独立速度变频交流发电机及生成独立速度变频交流电方法与流程

本申请总体上涉及交流发电机领域，尤其涉及独立速度变频交流发电机。

背景技术：

飞机和其他交通工具通常包括依赖于交流电源的系统。在传统的飞机中，可以通过附接到发电机(例如，永磁发电机)的初级原动机的旋转生成交流电。可以在发电机内使用三相功率绕组，以将随原动机旋转的磁场转换为交流电力信号。因此，最初由单个传统发电机生成的功率的频率、幅值以及相位可取决于原动机的旋转频率。

为了生成具有独立或变频的交流电源，传统的飞机电力推进系列可以包括功率转换的两个阶段：第一，从生成的交流电力信号到直流(dc)功率信号的转换；第二，从直流电力信号到独立频率交流电力信号的转换，这可以用于驱动电动机进行推进或用于交通工具内的其他交流供电装置。具有两个转换器阶段可以降低交流发电的效率，并且可以大大增加飞机系统的重量。可以存在附加的缺点。

技术实现要素：

本发明公开了可以克服至少一个上述缺点的系统和方法。例如，独立速度变频交流发电机设备可以包括转子和定子，其中，与转子的主绕组相关联的旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。

在一个实施例中，独立速度变频交流发电机设备包括转子和定子，转子配置为相对于定子进行旋转。该设备还包括磁场源，附接到转子并且被配置为在转子旋转时生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转频率取决于转子的旋转频率。该设备还包括主转子绕组，附接到转子并且被配置为在转子旋转时生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。

在一些实施例中，磁场源包括永磁体。在一些实施例中，该设备包括先导绕组，其附接到定子并且被配置为将第一旋转磁场转换为交流电力信号。

在一些实施例中，该设备包括发电机控制单元，其被配置为将交流电力信号进行调制以生成高频交流电力信号并传输到转子，其中，高频交流电力信号的频率大于转子的旋转频率。在一些实施例中，该设备包括高频变压器，被配置为将高频交流电力信号从定子传输到转子。在一些实施例中，高频变压器包括附接到定子的第一功率变压器绕组和附接到转子的第二功率变压器绕组，其中，第一功率变压器绕组被配置为将高频交流电力信号传递到第二功率变压器绕组。在一些实施例中，高频变压器省略了定子和转子之间的接触动力传输机构。

在一些实施例中，该设备包括整流器，其附接到转子并且被配置为将高频交流电力信号转换为直流电力信号。在一些实施例中，该设备包括逆变器，附接到转子并且被配置为将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动主转子绕组。在一些实施例中，该设备包括发电机控制单元，其耦接至逆变器并且被配置为控制主场交流电力信号，从而控制第二旋转磁场相对于转子的旋转速度、方向、幅值或其任意组合。在一些实施例中，发电机控制单元包括附接到定子的控制电路和附接到转子的控制电路，其中，附接到转子的控制电路包括至少一个比例-积分-微分(pid)控制器。在一些实施例中，至少一个pid控制器耦接至逆变器以控制第二旋转磁场的频率，附接到转子的控制电路包括耦接至逆变器的另外的pid控制器以控制第二旋转磁场的幅值。在一些实施例中，附接到定子的控制电路经由控制信号耦合器与附接到转子的控制电路进行通信耦接，该控制信号耦合器包括附接到定子的至少一个第一通信盘和附接到转子的至少一个第二通信盘。在一些实施例中，第一通信盘包括光信号源，第二通信盘包括光电晶体管。在一些实施例中，该设备包括主定子绕组，被配置为将第二旋转磁场转换为交流电力信号。

在一个实施例中，用于生成独立速度变频交流的方法包括：在转子旋转时，在附接到转子的磁场源处生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转频率取决于转子的旋转频率。该方法还包括：在转子旋转时，在附接到转子的主转子绕组处生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。该方法还包括：在附接到定子的主定子绕组处将第二旋转磁场转换成交流电力信号。

