本申請涉及交流發(fā)電機領域，尤其涉及用于引擎飛輪的雙軸交流發(fā)電機。

背景技術：

可以被稱為發(fā)電機或發(fā)電機組的引擎發(fā)電機組可以包括引擎和交流發(fā)電機或用于生成電能或電功率的另外的裝置。一個或多個發(fā)電機可以通過功率母線向負載提供功率。功率母線可以被稱為發(fā)電機母線或公共母線，將電功率從引擎發(fā)電機組傳輸?shù)截撦d。

發(fā)電機可以包括旋轉件(轉子)和靜止件(定子)。電樞可以是轉子或定子的部分，是用于產(chǎn)生隨時間變化的電壓的發(fā)電部分(例如電線圈)。場產(chǎn)生磁場，當轉子相對于定子移動時，磁場引起隨時間變化的電壓的產(chǎn)生。場可以位于轉子或定子中的任一個內并且與電樞相對。

單獨的可激發(fā)電機還包括用于產(chǎn)生磁場的勵磁電流的勵磁發(fā)電機。單獨的勵磁發(fā)電機占空間。取決于設計和封裝，勵磁機可以使機組長度延長5-30％。在很多應用中，這個空間是不可用的，這個空間可以以其它方式被使用。

附圖說明

這里參照以下附圖描述示例性的實施方案。

圖1示出了示例的雙軸發(fā)電機的側視圖；

圖2示出了示例的包括雙軸發(fā)電機的引擎的分解視圖；

圖3示出了示例的包括雙軸發(fā)電機的引擎的分解視圖；

圖4示出了示例的雙軸發(fā)電機的橫截面；

圖5A示出了雙軸發(fā)電機的靜止部分；

圖5B示出了雙軸發(fā)電機的移動部分；

圖6示出了雙軸發(fā)電機的軸向實施方案；

圖7示出了軸向實施方案的轉子部分的橫截面；

圖8示出了軸向發(fā)電機的轉子部分的側視圖；

圖9示出了軸向實施方案的定子部分的橫截面；

圖10示出了軸向實施方案的定子部分的側視圖；

圖11示出了雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)；

圖12示出了雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)的另一實施方案；

圖13示出了用于雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)的換熱器；

圖14示出了用于雙軸發(fā)電機的示例的勵磁電流供應裝置；

圖15示出了用于雙軸發(fā)電機的示例的電氣圖；

圖16示出了入口蓋被移除的雙軸發(fā)電機；

圖17示出了用于發(fā)電機控制器的示例的操作模式；

圖18示出了示例的速度配置曲線；

圖19示出了示例的控制器；

圖20示出了用于控制器的流程圖。

具體實施方式

可控場同步發(fā)電機包括用于生成勵磁電流的勵磁機。當勵磁電樞在磁通量中旋轉時，勵磁電樞的繞組中被感應出隨時間變化的電壓。來自勵磁電樞的輸出連接到發(fā)電機的主場部分?？梢栽诓皇褂秒娝⒑突h(huán)的情況下進行所述連接。勵磁機的輸出的勵磁電流在發(fā)電機的轉子場中提供磁場。當交流發(fā)電機的場部分相對于定子旋轉時，磁通量被穿過并且橫穿交流發(fā)電機定子繞組，交流發(fā)電機定子繞組產(chǎn)生隨時間變化的電壓。

來自勵磁電樞輸出的勵磁電流可以被整流或另外地被控制。發(fā)電機可以包括針對勵磁電流的多種控制模式。可控場發(fā)電機在電氣操作方面是靈活的但是要求很大的空間。勵磁部分和主部分可以經(jīng)由公共軸支撐和旋轉。勵磁部分和主部分可以在公共軸上軸向地隔開。這個設計要求很大的空間以允許勵磁部分和主部分軸向隔開。

其它設計在空間需求上有所改進。永久磁鐵發(fā)電機(PMG)具有由永久磁鐵提供的轉子場。旋轉件或轉子圍繞發(fā)電機的中心旋轉，并且靜止件或定子包括線圈，線圈用于當轉子相對于這些線圈旋轉時生成電壓。發(fā)電機被描述成同步發(fā)電機，因為電氣輸出的頻率與轉子的角速度(例如每分鐘的轉數(shù))成正比。

PMG中的永久磁鐵的永久性方面的性質導致數(shù)個缺點。首先，因為磁鐵不能被“關掉”，所以在PMG裝配或維護期間出現(xiàn)安全問題。更重要的是，PMG設計沒有其它設計靈活。下面的實施方案實現(xiàn)了PMG的空間優(yōu)點和可控場發(fā)電機的控制靈活性的組合。

