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CN104953780A - 模块化旋转横向磁通发电机 - Google Patents

模块化旋转横向磁通发电机 Download PDF

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CN104953780A
CN104953780A CN201510179679.XA CN201510179679A CN104953780A CN 104953780 A CN104953780 A CN 104953780A CN 201510179679 A CN201510179679 A CN 201510179679A CN 104953780 A CN104953780 A CN 104953780A
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CN
China
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transverse flux
flux machine
phase module
modularization
iron core
Prior art date
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Pending
Application number
CN201510179679.XA
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English (en)
Inventor
纳多·拉斐尔
马西科特·丹尼尔
亚当·埃里克
科特·西蒙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ethiopia Gram Science And Technology Ltd
Eocycle Technologies Inc
Original Assignee
Ethiopia Gram Science And Technology Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ethiopia Gram Science And Technology Ltd filed Critical Ethiopia Gram Science And Technology Ltd
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Abstract

本发明涉及一种模块化旋转横向磁通发电机(TFEM)，该模块化旋转横向磁通发电机包括一个定子部分；一个转子部分，所述转子部分可旋转，位置根据所述定子部分而定，所述转子部分包括交错排列的磁体和集中器，所述磁体和所述集中器径向围绕所述转子部分的旋转轴放置；所述定子部分包括至少一个相模块，所述相模块包括多个铁心，所述铁心与围绕所述旋转轴放置的线圈搭配。

Description

模块化旋转横向磁通发电机
技术领域
本发明主要与横向磁通发电机有关。具体来说本发明与低齿槽转矩和脉动转矩的横向磁通交流发电机和电机有关。
背景技术
发电机与电机被应用到各种机器和电器上，用来产生电流，形成机械运动。比如说应用到发电和输电上。发电机与电机可以采用横向磁通永磁体(TFPM)技术。
永磁励磁横向磁通发电机见诸一些论文中，例如Michael Bork的《Entwicklungund Optimierung einer fertigungsgerechten Transversalfluβmaschine》(开发和优化横向磁通发电机以满足生产要求)，第82号论文，亚琛工业大学、Shaker Verlag Aachen，德国，1997年，第8页和第8页以后的页。线绕式定子绕组由U形软铁心(轭)环绕，软铁心的方向与旋转方向一致，间距是磁极距的两倍。U形铁心的开口端正对着定子与转子之间气隙，形成定子的极点。面对磁极的永磁体和集中器面对定子铁心的极点，拥有相反的极性。永磁体在转子旋转中间歇性地位于定子的极点之间，不会出现铁磁短路，短路元件放置在定子上，短路元件可让永磁体短路。
