一种盘式有铁芯发电机技术领域
属于电力设备、电器设备、新能源、风力发电领域。
背景技术
起源于国外目前流行的一种盘式无铁芯发电机，优点是结构简单、成本低廉
适于小型风力发电等领域。但是功率小转子面积大，盘式有铁心发电机可以克
服前者的缺点，结构和制作工艺是有待研究的课题。
尝试给这种发电机加上铁芯，带铁芯线圈结构如图3所示，但制作出的样机
震动大，这是永磁体与铁芯吸引力变化引起的。若改进成图4的T形铁芯，震
动减小了，但是制作工艺复杂度过高，提高了成本，且专业书籍和业内人士都
认为这种方案不可行，被否决掉了，所以目前流行的只有盘式无铁芯发电机，
没有盘式有铁芯发电机。
本人对盘式有铁芯发电机做了研究，找到了解决震动的方案，并简化和优化
了发电机结构和生产工艺。
本发明内容也适用于永磁电动机。下面的描述以永磁环固定在转子盘上
为例来说明，反过来也适用。
发明内容
一种盘式有铁芯发电机，包括转子、磁力线切割结构、定子，转子包含
轴、转子盘，磁力线切割结构包含有永磁体环和线圈环，转子盘配备有磁力线
切割结构，永磁体环是由一套永磁体SN方向交错的等距分布在一个园环上，如
图1上永磁体所示，通常永磁体环固定在转子盘上，这样就不用导电滑环了；
线圈环是由一组固定在磁轭环上的带铁芯线圈组成，如图2所示，通常线圈环
是作为定子的一部分；为了降低加工成本、减少复杂度和减少硅钢片边角料的
生成，构成铁芯的硅钢片近间隙端做成类似矩形头的简单形状而不是T形的复
杂形状，磁轭环是由硅钢片(带)缠绕而成；由于铁芯上需要缠绕线圈，导致
相邻线圈环中铁芯之间有一定距离，产生了铁芯空挡，当转子盘旋转的时候，
永磁体环与线圈环相互作用力的合力随着旋转而改变，作用在转子盘上的合力
可分解为平行于轴的分力F1和让转子盘旋转的力F2，F1的害处不大，F2是在
正向和反向之间变化导致系统震动，F1在最小值的情况时是不稳定平衡，F1在
最大值时是稳定平衡，转子静止不受外力时F1处于最大值状态，这时的F2为
零，是稳态，当有外力让转子盘旋转时，F2产生(双向)阻止旋转的力，外力
必须克服这个阻力才能使转子盘旋转起来，这个能使转子盘旋转起来的最小外
力矩即为启动力矩，为了减小这个启动力矩和解决震动问题，我们给转子盘成
对配备磁力线切割结构，每个转子盘配备有一对及一对以上的磁力线切割结构；
每个磁力线切割结构中的永磁体环和线圈环产生一个作用力合力，一对
磁力线切割结构中，产生了两个这样的作用力合力，这两个作用力合力是互补
的。
一对磁力线切割结构中，结构1命名为J1，结构2命名为J2，J1中的铁芯
填补了J2中的铁芯空挡，反过来也一样，并且互相填补了铁芯空挡，形成互补
关系，这些磁力线切割结构中的永磁体与铁芯的吸引力形成了互补关系，换句
话说：让J1的F1最(大)小值时，J2的F1处于最(小)大值，从而减小了启
动力矩也消减了整体震动，从而实现简单的铁芯结构也能消除系统性震动。只
是产生了一些内部应力变化，比如转子盘内部应力和线圈环的内部应力变化。
这些应力变化是局部的，没有在系统上显示出来，设备是微力启动的。
这样的结构还有一个好处是，转子盘切割磁力线的能力增加了一倍，而
设备的直径并没有增加，往往这类设备的直径比长度更敏感。
定义：
永磁体环半径：是指永磁体中心位置到环心的距离；
线圈环半径：是指线圈中铁芯在近间隙端面的几何中心到线圈环中心的距
离；
磁力线切割结构半径：永磁体环半径与线圈环半径尽量保持相等或接近，这
样能保证磁力线切割最大化，等同于永磁体环半径或者线圈环半径；
转子可以包含有多个转子盘来增加总功率。在一个盘面上可配备有多个
不同半径的磁力线切割结构。
一对相同半径的磁力线切割结构配置在转子盘的两个面上，一个盘上可
以配有多对这样的磁力线切割结构。
如图5，这两个磁力线切割结构中的铁芯是交错的，而永磁体是对齐分布的。
如图6，这两个磁力线切割结构中的铁芯是对齐的，而永磁体是交错分布的。
在这里说明一下图5的方案比图6的方案多一个优点，转子盘两面的永磁体
有个互相加强的作用。
如图7，是多转子盘的情况，在每两个转子盘之间的磁力线切割结构中的线
圈环，是合并在一起的，省掉了磁轭环。
附图说明
图3、4、5、6、7的图示说明：转子盘上的永磁体环与线圈环相对位置
的沿周线展开视图的一部分，视角是从盘外看向轴心线并垂直于轴心线的。
图1-盘式发电机转子盘加永磁体环的轴向视图，以12块永磁体构成为例。
图2-线圈环的轴向视图，以9个有铁芯线圈构成为例。
图3铁芯的近间隙端为方形的情况。
图4铁芯的近间隙端为T形的情况。
图5双定子，带方形头铁芯线圈，铁芯位置交错，转子双面带永磁体，永磁
体位置对齐。
图6双定子，带方形头铁芯线圈，铁芯位置对齐，转子双面带永磁体，永磁
体位置交错。
图7多转子情况的一种，铁芯位置交错，永磁体位置对齐。
图中的文字说明
1转子盘
2永磁体
3转子盘轴部
4磁轭环，由硅钢片(带)缠绕而成
5缠绕在铁芯上的线圈
6方形头铁芯
7T形头铁芯
8永磁体与铁芯间隙，本文中简称间隙
9在虚线矩形框内为无磁轭线圈环的一部分
具体实施方式
如图5，这个系统是由一个转子盘、一对(两个)磁力线切割结构组成，
磁力线切割结构分布在转子盘的两边，永磁体(2)环固定在转子盘面上并且是
对齐分布的，图中转子盘(1)两侧的永磁体是对齐的，两侧线圈环中的铁芯(6)
位置交错，图中转子盘(1)左侧的铁芯与右侧铁芯错位，互相填补了铁芯空挡，
这个效果经过了实际样机的验证。
如图7所示，图中包含5个部分，从左到右依次是1、线圈环，2、转子
盘和永磁体环，3、无磁轭线圈环，4、转子盘和永磁体环，5、线圈环。构成
了多个转子盘发电机。