]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子傾斜優(yōu)選為0°到11°的橫向磁通發(fā) 電機。[0036]本實用新型至少有一個對象提供包含大量數(shù)量是二(2)的倍數(shù)或者最好是四(4) 的倍數(shù)的磁極對，以同時或分開減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0037]本實用新型至少有一項提供優(yōu)選包含每相32對磁極的橫向磁通發(fā)電機。[0038]本實用新型至少有一項提供每相最好28到36對磁極的橫向磁通發(fā)電機。[0039]本實用新型至少有一項提供每相最好20到44對磁極的橫向磁通發(fā)電機。[0040]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含的磁體 長度能夠按比例被其他元件使用，同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈 動轉(zhuǎn)矩。[0041]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選磁體長度為100毫米的橫向磁通發(fā)電 機。[0042]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選磁體長度為60毫米到150毫米的橫向磁通發(fā)電機。[0043]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選磁體長度為40毫米到200毫米的橫向 磁通發(fā)電機。[0044]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含的線圈 長度尺寸與磁體長度成比例，可同時或分開減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0045]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選長度為磁體長度23%的線圈的橫向磁 通發(fā)電機。[0046]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選長度為磁體長度20%到25%的線圈的橫 向磁通發(fā)電機。[0047]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選長度為磁體長度11%到33%的線圈的橫 向磁通發(fā)電機。[0048]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含的線圈 高度尺寸與磁體長度成比例，可同時或分開減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0049]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選高度為磁體長度100%的線圈的橫向磁 通發(fā)電機。[0050]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選高度為磁體長度70%到120%的線圈的 橫向磁通發(fā)電機。[0051]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選高度為磁體長度40%到150%的線圈的 橫向磁通發(fā)電機。[0052]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含的磁極 高度尺寸與磁體長度成比例，可同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0053]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選高度為磁體長度25%的磁極的橫向磁 通發(fā)電機。[0054]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選高度為磁體長度22%到29%的磁極的橫 向磁通發(fā)電機。[0055]本實用新型至少有一項提供一個包含優(yōu)選高度為磁體長度17%到33%的磁極的橫 向磁通發(fā)電機。[0056]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含一個轉(zhuǎn) 子重疊，可同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0057]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子重疊優(yōu)選為0%的橫向磁通發(fā)電機。[0058]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子重疊優(yōu)選為0%到8%的橫向磁通發(fā)電 機。[0059]本實用新型至少有一項提供一個包含轉(zhuǎn)子重疊優(yōu)選為10%到35%的橫向磁通發(fā)電 機。[0060]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含一個定 子重疊，可同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0061]本實用新型至少有一項提供一個包含定子重疊優(yōu)選為20%的橫向磁通發(fā)電機。[0062]本實用新型至少有一項提供一個包含定子重疊優(yōu)選為0%到25%的橫向磁通發(fā)電機。