换句话说，横向磁通发电机包括一个圆形定子和一个圆形转子，定子和转子由气隙隔开，让转子绕着定子自由旋转，其中定子含有软铁心，软铁心让磁通量沿着垂直于转子旋转的方向通过。横向磁通发电机的定子也含有电导体，电导体用来确定环形线圈，线圈缠绕的方向与机器旋转的方向平行。在这种类型的机器上，转子包含多个相同的永磁零件，这些零件的放置位置特殊，可在气隙的方向上产生交错的磁通量。这个磁通径向经过气隙，穿透定子的软铁心，让磁通绕着电导体流动。
由多个相同的永磁零件制成的含有转子的横向磁通发电机上，磁通集中器中的永磁体的放置方向应让磁体的磁化方向与转子的旋转方向平行。磁通集中器插在永磁体之间，引导永磁体产生的磁通量径向通过气隙。
该横向磁通发电机含有一个定子，定子由马蹄形软铁心组成，定子的方向需要让磁通能在这些铁心内循环，磁通的方向与转子旋转轴垂直。
磁通与定子铁心的旋转方向垂直，这样横向磁通发电机可以拥有较高的每重量单位机械转矩。这样的TFPM发电机也会产生较低的齿槽转矩和脉动转矩。
发电机的齿槽转矩是转子的永磁体与永磁机的定子槽之间的反应产生的转矩。该转矩也可以用来止动，或充当‘无电流’转矩，拥有针对这个位置的可变磁阻功能。这个转矩与位置无关，它的旋转周期取决于定子磁极的数量。通常情况下，此转矩的基本频率是发电机标准转矩的两倍，理论上产生的能量平衡为零(忽略损耗时)。齿槽转矩在这种发电机的运行中是多余的。发电机低速运转时此转矩尤其明显，会让发电机忽动忽停。齿槽转矩会导致转矩和转速脉动，但是在发电机高速运行时，转动惯量能过滤掉大部分齿槽转矩的影响。
转矩脉动是指相对于额定转矩所产生的变化，通常使用百分比表示。通常情况下，脉动转矩的基本频率是三相发电机单相转矩的基本频率的三倍。脉动转矩通常采用变形正弦波表示。发电机中的脉动转矩成因很复杂，由多种因素决定，例如齿槽转矩、MMF与气隙通量谐波相互作用或机械失衡，比如转子的离心率。脉动转矩是与平均转矩Tavg相比，最大转矩Tmax与最小转矩Tmin之间的差别：
((Tmax-Tmin)/Tavg)×100
等式1
发电机中的脉动转矩通常有不良影响，因为它会导致振动和噪声，减损机器寿命。脉动转矩大的时候需要采取措施加以抑制，例如改变可能会影响一般性能的机械的几何形状。
负荷过轻时除了齿槽转矩，还有另外一个因素也会产生脉动转矩：由磁动势(MMF)与气隙通量谐波相互作用产生的脉动转矩。通过改变发电机的几何形状，这部分因素可以得到抑制。
低齿槽转矩的机器可能拥有高脉动转矩，而高齿槽转矩的机器可能拥有低脉动转矩。MMF与气隙通量谐波之间的反应在不同情况下能补偿或增加齿槽转矩或脉动转矩。电压或电流的改变不会对齿槽转矩产生影响。
因此生产发电机时最好让其拥有较低的振动、齿槽转矩和脉动转矩。并且，发电机最好拥有能力使用最少的资源进行电气调整，将振动、齿槽转矩和脉动转矩降到最低。同时，发电机还要尽可能造价低廉。通过以下内容和配有图解的详细说明，本领域一般技术人员能清楚了解本发明的其他不足。
发明内容
本发明的目的之一是通过解决背景技术领域现有的一种或多种需求，减缓该技术的一项或多项缺点。
以下内容是本发明的简明总结，目的是对本发明的某些方面进行基本的解释。此内容不是本发明的详细概述。本内容不用于识别本发明的关键元素，或描述本发明的范围。本内容的唯一目的是通过简单的方式呈现此发明的一些概念，作为随后更加详细的说明的序。
本发明的对象是通常被称为电动机(旋转或线性)，用于降低、减少或抵消横向磁通发电机上的齿槽转矩和脉动转矩。
通常情况下，本发明的对象为一种横向磁通发电机(TFEM)，更具体来说就是横向磁通永磁电机(TFPM)，可同时或分别减少或抵消齿槽转矩和脉动转矩。齿槽转矩和脉动转矩的较少或抵消通过采用各种元件的机械结构实现，包括：各种极对、磁体的磁极长度、线圈长度、线圈高度、磁体高度、转子倾斜、定子倾斜、转子重叠、定子重叠和极组。
本发明提供了一种模块化旋转横向磁通发电机，包括：
一个定子部分；
一个转子部分，所述转子部分可旋转，位置根据所述定子部分而定，所述转子部分包括交错排列的磁体和集中器，所述磁体和所述集中器径向围绕所述转子部分的旋转轴放置；
