CN109450312A - 具有多个发电单元的发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多个发电单元的发电机，包括主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；控制器可根据信号采集传输模块传输的信号分别控制各发电单元参与发电。本发明可控制各发电单元的加载或卸载，从而实现发电机在不同的外部动力应用段发电机主动力轴转速均可以处于相对恒定的范围内正常发电，极大提高外了对部能量的利用率，同时可将发电机的转速维持在一个预设的、非常合理的范围内，从而可极大降低磨损、延长发电机的运行寿命，降低噪音，提高发电机运行的安全性。

Description

具有多个发电单元的发电机

技术领域

本发明涉及利用外部动能进行发电的发电装置领域，具体涉及一种具有多个发电单元的发电机，该发电机可以使发电机的主动力轴的转速维持在一个预设的、相对恒定的范围内从而可稳定的发电。

背景技术

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，现在利用可再生能源进行发电的技术受到越来越多的关注。现在常用的发电机为定值发电机，通常是对其输入额定工作力矩和额定工作转速，发电机输出额定工作电压、额定频率和额定功率。上述定值发电机对输入的力矩和转速要求比较高，因此在利用可再生能源进行发电方面存在明显的问题。

常见的可再生能源包括风力、潮汐等，这些能源提供的动力输入都是不稳定的，现有风力发电机额定功率一般都是恒定的，当其在大风力环境下主动力轴的转速就会增大从而发电机输出较大的功率，线圈内部的电流、电压较大，当主动力轴转速超限时发电机的运行处于超负荷运行发电状态，线圈内部的电流、电压超限，发电机内的线圈可能会在极限状态下烧毁，此时需要通过发电机的偏航系统调整风力发电机的叶片角度以减小叶片正面输入的风力大小；当其在较小的风力环境下主动力轴的转速就会变小从而输出的功率较小，电流、电压较小，当转速过低时，发电机输出的电流、电压偏低往往达不到用电或并网供电的标准，产生的电流就是废电，此时往往采用停机处理，则较小风力的风能被浪费。因此，传统的风力发电机主动力轴的转速总是随外部动力输入的大小变化而变化，不能保证在不同的风力条件下其转速维持在一个相对恒定的范围内并输出频率、电压、电流相对稳定的电量，因而传统风力发电机利用的风能通常是局限在某一个应用段的范围内，对可再生能源利用率低下。例如现有的大型风力发电机，其通常由一个额定功率在1000KW左右的大功率的发电模块构成，通常只有在风力达到五级、六级及以上的较大风力应用段，才可以保证其主动力轴的正常转速并正常发电输出符合标准的电流，而在二级至四级低风、微风段，外部动力输入和功率输入通常不足以带动发电机主动力轴的转速达到一个正常值以正常运转发电，即便发电，输出的也是不符合一定频率、电压标准的废电，从而使发电机在较低风速的情况下长期处于停摆、闲置状态，因而该类大型风力发电机对长时间存在的低风力段的风能无法利用，因而整个发电机对能量的转化率低，产出投入比较低，浪费大。当然，市面上也有大量的小功率发电机如500W左右的小风力发电机，可以灵活的应用于各种场所并充分利用那里的低风、微风资源，但其显然又不适合在风力资源充沛的区域，当遇到较大风力时，发电机转速过大往往会超限运转甚至烧毁，因而小发电机在遭遇大风时只得偏航或停机，不能充分利用较大风力的风能，且其仅能对特定的较小负载供电，并不能实现真正意义上的商业供电或并网供电。

另外，诸如额定功率在1000KW左右的大型风力发电机，因其在运行时的转速较高，其内部机械磨损非常大，维修费用很大，对周围的也产生很大的噪音，环保性差，而且在高速运行的状态下其安全隐患较大。

由此可见，现有发电机因其主动力轴的转速始终随外部动力输入的大小变化而变化，在不同的外部动力应用段其并不能将主动力轴的转速维持在一个相对稳定的范围内以产生相对稳定的电流，而仅可以在有限的外部动力应用段才能维持一个相对稳定的转速正常发电，因而对外部可再生能源的利用效率极低。初步估算，现有的一台额定功率为1200KW的大型风力发电机，其成本回收时间为12年，可见其综合运行效率之低。