下面的實施方案包括雙軸發(fā)電機。在雙軸發(fā)電機中，勵磁發(fā)電機和主發(fā)電機圍繞公共軸同心地布置在同一平面中。由于勵磁發(fā)電機和主發(fā)電機是同心布置的，因此在軸向方向上所需的空間量要小得多。因為發(fā)電機具有可控場，因此雙軸發(fā)電機在一個類似于PMG的空間內提供了控制靈活性。

圖1示出了示例的雙軸發(fā)電機的側視圖。軸22支撐轉子框架23。定子框架21被固定元件支撐，固定元件提供用于旋轉的轉子的參考框架。固定元件可以是引擎缸體或撬裝塊或其它固定元件。轉子框架23隨著軸一起旋轉。轉子框架23支撐轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d。因此，轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d可以剛性地安裝到一起或整體成 形。定子框架21支撐勵磁場裝置24c和主定子裝置24b，因此，勵磁場裝置24c和主定子裝置24b相對于轉子剛性地安裝在同一參考框架或可以整體成形。定子側和轉子側中任一個或兩者都可以由鑄鐵或鋼或硅鋼疊砌的片或其它磁力滲透材料形成。

于勵磁場裝置24c和勵磁電樞裝置24d之間保持一勵磁空氣間隙25a。調壓器或另外的電源給勵磁場裝置24c提供能量以在勵磁空氣間隙25a中生成勵磁磁場。勵磁電樞裝置24d被配置成關于勵磁場裝置24c旋轉并且橫穿勵磁空氣間隙25a將隨時間變化的第一電壓賦予在勵磁電樞中的一組線圈中。在一個替代方案中，勵磁場裝置24c可以包括永久磁鐵。在另一替代方案中，勵磁場裝置可以包括線圈或另外的磁場生成裝置。

主空氣間隙25b被維持在轉子場裝置24a和主定子裝置24b之間。主定子裝置24b包括第二組線圈。轉子場裝置24a被配置成由第一組線圈中的第一電流供能并且生成主磁場，主磁場將橫穿主空氣間隙25b將隨時間變化的第二電壓賦予到主定子裝置24b的線圈中。

如圖1中所示，主定子裝置24b和勵磁場裝置24c位于垂直于軸22的旋轉軸線的公共平面中。在第一實施方案中，只有主定子裝置24b和勵磁場裝置24c位于公共平面中，而轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d位于相鄰平面中。在這個示例中，包括轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d的相鄰平面與主定子裝置24b和勵磁場裝置24c軸向隔開。在這個實施方案中，主空氣間隙25b和勵磁空氣間隙25a位于垂直于軸的相鄰平面或公共平面中。在第二實施方案中，主定子裝置24b、勵磁場裝置24c、轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d位于公共平面中。在這個實施方案中，主空氣間隙25b和勵磁空氣間隙25a可以平行于軸22的軸線同心對齊，使得圓柱形勵磁空氣間隙25a的全部或部分包含在圓柱形主空氣間隙25b內。注意，第一實施方案和第二實施方案的組合是可能的并且是在料想范圍內的。

勵磁電樞裝置24d與勵磁場裝置24c、主定子裝置24b和轉子場裝置24a向內隔開。換句話說，勵磁電樞裝置24d比勵磁場裝置24c、主定子裝置24b和轉子場裝置24a更靠近軸22。如同圖1的實施方案中所示，勵磁電樞裝置24d最靠近軸，之后是勵磁場裝置24c，然后是主定子裝置24b，最后是轉子場裝置24a。因此，轉子場裝置24a與勵磁電樞裝置24d、勵磁場裝置24c和主定子裝置24b徑向地向外隔開。還想得到其中轉子場裝置24a與主定子裝置24b向內地隔開的實施方案。

圖2示出了示例的包括雙軸發(fā)電機的空氣冷卻引擎10的分解圖。引擎10包括飛輪11、背板12、點火模塊13、飛輪墊圈14、飛輪螺釘15、碎片擋板16、風扇17和電氣連接器18。圖3示出了示例的包括雙軸發(fā)電機的液體冷卻引擎100的分解圖。另外，可以包括不同的或更少的構件。

一個飛輪11、111機械地耦接至引擎10或100的原動機。飛輪11、111儲存由引擎10產(chǎn)生的能量。引擎包括一個或多個活塞，活塞執(zhí)行一系列沖程。飛輪11、111通過來自一個或多個系列沖程的動量和慣性儲存來自原動機的能量并且在另一或更多系列的沖程將能量傳送到原動機。