所述定子部分包括至少一个相模块，所述相模块包括多个铁心，所述铁心与围绕所述旋转轴放置的线圈搭配。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述定子部分包括多个相模块，所述多个相模块通过一中心定位机构而围绕所述旋转轴的轴向中心布置。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述相模块包括一定位机构，所述定位机构用于将所述相模块成角度地定位于邻近的相模块。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述多个相模块为三相模块，所述三相模块相互之间装配形成一相移，相邻的相模块之间的相移一般设定为电气120°，以提供与完整的360°电循环相重叠的三相对称的电流。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述定子部分包括多个轴向固定部件，所述轴向固定部件用于固定相邻的所述相模块。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述定子部分包括多个用于容纳所述铁心的铁心接收空间。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，每一个所述相模块包括一对两半部分，每一个所述两半部分包括用于分别容纳部分所述铁心的所述铁心接收空间。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述线圈设置于相互配合的所述一对两半部分之间。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，每一个所述铁心包括一对磁极，所述磁极通过渐进的方式与对应搭配的所述集中器的电磁场接合，所述铁心接收空间用于固定所述一对磁极并使所述一对磁极与所述旋转轴之间形成一个夹角。
本发明模块化旋转横向磁通发电机的进一步改进在于，所述铁心分别以不同的角距而相对于所述旋转轴成角度地设置。
本发明的实施例各拥有至少一个上述对象和/或项，但是不必拥有所有上述对象。应该了解的是本发明的有些项在尝试获得上述对象时获得，他们可能并不满足成为这些对象的条件，而是/或者满足此处没有具体叙述的其他对象的条件。
本发明实施例其他和/或备选的特性、项目和优势将在以下说明、附图和附加的权利要求中加以详述。
附图说明
图1是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的等距视图；
图2是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的等距视图；
图3是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的右侧立面视图；
图4是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的左侧立面视图；
图5是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的俯视图；
图6是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的底视图；
图7是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的正立面视图；
图8是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的后立面视图；
图9是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机等距半分解视图，该图显示出了定子部分和转子部分；
图10是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的部分的等距半分解视图，该图显示转子部分；
图11是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的部分的等距半分解视图，该图显示定子部分的多相模块；
图12是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机放大后截面的等距半分解视图；
