CN104167893B - 轴向磁通式发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴向磁通式发电机，包括一定子及一转子。转子包括一转子主体、多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁，其中多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁是以海尔贝克阵列(Halbach Array)方式设于转子主体，使得各纵向导磁磁铁及各横向导磁磁铁交错排列，本发明特征在于0.45≦(各纵向导磁磁铁42弧长/(各横向导磁磁铁43弧长)≦0.9。本发明的轴向磁通式发电机发电效率更佳，在宽与高相同的情形下，采用0.45≦(各纵向导磁磁铁42弧长)/(各横向导磁磁铁43弧长)≦0.9，可以增加磁场强度。

Description

轴向磁通式发电机
技术领域
本发明是关于一种发电机，尤其是轴向磁通式发电机，且磁铁是以海尔贝克阵列(Halbach Array)方式排列。
背景技术
永磁同步发电机结合海尔贝克阵列最佳化的设计中，永磁同步机是由永久磁石(Permanent Magnet)，导磁材料(Soft Magnetic Material)，线圈绕组(Coil)等三大要件组合而成，又可由磁通方向的不同分为径向磁通式(Radial Flux Permanent Magnet,RFPM)以及轴向磁通式(Axial Flux Permanent Magnet,AFPM)。海尔贝克阵列(HalbachArray)是Lawrence Berkeley国家实验室的Dr.Klaus Halbach发现一种特殊的永久磁铁排列方式，现已发展在各种不同的应用上面。
在轴向磁通式发电机的发展中，相当适合做为小型风力发电机，而传统永久磁铁以海尔贝克阵列(Halbach Array)的作法中，磁铁依倒磁方向可分为“纵向导磁磁铁”及“横向导磁磁铁”两种，各“纵向导磁磁铁”与各“横向导磁磁铁”交替排列，而且在设计上各“纵向导磁磁铁”与各“横向导磁磁铁”的大小相同。
于轴向磁通式发电机的发电效率上，磁铁以海尔贝克阵列(Halbach Array)排列比一般传统（只有纵向导磁磁铁，没有横向导磁磁铁）为佳，然而不断地追求发电效率的提高是有需要的。
发明内容
本发明的主要目的在提供轴向磁通式发电机更佳的发电效率。
为达成上述的目的，本发明轴向磁通式发电机包括一定子及一转子。定子包括一定子主体及多个线圈，其中多个线圈设于定子主体。转子包括一转子主体、多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁，其中多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁是以海尔贝克阵列(Halbach Array)方式设于转子主体，使得各纵向导磁磁铁及各横向导磁磁铁交错排列，本发明特征在于0.45≦(各纵向导磁磁铁42弧长)/(各横向导磁磁铁43弧长)≦0.9。
本发明的轴向磁通式发电机，在宽与高相同的情形下，采用0.45≦(各纵向导磁磁铁42弧长)/(各横向导磁磁铁43弧长)≦0.9，可以增加磁场强度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是本发明轴向磁通式发电机的剖视图；
图2是本发明关于定子及转子的立体示意图；
图3～4是关于磁铁以海尔贝克阵列排列方式的示意图；
图5是本发明关于纵向导磁磁铁及横向导磁磁铁在不同体积比例的下磁场强度的实验数据。
其中，附图标记
10 轴向磁通式发电机
20 叶片
30 定子
31 定子主体
32 多个线圈
40 转子
41 转子主体
42 纵向导磁磁铁
43 横向导磁磁铁
44 导磁区
50 轴承
60 磁场回路
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
以下请一并参考图1和图2关于本发明的第一实施例。轴向磁通式发电机10为无铁心(coreless)，包括一定子30及一转子40。
定子30包括一定子主体31及多个线圈32，其中多个线圈32设于定子主体31。
转子40通过轴承50与定子30结合，使得转子40转动时不会带动定子30。转子40在本实施例为双层架构，定子主体31包括多个线圈32的部分是在转子40的内部，转子40通过譬如叶片20的连接，使得转子40进行转动。
