本發(fā)明專利技術(shù)提供一種發(fā)電機，當(dāng)用在諸如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等發(fā)電設(shè)備時，其體積不大，且不會妨礙風(fēng)輪機受風(fēng)；相反，可以在不妨礙受風(fēng)的情況下提高發(fā)電電壓。本發(fā)明專利技術(shù)提供一種永磁式發(fā)電機，其包括：發(fā)電機軸；與該發(fā)電機軸連接的至少三級轉(zhuǎn)子，具有附著有永磁體的多個盤狀結(jié)構(gòu)，其中每個轉(zhuǎn)子沿該發(fā)電機軸的長度方向設(shè)置；以及具有帶有纏繞銅線的定子線圈的盤狀結(jié)構(gòu)的定子，該定子設(shè)置在由該轉(zhuǎn)子形成的至少兩個間隙中，并與該發(fā)電機軸等距隔開。總數(shù)不少于五級的該轉(zhuǎn)子和該定子沿該發(fā)電機軸的長度方向交替設(shè)置。此外，還提供通過將槳葉安裝在這種永磁式發(fā)電機的軸上得到的風(fēng)力發(fā)電機。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請是申請日為2008年02月29日、專利技術(shù)名稱為“永磁式發(fā)電機及使用它的風(fēng)力發(fā)電機”的申請?zhí)枮?00880009137.6(國際申請?zhí)枮镻CT/JP2008/053673)的專利申請的分案申請。
本專利技術(shù)涉及一種發(fā)電機，特別是涉及用作風(fēng)力、水力等低速型發(fā)電機的發(fā)電機。
技術(shù)介紹
在風(fēng)力發(fā)電時，通過使槳葉的轉(zhuǎn)動動作傳遞至發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸使轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機的輸出或者與系統(tǒng)電力連接，或者存儲在電池中并在必要時用作電力。由于產(chǎn)生的電力取決于發(fā)電機的規(guī)格，因此需要選擇發(fā)電機，以滿足電力發(fā)電設(shè)備的需要。存在幾種類型的發(fā)電機，例如，包括使用線圈的類型、使用永磁體作為場磁體的類型，或者根據(jù)其結(jié)構(gòu)，定子圍繞在圓柱形轉(zhuǎn)子外部的徑向型、定子沿軸向面對圓盤狀轉(zhuǎn)子的軸向型等等。每種類型都有自己的優(yōu)點和缺點，但是在注重發(fā)電效率的場合，則使用永磁體用作場磁體的發(fā)電機類型，因為與具有相同物理尺寸的線圈場磁體類型相比，可以產(chǎn)生更強的磁場、增加與電樞線圈連接的磁通量并提高感應(yīng)電壓。由于發(fā)電量主要取決于發(fā)電機的效率，因此要求具有更高效率的發(fā)電機。具體而言，在風(fēng)力發(fā)電時，發(fā)電機在使用時轉(zhuǎn)速不超過幾百轉(zhuǎn)每分鐘，比其它發(fā)電形式低很多。由于發(fā)電電壓與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速成比例，因此如果采用其它發(fā)電方法的發(fā)電機在未作額外改變的情況下用作風(fēng)力發(fā)電機，那么發(fā)電電壓會下降。因此，為了提高發(fā)電電壓，電荷泵電路是必要的，從而導(dǎo)致成本增加。還可以通過提高轉(zhuǎn)速來提高電壓。盡管還可以通過在槳葉軸和發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置加速齒輪來提高電壓，然而這種方法是不可取的，因為齒輪可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩?fù)p耗，并且可能成為噪聲產(chǎn)生、設(shè)備可靠性降低的因素以及成本增加的重要因素。此外，發(fā)電電壓與場磁體的磁極數(shù)成比例。盡管為了增加磁極數(shù)，可以增加轉(zhuǎn)子的線圈或磁體的數(shù)量，但是因為每個線圈或磁體必須很小而使場磁體的磁場可能變?nèi)酢Ｒ虼耍环N選擇是可以增大轉(zhuǎn)子直徑，通過增加相同尺寸的線圈或磁體的數(shù)量來增加磁極，從而保持場磁體的磁場不會減弱。