[发明专利]电磁机

说明书

技术领域

本发明总体涉及用作发电机的电磁机(永磁发电机)，更具体地，涉及输出电压及电流波形中谐波分量的控制。

背景技术

永磁(PM)AC发电机是耐用、可靠且高效的。与具有有刷或无刷的励磁机的绕线式励磁同步发电机(wound-field synchronous generator)相比，永磁AC发电机具有很多吸引人的特性。尽管具有这些优点，但PM发电机在小型电力系统(诸如5-20kW范围内的单相和三相的3000rpm(2-极)或1500rpm(4-极)汽油和柴油驱动的发电机中没有得到广泛运用。

该领域中使用PM发电机的问题在于，2-极和4-极发电机难以设计，且在负载条件下可能遭受严重的波形畸变。畸变的产生源于所谓的通量曳引效应，该效应导致转子中的磁通量因为绕组中的负载电流而从磁体径向轴线偏斜。与磁极数量更多的发电机相比，为实现相同的功率输出，PM 2-极和4-极发电机还使用了更多的磁体材料。

当前唯一实用的2-极和4-极设计是表面安装磁体的类型。然而，这些设计在负载条件下也有畸变的输出电压和电流波形，并且在高负载条件下可能遭受磁缘(magnet edge)去磁化。用于2-极和4-极转子的表面安装的磁体段具有大弧段(large arc segment)，这表明在其制造中存在大量废料并且增加了磁体的成本。表面安装PM AC发电机的当前设计在负载条件下显示出巨大的压降。因为恒速条件下这些发电机没有的简单的调压方法，所以需要良好调压的那些应用无法使用PMAC发电机。

但是，有些PMAC发电机具有可接受的波形和调压。这些发电机具有坚固的一体PM转子。这些设计的主要问题在于，就算是在较低功率条件下，它们使用的磁体材料也是等效的表面安装设计的六倍或更多，并且也不能在4-极配置中制成。相反，此类发电机当在2-极设计中仅在3kW额定功率及以下时是实用的。如果高于该额定功率，则磁体成本和体积会按照转子直径的平方而增加，性价比低。

这些问题表明，PM发电机的当前设计仅适合于低级别、低功率的AC同步发电机，其中调压和谐波畸变都不重要。

有必要克服或至少改善这些缺点中的一个或多个。

发明内容

广义上而言，本发明提供了一种包括绕组定子及转子的电磁发电机(电磁机)。该转子包括：至少两个磁极，每个磁极由一对成角度地隔开的永久磁体构成；转子磁极片，位于每个所述磁极之间；三角成形空隙，位于转子磁极片中；以及多个狭槽，位于转子磁极片中。

披露了其他方面。

附图说明

在附图中：

图1示出了2-极发电机的截面图；

图2A示出了图1发电机的在空载条件下的通量线；

图2B示出了图1发电机的在满载条件下的通量线；

图3是图1发电机的局部截面图；

图4示出了已组装的2-极发电机的剖视图；

图5示出了4-极发电机的截面图；

图6A示出了图5发电机的在空载条件下的通量线；

图6B示出了图5发电机的在满载条件下的通量线；

图7示出了具有无通量空隙的已知2-极发电机的在负载条件下的输出电压波形；

图8示出了图7的输出波形的基础及谐波频率分量的曲线；

图9示出了图1的2-极发电机在负载条件下的输出电压波形；以及

图10示出了图9的输出波形的基础及谐波频率分量的曲线。

具体实施方式

图1以截面图形式示出了实施本发明的2-极发电机装置10。定子100具有传统形式的绕组101，绕组为单相或三相配置。转子由层叠叠片(stacked lamination)构成。这种叠片的数量决定了发电机的输出功率。叠片通过穿过隔开孔102和117的棒(rod)(图1未示出)而夹紧在一起，且固定在任何最靠近端部的叠片，其通常使用端板(未示出)。输出功率为5kW到20kW的发电机的典型转子直径范围是100mm到130mm。叠片包括位于两个磁极之间的转子磁极片107。每个磁极均由一对(嵌入式)永久磁体103构成，一对永久磁体通过中间磁体段106成角度地隔开。磁体103和转子磁极片107从中心轴105安装，该轴通常由非磁性材料制成。