另外转子40更包括一导磁区44，导磁区44设于多个纵向导磁磁铁42及多个横向导磁磁铁43的外缘形成一圆环状，导磁区44的材质譬如采用碳钢。于本发明实施例中，无论有无导磁区44都可。
转子40包括转子主体41，多个纵向导磁磁铁42，及多个横向导磁磁铁43。以下请一并参考图3和图4，多个纵向导磁磁铁42及多个横向导磁磁铁43是以海尔贝克阵列(HalbachArray)方式设于该转子主体41，使得各纵向导磁磁铁42及各横向导磁磁铁43交错排列，因此多个纵向导磁磁铁42及多个横向导磁磁铁43的数目是相同的。需注意的是，本实施例中各横向导磁磁铁43的体积是都是相同的，各纵向导磁磁铁42的体积是也都是相同的。
海尔贝克阵列排列的方式的倒磁方向请见图3和图4(以箭头，“·”及“×”通用方向符号表示)，可以看出每六个磁铁(上层转子三个磁铁，下层转子三个磁铁)会形成一磁场回路60，如图4所示。
由于无铁心、转子为双层架构的轴向磁通式发电机10为现有结构，因此以下不再赘述其详细结构。
图5显示纵向导磁磁铁42及横向导磁磁铁43在不同弧长比例之下磁场强度的实验数据，纵轴为磁场强度，横轴为(各纵向导磁磁铁42弧长)/(各横向导磁磁铁43弧长)的数据。当横轴数据为1时，代表各纵向导磁磁铁42等于各横向导磁磁铁43弧长。当横轴数据为小于1时，代表各纵向导磁磁铁42弧长小于各横向导磁磁铁43弧长。
传统上，轴向磁通式发电机10在设计上各“纵向导磁磁铁”与各“横向导磁磁铁”的大小相同，然而经过发明人深入实验发现，在宽与高相同的情形下，各纵向导磁磁铁42的弧长应小于各横向导磁磁铁43的弧长。如图5所示，实线表示具有导磁区44的状况，虚线表示不具有导磁区44的状况。
由实验可以发现，各纵向导磁磁铁42弧长只要比各横向导磁磁铁43弧长稍微小一点都可以增加磁场强度，但也不能大太多，尤其是当没有导磁区44时差异更大，依据实验可以归纳：
0.45≦(各纵向导磁磁铁42弧长)/(各横向导磁磁铁43弧长)≦0.9。
更精确、且更佳的范围为：
0.54≦(各纵向导磁磁铁42弧长)/(各横向导磁磁铁43弧长)≦0.82。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种轴向磁通式发电机，包括：
一定子，该定子包括一定子主体及多个线圈，其中该多个线圈设于该定子主体；及
一转子，该转子与该定子结合，该转子包括一转子主体、多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁，其中该多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁是以海尔贝克阵列方式设于该转子主体，使得各纵向导磁磁铁及各横向导磁磁铁交错排列；
其特征在于：
0.45≦(各纵向导磁磁铁弧长)/(各横向导磁磁铁弧长)≦0.9。
2.根据权利要求1所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，其中：0.54≦(各纵向导磁磁铁弧长)/(各横向导磁磁铁弧长)≦0.82。
3.根据权利要求2所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，该转子更包括一导磁区，该导磁区设于多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁的外缘。
4.根据权利要求3所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，该轴向磁通式发电机为无铁心。
5.根据权利要求4所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，该转子为双层架构。
6.根据权利要求1所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，该转子更包括一导磁区，该导磁区设于多个纵向导磁磁铁及多个横向导磁磁铁的外缘。
7.根据权利要求1所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，该轴向磁通式发电机为无铁心且该转子为双层架构。
8.根据权利要求2所述的轴向磁通式发电机，其特征在于，该轴向磁通式发电机为无铁心且该转子为双层架构。
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