考慮其中引擎10的壓縮循環(huán)包括進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程的示例。在進氣沖程期間，活塞從汽缸頂部移動到汽缸底部。燃料和空氣的混合物被吸到汽缸中。接下來，在壓縮沖程期間，活塞移回到汽缸的頂部，將燃料和空氣的混合物壓向汽缸蓋。接下來，在做功沖程期間，被壓縮的燃料和空氣的混合物被火花塞，通過壓縮或熱源點燃。從燃燒生成的壓強朝向汽缸的底部向下推回活塞。最后，在排氣沖程期間，活塞返回到汽缸的頂部以通過排氣閥排出用過的或經(jīng)燃燒的燃料和空氣的混合物。

在做功沖程期間，飛輪11、111從曲軸接收動量。當活塞結束做功沖程時，飛輪11、111提供動量以繼續(xù)通過排氣沖程、進氣沖程和壓縮沖程。飛輪11、111通過抵抗在做功沖程期間的加速和在其它沖程期間的減速來減小引擎速度的波動。飛輪11、111的慣性還可以減小引擎10、100在負載變化時的速度波動。

引擎10、100可以要求飛輪11、111提供預定水平的轉動慣量。對飛輪11、111的轉動慣量的需求可以根據(jù)引擎的點火頻率、汽缸的數(shù)量或引擎的其它特性改變。勵磁電樞裝置24d和轉子場裝置24a可以被集成到引擎10、100的飛輪11、11中，同時勵磁場裝置24c和主定子裝置24b可以容納在飛輪11、111中。由于雙軸交流發(fā)電機可以與飛輪11、111集成到一起，因此飛輪11、111的轉動慣量可以不同于在其它類型的引擎中的情況。隨著來自勵磁電樞裝置24d和轉子場裝置24a的更大質量，轉動慣量可以增加。憑借包括轉子場和勵磁電樞疊片和線圈的轉動慣量的飛輪11、111，可以在減小引擎10、100的扭矩變化方面實現(xiàn)雙重目的。轉子場和勵磁電樞還可以纏繞在飛輪11、111的鑄件上，飛輪11、111可以由鑄鐵、鋼或其它磁力滲透材料形成。

在空氣冷卻示例中，點火模塊13可以使用拾取器(pickup)，以從磁鐵的經(jīng)過生成能量和信號，以在合適的時間生成到引擎10的一個或多個汽缸的電火花。點火模塊13可以與飛輪11上的轉子場間隔一距離，以便防止轉子場和點火磁鐵之間的干擾。點火模塊13可以在不同于飛輪11的位置中。飛輪11可以通過飛輪墊圈14和飛輪螺釘15固定至引擎10，飛輪螺釘15緊固至背板12。風扇17被飛輪驅動并且迫使空氣到飛輪11上和或引擎10的其它構件上，以便冷卻引擎10。碎片擋板16捕獲任何外來物質，防止它被風扇17吹到引擎10中。

液體冷卻引擎100可以包括引擎缸體101，汽缸蓋102、進氣岐管103、節(jié)流閥主體104、曲軸角度傳感器105、點火模塊106、啟動馬達107、啟動螺線管108、飛輪蓋109、入口蓋110和飛輪111。如果其它實施例中雙軸發(fā)電機被用來使引擎曲軸旋轉，那么所述其它實施例可以不包括啟動馬達107或啟動螺線管108。

液體冷卻引擎100可以通過將熱量交換到液體冷卻劑來降低引擎缸體、汽缸蓋和引擎的其它構件的溫度。液體冷卻劑可以被泵送以將熱量傳送遠離引擎構件，到另外的換熱器中，以消散到另外的冷卻流體或散熱裝置中。液體冷卻劑可以是乙二醇-水混合物、乙醇、水或另外的冷卻劑。其它換熱器可以包括液體對空氣換熱器(例如，散熱器)、液體對液體 換熱器(例如，海水換熱器)、或大型金屬散熱裝置(例如船的龍骨或船體)。

圖4示出了示例的包括徑向空氣間隙雙軸發(fā)電機的磁性材料的橫截面。由于機器的布局，功率密度被優(yōu)化了。也就是說，主(場和定子)裝置比勵磁裝置大。例如，勵磁場裝置24c比勵磁電樞裝置24d大，并且轉子場裝置24a比主定子裝置24b大。主定子裝置24b和勵磁電樞裝置24d具有大數(shù)量的齒(例如24)，并且轉子場裝置24a和勵磁場裝置24c具有小數(shù)量的齒(例如，8)。每個齒均可以支撐繞組。