图13是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的截面图，显示多相模块；
图14是本发明至少一个实施例的横向磁通发电机的截面图，显示定子部分的铁
心对；
图15是本发明至少一个实施例的铁心的等距视图；
图16是本发明至少一个实施例的相模块的等距半分解视图，该图显示定子部分的一个相模块；
图17是本发明至少一个实施例的角部分的等距半分解视图；
图18是本发明至少一个实施例的相模块的等距部件装配图；
图19是本发明至少一个实施例的角部分的正立面视图，显示多个铁心之间的相对角；
图20是本发明至少一个实施例的相模块的正立面图，显示模块的相关角。
图21是本发明至少一个实施例的转子部分的侧立面图；
图22是本发明至少一个实施例的线圈和铁心组装的等距视图；
图23是本发明至少一个实施例的线圈部分和铁心组装的正立面图；
图24是本发明至少一个实施例的线性横向磁通发电机的侧立面视图；
图25是本发明至少一个实施例的线性横向磁通发电机的等距视图。
具体实施方式
我们现在将参考附图对本发明进行说明。在以下说明中，我们将陈述大量细节，通过说明实施例的方式对本发明进行彻底的解释。但是，很明显本发明即使没有这些具体细节说明也能投入到应用中。在其他情况下，如果合适，我们将采用方框图的方式显示众所周知的结构和设备，以便对本发明进行说明。
以下实施例结合附图描述一个有三十二(32)个磁极、气隙直径为510毫米、磁体长度为100毫米的横向磁通发电机10。该横向磁通发电机10采用外部转子而不是内部转子，横向磁通发电机10的配置、相的数量可在不脱离本发明范围的情况下，根据期望输出功率、转矩和转速进行调整。
图1至图8显示的是一个横向磁通发电机10。该横向磁通发电机10包含一个定子部分14和一个转子部分18。定子部分14经过改造保持固定，而转子部分18的位置在定子部分14的范围之内，转子相对于定子部分14围绕着旋转轴22旋转。图示实施例的横向磁通发电机采用模块化结构。两个轴侧边的部件26固定到一起，一起组成三个电相30，每个电相都由相模块32提供。各相模块32经过改进，能单独提供交流电的电相30。图示的实施例显示了三个相位30，三个相沿轴耦合，在横向磁通发电机开始旋转时提供三相电流。一对轴侧部件26互相连接到一起，沿轴向固定三个相位30。轴向固定的多个部件34需被施用合适的张力，以确保相模块32能被牢固地固定到一起。在本实施例中，各轴侧部件26带有延伸的轴向固定部件接收部分38，这个部分经过改进可接收轴向固定部件34，而轴向固定部件34则沿轴向伸出相模块32。在其他图示的实施例中，轴向固定部件34也可以穿过相模块32。
参考图1到图8，轴侧部件26可以使用钢或其他合适的材料制造，提供充足的机械强度，以满足必要的要求。各轴侧部件26也可选择搭配能用于接收该部件的尺寸和设计的提升连杆42，例如起重吊钩(没有显示)，用于提升和移动横向磁通发电机10。轴侧部件26还配备有支持部分46，该部分固定到一对支脚50上，可将两个轴侧部件26连接起来，进而将横向磁通发电机10固定到底盘上(没有显示)。例如，横向磁通发电机10安装到风机、机械扶梯上时，底盘可以是一个吊舱，或者横向磁通发电机10安装到其他设备上时的底盘。
各轴侧部件26经过配置可接收和固定轴向转子支持部件54。轴向转子支持部件54嵌入到圆腔56中(见图9)，圆腔56嵌在相关轴侧部件26上，这样轴向转子支持部件能根据定子部分14将转子部分18定位到中心。轴向转子支持部件54是可拆除的，该部件使用多个紧固件58固定到相关轴侧边部件26上。图9显示的实施例的实际配置可允许转子部分18沿一个轴向60上拆除，两个轴向转子支持部件54在拆除时需要从各自的轴侧部件26上拆掉，因为圆腔56都位于他们各自轴侧部件26的相同侧。由于采用外部机械装置，所以横向磁通发电机10安装之后便于维护。
图1到图8显示的实施例中也可以看出来转子部分18伸出了轴向转子支持部件54，并且与两个轴向转子支持部件54接合在一起，都可以旋转。实心转子驱动部件62进一步延长，从一个轴向转子支持部件54中伸出。实心驱动部件62也可以成为其他图上没有显示的实施例中的空心驱动部件。驱动部件62可从外部机构(没有图示)上向横向磁通发电机10传送旋转动力，包含一个驱动固定装置66，该装置能将横向磁通发电机10的旋转驱动部件62与外部装置(没有图示)上对应的旋转驱动元件耦合。例如外部装置(没有图示)可以是风机的旋转轮(没有图示)，转子叶片(没有图示)连接到上边，将旋转动力传送到横向磁通发电机10。上述外部装置并不是唯一的例子，其他能将旋转动力传送到横向磁通发电机10上的外部装置也在本应用的考虑范围内。
