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永磁體發(fā)電機(jī)中的通量抵消的制作方法

文檔序號:7458315閱讀:352來源:國知局
專利名稱:永磁體發(fā)電機(jī)中的通量抵消的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及永磁體發(fā)電機(jī),并且更具體地涉及用于去激勵(lì)永磁體發(fā)電機(jī)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)
電磁發(fā)電機(jī)通過由機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的磁通量而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電力。根據(jù)法拉第定律,通過導(dǎo)線繞組的磁通量的變化在這些繞組中感生出電壓,從而產(chǎn)生可輸送的電能。 永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)或者用永磁體轉(zhuǎn)子或者用永磁體定子產(chǎn)生了通過發(fā)電機(jī)繞組的變化的通量。具有永磁體轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的永磁體轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生在固定的定子繞組位置處變化的磁場。具有永磁體定子的發(fā)電機(jī)使用靜止的磁體以產(chǎn)生磁場,轉(zhuǎn)子繞組穿過該磁場行進(jìn),以便產(chǎn)生相同的最終效果。為了簡明起見,下面將假設(shè)PMG使用永磁體轉(zhuǎn)子,不過本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解發(fā)電機(jī)也可類似地構(gòu)造為具有靜止的磁體和旋轉(zhuǎn)的繞組。在一些情況中,為了操作員的安全或者為了防止發(fā)電機(jī)部件的損壞,有必要快速地去激勵(lì)發(fā)電機(jī)。在發(fā)電機(jī)繞組之間存在短路的同時(shí)操作經(jīng)激勵(lì)的發(fā)電機(jī)例如會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)線路的電阻性燒毀。當(dāng)檢測到這種有害的故障時(shí),通常希望發(fā)電機(jī)快速地且自動(dòng)地去激勵(lì)以避免進(jìn)一步的損壞。還有必要去激勵(lì)發(fā)電機(jī)以避免危險(xiǎn)的高壓。用場繞組而非永磁體來產(chǎn)生通量的發(fā)電機(jī)能夠通過切斷至場繞組的電流而快速地去激勵(lì)。PMG盡管出于多種原因是所期望的,但是卻更加難以快速地去激勵(lì)。只要永磁體轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn),它們通常就會(huì)在定子繞組中感生出電流。旋轉(zhuǎn)的磁體產(chǎn)生由右手規(guī)則決定的變化磁通量。每當(dāng)通過定子繞組的凈通量變化,這感生出趨向于抵抗通量變化的電流。結(jié)果,只要永磁體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),PMG通常就將繼續(xù)產(chǎn)生電壓。已經(jīng)發(fā)展出多種技術(shù)來去激勵(lì)PMG。可通過機(jī)械地停止轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)來去激勵(lì)PMGjM 是該方法緩慢并且通常需要將發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸從其機(jī)械功率源脫開。作為更快速的替代方式,一些系統(tǒng)包括附接到外部功率源的專用定子繞組。當(dāng)需要快速的通量抵消時(shí),這些系統(tǒng)迫使電流通過專用定子繞組以產(chǎn)生補(bǔ)償磁通量,抵消由旋轉(zhuǎn)永磁體產(chǎn)生的通量變化。另一個(gè)系統(tǒng)(US 7,777,384)提供了傳導(dǎo)分流器,其將通量引導(dǎo)離開定子繞組,由此防止在定子繞組上感生出電流。在正常操作期間,這些分流器是飽和的,并且通量如平常一樣經(jīng)過定子繞組。在故障條件中,可通過停止飽和來打開分流器,以去激勵(lì)定子繞組。第三個(gè)系統(tǒng)(US 7,443,070)類似地使用分流器來引導(dǎo)通量離開定子繞組,不過在正常發(fā)電機(jī)操作期間機(jī)械地?cái)嚅_這些分流器。PMG優(yōu)選地能夠快速地去激勵(lì)而不犧牲正常的操作性功率。如上所述,用于去激勵(lì) PMG的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)添加了顯著的體積或復(fù)雜性。非常需要更簡單的、更小的機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及永磁體發(fā)電機(jī),其具有初級繞組、次級繞組、永磁體、用于連接到外部負(fù)載的輸出端子以及具有兩個(gè)模式的開關(guān)機(jī)構(gòu)。在開關(guān)機(jī)構(gòu)的第一模式中,初級繞組被連接在中性點(diǎn)和輸出端子之間,并且來自永磁體的變化磁通量在輸出端子處感生出非零電流和電壓。在第二模式中,次級繞組提供用于初級繞組的至中性點(diǎn)的返回路徑,由此在輸出端子處提供可忽略的電壓或電流并且基本上抵消來自永磁體的磁通量的變化。


