專利名稱：一種帶c形定子鐵心的開關磁阻發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電機，更具體地說，涉及ー種帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機。
背景技術：
電能是現代社會最主要的能源之一。發電機是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備。發電機的形式很多，包括直流發電機、永久磁鐵發電機、異步發電機、雙饋發電機等等。但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以產生電磁功率,達到能量轉換的目的。
發電機通常由定子、轉子、端蓋及軸承等部件構成，定子由定子鐵心、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結構件組成。轉子由轉子鐵心(或磁極)、繞組、護環、中心環、滑環、風扇及轉軸等部件構成。由軸承及端蓋將發電機的定子、轉子連接組裝起來，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生感應電動勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產生感應電流。但是，上述各種發電機都很難在低速環境下輸出較大功率，且結構都很復雜，不利于操作和控制。
發明內容
本發明要解決的技術問題在干，針對現有技術的上述缺陷，提供ー種帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造ー種帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機，包括機座，所述機座上設置有多個定子和轉子，所述機座包括用于固定所述轉子的旋轉部和用于固定所述定子的固定部，其中，所述定子包括C形定子鐵心，所述C形定子鐵心上設置有線圈，在所述C形定子鐵心開ロ的兩端為定子極，所述轉子包括轉子極，多個所述轉子可在外力作用下依次相對每個定子的所述定子極同時做直線和旋轉運動、使得磁路的磁阻發生變化并在所述線圈中產生感應電動勢。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述旋轉部包括軸承和以所述軸承為中心向外發射出的多個長度相等的輻條，多個所述轉子分別設置在每個所述輻條的端部；所述固定部包括設置在所述旋轉部外圍的環形框，多個所述定子設置在所述環形框內側面上。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述旋轉部包括軸承和連接在所述軸承上的環形框，多個所述轉子分別設置在所述環形框的內側面上；所述固定部包括設置在所述環形框內的中心軸和從所述中心軸向外發射出的多個長度相等、且固定不動的輻條，多個所述定子分別設置在每個所述輻條的端部。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述定子設置在所述機座的外部，所述轉子設置在所述機座的內部，每個所述定子包括一個所述C形定子鐵心。
本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述定子設置在所述機座的外部，所述轉子設置在所述機座的內部，每個所述定子包括兩個所述C形定子鐵心。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述定子設置在所述機座的內部，所述轉子設置在所述機座的外部，每個所述定子包括一個所述C形定子鐵心。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述定子設置在所述機座的內部，所述轉子設置在所述機座的外部，每個所述定子包括兩個所述C形定子鐵心。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述機座上設置有N個所述定子和K個所述轉子；其中，所述N和K為不相等大于等于2的整數。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述開關磁阻發電機還包括連接所述線圈的相變換器電路，所述相變換器電路包括串聯后連接在直流電源兩端的第一器件和第二器件，以及串聯后連接在直流電源兩端的第三器件和第四器件，所述線圈連接在所述第一器 件與所述第二器件的連接點、和所述第三器件與所述第四器件的連接點之間；其中，在電動階段，所述第一器件和所述第四器件導通，所述第二器件和所述第三器件截止；在保持階段，所述第二器件和所述第四器件導通，所述第一器件和所述第三器件截止；在發電階段，所述第二器件和所述第三器件導通，所述第一器件和所述第四器件截止。本發明所述的開關磁阻發電機，其中，所述開關磁阻發電機還包括控制系統，所述控制系統包括連接直流電源的控制器，所述控制器與所述線圈連接、以在電動階段將所述C形定子鐵心磁化；所述控制器與所述旋轉部連接、以驅動所述旋轉部帶動所述轉子轉動；所述控制系統還包括用于檢測所述轉子位置的位置傳感器，所述位置傳感器與所述控制器連接、以將所述轉子位置信號發送給所述控制器。