因此，对于诸如风力发电机这类利用可再生能源的发电机，如何使其在输入不同应用段的外部动力时发电机的主动力轴转速始终维持在一个可预设的、相对恒定的范围内从而均能正常发电，是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供一种由多个可独立运行的发电单元组成的发电机，该发电机可在主动力轴转速达到设定的极限值时控制发电单元的加载或卸载，从而增加或减小作用在主动力轴上的反向扭矩，以平衡和适配输入的外部动力的大小从而实现发电机在不同的外部动力应用段发电机主动力轴转速均可以处于相对恒定的范围内正常发电，极大提高外了对部能量的利用率，而且，还可以将发电机的转速维持在一个预设的、非常合理的范围内，从而可极大降低磨损、延长发电机的运行寿命，降低噪音，提高发电机运行的安全性。

本发明提供的基础方案为：具有多个发电单元的发电机，包括：

电机外壳、主动力轴；

依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；

控制系统，包括控制器、信号采集传输模块；信号采集传输模块与控制器信号连接；所述控制器可根据信号采集传输模块传输的信号分别控制各发电单元参与发电，当所述主动力轴的转速达到一个上限值时控制器控制加载一个或多个发电单元参与发电，则所述主动力轴的转速降至所述上限值以下；当所述主动力轴的转速达到一个下限值时控制器控制卸载一个或多个已参与发电的发电单元，则所述主动力轴的转速升至所述下限值以上。

所述主动力轴可以直接或间接的连接外部动力机构譬如风力发电机的叶片主轴，主动力轴贯穿电机的外壳并与外壳两端通过轴承固定，通常主动力轴为一根，也可以根据情况布置多根主动力轴并通过齿轮组传动；所述控制器为PLC控制器或智能控制器；多个发电单元是指两个或两个以上的可独立运行的发电单元，每个发电单元分别具有各自的额定功率，通常各发电单元的额定功率是相同的，发电机的额定功率是各发电单元的额定功率相加之和。多个发电单元依次串接在主动力轴上是指多个发电单元依次顺序布置在主动力轴上，使得各发电单元可与主动力轴同步转动运行发电。每个发电单元的单元磁体部转动时与作为定子的单元线圈部相对作切割磁力线运动产生电势，在导通输出电路时则在发电单元内产生电流发电。本发明所述“参与发电”，系指输出的电符合一定的电压、频率标准，可以满足供电、用电需求，也就是通常所说的正常发电。

本发明的发明动机在于将发电机主动力轴转速维持在一个相对恒定的范围内，因而本发明系根据转速的变化控制加载发电单元参与发电或卸载已参与发电的发电单元；信号采集传输模块最佳选择为测速编码器以直接检测主动力轴转速信息，则控制器内设定的控制参数就是转速的参数；当然，当主动力轴的转速在一个转速上限值或转速下限值时，某一发电单元或者发电机整体总会对应有一个特定的电压值、电流值、功率值、扭矩值，因此，通过检测发电机整体的或单个发电单元的电压、电流或功率或扭矩以间接检测、匹配主动力轴的转速度，是完全可行的，因此，本发明的信号采集传输模块还可以是电压传感器或电流传感器或功率传感器或扭矩传感器，控制器接收的信号可以是电压信号、电流信号、功率信号、扭矩信号等等，则控制器内设定的控制参数则就是电压或电流或功率或扭矩的参数。因此，本发明以主动力轴的转速控制参与发电的发电单元的数量，并不意味着信号采集传输模块仅仅是测速编码器，也不意味着控制器接收到的信号仅仅是主动力轴的转速度信息。

