交流发电机
专利汇可以提供交流发电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种交流发 电机 (10)，具有：壳体(11)、安装于壳体(11)内的一对相对的磁端板、安装于壳体(11)内并在所述壳体内在所述一对磁端板(12，13)之间保持到位的线圈板(14)。 驱动轴 (15)位于壳体(11)内并联接至所述一对磁端板(12，13)。每个磁端板(12，13)都具有布置于其上的多个 永磁体 (17)。线圈板(14)具有嵌入其内部的多个磁线圈(未示出)，使得能从线圈板(14)的两侧见到所述磁线圈。使用中，驱动轴(15)的旋转促使磁端板(12，13)相对于线圈板(14)移动，因而在每一侧激励每个磁线圈(未示出)，导致在磁线圈中产生交流电。，下面是交流发电机专利的具体信息内容。
1.一种交流发电机，包括：壳体；一对相对的磁端板，所述磁端板安 装于所述壳体内，每个磁端板都具有多个永磁体，所述永磁体按照极性交 替的方式环状地布置在所述磁端板的面向内的平表面上，在一个相对的磁 端板上的每个磁体与另一磁端板上的相反极性的磁体对齐；线圈板，其安 装于所述一对磁端板之间，所述线圈板具有多个固定地布置于其中的磁线 圈；以及驱动轴，其或者联接至所述一对磁端板，或者联接至所述线圈板， 使得所述一对磁端板与所述线圈板之间的相对旋转在每一侧激励每个磁 线圈，从而产生交流电。
2.如权利要求1所述的交流发电机，其中，多个内部磁板安装于所述 壳体内所述一对相对的磁端板之间，每个内部磁板都具有多个永磁体，所 述永磁体按照极性交替的方式环状地布置在所述内部磁板的每个平表面 上，所述内部磁板的相对的平表面上的所述磁体与所述磁端板上的所述磁 体对齐，而且相邻的磁板上的所述对齐的磁体具有相反的极性，其中，线 圈板安装于相邻的磁板之间。
3.如权利要求1或者2所述的交流发电机，其中，所述线圈板或每个 线圈板能够连接至用于将交流电转换成直流电的整流器。
4.如权利要求3所述的交流发电机，其中，所述磁板安装用于在所述 驱动轴上旋转且所述线圈板或每个线圈板由所述壳体保持在合适的位置。
5.如权利要求3所述的交流发电机，其中，所述线圈板或每个线圈板 安装用于在所述驱动轴上旋转且所述磁板由所述壳体保持在合适的位置。
6.如权利要求5所述的交流发电机，其中，所述磁线圈能够通过安装 于所述驱动轴上的滑环连接至所述整流器或每个整流器。
7.如权利要求2至6中的任一项所述的交流发电机，其中，每个线圈 板在所述驱动轴的每单位转速产生预定的电压输出。
8.如权利要求7所述的交流发电机，其中，每个线圈板的所述磁线圈 的绕组数目决定此线圈板在所述驱动轴的每单位转速的电压输出。
9.如权利要求2至8中的任一项所述的交流发电机，其中，所述驱动 轴能以变化的速度工作。
10.如权利要求9所述的交流发电机，还包括用于测量所述驱动轴的 转速的装置。
11.如权利要求10所述的交流发电机，其中，用于测量所述驱动轴的 转速的装置为传感器。
12.如权利要求9至11中的任一项所述的交流发电机，其中，控制单 元监控来自所述线圈板的电压输出并从所述交流发电机提供恒定的电压 输出。
13.如权利要求12所述的交流发电机，其中，所述控制单元为可编程 序逻辑控制器(PLC)，所述控制单元根据所述驱动轴的转速使单独的线圈 板接入电路或者从电路断开。
14.如权利要求13所述的交流发电机，其中，当所述驱动轴的转速导 致产生的电压输出超过所需时，所述可编程序逻辑控制器使单独的线圈板 从电路断开。
15.如权利要求9至14中的任一项所述的交流发电机，其中，所述驱 动轴能够连接至风轮机。