在一些实施例中，该方法包括：将第一旋转磁场转换为交流电力信号；对交流电力信号进行调制以生成高频交流电力信号；将高频交流电力信号从定子传输到转子；将高频交流电力信号转换为直流电力信号；以及将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动主转子绕组。在一些实施例中，该方法包括：从发电机控制单元接收参考频率信号；生成第一中间频率信号，该第一中间频率信号为参考频率信号和与转子的旋转频率相关联的转子频率信号之间的差；生成第二中间频率信号，该第二中间频率信号第一中间频率信号和与第二旋转磁场的相对于转子的旋转频率相关联的主场频率信号之间的差；以及将第二中间频率信号转换为逆变器控制信号，以引导逆变器改变主场交流电力信号来加速或减慢第二旋转磁场相对于转子的旋转。

在一些实施例中，经由控制信号耦合器将第一中间频率信号从定子传递到转子，控制信号耦合器包括附接到定子的至少一个第一通信盘和附接到转子的至少一个第二通信盘。在一些实施例中，生成第二旋转磁场还包括确定第一中间频率信号的符号，以及生成第二逆变器控制信号以引导逆变器使得第二旋转磁场沿着与中间信号的符号相对应的方向相对于转子进行旋转。在一些实施例中，该方法包括：从发电机控制单元接收参考电压信号；生成中间电压信号，该中间电压信号是参考电压信号和与交流电力信号相关联的电压信号之间的差；以及将中间电压信号转换为逆变器控制信号，以引导逆变器改变主场交流电力信号来增大或减小第二旋转磁场的幅值。

在一个实施例中，交流发电机转子设备包括磁场源，其被配置为在转子旋转时生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转频率取决于转子的旋转频率。该装置还包括主转子绕组，其被配置为在转子旋转时生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。

在一些实施例中，该装置还包括：功率变压器绕组，其被配置为接收高频交流电力信号；整流器，其被配置为将高频交流电力信号转换为直流电力信号；以及逆变器，被配置为将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动主转子绕组。

附图说明

图1是描绘独立速度变频交流发电机设备的实施例的示意图，

图2是描绘用于独立速度变频交流发电机的信号控制系统的实施例的框图，

图3是描绘用于独立变频交流发电机设备的控制信号耦合器的实施例的图，

图4是描绘用于生成独立速度变频交流的方法的实施例的流程图，

图5是描绘用于生成独立速度变频率交流的控制旋转磁场的方法的实施例的流程图。

尽管本申请易于被修改为各种变形和替换方式，已经在附图中通过举例的方式示出了具体实施方式并且以下进行了详细描述。然而，应当理解的是，这并不旨在将本申请局限于公开的具体形式。与此相反，其旨在覆盖属于本申请范围内的所有变形、等同物和替换。

具体实施方式

参照图1，其描绘了独立速度变频交流发电机设备100的实施例。设备100可以包括转子102和定子104。图1描绘了生成交流的不同阶段中转子102和定子104的特征。例如，转子102和定子104的部件可以对应于导频永磁发电机(pmg)阶段106，高频(hf)变压器阶段108，磁场控制阶段110和主机阶段112。

转子102可以通过原动机118旋转。例如，原动机可以是涡轮发动机或用于施加旋转的另一个机构。转子102可以包括磁场源120。在一些实施例中，磁场源120可以是永磁体。设备100还可以包括定位在定子104上的先导绕组122。

在导频pmg阶段106，原动机118可以使得转子102相对于定子104进行旋转。当转子102旋转时，被固定到转子102的磁场源120以及其相关联的磁场也可以旋转。先导绕组122可以被配置为使得磁场源120的旋转生成三相交流电力信号。三相交流电力信号可以具有取决于转子102的旋转频率与转子102的旋转频率相对应的频率。

设备100还可以包括发电机控制单元124。发电机控制单元124可以在设备100内执行多个控制功能。为了执行这些功能，发电机控制单元124可以包括功率调制器电路(未示出)。发电机控制单元124还可以包括处理器(未示出)，其被配置为生成控制信号。例如，发电机控制单元124可以包括中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、外围接口控制器(pic)、另一种类型的微处理器和/或其组合。它可以实现为集成电路、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、逻辑门电路的组合、其他类型的数字或模拟电气设计组件或其组合。