這是優(yōu)化的機器拓撲結構，因為相對于由勵磁場裝置24c和勵磁電樞裝置24d向轉子場裝置24a提供的電流，轉子場裝置24a和主定子裝置24b可以要求更多空氣間隙面積以生成到負載的輸出電流。

圖5B示出了雙軸發(fā)電機的靜止部分。轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d可以剛性地安裝到一起或作為靜止部分整體成形。圖5A示出雙軸發(fā)電機的移動部分。勵磁場裝置24c和主定子裝置24b被剛性地安裝到一起或作為移動部份整體成形。

圖6示出了雙軸發(fā)電機的軸向實施方案。軸向雙軸發(fā)電機包括定子框架35和轉子框架32。軸39支撐轉子框架32。定子框架35附接至固定元件。轉子框架32隨著軸39一起旋轉。轉子框架32支撐轉子場裝置31a和勵磁電樞裝置31d。因此，轉子場裝置31a和勵磁電樞裝置31d可以被剛性地安裝到一起或整體成形。

定子框架35支撐勵磁場裝置31c和主定子裝置31b。因此，勵磁場裝置24c和主定子裝置24b被剛性地安裝到一起或整體成形。定子側和轉子側中任一個或兩者都可以由鑄鐵、鋼或其它磁力滲透材料形成。線圈可以被卷繞到鑄鐵上，或在替代實施例中，線圈可以被集成到印制電路板中。

勵磁空氣間隙33a被維持在勵磁場裝置31c和勵磁電樞裝置31d之間。勵磁場裝置31c在勵磁空氣間隙33a中生成勵磁磁場。勵磁電樞裝置31d被配置成關于勵磁場裝置31c旋轉并且在勵磁空氣間隙33a處將隨時間變化的第一電壓賦予到一組線圈中。

主空氣間隙33b被維持在轉子場裝置33a和主定子裝置31b之間。主定子裝置31b包括第二組線圈。轉子場裝置31a被配置成由第一組線圈中的第一電流供能并且生成主磁場，主磁場在主空氣間隙33b處將隨時間變化的第二電壓賦予到主定子裝置31b上。

如圖6中所示，主定子裝置31b和勵磁場裝置31c位于垂直于軸39的旋轉軸線的第一共有平面中。共有平面在垂直于軸39的方向上延伸。轉子場裝置31a和勵磁樞軸裝置31d在第二共有平面中，與第一共有平面中的主定子裝置31b和勵磁場裝置31c軸向隔開(例如在軸39的縱向方向上)。在軸向雙軸發(fā)電機中，勵磁電樞裝置31d與勵磁場和轉子場裝置31a(朝向旋轉中心)向內隔開。另外，勵磁場裝置24c與主定子裝置31b向內隔開。

圖7示出軸向實施方案的轉子框架32的橫截面，并且圖8僅示出轉子框架32的側視圖。轉子框架32隨著軸39一起旋轉。轉子框架32支撐轉子場裝置31a和勵磁電樞裝置31d。因此，轉子場裝置31a和勵磁電樞裝置31d可以被剛性地安裝到一起或整體成形。

圖9示出了軸向實施方案的定子框架35的橫截面，并且圖10示出了軸向實施方案的定子框架35的側視圖。定子框架35支撐勵磁場裝置31c和主定子裝置31b。軸向實施方案可以減小機器的總體長度。冷卻可以被改進，因為鐵直接連接至引擎缸體。如果引擎缸體和繞組之間的鐵較少，那么熱量可以更有效地耗散。軸向實施方案可以更容易地被制造，因為其可以通過旋轉機器從一端被卷繞。最后，在勵磁機利用永久磁鐵場的情況下可以要求較小的永久磁鐵材料。

圖11示出雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)50。盡管用圖1的示例來說明，但是冷卻劑系統(tǒng)50也可以被應用到這里描述的任何示例，包括軸向實施方案。冷卻劑系統(tǒng)50可以包括冷卻劑通道51。如箭頭所示，冷卻劑從冷卻劑通道51的輸入端52a流到輸出端52b。冷卻劑可以是任何類型的氣體或流體，例如空氣、水、海水、防凍劑、甲醇、普通酒精、氮氣或另外的冷卻劑。冷卻劑通道51可以將冷卻劑運載到腔室53，腔室53與勵磁場裝置24c和/或主定子裝置24b接觸。在其它示例中，冷卻劑通道51和/或腔室54可以與勵磁電樞裝置24d和/或主定子裝置24a接觸。