[0063]本實用新型至少有一項提供一個包含定子重疊優(yōu)選為5%到30%的橫向磁通發(fā)電機。[0064]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含的氣隙的直徑可同時或分別減少或抵消橫向磁通發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。[0065]本實用新型至少有一項提供一個包含氣隙直徑優(yōu)選為510毫米的橫向磁通發(fā)電機。[0066]本實用新型至少有一項提供一個包含氣隙直徑優(yōu)選為200毫米到2200毫米的橫向磁通發(fā)電機。[0067]本實用新型至少有一項提供一個包含氣隙直徑優(yōu)選為100毫米到4000毫米的橫向磁通發(fā)電機。[0068]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含一個轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子附著的磁極和集中器對稱排列。[0069]本實用新型至少有一項提供一個橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含一個定子部分，定子上固定的鐵心呈非對稱排列。[0070]本實用新型至少有一項提供一個線性橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含一個固定部分和一個移動部分，移動部分根據(jù)定子部分確定位置，移動部分包含交錯排序的磁極和集中器，磁極和集中器徑向圍繞縱軸排列；固定部分包含至少一個相，該相包含多個鐵心，鐵心與圍繞縱軸排列的線圈搭配，各鐵心包含一對傾斜的磁極，磁極通過漸進的方式與相關(guān)搭配的集中器的電磁場接合。[0071 ] 本實用新型至少有一項提供一種旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機，該橫向磁通發(fā)電機包含一個定子部分和一個轉(zhuǎn)子部 分，轉(zhuǎn)子部分根據(jù)定子部分確定位置，轉(zhuǎn)子部分包含交錯排序的磁極和集中器，磁極和集中器徑向圍繞旋轉(zhuǎn)軸排列；定子部分包含至少一個相，該相包含多個鐵心，鐵心與圍繞旋轉(zhuǎn)軸排列的線圈搭配，各鐵心包含一對傾斜的磁極，磁極通過漸進的方式與相關(guān)搭配的集中器的電磁場接合。[0072]本實用新型的實施例各擁有至少一個上述對象和/或項，但是不必?fù)碛兴猩鲜鰧ο?。?yīng)該了解的是本實用新型的有些項在嘗試獲得上述對象時獲得，他們可能并不滿足成為這些對象的條件，而是/或者滿足此處沒有具體敘述的其他對象的條件。[0073]本實用新型實施例其他和/或備選的特性、項目和優(yōu)勢將在以下說明、附圖和附加的權(quán)利要求中加以詳述。


[0074]圖[0075]圖[0076]圖[0077]圖[0078]圖[0079]圖6是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的底視圖；圖7是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的正立面視圖；圖8是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的后立面視圖；圖9是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機等距半分解視圖，該圖顯示 出了定子部分和轉(zhuǎn)子部分；圖10是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的部分的等距半分解視 圖，該圖顯示轉(zhuǎn)子部分；圖11是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的部分的等距半分解視 圖，該圖顯示定子部分的多相模塊；圖12是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機放大后截面的等距半分解 視圖；圖13是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的截面圖，顯示多相模塊；圖14是本實用新型至少一個實施例的橫向磁通發(fā)電機的截面圖，顯示定子部分 的鐵心對；圖15是本實用新型至少一個實施例的鐵心的等距視圖；圖16是本實用新型至少一個實施例的相模塊的等距半分解視圖，該圖顯示定子 部分的一個相模塊；圖17是本實用新型至少一個實施例的角部分的等距半分解視圖；圖18是本實用新型至少一個實施例的相模塊的等距部件裝配圖；圖19是本實用新型至少一個實施例的角部分的正立面視圖，顯示多個鐵心之間 的相對角；圖20是本實用新型至少一個實施例的相模塊的正立面圖，顯示模塊的相關(guān)角。圖21是本實用新型至少一個實施例的轉(zhuǎn)子部分的側(cè)立面圖；圖22是本實用新型至少一個實施例的線圈和鐵心組裝的等距視圖；圖23是本實用新型至少一個實施例的線圈部分和鐵心組裝的正立面圖；圖24是本實用新型至少一個實施例的線性橫向磁通發(fā)電機的側(cè)立面視圖；圖25是本實用新型至少一個實施例的線性橫向磁通發(fā)電機的等距視具體實施方式