這種方法是可實現(xiàn)的，然而，增大發(fā)電機的轉(zhuǎn)子直徑意味著使發(fā)電機的整體直徑更大，由于下面的原因，這在風(fēng)力發(fā)電中是不可取的。盡管存在兩種類型的風(fēng)輪機，即轉(zhuǎn)動軸垂直于風(fēng)向的垂直軸型和轉(zhuǎn)動軸平行于風(fēng)向的水平軸型，然而水平軸型因其在高風(fēng)速下的高效率而通常被使用。在水平軸型中，與槳葉中央處的轉(zhuǎn)軸直接連接的發(fā)電機的尺寸對槳葉的受風(fēng)能力有影響。也就是說，如圖11的風(fēng)力發(fā)電機所示，隨著容納發(fā)電機62的發(fā)電機艙61的增大，槳葉的受風(fēng)面積減小，且槳葉的轉(zhuǎn)動力下降。換句話說，隨著發(fā)電機變大，風(fēng)力發(fā)電效率降低。JP2002-153036A披露了一種用于風(fēng)力發(fā)電的無芯發(fā)電機。這種發(fā)電機在發(fā)電機的外徑變大的情況下會大大減小受風(fēng)面積。專利文獻(xiàn)1：JP2002-153036A專利文獻(xiàn)2：JP2003-348805A
技術(shù)實現(xiàn)思路
技術(shù)問題本專利技術(shù)可以提供一種適用于諸如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機。它不是防止槳葉受風(fēng)的大型發(fā)電機，而是能夠在不妨礙受風(fēng)的情況下提高發(fā)電電壓的發(fā)電機。技術(shù)方案根據(jù)本專利技術(shù)，提供一種永磁式發(fā)電機，其包括：發(fā)電機軸；與所述發(fā)電機軸連接的至少三級轉(zhuǎn)子，具有附著有永磁體的盤狀結(jié)構(gòu)，其中每級轉(zhuǎn)子沿所述發(fā)電機軸的長度方向設(shè)置；以及定子，具有帶有纏繞銅線的定子線圈的盤狀結(jié)構(gòu)，所述定子設(shè)置在由所述轉(zhuǎn)子形成的至少兩個間隙中，并與所述發(fā)電機軸隔開；其中總數(shù)不少于五級的所述轉(zhuǎn)子和所述定子沿所述發(fā)電機軸的長度方向交替設(shè)置。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施例中，所述轉(zhuǎn)子和所述定子呈圓盤狀；附著到各轉(zhuǎn)子上的所述永磁體以不少于4個磁極沿轉(zhuǎn)子圓周方向彼此等間隔地設(shè)置；所述定子線圈以在所述定子內(nèi)不少于3個磁極沿定子圓周方向彼此等間隔地設(shè)置。在本專利技術(shù)的另一優(yōu)選實施例中，所述定子線圈在單相時串聯(lián)連接或者在三相時串聯(lián)連接。在本專利技術(shù)的另一優(yōu)選實施例中，在所述至少三級轉(zhuǎn)子中，位于兩端處的轉(zhuǎn)子具有附著到由磁性材料制成的盤狀磁軛面對所述定子那側(cè)上的永磁體。從所述磁極產(chǎn)生的磁通量可以回流至所述磁軛，由此減少從兩端處的所述轉(zhuǎn)子漏磁。在本專利技術(shù)的另一優(yōu)選實施例中，可以通過將永磁體附著到由非磁性材料制成的磁軛上得到端部轉(zhuǎn)子之外的轉(zhuǎn)子。此外，根據(jù)本專利技術(shù)，可以提供一種通過將槳葉安裝在上述永磁式發(fā)電機的軸上得到的風(fēng)力發(fā)電機。技術(shù)效果本專利技術(shù)提供一種在諸如風(fēng)力和水力發(fā)電等較低轉(zhuǎn)速(具體而言，大于0rpm且不超過2000rpm，優(yōu)選大于0rpm且不超過1000rpm)下使用的發(fā)電機，其能產(chǎn)生比常規(guī)發(fā)電機高很多的電壓和更大的電力。如果本發(fā)明的發(fā)電機用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，發(fā)電電壓可在不減少受風(fēng)面積的情況下得到提高，從而能充分利用風(fēng)能，這樣能避免為增大發(fā)電機轉(zhuǎn)速而使用加速齒輪或為提高發(fā)電電壓而使用電路。此外，由于磁體的有效排列，即使使用的磁體數(shù)量較少，也可以產(chǎn)生大的磁場和較高的發(fā)電效率。可以在定子線圈中產(chǎn)生電力。在本專利技術(shù)的多級定子中，不同于常規(guī)的一級定子，定子線圈間的連接是可變化的。