雙軸發(fā)電機可以包括多個冷卻劑通道。冷卻劑通道可以穿過飛輪的內部。冷卻劑通道可以穿過雙軸發(fā)電機的疊片。冷卻劑通道可以穿過勵磁場裝置24c、主定子裝置24b、勵磁樞軸裝置24d和/或轉子場裝置24a的任意組合。

如12示出雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)50的另一示例。這個示例中的冷卻劑通道51將冷卻劑從冷卻劑源57運載到腔室53，然后到冷卻劑貯存器55，腔室53與勵磁場裝置24c和/或主定子裝置24b接觸。返回線路58可以使冷卻劑從冷卻劑貯存器55返回到冷卻劑源57。返回線路58可以是水管裝置，例如管道或塑料管子。返回線路58或冷卻劑通道51可以包括用于將冷卻劑泵送到雙軸發(fā)電機或遠離雙軸發(fā)電機的泵。

在一個示例中，圖12中的冷卻劑系統(tǒng)50的布置可以是引擎100的冷卻劑系統(tǒng)。換句話說，引擎100包括用于使冷卻劑通過散熱器、泵、引擎缸體和引擎100的汽缸蓋的任意組合的冷卻劑系統(tǒng)。冷卻劑通道51可以是這個冷卻劑線路布置的部分。因此，引擎100和雙軸發(fā)電機可以包括與引擎100共有的冷卻劑通道。

在一個示例中，引擎100的冷卻劑系統(tǒng)可以獨立于雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)50。也就是說，引擎100的冷卻劑系統(tǒng)的水管裝置中沒有哪部分被連接到雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)50的水管裝置。引擎100的冷卻劑系統(tǒng)可以包括第一貯存器，并且雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)50可以包括第二貯存器。

在一個示例中，圖12中的冷卻劑系統(tǒng)50的布置可以利用外部源。例如，冷卻劑源57可以是雙軸發(fā)電機和引擎100外面的冷卻劑源。在一個示例中，雙軸發(fā)電機可以用在海洋應用中，并且冷卻劑源57是海洋、湖泊、或河流。在這個示例中，冷卻劑可以是淡水或海水。淡水或海水可以從冷卻劑源57傳送到雙軸發(fā)電機的一個或多個構件，然后直接或通過冷卻劑貯存器55或返回線路58間接返回。

圖13示出了用于雙軸發(fā)電機的冷卻劑系統(tǒng)的換熱器60。換熱器60包括次級導管61和初級導管63。在一個示例中，一組傳導支撐件65可以將熱量從勵磁場裝置24c和/或主定子裝置24b傳導到次級導管63。在另一示例中，次級導管63可以被暴露于勵磁場裝置24c和/或主定子裝置24b。在其它示例中，熱量通過勵磁場裝置24c和主定子裝置24b之間的壓縮界面和通過引擎缸體傳遞到可以容納在引擎缸體中的次級導管63。

初級導管63可以包括上述任何流體(例如水、海水或其它流體)，該流體可以被稱為第一冷卻劑。熱量通過傳導支撐件65從勵磁場裝置24c和/或主定子裝置24b被吸收到初級導管63或替代地直接從第一冷卻劑到勵磁場裝置24c和/或主定子裝置24b。可以從次級導管61中的第二冷卻劑吸收來自第一冷卻劑的熱量。次級導管61中的冷卻劑可以釋放到環(huán)境中，并且來源于環(huán)境。在一個示例中，次級導管61中的冷卻劑是來自附近水域的海水。換熱器60防止海水污染或損壞雙軸發(fā)電機或引擎100。海水的溫度可以低于被恒溫器調節(jié)的其它冷卻劑的溫度。示例的海水最大溫度可以是35℃，并且示例的其它冷卻劑的最大溫度可以是110℃。勵磁場裝置24c和主定子裝置24b可以具有用于冷卻劑的布滿導熱和防腐蝕材料的通道。

圖14示出示例的用于雙軸發(fā)電機的勵磁電流供應裝置71。勵磁電流供應裝置71可以是整流裝置，整流裝置被配置成將勵磁電樞裝置24d的第一組線圈中的第一電流轉換成供應到轉子場裝置24a的整流信號。勵磁電流供應裝置71可以是具有數(shù)字邏輯或電路的可控整流器，用于轉換勵磁電樞裝置24d的信號以適合于轉子場裝置24a。勵磁電流供應裝置71可以將勵磁電樞裝置24d中的交流電流轉換成適于轉子場裝置24a的直流電流。

在另一示例中，勵磁電流供應裝置71是模擬電路。模擬電路可以從勵磁電樞裝置24d接受單相或三相輸入。模擬電路可以向轉子場裝置24a提供DC電壓。模擬電路的示例可以是二極管整流器，并且模擬電路的另一示例可以是可控整流器?？煽卣髌骺梢园ㄒ粋€或多個晶閘管、場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管、或另外的有源構件。