该横向磁通发电机10也可以配备保护板70，用于存放和保护通过电源插座74从横向磁通发电机10上延伸出去的电连接器和电线。
图9是横向磁通发电机10的半分解视图，本领域一般技术人员从这幅图上可了解到此处说明的转子部分18是沿轴向从定子部分14上移开60后所剩的部分，拆除的方法是移除多个紧固件58，从各自相连的轴侧部件26上拆掉轴向转子支持部件54。从图中可以了解到演示的实施例中转子部分18有三个不同的模块化相36，各模块提供电相30，各电相在轴向上与示例的定子部分14的三相模块32对齐和搭配。
图10显示转子部分18更进一步的分解视图。如上所示，转子部分18根据定子部分14进行旋转。旋转的速度依用途而定。功率由发电机部分18的转矩和旋转速度控制，因此如果横向磁通发电机旋转速度快，它就能产生更大的功率，只要横向磁通发电机的运行温度保持在各零件的操作范围内，就能有效预防机器劣化(例如退磁或绝缘劣化等)。轴向转子支持部件54可通过拆掉多个紧固件82从轴承套78上拆掉。转子部分18的正面使用一系列组装的密封装置86、轴承90和轴承套78，同时转子部分18轴侧的对边使用相同类型的装置，将转子80固定到轴向转子支持部件54上，与之一起旋转。图10同时显示转子80的各相模块36使用一系列交流永磁体94和集中器98。强永磁体94可以使用Nb-Fe-B制造，由HitachiMetals Ltd和NEOMAX Co.Ltd.提供，或者也可选用Magnequench Inc.提供的合适的磁体，此技术的一部分也见诸于专利US5,411,608、US5,645,651、US6,183,572、US6,478,890、US6,979,409和US7,144,463。
图11显示的是定子14的半分解视图。轴侧部件26从图示中的三(3)相模块32中露出来。我们将在下面更详细地讨论各相模块32。不过，本发明也提供定位机构102，将各相模块32的磁极定位到邻近的相模块32上，以维持适当的相移。通常情况下，此相移设定为电气120°，以提供标准的对称电流，该电流与完整的360°电循环相重叠。120°相移在理论上可消除任何不是三(3)的倍数的谐波。这里图示的120°相移是优选的实施例，不用于限制本发明中的角相移。
图11显示的实施例包括三(3)相模块32。其他可能的实施例包括通过机械方式固定到一起的多个三(3)相模块32，像图11中的三(3)相模块，这些模块由相30通过电气的方式连接到一起，以增加横向磁通发电机10轴长的方式，提高横向磁通发电机10的能力。这样，九(9)个相模块32可以三个耦合在一起，形成三相30横向磁通发电机10。另外一个实施例是只含有单相模块32的单相30横向磁通发电机10。其他实施例包括两相30横向磁通发电机10，通过电气方式在单相30配置中耦合在一起，两相30配置中相移为90°。
从图12中可以看出，各定位机构102在这里被描述成凸出部分106和对应的腔体110，他们的尺寸和设计方便相互结合，通过磁极把相邻的相模块32定位在一起。并且，各相模块32在一个轴侧上和相对轴侧对应的环形槽118上有一个圆形背脊。圆形背脊114和环形槽118的结合能确保横向磁通发电机10上旋转轴22上邻近的相模块32处于中心的位置。其他适合定位相模块32和轴侧部件26的形状、设计和/或机械元件也可在本应用的范围内使用。此外，嵌入部分104也通过相模块32和轴侧部件26进一步确定，以方便在相邻的组合相模块30和搭配的轴侧部件26之间插入工具，让他们分离开，同时分离两个相邻的相模块32。
