横向磁通永磁发电机原理

Principle of Transverse flux machine

横向磁通电机是一种新型结构的电机,在永磁电机的结构与分类对横向磁通作了简单介绍,本节将介绍横向磁通永磁发电机的一种基本形式,该模型结构简单又能说明横向磁通永磁发电机工作原理。

横向磁通永磁发电机通常由多个铁芯部件组成,图1是两个定子部件,部件由C形硅钢片叠成,称为C形定子铁芯。C形定子铁芯中间空处是定子线圈穿过的地方,C形定子铁芯的缺口是转子磁极通过的地方

C形定子铁芯

图1--C形定子铁芯
整个定子铁芯由多个C形定子铁芯绕电机转轴轴线排列组成,见图2,缺口朝向中心轴线。

定子铁芯的排列

图2--定子铁芯的排列

定子线圈是一个以电机转轴轴线为圆心的圆形线圈,线圈穿过C形定子铁芯中部,见图3。

定子铁芯与定子线圈

图3--定子铁芯与定子线圈

横向磁通永磁发电机的转子由永磁体磁极与转子体组成,转子体是转子的支撑体,呈盘状,转子体安装永磁体的外沿部分用不导磁的材料制造。

用作磁极的永磁体数量为C形定子铁芯的两倍,磁极面积形状与C形定子铁芯缺口截面相同,永磁体磁极均匀排列在转子体外圆周,永磁体之间有间隙,永磁体磁通方向与电机转轴平行,相邻的永磁体磁通方向相反,在图中蓝色的永磁体磁通方向向上,红色的永磁体磁通方向向下,见图4。

永磁转子构造

图4--永磁转子构造

转子安装在定子中间,永磁体位于C形定子铁芯的缺口中,永磁体与C形定子铁芯缺口有一定的间隙是气隙,见图5,图中显示了转子与定子的轴剖面,可清楚看到定子与转子间的气隙与磁力线走向。

定子与转子间的气隙与磁力线走向

图5--定子与转子间的气隙与磁力线走向

图6是定子与转子整体布置图,此时所有红色磁极对齐C形定子铁芯,如果转子转动一个磁极的角度,就会是蓝色磁极对齐C形定子铁芯。

横向磁通永磁电机定子与转子整体布置

图6--横向磁通永磁电机定子与转子整体布置

下面介绍该横向磁通永磁发电机的工作原理,为了更清楚看清工作状态,把模型简化,图7是模型的局部简化图,图中仅3个C形定子铁芯,定子线圈也简化为一根。

横向磁通永磁电机定子与转子局部简图

图7--横向磁通永磁电机定子与转子局部简图

图8是红色磁极经过C形定子铁芯时的磁通状态,图中红色箭头线是C形定子铁芯内磁通的走向,左上角小图更清晰的显示了这时的状态,所有C形定子铁芯内磁通状态相同。

横向磁通永磁发电机原理之一

图8--横向磁通永磁发电机原理之一

当转子转动一个磁极的角度后,是蓝色磁极经过C形定子铁芯,图9显示此时的磁通状态,蓝色箭头线是C形定子铁芯内磁通的走向,左上角小图更清晰的显示了这时的状态,此时C形定子铁芯内的磁通走向与图8相反,所有C形定子铁芯内磁通状态相同。

横向磁通永磁发电机原理之二

图9--横向磁通永磁发电机原理之二

当转子再向前转动一个磁极的角度,红色磁极再次进入C形定子铁芯,又回复到图8的状态,C形定子铁芯的磁通方向又翻转回去。当转子连续转动时,C形定子铁芯内的磁通方向将不停反复翻转,在环绕磁场中的线圈导线就会感生出交流电来。这就是横向磁通永磁发电机的发电原理,本模型是一个单相交流发电机。

在下面有一个动画,演示了这个横向磁通永磁发电机的发电状态,动画中有定子磁通变化,也有定子线圈输出电流的方向与大小变化。动画格式 .mp4,分辨率:800x520。

横向磁通永磁发电机的原理动画

在横向磁通永磁发电机中增加C形定子铁芯与永磁体磁极的数量即可实现低转速运行,而无需制作多个线圈,如果有50个C形定子铁芯与100个永磁体磁极,转速为每秒1周就可发出50周的交流电来,对于超低转速发电机横向磁通电机的结构与制作相对传统电机或许还要简单些。

 
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