圖15示出了示例的用于雙軸發(fā)電機的電氣圖。電氣圖包括用于雙軸發(fā)電機的電氣構件，以用于主定子裝置24b、勵磁場裝置24c、轉子場裝置24a和勵磁電樞裝置24d之間的相互作用。電氣圖包括用于勵磁場裝置24c的勵磁場構件93、用于勵磁電樞裝置24d的勵磁電樞構件94、用于勵磁電流供應裝置71的二極管網(wǎng)絡95、用于轉子場裝置24a的轉子線圈96、和用于主定子裝置24b的定子構件97。勵磁場93、轉子場96、勵磁電樞94和定子97可以是單相線圈或多相線圈。轉子場供應裝置95可以是用來驅動轉子場96的逆變器。

圖16示出了入口蓋72被移除的雙軸發(fā)電機。勵磁電流供應裝置71被入口蓋72保護，入口蓋72可以被襯墊、O型圈或其它密封件密封，以防止勵磁電流供應裝置71暴露于濕氣。入口蓋72的放置允許容易地實現(xiàn)接近勵磁電流供應裝置。另外，入口蓋72可以包含透明窗73，透明窗73允許靜止通信組件和勵磁電流供應裝置71之間的光學通信。透明窗73可以由塑料或玻璃形成。透明窗73可以被不透明或其它類型的保護色替換。透明窗73 可選擇地可以透射某些波長的光線而不透射其它波長。勵磁電流供應裝置71通過勵磁電樞引線74、75、76從勵磁電樞接收功率，并且使用槽79中的場引線77、78將功率提供給轉子場。槽79可以被覆蓋或保持敞開。替代地，勵磁電流供應裝置71可以通過將它連接到勵磁電樞引線74、75、76的螺栓接收功率，并且通過螺栓將功率供應到場引線77和78。螺栓還可以將勵磁電流供應裝置71固定到旋轉元件。

給定的發(fā)電機的輸出電壓主要取決于兩個因素，交流發(fā)電機的旋轉速度和由旋轉場生產(chǎn)的磁通量。在永久磁鐵發(fā)電機中，磁通量由永久磁鐵的屬性確定，因此發(fā)電機輸出主由引擎速度確定的電壓。因為在雙軸發(fā)電機上可以控制勵磁電流，因此交流發(fā)電機的輸出電壓取決于兩個因素，并且可以獨立于引擎速度控制輸出電壓。

因為可以獨立于引擎速度控制輸出電壓，因此雙軸發(fā)電機允許不同的引擎速度對負載的配置，同時產(chǎn)生給定的輸出電壓。當負載被應用以抵消內電壓降(由定子繞組上的電感和阻抗以及電樞反應通量引起)時，永久磁鐵發(fā)電機通常增加速度，但是雙軸發(fā)電機許可以多種速度對負載(speed versus load)的情況來操作。

圖17示出了用于發(fā)電機控制器和雙軸發(fā)電機的示例操作模式。通過一些線示出操作模式，所述線包括針對燃料效率模式81、恒定速度模式82、聲音模式83、功率質量模式84和零跌落模式85中的每一個的線。未示出的額外的模式是可能的。例如，振動最小模式可以避開一些誘導引擎或附近物體中的諧振的速度。雙軸發(fā)電機的設計許可這些操作模式，因為發(fā)電機的輸出電壓不完全由引擎的速度確定。每個模式線下方的面積表示那個模式中的雙軸交流發(fā)電機的操作范圍。紅線限制器80示出雙軸交流發(fā)電機的最大操作。多種實施例可以包括燃料效率模式81、恒定速度模式82、聲音模式83、功率質量模式84和零跌落模式85中的任意組合。一個或多個模式可以包括在負載增加時增加的速度(例如，燃料效率模式81和聲音模式83)，一個或多個其它模式可以包括在負載增加時降低的速度(例如，功率質量模式)，一會或多個模式可以包括隨著增加的負載而增加和降低速度的組合，并且一個或多個其它模式可以包括隨著負載增加大體上恒定的速度(例如，零跌落模式85)。大體上恒定的速度可以是設定百分比(例如，1％、5％或10％)內的速度。

