[发明专利]发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，尤其是一种配置为使用诸如水力或风力之类的自 然能量来产生电力的发电机。

背景技术

当旋转型发电机用于水力发电和风力发电时，需要发电机不仅实现高输出 和高效率还要实现低成本、小尺寸(节约空间)、低齿槽转矩(coggingtorque) 等。

作为减小齿槽转矩和转矩脉动的示例性结构，在转子或定子中设置斜槽 (skew)。在专利文献1(日本专利特许公开No.2000-354341)中，转子设置 有斜槽并优化了斜槽的形状，由此实现改进的启动、降低的齿槽转矩以及改进 的生产率。

此外，在专利文献2(日本专利特许公开No.2009-201278)中，定子设置 有斜槽以实现发电的波形接近正弦波的形式，且这最终意味着齿槽转矩和转矩 脉动的同样平滑。通过为槽设计绕组的形式，实现发电的波形处于正弦波的形 式并且减少了制造此定子的步骤数量。

另一方面，作为进一步减小齿槽转矩的技术，可提及一种无芯结构。对于 此无芯结构，构造定子仅具有线圈而不提供插入此线圈的铁芯。这实际上提供 了0齿槽转矩。在旋转期间，齿槽转矩将导致振动和噪声，因此在无芯结构的 情况中，不用关心这种振动和噪声。在专利文献3(日本专利特许公开No. 2000-287426)中，用于风力发电的发电机设置有一种结构，该结构使得无芯线 圈夹在轴向上两侧的永磁体之间，由此实现磁场中的磁通量增加。此外，在专 利文献4(日本专利特许公开No.2008-187872)中，在轴向上层叠多个结构以 改进发电机的输出。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特许公开No.2000-354341

专利文献2：日本专利特许公开No.2009-201278

专利文献3：日本专利特许公开No.2000-287426

专利文献4：日本专利特许公开No.2008-187872

发明内容

技术问题

如在水力发电或风力发电中从自然能量源提供输入的情况下，需要实现追 随输入的波动而不浪费的发电能力。在水力发电的情况中，很可能一整天获得 基本上恒定的水量。另一方面，风通常间歇性地吹。如果发电机具有大的齿槽 转矩，那么在具有允许启动下一次旋转的空气流量的风的出现之前不能产生电 力。换而言之，如果小风的空气流量小于允许启动旋转的空气流量，则小风的 能量将完全浪费。如果小量的水或小空气流量的风能立即重新启动转子，那么 发电机一整天将仅暂停很短时间，由此增加了总体发电量。具体地，在微小水 力发电的情况中，在紧急或应急期间，即使当发电设备设置在具有小流动水量 的普通小水道处，也需要保证电力。

为了用这样的小水力或风力启动转子，减小发电机的齿槽转矩是有效的。 然而，在专利文献1和2的每一个中，无法使齿槽转矩足够小。

另一方面，专利文件3和4的每一个采用无芯结构，由此齿槽转矩可以为 0；然而磁场中的磁通量极大地漏失，因此导致有效地穿过线圈的磁通量的显 著降低。因此，不利地，显著地降低了发电效率。构想到通过以下方法来解决 这种问题：增加其中使用的永磁体的数量的方法；增加永磁体的磁力的方法； 增加线圈的匝数的方法；等等。然而，所有方法将导致大尺寸并增加设备的成 本。

因此，本发明具有提供拥有小齿槽转矩和高发电效率的发电机的主要目 的。

问题的解决手段

根据本发明的发电机包括：转子，包括沿旋转方向排列的多个永磁体；定 子，包括设置为面向该多个永磁体的多个线圈，该多个线圈中的每一个配置为 在该转子的旋转期间产生AC电压；以及多个磁体，分别设置在该多个线圈中， 在各个线圈的中心轴的方向上，多个磁体的每一个的长度短于多个线圈的每一 个的长度。

优选地，多个永磁体包括沿转子的旋转方向排列的第一永磁体和第二永磁 体。第一永磁体的S极导向定子，且第二永磁体的N极导向定子。

优选地，多个永磁体包括沿转子的旋转方向排列的第一永磁体到第四永磁 体。第一永磁体的S极导向定子，第二永磁体的S极导向第一永磁体，第三永 磁体的N极导向定子，以及第四永磁体的N极导向第三永磁体。