我們現(xiàn)在將參考附圖對本實用新型進行說明。在以下說明中，我們將陳述大量細 節(jié)，通過說明實施例的方式對本實用新型進行徹底的解釋。但是，很明顯本實用新型即使沒 有這些具體細節(jié)說明也能投入到應(yīng)用中。在其他情況下，如果合適，我們將采用方框圖的方 式顯示眾所周知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以便對本實用新型進行說明。以下實施例結(jié)合附圖描述一個有三十二(32)個磁極、氣隙直徑為510毫米、磁體 長度為100毫米的橫向磁通發(fā)電機10。該橫向磁通發(fā)電機10采用外部轉(zhuǎn)子而不是內(nèi)部轉(zhuǎn) 子，橫向磁通發(fā)電機10的配置、相的數(shù)量可在不脫離本實用新型范圍的情況下，根據(jù)期望 輸出功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。圖I至圖8顯不的是一個橫向磁通發(fā)電機10。該橫向磁通發(fā)電機10包含一個定 子部分14和一個轉(zhuǎn)子部分18。定子部分14經(jīng)過改造保持固定，而轉(zhuǎn)子部分18的位置在定子部分14的范圍之內(nèi)，轉(zhuǎn)子相對于定子部分14圍繞著旋轉(zhuǎn)軸22旋轉(zhuǎn)。圖示實施例的橫向 磁通發(fā)電機采用模塊化結(jié)構(gòu)。兩個軸側(cè)邊的部件26固定到一起，一起組成三個電相30，每 個電相都由相模塊32提供。各相模塊32經(jīng)過改進，能單獨提供交流電的電相30。圖示的 實施例顯示了三個相位30，三個相沿軸耦合，在橫向磁通發(fā)電機開始旋轉(zhuǎn)時提供三相電流。 一對軸側(cè)部件26互相連接到一起，沿軸向固定三個相位30。軸向固定的多個部件34需被 施用合適的張力，以確保相模塊32能被牢固地固定到一起。在本實施例中，各軸側(cè)部件26 帶有延伸的軸向固定部件接收部分38，這個部分經(jīng)過改進可接收軸向固定部件34，而軸向 固定部件34則沿軸向伸出相模塊32。在其他圖示的實施例中，軸向固定部件34也可以穿 過相模塊32。[0102]參考圖1到圖8，軸側(cè)部件26可以使用鋼或其他合適的材料制造，提供充足的機械 強度，以滿足必要的要求。各軸側(cè)部件26也可選擇搭配能用于接收該部件的尺寸和設(shè)計的 提升連桿42，例如起重吊鉤(沒有顯示)，用于提升和移動橫向磁通發(fā)電機10。軸側(cè)部件26 還配備有支持部分46，該部分固定到一對支腳50上，可將兩個軸側(cè)部件26連接起來，進而 將橫向磁通發(fā)電機10固定到底盤上(沒有顯示)。例如，橫向磁通發(fā)電機10安裝到風(fēng)機、機 械扶梯上時，底盤可以是一個吊艙，或者橫向磁通發(fā)電機10安裝到其他設(shè)備上時的底盤。[0103]各軸側(cè)部件26經(jīng)過配置可接收和固定軸向轉(zhuǎn)子支持部件54。軸向轉(zhuǎn)子支持部件 54嵌入到圓腔56中(見圖9)，圓腔56嵌在相關(guān)軸側(cè)部件26上，這樣軸向轉(zhuǎn)子支持部件能 根據(jù)定子部分14將轉(zhuǎn)子部分18定位到中心。軸向轉(zhuǎn)子支持部件54是可拆除的，該部件使 用多個緊固件58固定到相關(guān)軸側(cè)邊部件26上。圖9顯示的實施例的實際配置可允許轉(zhuǎn)子 部分18沿一個軸向60上拆除，兩個軸向轉(zhuǎn)子支持部件54在拆除時需要從各自的軸側(cè)部件 26上拆掉，因為圓腔56都位于他們各自軸側(cè)部件26的相同側(cè)。由于采用外部機械裝置，所 以橫向磁通發(fā)電機10安裝之后便于維護。[0104]圖1到圖8顯示的實施例中也可以看出來轉(zhuǎn)子部分18伸出了軸向轉(zhuǎn)子支持部件 54，并且與兩個軸向轉(zhuǎn)子支持部件54接合在一起，都可以旋轉(zhuǎn)。實心轉(zhuǎn)子驅(qū)動部件62進一 步延長，從一個軸向轉(zhuǎn)子支持部件54中伸出。實心驅(qū)動部件62也可以成為其他圖上沒有 顯示的實施例中的空心驅(qū)動部件。驅(qū)動部件62可從外部機構(gòu)(沒有圖示)上向橫向磁通發(fā) 電機10傳送旋轉(zhuǎn)動力，包含一個驅(qū)動固定裝置66，該裝置能將橫向磁通發(fā)電機10的旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動部件62與外部裝置(沒有圖示)上對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動元件耦合。例如外部裝置(沒有圖 示)可以是風(fēng)機的旋轉(zhuǎn)輪(沒有圖示)，轉(zhuǎn)子葉片(沒有圖示)連接到上邊，將旋轉(zhuǎn)動力傳送到 橫向磁通發(fā)電機10。上述外部裝置并不是唯一的例子，其他能將旋轉(zhuǎn)動力傳送到橫向磁通 發(fā)電機10上的外部裝置也在本應(yīng)用的考慮范圍內(nèi)。[0105]該橫向磁通發(fā)電機10也可以配備保護板70，用于存放和保護通過電源插座74從 橫向磁通發(fā)電機10上延伸出去的電連接器和電線。[0106]圖9是橫向磁通發(fā)電機10的半分解視圖，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員從這幅圖上可了解 到此處說明的轉(zhuǎn)子部分18是沿軸向從定子部分14上移開60后所剩的部分，拆除的方法是 移除多個緊固件58，從各自相連的軸側(cè)部件26上拆掉軸向轉(zhuǎn)子支持部件54。從圖中可以 了解到演示的實施例中轉(zhuǎn)子部分18有三個不同的模塊化相36，各模塊提供電相30，各電相 在軸向上與示例的定子部分14的三相模塊32對齊和搭配。[0107]圖10顯示轉(zhuǎn)子部分18更進一步的分解視圖。如上所示，轉(zhuǎn)子部分18根據(jù)定子部分14進行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的速度依用途而定。