對于永久磁鐵發(fā)電機，通量由永久磁鐵的屬性確定并且不可控制。對于給定速度，通量以設定速率經(jīng)過線圈，這產(chǎn)生特定的輸出電壓。如果確定輸出電壓中含負載上的波動，那么電樞反應必被抵消。當存在連接至電樞繞組的負載時，存在流過電樞繞組的電流。這創(chuàng)建了額外的互感磁鏈構件，互感磁鏈構件與來自場繞組的通量構件相反；這個磁鏈被標示為電樞反應。因此，隨著電樞上的負載增加，引擎的速度增加以保持永久磁鐵設計中的輸出電壓。

然而，在這里描述的卷繞場設計中，抵消電樞反應更加靈活，類似于永久磁鐵設計，引擎的速度可以增加。然而，第二選擇是使用勵磁機構增加到主轉子場裝置24a的勵磁電流，以使電壓增加。因此，通過發(fā)電機控制器71，勵磁電流是用來控制發(fā)電機的輸出的控 制器。場控制可以抵消來自負載波動的信號下垂。因為速度配置是靈活的，所以可以實現(xiàn)多種模式。

功率質量模式84可以包括第一下垂設定。在第一下垂設定中，當存在負載瞬態(tài)時，雙軸發(fā)電機快速反應，因為引擎的速度在無負載條件下更高并且當負載被應用時有跌落的空間。

負載瞬態(tài)是負載隨著時間的變化。負載可以上升或下降，但是一般從增加的負載方面來描述發(fā)電機輸出響應。

燃料效率模式81可以包括第二下垂設定。在第二下垂設定中，當存在負載瞬態(tài)時，雙軸發(fā)電機的響應更少，因為燃料效率被優(yōu)化了。也就是說，對于最高燃料效率，引擎應該以為負載提供充足輸出的最低速度運行。燃料效率模式81可以具有慢的響應時間或滯后時間，當負載瞬態(tài)發(fā)生時，這可以導致光線昏暗或其它問題。

恒定速度模式82可以包括第三下垂設定，第三下垂設定在零處或附近，這有效地以恒定速度為目標。當負載被應用時，引擎的節(jié)流閥被打開以維持足夠提供發(fā)電機的額定輸出的引擎速度。輸出速度可以不與同步交流發(fā)電機的典型輸出速度(例如，1800RPM)相對應。另外，輸出速度目標由發(fā)電機所需的功率輸出確定，而不是由發(fā)電機所需的輸出頻率確定。

在零跌落或馬達啟動模式85中，當存在負載瞬態(tài)時，對雙軸發(fā)電機的輸出電壓沒有響應，或響應非常少。零跌落模式85可以包括反轉的配置。例如，引擎可以以比正常速度(例如，1800rpm)快的速度(例如，2200rpm)運行，從而任何負載瞬態(tài)在不干擾輸出電壓的情況下被吸收。

圖18示出了針對聲音模式83的示例的聲音對速度曲線99。通常，當速度降低時引擎更為安靜。然而，在某些低速度下，引擎可能經(jīng)歷構件的共振頻率或其它引起引擎抖動的其它異常并且在越低的速度下產(chǎn)生越多的聲音。一些低共振頻率可以低于振動阻尼器(例如，振動安裝件)的范圍。因此，聲音模式83的速度曲線可以在較高的速度或功率下與燃料效率模式81重疊，但是在較低速度下，以高于燃料效率模式81的更高速度運行。發(fā)電機控制器91被配置成訪問速度配置并且根據(jù)發(fā)電機上的負載和速度配置控制引擎的速度，以便最小化聲音。人類的耳朵以不同的靈敏度接收不同聲音。察覺到的聲音水平可以與聲音水平不成比例地變化。聲音對速度配置99可以被修改以適應這個現(xiàn)象。

圖19示出了示例的發(fā)電機控制器91。下面的描述也可以適用于除了發(fā)電機控制器91之外的勵磁電流供應裝置71的其它實施。發(fā)電機控制器91可以包括處理器300、存儲器352和通信接口353。發(fā)電機控制器91可以連接至工作站359或另一外部裝置(例如，控制面板)和/或數(shù)據(jù)庫357以接收用戶輸入、系統(tǒng)特性和這里描述的任何值?？蛇x地，發(fā)電機控制器91可以包括輸入裝置355和/或傳感電路311。傳感電路311可以從如上所述接收傳感器測量值。另外，可以包括不同或更少構件。處理器300被配置成執(zhí)行存儲在存儲器 352中的指令，以實施這里描述的算法。處理器300可以識別引擎類型，樣式或模式，并且可以基于識別的引擎類型、樣式或模式查找系統(tǒng)特性、設定或配置。