16.如权利要求2至8中的任一项所述的交流发电机，其中，所述驱 动轴能够以恒定的速度工作。
17.如权利要求16所述的交流发电机，其中，能够产生多个预定的电 压输出，并且可编程序逻辑控制器(PLC)能够根据所需的具体电压输出 使单独的线圈板接入电路或者从电路断开。
18.如权利要求17所述的交流发电机，其中，所述驱动轴能够连接至 内燃机。
19.如权利要求13、14和17中的任一项所述的交流发电机，其中， 高阻抗泄放电阻器防止在任何未使用的或者与电路断开的线圈板中的电 压尖峰。
20.如任一项前述权利要求所述的交流发电机，其中，所述磁板由以 下材料中的任意一种构成：不锈钢、不锈钢合金、铝以及铝合金。
21.如任一项前述权利要求所述的交流发电机，其中，所述线圈板由 非导电材料构成。
22.如权利要求1所述的交流发电机，基本上如具体参考附图的图1 至5和图6至8的前述说明所述并如所述附图所示。
技术领域
本发明涉及一种交流发电机，更具体地是涉及一种用于将机械能转变 为交流电电能的永磁交流发电机。
背景技术
这种永磁交流发电机较之标准的金属芯交流发电机主要优点在于， 由于磁滞电流和漩涡电流引起的功率输出的损失减至3-4％。位于英国 Ross shire，IV 23 2RE，U.K.的Scoraig Wind Electric of Dundonnell公 司已经设计并供应上述这种永磁交流发电机用于风轮机。
然而，上述永磁交流发电机存在一个问题是它们的效率相对较低， 亦即，与输入的机械能相比输出的电能低。确定交流发电机-整流器系 统的效率n的公式为：
n＝P/Pmech×100％
其中，P为交流发电机-整流器系统实际的直流(DC)功率输出，Pmech为 交流发电机输入的机械功率。可直接测量从交流发电机-整流器系统输 出的功率——能够使用电压表测量电压输出。测量交流发电机中机械功 率的最直接的方法是测量由旋转轴传递的扭矩。这需要专门的传感器和 用于传输来自该传感器的数据的系统。基于上述公式，上述这种永磁交 流发电机具有的效率为40-60％。
由于永磁体产生固定的磁场强度以及发电机的线圈中固定的绕组 数目，上述这种永磁发电机的电压输出(电能输出)将随磁通量的变化 率而发生变化。所述磁通量的变化率与永磁体的转速成正比。因此，有 必要控制某些类型的外部电气控制的使用或者转速以保持输出电压处 于规定的水平上。由此逆向影响永磁发电机的效率。
当驱动轴的速度恒定时，上述永磁发电机也会受到限制，只能产生 一种预定的电压输出。
因而，需要一种具有改进效率的发动机，亦即，需要一种能根据输 入的机械能输出高的电能的交流发电机。
发明内容
在每一侧激励所述线圈板的所述磁线圈增加了所述线圈板的所述磁线 圈中感应产生的电压。当在每一侧激励所述磁线圈时所感应产生的总的电 压输出始终大于当仅在一侧激励所述线圈板的所述磁线圈时所感应产生 的总的电压输出，其中每种情况下所述驱动轴的速度相等。因而，在按照 本发明的交流发电机中流动的交流电的安培数大于在尺寸相似的标准永 磁交流发电机中流动的交流电的安培数。
因此，按照本发明的交流发电机的相应效率始终大于尺寸相似的标准 永磁交流发电机的效率。
在按照本发明的交流发电机的一个实施方式中，多个内部磁板安装于 所述壳体内所述一对相对的磁端板之间，每个所述内部磁板都具有多个永 磁体，所述永磁体按照极性交替的方式环状地布置在所述内部磁板的每个 平表面上，所述内部磁板的相对的平表面上的所述磁体与所述磁端板上的 所述磁体对齐，而且相邻磁板上的所述对齐的磁体具有相反的极性，其中， 线圈板安装于相邻磁板之间。
