[发明专利]永磁式发电机及使用它的风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及用作风力、水力等低速型发电 机的发电机。

背景技术

在风力发电时，通过使桨叶的转动动作传递至发电机的转轴使转动 能转换为电能。发电机的输出或者与系统电力连接，或者存储在电池中 并在必要时用作电力。由于产生的电力取决于发电机的规格，因此需要 选择发电机，以满足电力发电设备的需要。

存在几种类型的发电机，例如，包括使用线圈的类型、使用永磁体 作为场磁体的类型，或者根据其结构，定子围绕在圆柱形转子外部的径 向型、定子沿轴向面对圆盘状转子的轴向型等等。每种类型都有自己的 优点和缺点，但是在注重发电效率的场合，则使用永磁体用作场磁体的 发电机类型，因为与具有相同物理尺寸的线圈场磁体类型相比，可以产 生更强的磁场、增加与电枢线圈连接的磁通量并提高感应电压。

由于发电量主要取决于发电机的效率，因此要求具有更高效率的发 电机。具体而言，在风力发电时，发电机在使用时转速不超过几百转每 分钟，比其它发电形式低很多。由于发电电压与发电机的转速成比例， 因此如果采用其它发电方法的发电机在未作额外改变的情况下用作风力 发电机，那么发电电压会下降。因此，为了提高发电电压，电荷泵电路 是必要的，从而导致成本增加。还可以通过提高转速来提高电压。尽管 还可以通过在桨叶轴和发电机的转轴之间设置加速齿轮来提高电压，然 而这种方法是不可取的，因为齿轮可能会导致转矩损耗，并且可能成为 噪声产生、设备可靠性降低的因素以及成本增加的重要因素。

此外，发电电压与场磁体的磁极数成比例。尽管为了增加磁极数， 可以增加转子的线圈或磁体的数量，但是因为每个线圈或磁体必须很小 而使场磁体的磁场可能变弱。因此，一种选择是可以增大转子直径，通 过增加相同尺寸的线圈或磁体的数量来增加磁极，从而保持场磁体的磁 场不会减弱。这种方法是可实现的，然而，增大发电机的转子直径意味 着使发电机的整体直径更大，由于下面的原因，这在风力发电中是不可 取的。

尽管存在两种类型的风轮机，即转动轴垂直于风向的垂直轴型和转 动轴平行于风向的水平轴型，然而水平轴型因其在高风速下的高效率而 通常被使用。在水平轴型中，与桨叶中央处的转轴直接连接的发电机的 尺寸对桨叶的受风能力有影响。也就是说，如图11的风力发电机所示， 随着容纳发电机62的发电机舱61的增大，桨叶的受风面积减小，且桨 叶的转动力下降。换句话说，随着发电机变大，风力发电效率降低。 JP2002-153036A披露了一种用于风力发电的无芯发电机。这种发电机在 发电机的外径变大的情况下会大大减小受风面积。

专利文献1：JP2002-153036A

专利文献2：JP2003-348805A

发明内容

技术问题

本发明可以提供一种适用于诸如风力发电设备等发电设备的发电 机。它不是防止桨叶受风的大型发电机，而是能够在不妨碍受风的情况 下提高发电电压的发电机。

技术方案

根据本发明，提供一种永磁式发电机，其包括：发电机轴；与所述 发电机轴连接的至少三级转子，具有附着有永磁体的盘状结构，其中每 级转子沿所述发电机轴的长度方向设置；以及定子，具有带有缠绕铜线 的定子线圈的盘状结构，所述定子设置在由所述转子形成的至少两个间 隙中，并与所述发电机轴隔开；其中总数不少于五级的所述转子和所述 定子沿所述发电机轴的长度方向交替设置。

在本发明的优选实施例中，所述转子和所述定子呈圆盘状；附着到 各转子上的所述永磁体以不少于4个磁极沿转子圆周方向彼此等间隔地 设置；所述定子线圈以在所述定子内不少于3个磁极沿定子圆周方向彼 此等间隔地设置。

在本发明的另一优选实施例中，所述定子线圈在单相时串联连接或 者在三相时串联连接。

在本发明的另一优选实施例中，在所述至少三级转子中，位于两端 处的转子具有附着到由磁性材料制成的盘状磁轭面对所述定子那侧上的 永磁体。从所述磁极产生的磁通量可以回流至所述磁轭，由此减少从两 端处的所述转子漏磁。

在本发明的另一优选实施例中，可以通过将永磁体附着到由非磁性 材料制成的磁轭上得到端部转子之外的转子。

此外，根据本发明，可以提供一种通过将桨叶安装在上述永磁式发 电机的轴上得到的风力发电机。

技术效果