圖20示出了雙軸發(fā)電機的發(fā)電機模式和性能配置選擇的流程圖。另外，可以包括不同或更少的動作。

在動作S101，處理器300從輸入裝置355接收針對發(fā)電機模式的用戶選擇。模式可以是任何的燃料效率模式81、恒定速度模式82、聲音模式83、功率質量模式84和零跌落模式85。用戶選擇可以在鍵區(qū)、觸摸屏幕、按鈕或另外的輸入裝置上進行。

在動作S103，處理器300基于從用戶選擇選擇的發(fā)電機模式從存儲器352訪問性能配置。性能配置可以存儲在存儲器352中?？梢葬槍θ剂闲誓Ｊ?1、恒定速度模式82、聲音模式83、功率質量模式84和零跌落模式85中的每一個存儲不同配置。

在動作S105，處理器300可以基于性能配置設定勵磁電流或引擎速度。處理器300訪問合適的配置，配置可以是將目標引擎速度和負載值關聯(lián)到一起的查找表。傳感電路311可以基于輸出功率、電壓或電流計算負載值。在一個示例中，可以從在勵磁電流中發(fā)生的變化中推斷出負載值。

處理器300可以包括通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門整列(FPGA)、模擬電路、數(shù)字電路、它們的組合、或其它現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)出的處理器。處理器300可以是單個裝置或多個裝置的組合(例如與網(wǎng)絡、分布式處理或云計算相關聯(lián)的裝置)。

存儲器352可以是易失存儲器或非易失存儲器。存儲器352可以包括一個或多個只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、閃速存儲器、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、或其它類型的存儲器中的一個或多個。存儲器352可以從網(wǎng)絡裝置移除，例如安全數(shù)字(SD)存儲卡。

除了入端口和出端口之外，通信接口303可以包括任何可操作連接?？刹僮鬟B接可以是其中信號、物理通信和/或邏輯通信可以被發(fā)送和/或接收的連接。可操作連接可以包括物理接口、電氣接口和/或數(shù)據(jù)接口。

通信接口353可以連接至網(wǎng)絡。網(wǎng)絡可以包括有線網(wǎng)絡(例如，以太網(wǎng))、無線網(wǎng)絡或其組合。無線網(wǎng)絡可以是移動電話網(wǎng)絡，802.11,802.16，802.20或WiMax網(wǎng)絡。而且，網(wǎng)絡可以是公共網(wǎng)絡(例如因特網(wǎng))、專用網(wǎng)絡(例如內聯(lián)網(wǎng))或其組合，并且可以利用目前可用的或以后開發(fā)出的多個網(wǎng)絡協(xié)議，包括但不限于基于TCP/IP的網(wǎng)絡協(xié)議。

雖然計算機可讀介質(例如，存儲器352或數(shù)據(jù)庫357)被示為單個介質，但是術語“計算機可讀介質”包括單個介質或多個媒介，例如集中式或分布式數(shù)據(jù)庫，和/或存儲一組或多組指令的相關聯(lián)的高速緩沖存儲器和服務器。術語“計算機可讀介質”還應包括能夠存儲、編碼或攜帶被處理器實行的一組指令的，或引起計算機系統(tǒng)執(zhí)行這里公開的任何一個或多個方法或操作的任何介質。

在特定的非限制、示例性實施例中，計算機可讀介質可以包括固態(tài)存儲器，例如存儲卡或容納一個或多個非易失只讀存儲器的其它封裝。而且，計算機可讀介質可以是隨機存取存儲器或其它易失可重寫存儲器。另外，計算機可讀介質可以包括磁光或光學介質，例如，光盤或磁帶或捕獲載波信號(例如在通過傳送介質通信的信號)的其它存儲裝置。附在郵件上的數(shù)字化文件或其它獨立的信息存檔或一組存檔可以被視為可觸知道的存儲介質的分布式介質。因此，本發(fā)明被認為包括數(shù)據(jù)或指令可以被存儲在其中的計算機可讀介質或分布式介質和其它等效物和繼承媒介中的一個或多個。計算機可讀介質可以是非暫態(tài)的，它包括所有可觸知的計算機可讀媒介。

在替代的實施例中，專用硬件實現(xiàn)器件，例如專用集成電路、可編程邏輯陣列或其它硬件裝置，可以被構建成實施這里描述的一個或多個方法。可以包括多個實施例的設備和系統(tǒng)的應用能夠廣泛地包括多個電子和計算機系統(tǒng)。這里描述的一個或多個實施例可以使用兩個或多個專門的相互連接的硬件模塊或裝置(連同相關的能夠在這些模塊之間或通過這些模塊被通信的控制和數(shù)據(jù)信號)來實施功能，或作為專用集成電路的一些部分來實施。因此，本系統(tǒng)囊括軟件、固件和硬件實施方式。