每个线圈板由相邻的磁板在每一侧激励，因而也表现出电压输出增加 的特征。如将在以下更详细地进行说明的那样，上述的所述磁板和相应的 线圈板的设置允许当所述驱动轴的速度可变时产生一个恒定的电压输出， 并且允许当所述驱动轴的速度恒定时产生多个恒定的电压输出。
此外，如上所述在所述磁端板上以及所述内部磁板上的所述永磁体的 定位意味着：在工作中，将所述磁板上的扭矩载荷减至从交流发电机获取 的载荷，亦即所需的电压输出。仅有所述磁端板经受内部扭矩载荷。所述 磁板能够具有比具有近似输出的公知交流发电机轻的构造。
上述交流发电机的设计具有很少的活动部件，没有相互摩擦或者磨损 的部件，与围绕铁芯卷绕的线圈相比较，磁线圈没有芯部，而且减小了磁 板上的扭矩载荷，这种设计将由于磁滞电流和漩涡电流引起的功率输出损 失减至几乎0％。
优选地，所述线圈板或每个线圈板能够连接至用于将交流电转换成直 流电的整流器。
现代社会中几乎所有的器具都是使用直流电而不是交流电来工作。因 此，按照本发明的交流发电机的交流电输出必须转换成直流电。
在按照本发明的交流发电机的另一实施方式中，所述各磁板安装用于 在所述驱动轴上旋转且所述线圈板或每个线圈板由所述壳体保持在合适 的位置。
所述磁板相对于所述线圈板或每个线圈板的旋转对于在所述磁线圈中 感应产生电压最为有效；当在每一侧激励所述磁线圈时所感应产生的电压 始终大于当仅在一侧激励所述线圈板的所述磁线圈时所感应产生的电压。
在按照本发明的交流发电机的另一实施方式中，所述线圈板或每个线 圈板安装用于在所述驱动轴上旋转且所述磁板由所述壳体保持在合适的 位置。
所述线圈板或每个线圈板相对于所述磁板的旋转对于在所述磁线圈中 感应产生电压也是有效的；当在每一侧激励所述磁线圈时所感应产生的电 压始终大于当仅在一侧激励所述线圈板的所述磁线圈时所感应产生的电 压。
优选地，所述磁线圈能够通过安装于所述驱动轴上的滑环连接至所述 整流器或每个整流器。
在所述旋转的线圈板或每个旋转的线圈板中产生的交流电由滑环 传送至所述整流器或每个整流器。
在按照本发明的交流发电机的另一实施方式中，每个线圈板在所述驱 动轴的每单位转速产生预定的电压输出。
优选地，每个线圈板的所述磁线圈的绕组数目决定此线圈板在所述驱 动轴的每单位转速的电压输出。
每个单独的线圈板的所述磁线圈能够卷绕为使得每个线圈板在所述驱 动轴的每单位转速产生不同的电压输出。这就允许当所述驱动轴的速度可 变时产生一个恒定的电压输出，且允许当所述驱动轴的速度恒定时产生多 个恒定的电压输出。
在按照本发明的交流发电机的另一实施方式中，所述驱动轴能以变化 的速度工作。
优选地，所述交流发电机还包括用于测量所述驱动轴的转速的装置。
进一步优选地，用于测量所述驱动轴的转速的装置为传感器。
仍旧进一步优选地，控制单元监控来自所述线圈板的电压输出并从所 述交流发电机提供恒定的电压输出。
最优选地，所述控制单元为可编程序逻辑控制器(PLC)，其根据所述 驱动轴的转速使单独的线圈板接入电路或者从电路断开。
将每个单独的线圈板的所述磁线圈卷绕为使得每个线圈板在所述驱动 轴的每单位转速产生不同的电压输出。所述PLC监控所述驱动轴的转速， 并因此监控所述交流发电机的电压输出——所述驱动轴的转速与所述交 流发电机的电压输出彼此直接关联。所述PLC识别出具有对应驱动轴的每 单位转速的相应的电压输出的第一线圈板并将该第一线圈板接入电路。随 着所述驱动轴的转速变化，所述PLC将所述第一线圈板从电路断开，识别 出具有对应驱动轴的每单位转速的相应的电压输出的第二线圈板并将该 第二线圈板接入电路。根据所述驱动轴的速度将单独的线圈板接入电路或 者从电路断开的过程允许当所述驱动轴的速度可变时产生一个恒定的电 压输出。
