[发明专利]由流体流驱动的发电机装置

说明书

技术领域

本发明涉及能够由流体流驱动的发电机装置，特别是(尽管并不 排他)涉及风力涡轮。

发明内容

本发明的目的是制造一种发电机装置，它有简单、轻质的结构， 并有减小的尺寸和较高效率。

为了实现该目的，本发明的主题是一种发电机装置，它包括面板， 该面板有一个或多个发电机，各发电机包括发电电机，该发电电机包 括定子和转子，其中，用作感应器的转子为环形状，该环有沿其周边 分布的磁极，并具有中心部分，该中心部分有一个或多个风扇叶片， 并且，该定子为环形状，该环包围转子并带有绕组，当通过流体流驱 动所述风扇而使得转子旋转时，该绕组能够与由所述磁极产生的磁场 耦合，并且，由定子通过磁支承装置而旋转支承该转子。

在第一结构中，转子有中心开口，该中心开口只由一个或多个风 扇叶片占据，这些风扇叶片由方向平行于转子轴线的流体流来驱动。 在第二结构中，转子有从转子和定子本体沿轴向凸出的风扇，该风扇 将由基本垂直于转子轴线的流体流来驱动。在这两种结构中，由流体 流冲击的风扇使得转子旋转，该转子布置成基本与定子共面，并处于 该定子内侧。使用无接触的磁支承装置能够使旋转阻力减至最小，从 而即使当冲击各风扇的流体速度相对较低时也能够使转子相对高速地 旋转。

而且，在上述第一结构中，只由风扇占据(没有转子轴)的转子 中心开口可以最高效率地供该驱动流体流通过。

在优选实施例中，转子和定子都有中间柱形部分和向外发散的两 个锥形端部部分。优选是，转子和定子的磁极和绕组预先布置在这两 个同轴的柱形部分中，而两个磁轴承预先布置成与该发散端部部分相 对应。

所述磁轴承可以为被动型，它包括由转子承载的永磁体环，该永 磁体环在由定子承载的永磁体环内部旋转。

这样一种被动型磁轴承结构(基于已知的恩绍(Earnshaw)定理) 自身并不在所有方向都稳定，它可以沿一个方向稳定(例如径向方 向)，而沿另一方向不稳定(例如轴向方向)。不过，也可以通过优 化轴承的形状、它们的倾斜度以及永磁体的主导磁化轴线的倾斜度来 减小并几乎消除使轴承进入不稳定状态的力。作为选择或者另外地， 为了克服恩绍理论的假定，各磁轴承可以包括例如由定子承载的永磁 体环，由转子承载的环(该环由顺磁材料构成，例如铝)在它内部旋 转。当两个环相对运动时，不稳定情况就消失了，因为它由陀螺效应 来补偿。因此可以采取措施来在不旋转或低速旋转的情况下保持稳 定，如后面所述。

根据一种变化形式，三个电机可以与一个单转子加定子的单元连 接，一个电机对应于定子和转子的中间柱形部分，而另外两个对应于 定子和转子的发散锥形端部部分。也可选择，多个电机可以布置在柱 形部分中，例如横向磁通类型，各电机有同极类型的单个绕组。

本发明装置的面板可以有单个相对较大的发电机(例如直径大约1 米)，或者有由微型发电机构成的矩阵，该矩阵优选是布置成多个平 行的排，或者布置成会聚或发散的排，或者以从远处看产生美观外观 的任意其它合适方式来布置，包括通过组合多个不同尺寸的小型发电 机。

这些小型发电机还可以布置在多个平面上，以便获得多级结构， 和/或相邻发电机的定子部分局部重叠(这将提供对流体的阻力)，以 便更有效地利用该可用空间以及冲击矩阵结构的流体流。

该面板可以由旋转结构支承，使其能够沿风向定向，或者可以包 括一系列子面板，各子面板能够独立定向。

对于上述第二结构(其中，风扇从发电机本体伸出，并由垂直于 转子轴线的流体流来驱动)，能进行这样的定向并不重要，不过在任 意情况下都不排斥该定向。

本发明各种实施例的其它优选特征将在所附权利要求中说明。

附图说明

下面将参考附图介绍本发明的一些优选实施例，这些实施例作为 非限定目的的简单示例，附图中：

图1是本发明上述第一结构的发电机的面板的透视图，其中，各个 发电机由沿基本平行于转子轴线方向的流体流进行冲击；

图2是图1中的面板的小型发电机部分的透视图；

图3是图2中的小型发电机的前视图；

图4是沿图3的线IV-IV的剖视图；

图5是根据本发明的上述第一结构的小型发电机的剖视图；