換句話說，當(dāng)希望獲得高電壓時，可以串聯(lián)連接所有定子，當(dāng)希望獲得低電壓大電流時，可以并聯(lián)一些或所有定子。因此，本專利技術(shù)可容易地改變發(fā)電規(guī)格。附圖說明圖1A示出從可以與槳葉等聯(lián)接的那側(cè)看到的本專利技術(shù)的發(fā)電機的例子，圖1B示出沿線a-a的剖視圖。圖2示出用于本專利技術(shù)的端部轉(zhuǎn)子的實施例。圖3示出用于本專利技術(shù)的轉(zhuǎn)子的實施例。圖4示出用于本專利技術(shù)的定子的實施例。圖5示出電動機轉(zhuǎn)速為450rpm時獲得的發(fā)電電壓波形。圖6示出定子級數(shù)和發(fā)電電壓之間的關(guān)系。圖7A示出帶有兩級轉(zhuǎn)子和一級定子的三級式情形，圖7B示出帶有三級轉(zhuǎn)子和兩級定子的五級式情形，兩種情形下磁體的總重量相同。圖8示出帶有6個線圈的定子。圖9示出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度和發(fā)電電壓之間的關(guān)系。圖10A示出沿軸的軸向看到的本專利技術(shù)的永磁式發(fā)電機，圖10B示出在沿線b-b的剖視圖上看到的磁力線的概念圖。圖11示出風(fēng)力發(fā)電機。圖12A示出沿軸的軸向看到的常規(guī)發(fā)電機。圖12B示出在沿線b-b的剖視圖上看到的磁力線的概念圖。附圖標(biāo)記說明1??????????軸?????????????????2???????殼體10,20,30,110a,110b,110c??轉(zhuǎn)子40,50?????定子????????????????11,21???永磁體12????本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種永磁式發(fā)電機，其包括：發(fā)電機軸；至少三級轉(zhuǎn)子，每級轉(zhuǎn)子與所述發(fā)電機軸連接，并具有附著有永磁體的盤狀結(jié)構(gòu)，其中每級轉(zhuǎn)子沿所述發(fā)電機軸的長度方向設(shè)置；以及定子，具有帶有纏繞銅線的定子線圈的盤狀結(jié)構(gòu)，各個所述定子設(shè)置在由所述轉(zhuǎn)子形成的至少兩個間隙中，并與所述發(fā)電機軸隔開，其中，總數(shù)不少于五級的所述轉(zhuǎn)子和所述定子沿所述發(fā)電機軸的長度方向交替設(shè)置，所述定子線圈在單相時串聯(lián)連接或者在三相時串聯(lián)連接，通過用非磁性材料框架固定永磁體得到位于兩端處的所述轉(zhuǎn)子之外的轉(zhuǎn)子，以及位于兩端處的每個所述轉(zhuǎn)子在面對所述定子的那側(cè)具有附著到盤狀磁軛上的永磁體，所述磁軛含有磁性材料，使得從所述磁極產(chǎn)生的磁通量可以通過所述盤狀磁軛流動，由此減少從兩端處的所述轉(zhuǎn)子漏磁。
【技術(shù)特征摘要】
2007.03.23 JP 2007-076031;2007.11.13 JP 2007-294091.一種永磁式發(fā)電機，其包括：
發(fā)電機軸；
至少三級轉(zhuǎn)子，每級轉(zhuǎn)子與所述發(fā)電機軸連接，并具有附著有永磁
體的盤狀結(jié)構(gòu)，其中每級轉(zhuǎn)子沿所述發(fā)電機軸的長度方向設(shè)置；以及
定子，具有帶有纏繞銅線的定子線圈的盤狀結(jié)構(gòu)，各個所述定子設(shè)
置在由所述轉(zhuǎn)子形成的至少兩個間隙中，并與所述發(fā)電機軸隔開，
其中，總數(shù)不少于五級的所述轉(zhuǎn)子和所述定子沿所述發(fā)電機軸的長
度方向交替設(shè)置，
所述定子線圈在單相時串聯(lián)連接或者在三相時串聯(lián)連接，
通過用非磁性材料框架固定永磁體得到位于兩端處的所述轉(zhuǎn)子之外
的轉(zhuǎn)子...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：美濃輪武久，小林秀樹，宮田浩二，
申請(專利權(quán))人：信越化學(xué)工業(yè)株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP
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