在一个实施方式中，当所述驱动轴的转速导致产生超过所需的电压输 出时，所述PLC使单独的线圈板从电路断开。
所述PLC监控所述驱动轴的转速并因此监控所述交流发电机的电压 输出。如果所述交流发电机的电压输出超过所需的电压输出，则所述PLC 使单独的线圈板从电路断开，以便防止从所述交流发电机获取电流的任何 器具中的电压尖峰。
在按照本发明的交流发电机的另一实施方式中，所述驱动轴能够连接 至风轮机。
在按照本发明的交流发电机的又一实施方式中，所述驱动轴能够以恒 定的速度工作。
优选地，能够产生多个预定的电压输出，并且可编程序逻辑控制器 (PLC)能够根据所需的具体电压输出来使单独的线圈板接入电路或者从 电路断开。
所述驱动轴的转速是恒定的且每个单独的线圈板的所述磁线圈卷绕为 使得每个线圈板在所述驱动轴的每单位转速产生不同的电压输出。所述 PLC识别具有与所需具体电压输出相关的驱动轴的每单位转速的电压输 出的所述线圈板，并使这些线圈板接入电路。这允许在所述驱动轴的速度 恒定时产生多个恒定的电压输出。
在另一实施方式中，所述驱动轴能够连接至内燃机。
在按照本发明的交流发电机的又一实施方式中，高阻抗泄放电阻器防 止在任何未使用的或者与电路断开的线圈板中的电压尖峰。
优选地，所述磁板由以下材料中的任意一种构成：不锈钢、不锈钢合 金、铝以及铝合金。
优选地，所述线圈板由诸如玻璃纤维这样的非导电材料构成。
附图说明
图1为按照本发明的交流发电机的第一实施方式的截面的侧视图；
图2为图1的交流发电机的磁端板的端视图；
图3为图1的交流发电机的线圈板的端视图；
图4为图1的交流发电机的隔离器的端视图；
图5为图1的交流发电机的处于原始位置上的线圈板、磁端板和隔离 器的端视图；
图6为按照本发明的交流发电机的第二实施方式的截面的侧视图；
图7为表示图6的实施方式的示出使用中的磁板上的力的示意图；以 及
图8为表示图6的交流发电机的电路的示意图。
具体实施方式
参考图1，图中示出总体上表示为10的按照本发明的交流发电机， 所述交流发电机包括：壳体11；一对相对的磁端板12、13，其安装于所 述壳体11内；线圈板14，其安装于壳体11内并在壳体内在所述一对磁端 板12、13之间被保持到位。驱动轴15定位在所述壳体11内并联接至所述 一对磁端板12、13。驱动轴15上的隔离器16使所述一对磁端板12、13 之间保持设定的距离。
每个磁端板12、13都具有布置于其上的多个永磁体17。在相对的磁 端板12上的每个磁体17都与另一磁端板13上的相反极性的磁体17对齐。
参考图2，图中更详细地示出了磁端板12。所述多个永磁体17按照极 性交替的方式环状地布置在磁端板12的面向内的平表面18上。中心孔19 具有设置于其中的定位槽20，所述槽20与沿轴15轴向安装的互补隆起(未 示出)相互配合以使所述两个磁板相互对齐。表面18上的一组螺栓孔21 利于将所述磁端板12、13用螺栓连接在一起。
除了所述磁体的极性相反之外，磁端板13具有与磁端板12相同的特 征。
参考图3，图中更详细地示出了线圈板14。线圈板14具有等距间隔并 嵌入线圈板14内的多个磁线圈22，使得能够从两侧见到每个磁线圈22。 磁线圈22连接至用于在使用中将交流电转换成直流电的整流器(未示出)。 围绕线圈板14的外部边缘定位的一组保持孔23适于容纳用于将线圈板14 保持于壳体11(图1)内的合适位置的保持螺栓(未示出)。
参考图4，图中更详细的示出了隔离器16。中心定位的孔25能适用于 容置轴15且包括与磁端板12中的槽20相似的定位槽26。