圖I是永磁體發(fā)電機(jī)的一部分的透視圖。圖2是圖I的永磁體發(fā)電機(jī)的剖視圖,示出了永磁體轉(zhuǎn)子和具有定子繞組的定子。圖3A是圖I的轉(zhuǎn)子和定子的一相的示意圖。圖3B是圖3A的定子構(gòu)造的簡化示意圖。圖4A是替代的定子構(gòu)造的簡化示意圖。圖4B是圖4A的定子構(gòu)造的正常操作模式的簡化示意圖。圖4C是圖4A的定子構(gòu)造的抵消模式的簡化示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I是永磁體發(fā)電機(jī)10的透視圖,包括驅(qū)動(dòng)軸12、轉(zhuǎn)子14(具有永磁體20)、定子 16 (具有定子線圈22)以及空氣隙18。驅(qū)動(dòng)軸12通過能量源(未示出)是可旋轉(zhuǎn)的,該能量源例如是車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、風(fēng)、水或其它原動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)軸12使轉(zhuǎn)子14轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子14包含圓柱形布置的永磁體20。定子16圍繞轉(zhuǎn)子14并且包含多個(gè)定子線圈22,每個(gè)定子線圈22具有多個(gè)繞組。定子線圈22是環(huán)圈導(dǎo)線的密集線圈。轉(zhuǎn)子14通過空氣隙18 與定子16分開,空氣隙18是狹窄的開放空間。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是,雖然本說明書聚焦于具有永磁體轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī),但是本發(fā)明也可類似地構(gòu)造為具有永磁體定子和多個(gè)轉(zhuǎn)子線圈。圖2是從圖I沿剖面線2-2的永磁體發(fā)電機(jī)10的剖面。圖2示出了發(fā)電機(jī)10,其包括驅(qū)動(dòng)軸12、轉(zhuǎn)子14 (具有永磁體20)、定子16 (具有定子線圈22)以及空氣隙18。永磁體20錨定到轉(zhuǎn)子14,并且定子線圈22錨定到定子16。來自永磁體20的磁場跨過空氣隙18并且通過定子線圈22,具有磁通量Φρπ(圖2未示出,參見圖3)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸12使轉(zhuǎn)子 14旋轉(zhuǎn)時(shí),永磁體20的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致ΦΡΠ1變化,從而導(dǎo)致在定子線圈22上產(chǎn)生電壓。ΦΡΠ1的變化產(chǎn)生了以電壓表不的電動(dòng)勢ε,其由法拉第定律描述
權(quán)利要求
1.一種永磁體發(fā)電機(jī),包括至少一個(gè)永磁體;輸出端子,所述輸出端子用于連接到電負(fù)載;初級繞組,所述至少一個(gè)永磁體產(chǎn)生通過所述初級繞組的變化磁通量,所述初級繞組連接在中性點(diǎn)和所述輸出端子之間;和抵消電路,所述抵消電路連接在所述輸出端子和中性點(diǎn)之間,所述抵消電路包括次級繞組和開關(guān)機(jī)構(gòu),所述至少一個(gè)永磁體產(chǎn)生通過所述次級繞組的變化磁通量,所述開關(guān)機(jī)構(gòu)具有第一開關(guān)狀態(tài),其中,所述抵消電路不提供用于所述初級繞組的電流路徑,并且其中, 通過所述初級繞組的磁通量的變化感生出通過所述初級繞組的電流,從而在所述輸出端子處產(chǎn)生非零電壓;和第二開關(guān)狀態(tài),其中,所述次級繞組提供用于所述初級繞組的至中性點(diǎn)的返回路徑,由此在所述輸出端子處提供可忽略的電壓或電流并且基本上抵消通過所述初級和次級繞組的通量的變化。
2.如權(quán)利要求I所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述開關(guān)機(jī)構(gòu)受操作者手動(dòng)控制。
3.如權(quán)利要求I所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述開關(guān)機(jī)構(gòu)響應(yīng)于故障條件自動(dòng)地從所述第一開關(guān)狀態(tài)切換到所述第二開關(guān)狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求I所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,在所述第一開關(guān)狀態(tài)中,沒有電流流過所述次級繞組。
5.如權(quán)利要求I所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述第一開關(guān)狀態(tài)將所述次級繞組連接到所述輸出端子和中性點(diǎn),與所述初級繞組并行;并且通過所述次級繞組的磁通量的變化在所述次級繞組中感生出電流,從而在所述輸出端子處產(chǎn)生非零電壓。