设备100可以包括定位在定子104上的第一hf变压器绕组126以及定位在转子102上的第二hf变压器绕组128。hf变压器绕组126、128可以一起构成hf变压器，以将功率从定子104传输到转子102。在hf变压器阶段108，发电机控制单元124可以对从先导绕组122接收的三相交流电力信号进行调制，以生成hf三相交流电力信号。在本文中所使用的高频意味着信号的频率大于转子102的旋转频率。随着hf三相功率信号频率的提高，转子102的旋转效果变得不那么显著。这使得hf三相功率信号能够从第一hf变压器绕组126传输到第二hf变压器绕组128，并且不会产生由于转子102的旋转而导致的显著的干扰或功率损耗。功率是通过hf变压器绕组126、128进行传输，所以hf变压器级108可以省略掉定子104和转子102之间的接触动力传输机构。例如，传统的动力传输机构可以包括滑环或类似的接触动力传输机构，而设备100省略了这些接触机构。通过消除定子104和转子102之间的接触，可以避免诸如电弧放电、磨损和接触电阻之类的性能问题。这可以提高可靠性，降低维护成本，减少停机时间，并降低功率损耗。可以存在其他的优点。

设备100还可以包括整流器130和逆变器132。发电机控制单元124可以经由控制信号耦合器136与逆变器132进行通信。在磁场控制级110，hf三相功率信号可以从第二hf变压器绕组128传输到整流器130。整流器130可以将hf三相交流电力信号转换为直流电力信号。然后可以将直流电力信号传输到逆变器132。逆变器132可以被配置为经由控制信号耦合器136从发电机控制单元124接收控制信号。基于发电机控制单元124通过控制信号设定的开关参数，逆变器132可以将直流电力信号转换为三相交流电力信号。通过对逆变器132内的切换进行控制，发电机控制单元124可以控制三相交流电力信号的频率、相位、幅值和/或其他属性。

设备100可以包括主转子绕组134和主定子绕组138。在主机阶段112，来自逆变器132的三相交流电力信号可以驱动主转子磁场绕组134，以产生相对于转子102进行旋转的磁场。通过对三相交流电力信号的控制，发电机控制单元124可以控制磁场相对于转子102的方向、旋转频率、幅值和/或相位。通过转子102的附加旋转可以生成旋转磁场，其旋转频率与转子102的旋转频率无关。这样，在主定子绕组138处生成的三相交流电力信号的频率也可以与转子102的旋转频率无关。虽然主转子磁场绕组134被描述为三相绕组，但是受益于本申请的本领域普通技术人员将理解，包括多于三相的可替代绕组的设置可以被用以生成相对于转子102进行旋转的磁场。

设备100可以包括配电线140，以向系统和/或装置(未示出)提供电力。在一些实施例中，配电线140可以向交通工具提供动力，例如但不限于飞机或航天器，并且可以用于驱动推进电动机。

设备100的益处在于，通过在相对于转子102进行旋转的主转子磁场绕组134处建立磁场，可以在主定子绕组138处生成三相交流电力信号，该主定子绕组具有独立于转子102的旋转频率或相位、且与附接到转子102的永磁体的强度无关的频率、相位和幅值。可以存在其他优点。

参照图2，其描绘了用于独立速度变频交流发电机的控制信号系统200。控制信号系统200在功能上被描绘为包括求和点206、218、244、绝对值函数212、234和符号函数250。尽管在功能上描述了每个元件，但可以使用结构部件来实现每个元件。例如，第一求和点206可以实现为逻辑硬件(数字逻辑门或模拟比较器电路)或在发电机控制单元124内运行的软件(如图1所示)。可以使用附接到转子102的逻辑硬件和/或处理器来实现第二求和点218。同样地，第三求和点244可以实现为在发电机控制单元124内运行的逻辑硬件和/或软件。绝对值功能212、234和符号函数250还可以实现为在附接到转子102的处理器上运行的逻辑硬件和/或软件。

虽然图1将发电机控制单元124描述为附接到定子104，但多个控制器部件也可以附接到转子102。例如，虽然求和点218、绝对值函数212、234和符号函数250可以被认为是发电机控制单元124的一部分，但其可以实现为附接到转子102的电路。