图13显示的是横向磁通发电机10的截面视图。转子部分18包含圆柱框架122，该框架优选可以拆除的，通过一系列紧固件128和从驱动部件62上径向延伸出去的两个保护盘124固定到旋转驱动部件62上。如上解释，圆柱框架122的尺寸和设计适合三个电相30，各电相都配备相模块36，相模块36上固定的有交错排列的磁体94和集中器98。圆形定子部分14和圆形转子部分18通过气隙126分开，这样能实现转子部分18相对于定子部分14的无干扰式旋转。气隙126越小，横向磁通发电机的性能就越好(尽管齿槽转矩很可能会增加)。但是气隙126受定子部分14和转子部分18之间的机械干扰的限制，同时也受制造和装配误差以及横向磁通发电机开动后零件热膨胀的影响。定子部分14由软铁心130组成，可引导磁通的方向，让其与转子部分18的旋转方向垂直。横向磁通发电机10的定子部分14各相模块32中也包含有电导体，用于确定环形线圈134的缠绕方向与横向磁通发电机10的旋转方向平行。在本实施例中，转子部分18含有多个相同的永磁体94，放置这些永磁体可在气隙126的方向上产生交错的磁通。这个磁通径向穿过气隙126，进入定子部分14的软铁心130，软铁心引导磁通环绕环形线圈134。
在包含多个相同的永磁体94和多个磁通量集中器98的横向磁通发电机10转子部分18中，永磁体94的方向需要让其磁化方向沿旋转轴与转子部分18的旋转方向平行。磁通量集中器98放置在永磁体94之间，重新引导径向通过气隙126的永磁体94产生的磁通量。相比之下，定子部分14包含“马蹄形”软铁心130，软铁心的方向可让铁心内循环的磁通量被重新引导，与转子部分18的旋转方向平行。定子部分14的铁心130内与旋转方向垂直的磁通量可让横向磁通发电机拥有更高的每发电机重量单位的机械转矩。
图14显示的是纯粹的定子部分14的截面图，图中转子部分18已经被拆除。一般技术人员可以看出来多个极面从各铁心130的柱142中伸出(图15显示的更清楚)。极面138放置在横向磁通发电机10旋转轴22的α角上。极面138的α角被称为定子倾斜，是能减少或抵消脉动转矩和齿槽转矩的多个因素中的一个。用于减少或抵消脉动转矩和齿槽转矩的元素如下表所列：
表1
在定子倾斜元素上，参考图14到图18，定子部分14的各相模块32上放置多个铁心130。各铁心130包含一对磁极144(一对磁极＝n＝1)，磁极从相应铁心的柱142(图14上没有显示)中伸出。各磁极130的终端是相应的极面138，极面可从图14显示的定子模块14的内部看到。实施例倾斜的极面138朝着铁心的柱142的角度向旋转轴22凸出。各对极面138可以倾斜或成角度，在转子部分18与定子部分14组装到一起时，逐渐与气隙126另一侧的转子部分18上的磁体94和集中器98的电磁接合。图14显示的实施例的极面138的α角由铁心柱142的角度构成，如图16和17显示的实施例所示，该角度由相模块32组件上的铁心接收空间140的设计和形状决定。
如图16所示，在本实施例中，各定子相模块32采用抗机械磨损材料加工成特定形状，包括四个角部分146(例如组装到一起形成完整的定子相模块32后有四个90°[机械]的角部分146，各部分＝360°[机械])，四个角部分组装到一起，定位并固定相模块32内的铁心130和线圈134。图16显示的实施例使用四(4)个角部分146，实施中也可以在本应用范围内选择使用不同数量的角部分，只要他们加起来等于360°[机械]。图17显示的实施例中，各角部分146由两个使用紧固件154固定的两半部分150组成，并且还使用栓158定位。两半部分150的尺寸和设计用于接收预定数量的拥有精确定子倾斜角α的铁心130。一般技术人员可以看出来角部分146的侧边与他们相对应的首个邻近铁心130之间的距离针在各两半部分150上是不一致的，因为铁心130是倾斜的。根据用于定位铁心130的参考点的不同，这种差距对图19和图20上显示的角的参考位置有影响。
图18描述的是一些隔离的铁心130以及相关的线圈134的子组件，这样能更清楚地展示定子倾斜的角度α。铁心130和线圈134处于相同的位置，如同在角部分146(没有显示)中一样，但是角部分146的两半部分150(没有显示)已经移除，以便读者能更好地理解铁心130和线圈134在组件中的相关位置。从图18中，熟悉本领域技术的读者可以了解到铁心130被精确的共同放置到α角处，提供期望的定子倾斜，同时相互之间留有预定的角距。