使用中，磁端板12、13相对于线圈板14的旋转在每一侧激励每个 磁线圈22，从而在磁线圈22内产生交流电。显而易见，当在每一侧激 励磁线圈19时所产生的总的电压输出大于如果仅在一侧激励线圈板14的 磁线圈19而将产生的总的电压输出，其中每种情况下驱动轴15的速度相 等。
因此，交流发电机10的效率始终大于尺寸相似的标准永磁交流发 电机的效率。
参考图5，图中能更详细地见到磁端板12、线圈板14和隔离器16 的设置。每个磁线圈22按照大体上梯形的形状卷绕在开口芯27的周围， 通过所述开口芯27能够看见磁端板12上的磁体17。所述线圈板14环 绕驱动轴15和隔离器16，所述驱动轴15和隔离器16在线圈板14的中 心开口28内自由地回转。
参考图6，图中示出总体上表示为30的按照本发明的交流发电机的第 二实施方式，其中，与第一实施方式的部件相同的部件用相同的参考数字 表示。多个内部磁板31安装于壳体11内所述一对相对的磁端板12、13 之间的驱动轴15上。线圈板14安装于相邻的磁板12、13与31之间。
每个内部磁板31具有多个永磁体17，所述永磁体17按照极性交替的 方式环状地布置在内部磁板31的每个平表面32上。内部磁板31的相对的 平表面32上的磁体17与磁端板12、13上的磁体17对齐，并且相邻的磁 板12、13和31上的对齐的磁体17具有相反的极性。
交流发电机30的每个单独的线圈板14的所述磁线圈(未示出)都卷 绕成使得每个线圈板14在驱动轴15的每单位转速产生不同的电压输出。
参考图7，磁端板12、13以及内部磁板31上的永磁体17的设置意味 着：在运行中，将内部磁板31上的扭矩载荷减至从交流发电机30获取的 载荷。仅有磁端板12、13经受内部扭矩载荷。
参考图8，交流发电机30的每个线圈板14连接至用于将交流电转换 成直流电的整流器32。交流发电机30还包括传感器34和PLC(可编程 序逻辑控制器)35。传感器34测量所述驱动轴(未示出)的转速且还测量 由所述旋转的驱动轴(未示出)传递的扭矩。将线圈板14中的至少一个通 过模拟输入(未示出)连接至PLC 35，从而PLC 35监控从线圈板14输 出的电压。由传感器34收集的数据传输至PLC 35。PLC 35根据驱动轴 15的转速使单独的线圈板14接入电路或者从电路断开。
使用中，当所述驱动轴(未示出)能以变化的速度工作时，PLC 35监 控驱动轴15的转速，因而监控交流发电机30的电压输出——所述驱动轴 的转速与交流发电机30的电压输出彼此直接关联。PLC35识别出具有对 应驱动轴的每单位转速的相应的电压输出的多个线圈板14的第一线圈板 36并将该第一线圈板36接入电路。随着所述驱动轴的转速变化，PLC 35 将第一线圈板36从电路断开，识别出具有目前对应驱动轴的每单位转速的 相应的电压输出的第二线圈板37并将该第二线圈板37接入电路。响应于 所述驱动轴的转速的变化以及从交流发电机30输出的总电压的相应变化， 将单独的线圈板连续地接入电路以及从电路断开。产生一恒定的电压输 出。
当所述驱动轴的转速导致产生的电压输出超过所需时，PLC 35使单 独的线圈板14从电路断开，从而防止从交流发电机30获取电流的任何负 载44中的电压尖峰。
总体上参考图6至图8，交流发电机30被设置用于在60至240r.p.m. (转/分)之间变化的驱动轴15的速度范围内输送12伏特电压。交流发电 机30具有安装于壳体11内一对相对的磁端板12、13之间的七个内部磁板 31。八个线圈板36至43安装于相邻的磁板12、13与31之间。
使用中，线圈板36至39由PLC 35单独地接入电路以及从电路断开。 线圈板40与41以及线圈板42与43成对地接入电路以及从电路断开。