系统200可以接收参考频率信号202。参考频率信号202可以表示交流电源的期望频率。具体地，交流电源可以用于航空航天应用，并且可以向推进电动机和/或其他系统和设备供电。参考频率信号202可以是“固线连接”到发电机控制单元124中的恒定输入信号，或者它可以是可调节输入。例如，系统200可以被配置为输出可变频率，以满足特定负载的需要。在需要恒定频率的情况下，它可以输出固定频率。在其他情况下，例如，当负载是电动机时，系统200可以输出可变频率以满足速度变化需求。可以通过在处理器(例如，发电机控制单元124的处理器)处运行的软件或通过其他逻辑和/或硬件来生成参考频率信号202。在说明性示例中，参考频率信号202可以等于400hz。此频率仅出于示出性的目的。如上所述，参考频率信号202可以是静态或动态的，并且可以基于特定负载进行修改。

参考频率信号202可以在第一求和点206处与转子频率信号204进行组合，并且可以产生表示参考频率信号202和转子频率信号204之间的差的第一中间信号208。从概念上讲，第一中间信号208可以表示从转子102的测量的旋转频率到旋转磁场的旋转频率的期望变化。关于上述说明性示例，如果转子频率信号204等于300hz，则第一中间信号208将等于100hz，其表示从转子的旋转频率(即，300hz)所期望频率的增加，以便等于参考频率信号202(即400hz)。可以经由控制信号耦合器136将第一中间信号208从定子(例如，定子104)传输到转子102。

在转子102上，第一中间信号208可以输入到绝对值函数212中，以生成第一中间信号208的幅值信号214。在第二求和点218处，第一中间信号208的幅值信号214可以与主场频率信号232的幅值信号216进行组合，以产生第二中间信号220。第二中间信号220可以表示第一中间信号208的幅值和主场频率信号232的幅值之间的差。换句话说，第二中间信号220可以表示主旋转磁场的旋转频率相对于转子主场绕组134处的主旋转磁场的当前旋转频率的期望变化。继续以上的示例中，如果主场频率信号232等于90hz，则第二中间信号220将等于10hz，其表示旋转磁场相对于转子102的旋转频率的期望增加。

换句话说，在说明性示例中，主旋转磁场可以相对于转子102以90hz的频率旋转，并且转子102可以相对于定子104以300hz的频率旋转。因此，主旋转磁场可以相对于定子104以390hz的频率旋转。为了产生频率为400hz的功率信号，主旋转磁场的旋转频率需要增加10hz。这样，在该示例中，第二中间信号220将等于10hz。

可以将第二中间信号220提供给第一比例-积分-微分(pid)控制器222。第一pid控制器222可以将第二中间信号220转换为逆变器控制信号224，该逆变器控制信号引导逆变器132对提供给转子主场绕组134的三相电流228进行调节。当三相电流228穿过转子主场绕组134时可以建立旋转磁场，其中，旋转磁场的频率、幅值和相位取决于三相电流228的频率、幅值和相位。通过调节三相电流228，逆变器132可以控制旋转磁场相对于转子102的旋转，从而将旋转磁场的旋转频率区分于转子102的旋转频率。第一pid控制器222可以是发电机控制单元124的一部分，并且可以耦接至转子102。

根据三相电流228，可以测量并导出主场频率信号232，以用作第二求和点218处的反馈信号。主场频率信号232可以穿过绝对值函数234，以产生在第二求和点218处使用的主场频率信号232的幅值信号216。同样，转子速度编码器可以基于转子102的旋转频率测量并导出转子频率信号204。电动机速度编码器可以包括附接到转子的第一部分236，以及附接到定子的第二部分237。在一些实施例中，第一部分可以是磁源或光源，第二部分237可以是检测器，该检测器被配置为基于从磁源或光源接收的信号计算转子102的旋转频率。转子频率信号204可以被提供作为在第一求和点206处使用的反馈信号。

第一中间信号208也可以传递给符号函数250。符号函数250可以将第一中间信号208转换为方向信号252。方向信号252可以指示旋转磁场相对于转子102的期望旋转方向。负方向信号可以指示期望的旋转频率小于转子102的旋转频率。正方向信号可以指示期望的旋转频率大于转子102的旋转频率。逆变器132可以使用方向信号252来控制三相电流228，以实现旋转磁场相对于转子102的期望旋转方向。

系统200还可以接收参考电压信号238。参考电压信号238可以表示交流电源的期望电压。具体地，交流电源可以用于航空航天应用，并且可以向推进电动机和/或其他系统和设备供电。参考电压信号238可以是“固线连线”到发电机控制单元124中的恒定输入信号，或者，它可以是可调节输入。可以通过在处理器(例如，发电机控制单元124的处理器)上运行的软件或通过其他逻辑和/或硬件来生成参考电压信号。在说明性示例中，参考电压信号238可以等于105v交流电或230v交流电。