本發明的有益效果在于通過采用C形定子鐵心，且在機座上設置多個定子和轉子，使得轉子可同時相對定子做直線和旋轉運動，其轉子較小，比較容易被驅動，適合用于低速運轉發電的情況，例如風カ發電，且整體結構簡單可靠控制靈活，制造成本低，易于實施。多個轉子可在外力驅動下相對定子作直線運動切割磁力線的同時，還能相對定子轉動，依次切割多個定子的磁力線，使得多個線圈中均能產生感應電動勢，提升發電效率。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進ー步說明，附圖中圖Ia是本發明較佳實施例的帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機主要部分結構示意圖；圖Ib是圖Ia中帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機中定子、轉子位置分布示意圖；圖2a是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子結構示意圖ー；圖2b是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子結構示意圖ニ ；圖2c是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子結構示意圖三；圖3是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子、轉子結構示意圖ー；圖4是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子、轉子結構示意圖ニ ；
圖5是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子、轉子結構示意圖三；
圖6是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子、轉子結構示意圖四；圖7是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機中理想相電感曲線示意圖；圖8是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子、轉子位置(最大相電感)關系不意圖ー；圖9是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的定子、轉子位置(最小相電感)關系不意圖~■;圖10是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的相變換器電路示意圖；圖Ila是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的相變換器電路電動狀態示意圖；圖Ilb是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的相變換器電路保持狀態示意圖；圖Ilc是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的相變換器電路發電狀態示意圖；圖12是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的相變換器電路在各個階段相電感、相電流和相電壓的變化曲線；圖13是本發明較佳實施例的開關磁阻發電機的控制系統框圖。
具體實施例方式本發明較佳實施例的帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機主要部分結構如圖Ia和圖Ib所示，其包括機座10，機座10上設置有多個定子20和轉子30，機座10包括用于固定轉子30的旋轉部和用于固定定子20的固定部，定子20數目和轉子30數目不同，以便于轉子30在磁力作用下相對定子20轉動。其中，如圖2a、圖2b和圖2c所示，每個定子20均包括C形定子鐵心21，該C形定子鐵心21上設置有通電線圈23，線圈23在C形定子鐵心21上纏繞的位置可以是如圖2a、圖2b或圖2c中所示的任一位置，C形定子鐵心21為非永久磁鐵材料(如硅鋼片)，在線圈23通電后會將該C形定子鐵心21磁化，其磁力線24如圖2a、圖2b或圖2c中虛線所示。在C形定子鐵心21開ロ的兩端為定子極22，轉子30包括轉子極31，多個轉子30可在外力作用下依次相對每個定子20的定子極22同時做直線和旋轉運動、使得磁路的磁阻發生變化并在線圈23中產生感應電動勢。本實施例的開關磁阻發電機中轉子30結構較小，比較容易被驅動，適合用于低速運轉發電的情況，例如風カ發電。多個轉子30可在外力驅動下相對定子20作直線運動切割磁力線24的同時，還能相對定子20轉動，依次切割多個定子20的磁力線24，使得多個線圈23中均能產生感應電動勢，提升發電效率。且該開關磁阻發電機整體結構簡單可靠控制靈活，制造成本低，易于實施。在進ー步的實施例中，如圖Ia所示，上述旋轉部包括可在外力作用下轉動的軸承12，和以軸承12為中心向外發射出的多個長度相等的輻條13，相鄰輻條13之間的弧度角優選設置為相等，多個轉子30分別設置在每個輻條13的端部。上述固定部包括設置在旋轉部外圍的環形框11，多個定子20設置在環形框11內側面上。