本发明的基本工作原理是这样的：

在控制器上预先设定控制参数，信号采集传输模块采集发电机的运行状态信息譬如主动力轴的转速信息或者某一个发电单元的输出功率信息，直接或间接的检测主动力轴的转速状况并传输给控制器，当主动力轴的转速达到预设的一个转速上限值时控制器控制加载一个或多个发电单元参与发电，参与发电的发电单元的单元线圈部因有电流的产生因而对与之对应的单元磁体部产生反向阻力，进而使单元磁体部产生作用于主动力轴上的反向扭矩，此时主动力轴上就加载了一个或多个与输入的外部动力相反的反向扭矩，则主动力轴的转速下降到原有转速范围内，在主动力轴上的正向扭矩(即外部动力作用于主动力轴上产生的扭矩)、反向扭矩达到平衡后主动力轴就维持在一个较为稳定的转速；当主动力轴的转速达到预设的转速下限值时控制器控制卸载一个或多个已参与发电的发电单元，此时因为被卸载的发电单元内部没有电流产生，因而其单元磁体部原来作用在主动力轴上的反向扭矩消失，此时主动力轴上就卸载了一个或多个与外部动力相反的反向扭矩，则主动力轴的转速上升到原有转速范围内，在主动力轴上的正向、反向扭矩达到平衡后主动力轴就又维持在一个较为稳定的转速。依次类推，根据外部动力大小的变化不断的、实时调整参与发电的发电单元的数量以使得主动力轴的转速始终维持在一个相对恒定的范围内，即维持在转速的一个上限值与一个下限值之间。从功率输入和转化的角度分析，当控制加载了一个发电单元同轴转动发电时，被加载的发电单元被平均分配了一部分从主动力轴上传递的外部能量和外部功率，则原有的发电单元接受的外部功率变小，从而主动力轴的转速相应降低，反之则转速上升。因而对于风力发电机来说，当在大风状况下，控制加载较多的发电单元参与发电，当在风力较小时控制加载较少的发电单元参与发电，这样的结果是无论是大风还是微风，发电机的主动力轴始终维持在一个相对恒定的范围内，因而无论是大风还是小风，发电机都可以正常发电并输出符合标准的电流。

进一步，所述上限值介于每分钟200转至每分钟260转之间。

这样的优势在于，转速可以人为的控制在较低的水平，极大降低了发电机内部机械部件的磨损和粉尘的产生，延长发电机的运行寿命，并可以极大降低噪音，另外，在低速转动的情况下，可大幅降低发电机运行的安全隐患。而现有的大型风力发电机，其正常运行发电时主动力轴的转速往往在700—900转/分钟，在如此高速的运转下发电机内部磨损很大，需要经常维修，产生的噪音也很大，对周围的环境噪声污染也很大，当然安全隐患也会加大。

进一步，所述下限值介于每分钟120转至每分钟180转之间。

下限值如果太低，发电单元输出的电压值、电流值就较低，很难满足用电或并网的要求和标准。

进一步，为了使输入的外部动力可以驱动主动力轴达到符合标准的转速，还包括一组变速齿轮和外动力轴，变速齿轮分别连接外动力轴和所述主动力轴，外动力轴与所述主动力轴的速比介于1:3至1:9之间。这种速比的变速齿轮既可以将主动力轴转速提升到符合标准的转速，但又不至于使得转速太高从而可以满足发电机维持在相对较低的转速下运行；尤其重要的是，这种速比下可以使得在较小的外部动力输入时也可以带动主动力轴正常转动发电，如果速比过大，则需要较大的外部动力才可以带动主动力轴正常运转发电，这无疑将较小的外部动力应用段排出在外而无法利用。所述外动力轴，是指与用于接收外部动力的构件相连的动力轴，譬如在风力发电机中，外动力轴是指连接叶片中心的动力轴。