参考电压信号238可以在第三求和点244处与定子输出电压信号242进行组合，并且可以产生第三中间信号240，其表示参考电压信号238和定子输出电压信号242之间的差。从概念上讲，第三中间信号240可以表示通过转子主场绕组134处的旋转磁场在主级定子绕组138处产生的电压的期望变化。第三中间信号240可以经由控制信号耦合器136从定子(例如，定子104)传输到转子102。

可以将第三中间信号240提供给第二pid控制器246。第二pid控制器246可以将第三中间信号240转换为逆变器控制信号248，该逆变器控制信号指示逆变器132对提供给转子主场绕组134的三相电流228进行调节。具体地，可以调节三相电流228的大小，以增大或减小旋转磁场的幅值，从而使得在主级定子绕组138处生成较高或较低的电压。与第一pid控制器222一样，第二pid控制器246可以是发电机控制单元124的一部分，并且可以耦接至转子102。

系统200的益处在于，可以在转子主场绕组134处控制旋转磁场的相位、幅值和频率中的每一个，以便在主级定子绕组138处产生交流电源，该主级定子绕组具有与转子102的频率无关的频率、相位和电压。可以存在其他优点。

参照图3，其描绘了用于独立速度变频交流发电机设备的控制信号耦合器136的实施例。控制信号耦合器136可以包括第一收发器302和第二收发器304。在一些实施例中，控制信号耦合器136可以被配置用于单向通信。在那种情况下，第一收发器302实际上可以是发射器，而第二收发器304实际上可以是接收器，反之亦然。

控制信号耦合器136还可以包括可以附接到定子(例如，定子104)的第一通信盘306，以及可以附接到转子102的一个或多个第二通信盘308。在一些实施例中，第一通信盘306可以包括光源(例如，发射器)，第二通信盘308可以包括光检测器(例如，光电晶体管)。

在操作期间，控制信号310可以被发送到第一收发器302。当转子102旋转时，第一收发器302可以将数据从第一通信盘306发送到一个或多个第二通信盘308。可以对传输进行计时，以便当一个或多个第二通信盘308面向第一通信盘306时进行传输。当一个或多个第二通信盘308背对第一通信盘时，暂停传输。虽然图3描绘了四个第二通信盘308，但可能有多于或少于四个。具有更多第二通信盘308可以减少通信中断。

控制信号耦合器136的一个益处是，与接触信号耦合器相比，它可以产生更小的摩擦。这可能导致设备100处功率损失更少。如本文所述，通过消除定子104和转子102之间的接触，可以避免诸如电弧放电、磨损和接触电阻之类的性能问题。这可以提高可靠性，降低维护成本，减少停机时间，并降低功率损耗。可以存在其他优点。

参照图4，其描绘了用于生成独立速度变频交流的方法400的实施例。方法400可以包括：在402处，在附接到转子的磁场源处，在转子旋转时生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转频率取决于转子的旋转频率。例如，当转子102旋转时，可以在磁场源120处生成第一旋转磁场。

方法400还可以包括：在步骤404，将第一旋转磁场转换为交流电力信号。例如，先导绕组122可以被配置为将第一旋转磁场转换为传递到发电机控制单元124的交流电力信号。

方法400还可以包括：在406处，对交流电力信号进行调制，以生成高频交流电力信号。例如，发电机控制单元124可以对交流电力信号进行调制，以生成hf三相交流电力信号，该hf信号被传递到第一hf变压器绕组126。

方法400可以包括：在步骤408，将高频交流电力信号从定子传输到转子。例如，第一hf变压器绕组126可以将hf交流电力信号传输到第二hf变压器绕组128。

方法400还可以包括：在步骤410，将高频交流电力信号转换为直流电力信号。例如，整流器130可以将hf交流电力信号转换为被传输到逆变器132的直流电力信号。

方法400还可以包括：在步骤412，将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动附接到转子的主转子绕组。例如，逆变器132可以将直流电力信号转换为主场交流电力信号，以驱动主转子绕组134。