现在看图19和图20，熟悉本领域技术的读者能明白定位相模块32中的铁心130磁极的各角。这些角应用到本实施例的四(4)个角部分146上(如上所示，图示的实施例有四(4)个90°的角部分)。相对角通过各铁心130上相同的参考点得出。更具体来说，图19说明了一个角部分146，该部分包含八(8)个铁心130，分别以C1-C8标示。在本实施例中，铁心C1-C4形成了磁极136组148，其中磁极A、B、C、D重复角序列之间的间插角(10.781°[机械])是一致的。如果磁极136组148的铁心130的数量不同，那么间插角(10.781°[机械])可以不同，也可以保持一致，不会背离本应用的范围。
磁极136组148以间插径向角152重复，该角的值可让其组成本实施例中的45°[机械]角156。本实施例中的实际间插角152为12.656°[机械]，如果磁极136组148采用其他配置，那么这个用于完成本实施例中45°[机械]角的角度也可以采用不同值。换句话说，当前配置中新磁极组148各以45°[机械]开始，并重复多次。本实施例中磁极组148的数量是八(8)个，每个90°角部分146两个。本实施例中的45°角等于360°[机械]/8，这些角也可以是30°、60°或90°，只要适合本实施例中的90°角部分146即可。
另外一个没有显示的组148的实施例包括带预定间插角距(或角本身)的两(2)个铁心130。两个铁心130的组148与下一个两个铁心130的组148以不同的间插角距分离开。这种备用的组148排列用于构成完整的相模块32。
熟悉本领域技术的人员能从图示实施例中明白，各铁心130是相同的，他们各自的位置决定他们相关的磁极136的位置。其他可能的实施例可使用并不完全一致的铁心130，磁极136的位置应当优先考虑，以确保横向磁通发电机能正常运转。
图21中的β角示例的转子倾斜是另外一个描述定子80的元素。他们在首个磁极布局上与以0°角与旋转轴22平行的磁体94和间插集中器98(实线)重叠。倾斜的转子配置通过以相对于旋转轴22β角放置在转子80上的磁体94和间插集中器98(虚线)的第二个磁极布局图(不完整)显示。三(3)相30针对旋转轴22上的磁体94和集中器98的布局优先使用相同的角。与之类似，铁心130(图20中没有显示)的渐进式电磁干扰可对上述脉动转矩和齿槽转矩产生影响。图21显示的转子部分18的三相30在轴向上对齐，并且相互之间可以进行相移，例如移动120°，替换和补充经过相移的定子。
另外一个需要考虑的因素是磁极对n的数量。磁极对n的数量等于铁心130的数量，但是前提是每个铁心130有两个磁极138。磁体94的数量等于集中器98的数量，他们的数量是磁极对n的两倍，因此也是铁心130数量的两倍。磁极对n的数量最好是本应用所示的32。在图22中，其他元素像磁体长度162、线圈长度166、线圈高度170和磁体高度174都在部分铁心130组件、线圈134以及磁体94和集中器98的图示中显示。图示实施例的磁体长度162使用单个磁体94，但是，多个相邻的较小磁体94(没有显示)能在纵轴方向上相互搭配，替换单个较长的磁体94。从图22中可以看出，各铁心130延伸到两个相邻的磁体94上或两个相邻的集中器98上。铁心130和磁体94及集中器98之间的气隙126也被标示了出来。
重叠转子的比例等于集中器98的正切宽度相对于磁体94的正切宽度的比例。磁间距182根据由拥有相同宽度的两(2)个集中器98和两(2)个磁体94所代表的转子80上的360°[电]确定。他们合起来的宽度等于一(1)；因此磁体94的宽度和集中器98的宽度相当于他们合起来宽度的25％。0％转子重叠186表示集中器190、98的宽度等于磁体194、94的宽度，如图23所示。分离转子80上完整的360°[电]循环的方式可以是平均切开两个198两(2)个磁体94，如图22所示。下方表2中指示的最优化转子重叠186是0％。0％转子重叠186意味着集中器190、98的宽度等于磁体194、94的宽度。相反，25％转子重叠186意味着相对于同样的磁间距182，集中器190、98的宽度比磁体194、94的宽度宽25％。换句话说，集中器190比磁体94占用的空间大25％，建造转子80需要更少的磁体材料。
定子重叠202也适用于同样的原则。重叠定子的部分宽度等于铁心柱142相对于磁间距182的正切宽度。定子上的360°[电]由两(2)个集中器98和两(2)个磁体94的正切长度代表，磁间距182据此确定。铁心柱142的额定宽度206是磁间距182的25％。0％定子重叠202意味着铁心柱142的宽度206是磁间距182的25％。剩余添加的宽度210、214和218应代表磁间距182的50％。下方表2中显示的最优化定子重叠202是20％。20％定子重叠202意味着铁心柱142的宽度206是磁间距182的20％。