进一步，外动力轴与所述主动力轴的速比介于1:4至1:6之间。

经过无数次的试验表明，这是一个最合适的速比区间，既可以满足较低风力下发电，又可以使得发电机整体上在较低的转速下运转。

进一步，所述各单元磁体部分别与主动力轴固定连接，所述控制器通过控制各所述单元线圈部输出电路的导通以控制各发电单元参与发电。

本发明所述的单元线圈部输出电路的导通，是指单元线圈部的输出电路与外界负载导通从而构成一个回路，因此可以产生电流。发电机运行时，单元磁体部始终随主动力轴转动并使得单元线圈部内始终产生电势，当单元线圈部的输出电路导通时即与外界负载构成一个回路，则单元线圈部内产生电流从而发电，当单元线圈部的输出电路断开时单元线圈部内仅产生电势而没有电流，此时该发电单元并不参与发电。因此，在单元磁体部与主动力轴固定连接的情况下，仅仅通过控制单元线圈部输出电路的导通就可以轻松便捷的控制发电单元参与发电。

进一步，所述控制系统还包括多个通断开关模块，控制器分别与所述通断开关模块相连，每个所述单元线圈部的输出电路串联有一个所述通断开关模块；控制器可根据接收到的来自信号采集传输模块的信号控制通断开关模块的导通从而控制单元线圈部输出电路的导通。

当然，也可以通过控制发电单元的单元磁体部的转动以控制发电单元参与发电，每个所述单元磁体部配置有一个电磁离合器，每个电磁离合器分别与主动力轴固定连接，控制器通过控制电磁离合器的结合与分离以控制单元磁体部的转动，从而控制发电单元参与发电。这种控制方式相比控制单元线圈部输出电路的导通，其存在结构复杂，控制复杂，成本高，结合不牢靠、发热打滑等多种弊端，但其也是一种可选择的方案。

进一步，所述单元磁体部包括若干相对设置的左磁体、右磁体，左磁体与右磁体之间留有间隙，所述单元线圈部位于所述间隙内。

进一步，所述单元磁体部包括一组相对设置的左磁盘、右磁盘，所述左磁体按照N极、S极交错布置在左磁盘上，所述右磁体按照S极、N极交错布置右磁盘上；且相对设置的左磁体与右磁体磁极相反。

这种结构可以确保磁场的强度，又可以最大限度的增加单元线圈部内磁通量的变化，从而提高发电机的发电效率和能量转化率。

进一步，相邻的两个所述单元磁体部共用一个磁盘，该磁盘同时兼做一个单元磁体部的左磁盘和相邻的另一个单元磁体部的右磁盘，左磁体、右磁体分别布置在该磁盘的两个面上。

这种优化可以使得发电机的结构更加紧凑，并可以在相邻的两个单元磁体部之间节约一个磁盘，从而可以节约成本。

进一步，所述单元线圈部为与所述左磁盘、右磁盘形状匹配的线圈盘，线圈盘内设置有若干小线圈包。

为了确保发电机输出的电流符合对外并网供电的标准或预设的需求标准，进一步，所述发电机还包括与每个所述单元线圈部一一对应的整流器和逆变器，单元线圈部与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与逆变器的输入端电连接。所述通断开关模块设于整流器与逆变器之间。从发电单元输出的交流电通过整流器转换为直流电，然后再通过逆变器将直流电转换为符合标准的交流电，从而可以对外并网供电或直接使用。

进一步，所述发电单元共有四个或五个。

发电单元如果太多，会造成部分发电单元处于长时间的闲置状态，存在投入浪费；发电单元太少又不利于对外部动力的有效利用，因此发电单元的数量以四个为宜，这样产出投入比最高，经济效益最高。

进一步，其中一个发电单元的所述单元线圈部可与蓄电池电连接，在该单元线圈部与该蓄电池之间串联有蓄电池开关模块用以导通或断开连接蓄电池的电路，该蓄电池用以存储该发电单元产生的不符合输出标准的电流。单元线圈部产生的交流电通过整流器转换为直流电后再输入蓄电池。这种结构的主要作用在于，当输入的外部动力太小不足以带动一个发电单元正常发电时，可以让其中一个发电单元的单元线圈部与蓄电池电连接并导通，则该发电单元处于随外部动力大小自由运行的状态，这样该发电单元也会产生较小的电流，通过整流后可以输入蓄电池储存起来备用，因此发电机也可以将极小的外部动力转化为电能，尽管其并不符合正常发电时的输出标准，但也是对外部能量的有效利用，从而最大限度提高转化效率。