6.如權(quán)利要求I所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述初級和次級繞組具有相同的匝數(shù)。
7.如權(quán)利要求I所述的永磁體發(fā)電機(jī),還包括定子和轉(zhuǎn)子,其中,所述初級和次級繞組位于所述定子上,并且所述至少一個(gè)永磁體位于所述轉(zhuǎn)子上。
8.—種永磁體發(fā)電機(jī),包括輸出端子,所述輸出端子用于連接到電負(fù)載;永磁體轉(zhuǎn)子,所述永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁通量;初級定子繞組,其中所述磁通量的變化能感生出第一電流抵抗所述磁通量的變化;次級定子繞組,其中所述磁通量的變化能感生出第二電流抵抗所述磁通量的變化;開關(guān)機(jī)構(gòu),所述開關(guān)機(jī)構(gòu)具有第一開關(guān)狀態(tài),其中,所述初級定子繞組供應(yīng)所述輸出端子處的電流和電壓;和第二開關(guān)狀態(tài),其中,所述初級定子繞組電連接到所述次級定子繞組以提供用于所述初級定子繞組的至中性點(diǎn)的返回路徑,由此均衡所述第一和第二電流,其一起產(chǎn)生基本上抵消所述磁通量的變化的磁通量。
9.如權(quán)利要求8所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述開關(guān)機(jī)構(gòu)響應(yīng)于操作者命令而切換狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求8所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述開關(guān)機(jī)構(gòu)在檢測到發(fā)電機(jī)故障時(shí)自動(dòng)地切換狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求8所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,在所述第一開關(guān)狀態(tài)中,所述次級定子繞組也提供電流和電壓至所述輸出端子。
12.如權(quán)利要求8所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,無論所述永磁體轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng),所述次級定子繞組在所述第一開關(guān)狀態(tài)中被隔離并且所述第二電流在所述第一開關(guān)狀態(tài)中因此為零。
13.如權(quán)利要求8所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述初級和次級定子繞組具有相同的匝數(shù)。
14.一種永磁體發(fā)電機(jī),包括輸出端子,所述輸出端子用于連接到外部負(fù)載;初級繞組,所述初級繞組連接在中性點(diǎn)和所述輸出端子之間;至少一個(gè)永磁體,所述至少一個(gè)永磁體能夠產(chǎn)生通過所述初級繞組的變化磁通量,由此在所述初級繞組中感生出第一電流抵抗所述通量的變化;和次級繞組,所述次級繞組能夠選擇性地與所述初級繞組電連接以提供用于所述初級繞組的至中性點(diǎn)的返回路徑,從而當(dāng)所述次級繞組與所述初級繞組連接時(shí)不向所述外部負(fù)載提供電壓或電流。
15.如權(quán)利要求14所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述初級繞組和所述次級繞組具有相同的匝數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的永磁體發(fā)電機(jī),其中,所述初級發(fā)電機(jī)繞組的短路導(dǎo)致所述永磁體在所述初級和次級繞組中感生出電流,以基本上完全地抵消所述變化磁通量的變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及永磁體發(fā)電機(jī)中的通量抵消,具體地,一種永磁體發(fā)電機(jī)包括初級繞組、次級繞組、永磁體、用于連接到外部負(fù)載的輸出端子以及具有兩個(gè)模式的開關(guān)機(jī)構(gòu)。在開關(guān)機(jī)構(gòu)的第一模式中,初級繞組被連接在中性點(diǎn)和輸出端子之間,并且來自永磁體的變化磁通量在輸出端子處感生出非零電壓。在第二模式中,次級繞組提供用于初級繞組的至中性點(diǎn)的返回路徑,由此在輸出端子處提供可忽略的電壓和電流并且基本上抵消來自永磁體的磁通量的變化。
文檔編號H02K21/14GK102611267SQ201210017069
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者J.H.克萊蒙斯, R.A.希默爾曼, S.J.房 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司
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