下方表2详细显示了上述各元素、减少或抵消横向磁通发电机齿槽转矩和脉动转矩所用材料的一组优选的范围。熟悉本领域技术的读者能理解，不加考虑的情况下改变一个元素会对其他元素产生不良影响，对横向磁通发电机的性能或功能不利。
表2
下方表3提供的量化数据代表横向磁通发电机10气隙126的直径178。直径178可以不受上方表2所列元素的影响单独改变。相同数量的磁极对138可以直径178改变时使用。当直径178增加时可以添加更多磁极对138，直径减小时可以移除磁极对138。
表3
图24和图25显示的是应用上述特性的线性发电机。熟悉本领域技术的读者能理解，参考图19和图20讨论的角尺寸将被拥有线性配置的发电机上相等的长度代替。交错的磁体94和集中器98呈直线排列，而不是图1到图23中的环状结构。气隙126另一侧的铁心130和线性线圈134也呈相互搭配的线性排列。本说明的参照对象是可模块化旋转横向磁通发电机10，适用于线性发电机，发电机中定子部分14变成固定部分，转子部分18变成可动部分。因此，角距变成了沿纵轴而不是可模块化旋转横向磁通发电机10中的旋转轴22的纵向距离。
上述说明和附图旨在展示本发明。他们不用于限制本发明的范围。本实施例可进行不超出以下权利要求所述的本发明范围的各种修改。

Claims (10)

1.一种模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，包括：
一个定子部分；
一个转子部分，所述转子部分可旋转，位置根据所述定子部分而定，所述转子部分包括交错排列的磁体和集中器，所述磁体和所述集中器径向围绕所述转子部分的旋转轴放置；
所述定子部分包括至少一个相模块，所述相模块包括多个铁心，所述铁心与围绕所述旋转轴放置的线圈搭配。
2.如权利要求1所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述定子部分包括多个相模块，所述多个相模块通过一中心定位机构而围绕所述旋转轴的轴向中心布置。
3.如权利要求2所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述相模块包括一定位机构，所述定位机构用于将所述相模块成角度地定位于邻近的相模块。
4.如权利要求2所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述多个相模块为三相模块，所述三相模块相互之间装配形成一相移，相邻的相模块之间的相移一般设定为电气120°，以提供与完整的360°电循环相重叠的三相对称的电流。
5.如权利要求1所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述定子部分包括多个轴向固定部件，所述轴向固定部件用于固定相邻的所述相模块。
6.如权利要求1所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述定子部分包括多个用于容纳所述铁心的铁心接收空间。
7.如权利要求6所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，每一个所述相模块包括一对两半部分，每一个所述两半部分包括用于分别容纳部分所述铁心的所述铁心接收空间。
8.如权利要求7所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述线圈设置于相互配合的所述一对两半部分之间。
9.如权利要求6所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，每一个所述铁心包括一对磁极，所述磁极通过渐进的方式与对应搭配的所述集中器的电磁场接合，所述铁心接收空间用于固定所述一对磁极并使所述一对磁极与所述旋转轴之间形成一个夹角。
10.如权利要求6所述的模块化旋转横向磁通发电机，其特征在于，所述铁心分别以不同的角距而相对于所述旋转轴成角度地设置。
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