功率由發(fā)電機部分18的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度控制， 因此如果橫向磁通發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度快，它就能產(chǎn)生更大的功率，只要橫向磁通發(fā)電機的運 行溫度保持在各零件的操作范圍內(nèi)，就能有效預(yù)防機器劣化(例如退磁或絕緣劣化等)。軸 向轉(zhuǎn)子支持部件54可通過拆掉多個緊固件82從軸承套78上拆掉。轉(zhuǎn)子部分18的正面 使用一系列組裝的密封裝置86、軸承90和軸承套78，同時轉(zhuǎn)子部分18軸側(cè)的對邊使用相 同類型的裝置，將轉(zhuǎn)子80固定到軸向轉(zhuǎn)子支持部件54上，與之一起旋轉(zhuǎn)。圖10同時顯示 轉(zhuǎn)子80的各相模塊36使用一系列交流永磁體94和集中器98。強永磁體94可以使用Nb Fe B 制造，由 Hitachi Metals Ltd 和 NEOMAX Co. Ltd.提供，或者也可選用 Magnequench Inc.提供的合適的磁體，此技術(shù)的一部分也見諸于專利US 5，411，608、US 5，645，651、US 6，183，572、US 6，478，890、US 6，979，409 和 US7, 144，463。[0108]圖11顯示的是定子14的半分解視圖。軸側(cè)部件26從圖示中的三(3)相模塊32中 露出來。我們將在下面更詳細地討論各相模塊32。不過，本實用新型也提供定位機構(gòu)102， 將各相模塊32的磁極定位到鄰近的相模塊32上，以維持適當(dāng)?shù)南嘁?。通常情況下，此相移 設(shè)定為電氣120°，以提供標(biāo)準(zhǔn)的對稱電流，該電流與完整的360°電循環(huán)相重疊。120°相 移在理論上可消除任何不是三(3)的倍數(shù)的諧波。這里圖示的120°相移是優(yōu)選的實施例， 不用于限制本實用新型中的角相移。[0109]圖11顯示的實施例包括三(3)相模塊32。其他可能的實施例包括通過機械方式固 定到一起的多個三(3)相模塊32，像圖11中的三(3)相模塊，這些模塊由相30通過電氣的 方式連接到一起，以增加橫向磁通發(fā)電機10軸長的方式，提高橫向磁通發(fā)電機10的能力。 這樣，九(9)個相模塊32可以三個I禹合在一起,形成三相30橫向磁通發(fā)電機10。另外一個 實施例是只含有單相模塊32的單相30橫向磁通發(fā)電機10。其他實施例包括兩相30橫向 磁通發(fā)電機10，通過電氣方式在單相30配置中耦合在一起，兩相30配置中相移為90°。[0110]從圖12中可以看出，各定位機構(gòu)102在這里被描述成凸出部分106和對應(yīng)的腔體 110，他們的尺寸和設(shè)計方便相互結(jié)合，通過磁極把相鄰的相模塊32定位在一起。并且，各 相模塊32在一個軸側(cè)上和相對軸側(cè)對應(yīng)的環(huán)形槽118上有一個圓形背脊。圓形背脊114 和環(huán)形槽118的結(jié)合能確保橫向磁通發(fā)電機10上旋轉(zhuǎn)軸22上鄰近的相模塊32處于中心 的位置。其他適合定位相模塊32和軸側(cè)部件26的形狀、設(shè)計和/或機械元件也可在本應(yīng) 用的范圍內(nèi)使用。此外，嵌入部分104也通過相模塊32和軸側(cè)部件26進一步確定，以方便 在相鄰的組合相模塊30和搭配的軸側(cè)部件26之間插入工具，讓他們分離開，同時分離兩個 相鄰的相模塊32。[0111]圖13顯示的是橫向磁通發(fā)電機10的截面視圖。轉(zhuǎn)子部分18包含圓柱框架122， 該框架優(yōu)選可以拆除的，通過一系列緊固件128和從驅(qū)動部件62上徑向延伸出去的兩個保 護盤124固定到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件62上。如上解釋，圓柱框架122的尺寸和設(shè)計適合三個電相 30,各電相都配備相模塊36,相模塊36上固定的有交錯排列的磁體94和集中器98。圓形 定子部分14和圓形轉(zhuǎn)子部分18通過氣隙126分開，這樣能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子部分18相對于定子部 分14的無干擾式旋轉(zhuǎn)。氣隙126越小，橫向磁通發(fā)電機的性能就越好(盡管齒槽轉(zhuǎn)矩很可 能會增加)。但是氣隙126受定子部分14和轉(zhuǎn)子部分18之間的機械干擾的限制，同時也受 制造和裝配誤差以及橫向磁通發(fā)電機開動后零件熱膨脹的影響。定子部分14由軟鐵心130 組成，可引導(dǎo)磁通的方向，讓其與轉(zhuǎn)子部分18的旋轉(zhuǎn)方向垂直。橫向磁通發(fā)電機10的定子部分14各相模塊32中也包含有電導(dǎo)體，用于確定環(huán)形線圈134的纏繞方向與橫向磁通發(fā)電機10的旋轉(zhuǎn)方向平行。在本實施例中，轉(zhuǎn)子部分18含有多個相同的永磁體94，放置這些永磁體可在氣隙126的方向上產(chǎn)生交錯的磁通。這個磁通徑向穿過氣隙126，進入定子部分 14的軟鐵心130，軟鐵心引導(dǎo)磁通環(huán)繞環(huán)形線圈134。[0112]在包含多個相同的永磁體94和多個磁通量集中器98的橫向磁通發(fā)電機10轉(zhuǎn)子部分18中，永磁體94的方向需要讓其磁化方向沿旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子部分18的旋轉(zhuǎn)方向平行。 