方法400可以包括：在步骤414，在转子旋转时在主转子绕组处生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。例如，主转子绕组134可以基于主场交流电力信号生成独立于转子102进行旋转的第二旋转磁场。

方法400还可以包括：在步骤416，在附接到定子的主定子绕组处将第二旋转磁场转换成交流电力信号。例如，主定子绕组138可以将第二旋转磁场转换为交流电力信号，以分配给各种交流系统。

方法400的益处在于，通过生成独立于转子102进行旋转的第二旋转磁场，交流系统的功率信号的频率、相位和幅值可以与转子102的旋转频率无关。此外，与传统恒速发电系统相比，可能需要更少的电力转换阶段，传统恒速发电系统包括用于发电的附加阶段。需要的阶段更少，就可以以更高的效率和更低的重量要求来执行方法400。可以存在其他优点。

参照图5，其描绘了用于生成独立速度变频率交流的控制旋转磁场的方法500。方法500可以与图4的方法400结合进行使用，或者作为图4的方法400的一部分进行使用。

方法500可以包括：在步骤502，从发电机控制单元接收参考频率信号。例如，可以在发电机控制单元124处接收参考频率信号202。

方法500还可以包括：在步骤504，生成第一中间频率信号，该第一中间频率信号是参考频率信号和与转子的旋转频率相关联的转子频率信号之间的差。例如，可以生成第一中间信号208。

方法500还可以包括：在步骤506，将第一中间频率信号经由控制信号耦合器从定子传递到转子，该控制信号耦合器包括附接到定子的至少一个第一通信盘，以及附接到转子的至少一个第二通信盘。例如，可以经由控制信号耦合器136将第一中间信号208传递到转子102，该控制信号耦合器可以包括第一通信盘306和至少一个第二通信盘308。

方法500还可以包括：在步骤508，生成第二中间频率信号，该第二中间频率信号是第一中间频率信号和与第二磁场相对于转子的旋转频率相关联的主场频率信号之间的差。例如，可以生成第二中间信号220。

方法500可以包括：在步骤510，将第二中间频率信号转换为逆变器控制信号，以引导逆变器改变主场交流电力信号来加速或减慢第二旋转磁场相对于转子的旋转。例如，第二中间信号220可以在第一pid控制器222处被转换为逆变器控制信号224。

方法500还可以包括：在步骤512，确定第一中间信号的符号，并生成第二逆变器控制信号，以引导逆变器使得第二旋转磁场沿着与中间信号的符号对应的方向相对于转子进行旋转。例如，可以在符号函数250处确定第一中间信号208的符号并将其传递到逆变器132。

方法500还可以包括：在步骤514，从发电机控制单元接收参考电压信号。例如，可以从发电机控制单元124接收参考电压信号238。

方法500可以包括：在步骤516，生成中间电压信号，该中间电压信号是参考电压信号和与交流电力信号相关联的电压信号之间的差。例如，可以生成中间电压信号240。

方法500还可以包括；在步骤518，将中间电压信号转换为逆变器控制信号以引导逆变器改变主场交流电力信号，以增大或减小第二旋转磁场的幅值。例如，中间电压信号240可以被转换为逆变器控制信号248。

此外，本申请包括根据以下项的实施方式：

项1：一种独立速度变频交流(交流)发电机设备，包括：转子和定子，转子配置为相对于定子进行旋转；磁场源，其附接到转子并且被配置为在转子旋转时生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转频率取决于转子的旋转频率；主转子绕组附接到转子并且配置为在转子旋转时生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。

项2：根据项1所述的设备，其中，磁场源包括永磁体。

项3：根据项1所述的设备，还包括：先导绕组，附接到定子并且被配置为将第一旋转磁场转换为交流电力信号。

项4：根据项权利要求3所述的设备，还包括：发电机控制单元，被配置为将交流电力信号进行调制，以生成高频交流电力信号用于传输到转子，其中，高频交流电力信号的频率大于转子的旋转频率。

项5：根据项1所述的设备，还包括高频变压器，被配置为将高频交流电力信号从定子传输到转子。

项6：根据项5所述的设备，其中，高频变压器包括附接到定子的第一功率变压器绕组和附接到转子的第二功率变压器绕组，其中，第一功率变压器绕组被配置为将高频交流电力信号传递到第二功率变压器绕组。