即，轉子30位于內部，定子20位于外部。這樣，多個轉子30可隨著輻條13的轉動旋轉，依次切割定子20的磁力線24，在各個定子20的線圈23中產生感應電動勢。相應地，適用于上述實施例中的機座10結構的定子20和轉子30結構如圖3和圖4中所示。圖3中，定子20設置在機座10的外部，轉子30設置在機座10的內部，每個定子20包括ー個C形定子鐵心21。圖4中，定子20設置在機座10的外部，轉子30設置在機座10的內部，每個定子20包括兩個C形定子鐵心21，這樣可以進ー步增加一個開關磁阻發電機中的定子20和轉子30數目，進ー步提高發電效率。或者，上述實施例中，機座10的旋轉部包括軸承和連接在軸承上的環形框，多個轉子分別設置在環形框的內側面上(未圖示)。固定部包括設置在環形框內的中心軸和從中心軸向外發射出的多個長度相等、且固定不動的輻條，相鄰輻條之間的弧度角優選設置為相等，多個定子分別設置在每個輻條的端部。即，轉子位于外部，定子位于內部。這樣，多個轉子30可隨著環形框的轉動旋轉，依次切割定子20的磁力線，在各個定子20的線圈23中產生感應電動勢。相應地，適用于上述實施例中的機座10結構的定子20和轉子30結構如圖5和圖6中所示。圖5中，定子20設置在機座10的內部，轉子30設置在機座10的外部，每個定子20包括ー個C形定子鐵心21。圖6中，定子20設置在機座10的內部，轉子30設置在機座10的外部，每個定子20包括兩個C形定子鐵心21，這樣可以進ー步增加ー個開關磁阻發電 機中的定子20和轉子30數目，進ー步提高發電效率。優選地，上述各實施例中，在機座10上設置有N個定子20和K個轉子30 ;其中，N和K為不相等大于等于2的整數，以便于轉子30在磁力推動作用下轉動，如果定子20和轉子30的數目相等，在線圈23通電后，定子極22會將轉子極31吸死，無法轉動。例如，如圖Ia中所示的，在軸承12上設置10個輻條13，相鄰輻條13間弧度角相等，每個輻條13的端部分別設置一個轉子30，在環形圈11內側等間距設置8個定子20，分別記作六、8、(、0、六’、8’、(’、0’，定子20和轉子30位置分布如圖Ib所示。當采用圖4和圖6中具有兩個C形定子鐵心21的定子時，相應在每個輻條13的端部分別設置兩個轉子30。開關磁阻發電機中理想相電感如圖7中所示，其中，O、0 rp/2和0表示轉子30所處的位置，如圖8所示，轉子30在0 rp/2度位置吋，定子極22與轉子極31對準；如圖9所示，轉子30在0度位置吋，定子極22與轉子極31不對準。同時，圖7中還示出了開關磁阻發電機中一個單元(一個轉子30對應ー個定子20)發電過程，其中包括轉子30位置由0度至0 rp/2度位置時的電動過程(激勵過程)，和轉子30由0 rp/2度至0度位置、相電感降低時的發電過程。上述各實施例中，開關磁阻發電機還進一歩包括連接線圈23的相變換器電路，如圖10所示，相變換器電路包括串聯后連接在直流電源VDC兩端的第一器件Kl和第二器件K2，以及串聯后連接在直流電源VDC兩端的第三器件K3和第四器件K4，線圈23連接在第一器件Kl與第二器件K2的連接點、和第三器件K3與第四器件K4的連接點之間。其中，如圖Ila所示，在電動階段，第一器件Kl和第四器件K4導通，第二器件K2和第三器件K3截止；如圖Ilb所示，在保持階段，第二器件K2和第四器件K4導通，第一器件Kl和第三器件K3截止；如圖I Ic所示，在發電階段，第二器件K2和第三器件K3導通，第一器件Kl和第四器件K4截止。圖12中示出了上述相變換器電路在各個階段相電感、相電流和相電壓的變化曲線。其中，L曲線代表相電感，V曲線代表相電壓，i曲線代表相電流。正相電壓和正相電流表示開關磁阻發電機從直流總線中吸取電流用于電動，負向電壓和正向電流表示開關磁阻發電機向直流總線輸出電流。在更進ー步的實施例中，如圖13所示，開關磁阻發電機還包括控制系統40，控制系統40包括連接直流電源50的控制器41，控制器41與線圈23連接、以在電動階段將C形定子鐵心21磁化；控制器41與機座10的旋轉部連接、以驅動旋轉部帶動轉子30轉動；控制系統40還包括用于檢測轉子30位置的位置傳感器42，位置傳感器42與控制器41連接、以將轉子30位置信號發送給控制器41。圖13中，C-core SRG 43包括開關磁阻發電機的定子和轉子，或其他需要由控制器41進行控制的部件。本發明通過采用C形定子鐵心21，且在機座10上設置多個定子20和轉子30，使得轉子30可同時相對定子20做直線和旋轉運動，其轉子30較小，比較容易被驅動，適合用于低速運轉發電的情況，例如風カ發電，且整體結構簡單可靠控制靈活，制造成本低，易于實施。多個轉子可在外力驅動下相對定子作直線運動切割磁力線的同時，還能相對定子轉動，依次切割多個定子的磁力線，使得多個線圈中均能產生感應電動勢，提升發電效率。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.ー種帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機，包括機座(10)，所述機座(10)上設置有多個定子(20)和轉子(30)，所述機座(10)包括用于固定所述轉子(30)的旋轉部和用于固定所述定子(20)的固定部，其特征在于，所述定子(20)包括C形定子鐵心(21)，所述C形定子鉄心(21)上設置有線圈(23)，在所述C形定子鐵心(21)開ロ的兩端為定子極(22)，所述轉子(30)包括轉子極(31)，多個所述轉子(30)可在外力作用下依次相對每個定子(20)的所述定子極(22)同時做直線和旋轉運動、使得磁路(24)的磁阻發生變化并在所述線圈(23)中產生感應電動勢。