本发明相比现有技术的有益效果是：该发电机可在主动力轴转速达到设定的上限值时控制加载发电单元参与发电，在主动力轴的转速达到设定的下限值时可以控制卸载已参与发电的发电单元，从而增加或减小作用在主动力轴上的反向扭矩，以平衡和适配输入的外部动力的大小从而实现发电机在不同的外部动力应用段发电机主动力轴转速均可以处于相对恒定的范围内(即在预先设定的转速上限值与下限值之间)正常发电，极大提高外了对部能量的利用率，而且，本发明还可以人为的在控制器上预设一个非常合理的、能够非常适配不同应用环境的转速值范围或与转速值对应的其他控制参数范围(如电流、电压、功率的上限值和下限值)，使得发电机主动力轴的转速可以维持在一个相对较低的、恒定的转速值范围内，从而可极大降低机械磨损、延长发电机的运行寿命，降低噪音，提高发电机运行的安全性。

本发明具有多个发电单元的发电机可以广泛的应用于各种风场和工矿企业，尤其可以应用于架设输电线路非常不便、成本非常高昂的边防哨所、荒岛、高原荒漠等艰苦地区的供电。

附图说明

图1为本发明发电机实施例的立体结构示意图；

图2为本发明发电机实施例中单元磁体部的磁盘、磁体(左磁盘、右磁盘、左磁体、右磁体)结构示意图；

图3为本发明实施例的剖视图；

图4为本发明实施例的立体分解图；

图5为本发明实施例运行控制的逻辑关系图(信号采集传输模块采用测速编码器)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：电机外壳1、主动力轴2、发电单元3、单元磁体部31、单元线圈部32、左磁盘311、右磁盘312、螺钉33、散热鳍片11、控制器4、信号采集传输模块5。

本实施例基本如附图1～4所示：

一种具有多个发电单元的发电机，包括：电机外壳1、主动力轴2、依次串接在主动力轴2上的四个发电单元3以及控制系统，电机外壳1包括通过螺栓相固定的上壳体、下壳体及前端盖、后端盖，主动力轴2、发电单元3均安装在电机外壳1内，电机外壳1上还设置有便于散热的散热鳍片11。每个所述发电单元3均包括一个单元磁体部31和一个单元线圈部32，具体的，每个单元磁体部31包括一组相对设置的左磁盘311、右磁盘312，若干左磁体按照N极、S极交错布置在左磁盘311上，若干右磁体按照S极、N极交错布置右磁盘312上，且相对设置的左磁体与右磁体磁极相反，左磁体与右磁体之间留有间隙，左磁盘311与右磁盘312之间相应也留有间隙，各单元磁体部31的左磁盘311、右磁盘312分别与所述主动力轴2通过键槽固定连接并可随主动力轴2转动构成发电机的转子。单元线圈部32通过螺钉33固定在电机外壳1上，单元线圈部32构成发电机的定子，单元线圈部32内部由多个小线圈包按顺序排列组成，整体构成与所述左磁盘311、右磁盘312形状匹配的线圈盘，小线圈包由漆包铜线绕制而成，小线圈包的数量可以根据需求和发电机的功率决定。

所述单元线圈部32位于所述左磁体(左磁盘311)与右磁体(右磁盘312)之间的间隙内，因此一个单元线圈部32被夹在两个磁盘(311、312)中间，当然，磁盘(311、312)与单元线圈部32之间具有一定的间距以使得磁盘可以正常转动而不至于摩擦单元线圈部32。所述左磁盘(311)、右磁盘(312)的端面与所述单元线圈部32的端面实质平行且与主动力轴2的轴线实质垂直；左磁盘(311)、右磁盘(312)的外周壁与所述电机外壳1的内壁之间具有一定的空隙，以使得磁盘在转动时不会摩擦电机外壳1。在单元磁体部31随主动力轴2转动时单元线圈部32可以切割左磁体和右磁体之间的磁力线。