项7：根据项5所述的设备，其中，高频变压器省略了定子和转子之间的接触动力传输机构。

项8：根据项1所述的设备，还包括：整流器，附接到转子并配置为将高频交流电力信号转换成直流电力信号。

项9：根据项1所述的设备，还包括：逆变器，附接到转子并且被配置为将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动主转子绕组。

项10：根据项9所述的设备，还包括：发电机控制单元，耦合到逆变器并且被配置为控制主场交流电力信号，从而控制第二旋转磁场相对于转子的旋转速度、方向、幅值或其任意组合。

项11：根据项10所述的设备，其中，发电机控制单元包括附接到定子的控制电路和附接到转子的控制电路，其中，附接到转子的控制电路包括至少一个比例-积分-微分(pid)控制器。

项12：根据项11所述的设备，其中，至少一个pid控制器耦接至逆变器以控制第二旋转磁场的频率，附接到转子的控制电路包括耦接至逆变器的另外的pid控制器，以控制第二旋转幅值。

项13：根据项11所述的设备，其中，附接到定子的控制电路经由控制信号耦合器与附接到转子的控制电路进行通信耦接，该控制信号耦合器包括附接到定子的至少一个第一通信盘，以及附接到转子的至少一个第二通信盘。

项14：根据项13所述的设备，其中，第一通信盘包括光信号源，第二通信盘包括光电晶体管。

项15：根据项1所述的设备，还包括：主定子绕组，被配置为将第二旋转磁场转换为交流电力信号。

项16：一种用于生成独立速度变频交流电的方法，包括：在转子旋转时，在附接到转子的磁场源处生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转频率取决于转子的旋转频率；在转子旋转时，在附接到转子的主转子绕组处生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关；以及在附接到定子的主定子绕组处将第二旋转磁场转换成交流电力信号。

项17：根据项16所述的方法，还包括：将第一旋转磁场转换为交流电力信号；对交流电力信号进行调制以生成高频交流电力信号；将高频交流电力信号从定子传输到转子；将高频交流电力信号转换为直流电力信号；以及将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动主转子绕组。

项18：根据项16所述的方法，其中，生成第二旋转磁场包括：从发电机控制单元接收参考频率信号；生成第一中间频率信号，该第一中间频率信号为参考频率信号和与转子的旋转频率相关联的转子频率信号之间的差；生成第二中间频率信号，该第二中间频率信号第一中间频率信号和与第二旋转磁场的相对于转子的旋转频率相关联的主场频率信号之间的差；以及将第二中间频率信号转换为逆变器控制信号，以引导逆变器改变主场交流电力信号来加速或减慢第二旋转磁场相对于转子的磁场的旋转。

项19：根据项18所述的方法，其中，将第一中间频率信号经由控制信号耦合器从定子传递到转子，控制信号耦合器包括附接到定子的至少一个第一通信盘以及附接到转子的至少一个第二通信盘。

项20：根据项18所述的方法，其中，生成第二旋转磁场还包括确定第一中间频率信号的符号，以及生成第二逆变器控制信号，以引导逆变器使得第二旋转磁场沿着与中间信号的符号相对应的方向相对于转子进行旋转。

项21：根据项18所述的方法，还包括：从发电机控制单元接收参考电压信号；生成中间电压信号，该中间电压信号是参考电压信号和与交流电力信号相关联的电压信号之间的差；以及将中间电压信号转换为逆变器控制信号，以引导逆变器改变主场交流电力信号来增大或减小第二旋转磁场的幅值。

项22：一种交流发电机转子装置，包括：磁场源，配置为在转子旋转时生成第一旋转磁场，其中，第一旋转磁场的旋转被频率取决于转子的旋转频率；以及主转子绕组，被配置为在转子旋转时生成第二旋转磁场，其中，第二旋转磁场的旋转频率与转子的旋转频率无关。

项23：根据项22所述的装置，还包括：功率变压器绕组，被配置为接收高频交流电力信号；整流器，被配置为将高频交流电力信号转换为直流(直流)功率信号；以及逆变器，被配置为将直流电力信号转换为主场交流电力信号，其中，利用主场交流电力信号驱动主转子绕组。

虽然本文中已经详细地示出并且描述了各种实施方式，但是本申请不限于此并且将被理解为包括对于本领域技术人员显而易见的所有这种改变和变形。