2.根據權利要求I所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述旋轉部包括軸承(12)和以所述軸承(12)為中心向外發射出的多個長度相等的輻條(13)，多個所述轉子(30)分別設置在每個所述輻條(13)的端部； 所述固定部包括設置在所述旋轉部外圍的環形框(11)，多個所述定子(20)設置在所述環形框(11)內側面上。
3.根據權利要求I所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述旋轉部包括軸承和連接在所述軸承上的環形框，多個所述轉子(30)分別設置在所述環形框的內側面上；所述固定部包括設置在所述環形框內的中心軸和從所述中心軸向外發射出的多個長度相等、且固定不動的輻條，多個所述定子(20)分別設置在每個所述輻條的端部。
4.根據權利要求2所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述定子(20)設置在所述機座(10)的外部，所述轉子(30)設置在所述機座(10)的內部，每個所述定子(20)包括ー個所述C形定子鐵心(21)。
5.根據權利要求2所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述定子(20)設置在所述機座(10)的外部，所述轉子(30)設置在所述機座(10)的內部，每個所述定子(20)包括兩個所述C形定子鐵心(21)。
6.根據權利要求3所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述定子(20)設置在所述機座(10)的內部，所述轉子(30)設置在所述機座(10)的外部，每個所述定子(20)包括ー個所述C形定子鐵心(21)。
7.根據權利要求3所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述定子(20)設置在所述機座(10)的內部，所述轉子(30)設置在所述機座(10)的外部，每個所述定子(20)包括兩個所述C形定子鐵心(21)。
8.根據權利要求I所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述機座(10)上設置有N個所述定子(20)和K個所述轉子(30)； 其中，所述N和K為不相等大于等于2的整數。
9.根據權利要求I所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述開關磁阻發電機還包括連接所述線圈(23)的相變換器電路，所述相變換器電路包括串聯后連接在直流電源兩端的第一器件(Kl)和第二器件(K2)，以及串聯后連接在直流電源兩端的第三器件(K3)和第四器件(K4)，所述線圈(23)連接在所述第一器件(Kl)與所述第二器件(K2)的連接點、和所述第三器件(K3)與所述第四器件(K4)的連接點之間；其中， 在電動階段，所述第一器件(Kl)和所述第四器件(K4)導通，所述第二器件(K2)和所述第三器件(K3)截止； 在保持階段，所述第二器件(K2)和所述第四器件(K4)導通，所述第一器件(Kl)和所述第三器件(K3)截止； 在發電階段，所述第二器件(K2)和所述第三器件(K3)導通，所述第一器件(Kl)和所述第四器件(K4)截止。
10.根據權利要求I所述的開關磁阻發電機，其特征在于，所述開關磁阻發電機還包括控制系統(40)，所述控制系統(40)包括連接直流電源(50)的控制器(41)，所述控制器(41)與所述線圈(23)連接、以在電動階段將所述C形定子鐵心(21)磁化； 所述控制器(41)與所述旋轉部連接、以驅動所述旋轉部帶動所述轉子(30)轉動； 所述控制系統還包括用于檢測所述轉子位置的位置傳感器(42)，所述位置傳感器(42)與所述控制器(41)連接、以將所述轉子(30)位置信號發送給所述控制器(41)。
全文摘要
本發明涉及一種帶C形定子鐵心的開關磁阻發電機，包括機座，機座上設置有多個定子和轉子，機座包括用于固定轉子的旋轉部和用于固定定子的固定部，其中，定子包括C形定子鐵心，C形定子鐵心上設置有線圈，在C形定子鐵心開口的兩端為定子極，轉子包括轉子極，多個轉子可在外力作用下依次相對每個定子的定子極同時做直線和旋轉運動、使得磁路的磁阻發生變化并在線圈中產生感應電動勢。本發明通過采用C形定子鐵心，且在機座上設置多個定子和轉子，使得轉子可同時相對定子做直線和旋轉運動，其轉子較小，比較容易被驅動，適合用于低速運轉發電的情況，例如風力發電，且整體結構簡單可靠控制靈活，制造成本低。
文檔編號H02K1/14GK102651594SQ20111004781
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者薛向黨, 鄭家偉 申請人:香港理工大學