在本实施例中，相邻的两个所述单元磁体部31共用一个磁盘，该磁盘同时兼做一个单元磁体部31的左磁盘311和相邻的另一个单元磁体部31的右磁盘312，若干左磁体、右磁体分别布置在该磁盘的两个面上。这种优化可以使得发电机的结构更加紧凑，并可以在相邻的两个单元磁体部31之间节约一个磁盘，从而可以节约成本。

每个发电单元3分别具有各自的额定功率，本实施例中各发电单元3的额定功率是相同的，发电机的额定功率是各发电单元3的额定功率相加之和。多个发电单元3依次串接在主动力轴2上使得各发电单元3可以同时接受主动力轴2传递的外部动力。

发电机还包括电源开关、显示器以及电源指示灯，显示器与控制器信号连接，显示器有操作界面便于设定控制器内的控制参数，电源指示灯与控制器电连接。

控制系统，包括控制器4(本实施例中选用的西门子的PLC控制器)、信号采集传输模块5，信号采集传输模块5可以选用测速编码器、扭矩传感器直接检测主动力轴2的转速信息，也可以采用电流或电压或功率传感器检测某一发电单元运行状态以间接检测主动力轴转速。本实施例中信号采集传输模块5选用霍尔传感器检测主动力轴2的转速；信号采集传输模块5与控制器4信号连接；所述控制器4可根据信号采集传输模块5传输的信号分别控制各发电单元3参与发电。所述控制系统还包括多个通断开关模块，控制器分别与所述通断开关模块相连，每个所述单元线圈部32的输出电路串联有一个所述通断开关模块；控制器4可根据接收到的来自信号采集传输模块5的信号控制通断开关模块的导通从而控制单元线圈部32输出电路的导通。所述控制器4通过控制所述单元线圈部32输出电路的导通以控制发电单元3参与发电。通断开关模块选用的是继电器，具体型号可以根据实际情况选择，本实施例不再赘述。

具体运行使用时：该发电机可在主动力轴2转速达到设定的上限值时控制加载发电单元3参与发电，在主动力轴2的转速达到设定的下限值时可以控制卸载已参与发电的发电单元3，从而增加或减小作用在主动力轴2上的反向扭矩，以平衡和适配输入的外部动力的大小从而实现发电机在不同的外部动力应用段发电机主动力轴2转速均可以处于相对恒定的范围内正常发电，极大提高外了对部能量的利用率，而且，本发明还可以人为的在控制器4上预设一个非常合理的、能够非常适配不同应用环境的转速值范围或与转速值对应的其他控制参数范围(上限值和下限值)，使得发电机主动力轴2的转速可以维持在一个相对较低的、恒定的转速值范围内，从而可极大降低机械磨损、延长发电机的运行寿命，降低噪音，提高发电机运行的安全性。

当然，所述的上限值介于每分钟200转至每分钟260转之间，本实施例设定的数值为200r/min；所述下限值介于每分钟120转至每分钟180转之间，本实施例设定的数值为120r/min。即，所述单元磁体部31分别与主动力轴2固定连接，

为了更进一步的说明本发明的结构及其相互的配合运行关系，参见图5所示逻辑关系图，图5给出发电机的四个发电单元分别编号为A、B、C、D，测速编码器将其采集的主动力轴的转速信息传递给控制器4，控制器4分别控各发电单元的单元线圈部32的输出电路的导通。控制器4内设置有一个转速上限值、一个转速下限值和一个启动值。当主动力轴2的转速低于启动值时，发电机并不对外输出符合一定频率、电压标准的电流，但发电单元A的单元线圈部32导通一个蓄电池，从而将处于随外部动力大小自由运行的该发电单元产生的不符合标准的较小电流储存于蓄电池。当控制器4检测到主动力轴2的转速达到启动值时，则控制导通发电单元A单元线圈部32的输出电路从而导通外界负载，从而形成一个回路并产生电流，发电单元A对外输出符合一定标准的电流，发电单元A参与发电、正常发电；当控制器检测到主动力轴的转速增加第一次达到转速上限值时，则控制导通发电单元B的单元线圈部32的输出电路以导通外界负载，则发电单元B对外输出符合一定标准的电流，此时加载了发电单元B参与发电，则发电单元A和B均参与发电，则主动力轴的转速降至转速上限值以下；如果主动力轴的转速持续增加，则依次类推直至控制器控制导通发电单元D的单元线圈部32的输出电路，从而加载发电单元D参与发电，则发电单元A、B、C、D同时正常发电并输出符合一定标准的电流，主动力轴的转速又将至转速上限值以下。

