漲知識 講解橫向磁通永磁發電機原理

2021-01-20 電力專家聯盟


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橫向磁通電機是一種新型結構的電機,在永磁電機的結構與分類對橫向磁通作了簡單介紹,本節將介紹橫向磁通永磁發電機的一種基本形式,該模型結構簡單又能說明橫向磁通永磁發電機工作原理。

橫向磁通永磁發電機通常由多個鐵芯部件組成,圖1是兩個定子部件,部件由C形矽鋼片疊成,稱為C形定子鐵芯。C形定子鐵芯中間空處是定子線圈穿過的地方,C形定子鐵芯的缺口是轉子磁極通過的地方。

圖1 C形定子鐵芯


整個定子鐵芯由多個C形定子鐵芯繞電機轉軸軸線排列組成,見圖2,缺口朝向中心軸線。


圖2 定子鐵芯的排列


定子線圈是一個以電機轉軸軸線為圓心的圓形線圈,線圈穿過C形定子鐵芯中部,見圖3。

圖3  定子鐵芯與定子線圈


橫向磁通永磁發電機的轉子由永磁體磁極與轉子體組成,轉子體是轉子的支撐體,呈盤狀,轉子體安裝永磁體的外沿部分用不導磁的材料製造。

用作磁極的永磁體數量為C形定子鐵芯的兩倍,磁極面積形狀與C形定子鐵芯缺口截面相同,永磁體磁極均勻排列在轉子體外圓周,永磁體之間有間隙,永磁體磁通方向與電機轉軸平行,相鄰的永磁體磁通方向相反,在圖中藍色的永磁體磁通方向向上,紅色的永磁體磁通方向向下,見圖4。


圖4 永磁轉子構造


轉子安裝在定子中間,永磁體位於C形定子鐵芯的缺口中,永磁體與C形定子鐵芯缺口有一定的間隙是氣隙,見圖5,圖中顯示了轉子與定子的軸剖面,可清楚看到定子與轉子間的氣隙與磁力線走向。

圖5 定子與轉子間的氣隙與磁力線走向


圖6是定子與轉子整體布置圖,此時所有紅色磁極對齊C形定子鐵芯,如果轉子轉動一個磁極的角度,就會是藍色磁極對齊C形定子鐵芯。

圖6 橫向磁通永磁電機定子與轉子整體布置


下面介紹該橫向磁通永磁發電機的工作原理,為了更清楚看清工作狀態,把模型簡化,圖7是模型的局部簡化圖,圖中僅3個C形定子鐵芯,定子線圈也簡化為一根。

圖7 橫向磁通永磁電機定子與轉子局部簡圖


圖8是紅色磁極經過C形定子鐵芯時的磁通狀態,圖中紅色箭頭線是C形定子鐵芯內磁通的走向,左上角小圖更清晰的顯示了這時的狀態,所有C形定子鐵芯內磁通狀態相同。

圖8 橫向磁通永磁發電機原理之一


當轉子轉動一個磁極的角度後,是藍色磁極經過C形定子鐵芯,圖9顯示此時的磁通狀態,藍色箭頭線是C形定子鐵芯內磁通的走向,左上角小圖更清晰的顯示了這時的狀態,此時C形定子鐵芯內的磁通走向與圖8相反,所有C形定子鐵芯內磁通狀態相同。

圖9 橫向磁通永磁發電機原理之二


當轉子再向前轉動一個磁極的角度,紅色磁極再次進入C形定子鐵芯,又回復到圖8的狀態,C形定子鐵芯的磁通方向又翻轉回去。當轉子連續轉動時,C形定子鐵芯內的磁通方向將不停反覆翻轉,在環繞磁場中的線圈導線就會感生出交流電來。這就是橫向磁通永磁發電機的發電原理,本模型是一個單相交流發電機。


在橫向磁通永磁發電機中增加C形定子鐵芯與永磁體磁極的數量即可實現低轉速運行,而無需製作多個線圈,如果有50個C形定子鐵芯與100個永磁體磁極,轉速為每秒1周就可發出50周的交流電來,對於超低轉速發電機橫向磁通電機的結構與製作相對傳統電機或許還要簡單些。

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