因此，在240r.p.m.的速度差范围内能够接合六种不同的线圈板/线圈 板组合14。每个线圈板/线圈板组合14在40r.p.m.(240/6＝40r.p.m.)的范围 内工作。
从交流发电机30获取电流的负载44为12伏电池。因此，要求来自交 流发电机30系统的电压输出为12伏。
线圈板36在60至100r.p.m.的范围内工作。为了产生12伏电压，将 线圈板36的磁线圈卷绕为使得在驱动轴15的每单位转速产生0.2伏电压。
在60r.p.m.×0.2伏＝12伏
在100r.p.m.×0.2伏＝20伏
电压差＝8伏
线圈板37在100至140r.p.m.的范围中工作。为产生12伏电压，将线 圈板37的磁线圈卷绕为使得在驱动轴15的每单位转速产生0.12伏电压。
在100r.p.m.×0.12伏＝12伏
在140r.p.m.×0.2伏＝16.8伏
电压差＝4.8伏
线圈板38在140至180r.p.m.的范围中工作。为产生12伏电压，将线 圈板38的磁线圈卷绕为使得在驱动轴15的每单位转速产生0.086伏电压。
在140r.p.m.×0.086伏＝12伏
在180r.p.m.×0.086伏＝15.48伏
电压差＝3.48伏
线圈板39在180至220r.p.m.的范围中工作。为产生12伏电压，将线 圈板39的磁线圈卷绕为使得在驱动轴15的每单位转速产生0.067伏电压。
在180r.p.m.×0.067伏＝12伏
在220r.p.m.×0.067伏＝14.74伏
电压差＝2.74伏
线圈板40与41在220至260r.p.m.的范围中工作。为产生12伏电压， 将线圈板40与41的磁线圈卷绕为使得在驱动轴15的每单位转速共同产生 0.055伏电压。
在220r.p.m.×0.055伏＝12.1伏
在260r.p.m.×0.055伏＝14.3伏
电压差＝2.2伏
线圈板42与43在260至300r.p.m.的范围中工作。为产生12伏电压， 将线圈板42与43的磁线圈卷绕为使得在驱动轴15的每单位转速共同产生 0.046伏电压。
在260r.p.m.×0.046伏＝12伏
在300r.p.m.×0.046伏＝13.8伏
电压差＝1.8伏
驱动轴15的速度一达到60r.p.m.，PLC35就使线圈板36接入电路。 线圈板36将在60至100r.p.m.的范围中连续工作。能够获得的最大的电压 差为8伏。由电压调节器(未示出)将过量的电压输出向下调节至12伏。
所述驱动轴的速度一达到100r.p.m.，PLC35就使线圈板36从电路断 开并使线圈板37接入电路。线圈板37在100至140r.p.m.的范围中工作。 能够获得的最大的电压差为4.8伏。再次由所述电压调节器将过量的电压 输出向下调节至12伏。
随着所述驱动轴的速度接近300r.p.m.，持续使线圈板14接入电路和 从电路断开的过程。
当驱动轴的速度为60r.p.m.时，按照现有技术的永磁交流发电机也能 被设计用于产生12伏电压。然而，当驱动轴的速度为300r.p.m.时，相同 的永磁交流发电机将会产生60伏电压。将60伏电压向下调节至所需的12 伏是困难的。相反，随着驱动轴15的速度增加，交流发电机30中产生的 过量的电压输出变得越来越小，因此，使得能够容易得多地将过量的电压 输出向下调节至所需的电压输出。
当每个单独的线圈板14处于电路中时，当驱动轴15的转速导致产生 超过容许的最小电压输出，在这种情况下为12伏，的余量的时候，PLC 35 使单独的线圈板14从电路断开。这防止了从所述交流发电机获取电流的任 何器具中的电压尖峰。
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