磁通量集中器98放置在永磁體94之間，重新引導(dǎo)徑向通過氣隙126的永磁體94產(chǎn)生的磁通量。相比之下，定子部分14包含“馬蹄形”軟鐵心130，軟鐵心的方向可讓鐵心內(nèi)循環(huán)的磁通量被重新引導(dǎo)，與轉(zhuǎn)子部分18的旋轉(zhuǎn)方向平行。定子部分14的鐵心130內(nèi)與旋轉(zhuǎn)方向垂直的磁通量可讓橫向磁通發(fā)電機擁有更高的每發(fā)電機重量單位的機械轉(zhuǎn)矩。[0113]圖14顯示的是純粹的定子部分14的截面圖，圖中轉(zhuǎn)子部分18已經(jīng)被拆除。一般技術(shù)人員可以看出來多個極面從各鐵心130的柱142中伸出(圖15顯示的更清楚)。極面 138放置在橫向磁通發(fā)電機10旋轉(zhuǎn)軸22的α角上。極面138的α角被稱為定子傾斜，是能減少或抵消脈動轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩的多個因素中的一個。用于減少或抵消脈動轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩的元素如下表所列[0114][0115]
權(quán)利要求1.一個旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，包含 一個定子部分； 一個轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子部分可旋轉(zhuǎn)，位置根據(jù)定子部分而定，轉(zhuǎn)子部分包括交錯排列的磁體和集中器，磁體和集中器徑向圍繞旋轉(zhuǎn)軸放置； 定子部分包括至少一個相，該相包括多個鐵心，鐵心與圍繞旋轉(zhuǎn)軸放置的線圈搭配，各鐵心包含一對傾斜的磁極，磁極通過漸進的方式與對應(yīng)搭配的集中器的電磁場接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，至少一個相為三相，該三相沿軸向放置，一個電循環(huán)的相移為120°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，的磁極對的數(shù)量是32。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，定子傾斜的角度為4°到8°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子傾斜的角度位0°到8°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，磁體長度在60毫米到150毫米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，線圈長度在磁體長度的20%到25%之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，線圈高度在磁體長度的70%到120%之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，磁體高度在磁體長度的22%到29%之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子部分包含轉(zhuǎn)子重疊，重疊的比例在0%到25%之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，定子部分包含定子重疊，重疊的比例在0%到25%之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，橫向磁通發(fā)電機的氣隙直徑在200毫米到2200毫米之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，至少一個相包含至少2個角部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，一個角部分包含至少兩組磁極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，至少兩組磁極中的一組包含三個鐵心，鐵心徑向放置在角部分中，間插角度相同。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通發(fā)電機，其特征在于，至少一個相包含至少2組磁極。
專利摘要本實用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)橫向磁通發(fā)電機(TFEM)，該TFEM包含一個定子部分和一個轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子部分根據(jù)定子部分確定位置，轉(zhuǎn)子部分包含交錯排序的磁極和集中器，磁極和集中器徑向圍繞旋轉(zhuǎn)軸排列；定子部分包含至少一個相，該相包含多個鐵心，鐵心與圍繞旋轉(zhuǎn)軸排列的線圈搭配，各鐵心包含一對傾斜的磁極，磁極通過漸進的方式與相關(guān)搭配的集中器的電磁場接合。本實用新型還涉及在TFEM上期望位置安置的多種元素，以及一種線性TFEM。
文檔編號H02K1/14GK202856488SQ201220419330
公開日2013年4月3日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者納多·拉斐爾, 馬西科特·丹尼爾, 亞當(dāng)·埃里克, 科特·西蒙 申請人:埃塞克科技有限公司