反之，在四个发电单元均正常发电的情况下，如果外部动力减小，主动力轴的转速第一次达到转速下限值时，则控制器控制断开发电单元D的单元线圈部32的输出电路，则发电单元D与外界负载断开并停止对外供电，从而卸载发电单元D，此时仅有三个发电单元A、B、C运行发电，则主动力轴的转速上升至转速下限值以上；当主动力轴的转速继续减小并第二次达到转速下限值时，控制器再控制断开发电单元C的单元线圈部32的输出电路，则发电单元C停止运行发电，此时仅有发电单元A、B运行发电，主动力轴的转速再次上升到转速下限值以上。依次类推在转速继续减小的情况下直至断开发电单元A单元线圈部的输出电路，从而各发电单元均停止正常发电，整个发电机停止对外输出符合用电、供电标准的电流，但此时，发电单元A的单元线圈部可以导通蓄电池，以将在极低的外部动力下产生的不符合输出标准的电流存储在蓄电池内，最大限度利用外部动力。

图5给出的是主动力轴的转速连续递增，然后再连续递减的理想化的运行模式逻辑图，从而可以全面反映出各发电单元加载和卸载、以及主动力轴的转速不断调整并始终维持在一个上限值和下限值之间的完整过程，然而现实的情况往往是复杂的，在主动力轴的转速增加从而加载一个发电单元参与发电后，可能随后转速减小从而又卸载一个已参与发电的发电单元，因此实际运行中各发电单元的加载和卸载往往是交替进行的，这完全取决于外部动力的大小和变化，但无论中间如何交替和怎样运行，在发电机的某一个或多个发电单元可以对外输出符合一定标准的电流、参与发电的状态下，发电机的主动力轴的转速始终被控制在一个相对恒定的范围内，也即控制在控制器内预设的一个转速上限值和一个转速下限值之间。

图5的逻辑关系图同样适用于采用功率传感器、电流传感器、电压传感器作为信号采集传输模块检测一个发电单元的电力相关值的运行控制过程，实际上这也是变相检测主动力轴转速的方法。所述信号采集传输模块5的具体型号为，CHVS-LV系列电压传感器或者EL-DJI电流传感器，E4412A功率传感器。上述三种传感器均为比较成熟的电子器件，本领域技术人员也可以根据发电机的实际参数进行选择。

实施例2

与实施例1相比，不同之处仅在于，还包括一组变速齿轮，变速齿轮分别连接外动力轴和所述主动力轴2，外动力轴与所述主动力轴2的速比介于1:3至1:9之间。

实施例3

与实施例1相比，不同之处仅在于，外动力轴与所述主动力轴2的速比进一步介于1:4至1:6之间。

实施例4

与实施例1相比，不同之处仅在于，每个所述单元磁体部31配置有一个电磁离合器，每个电磁离合器分别与主动力轴2固定连接，控制器4通过控制电磁离合器的结合与分离以控制单元磁体部31的转动，从而控制发电单元3参与发电。

具体使用时；可以通过控制发电单元3的单元磁体部31的转动以控制发电单元参与发电，每个所述单元磁体部31配置有一个电磁离合器，每个电磁离合器分别与主动力轴2固定连接，控制器4通过控制电磁离合器的结合与分离以控制单元磁体部31的转动，从而控制发电单元3参与发电。这种控制方式相比控制单元线圈部32输出电路的导通，其存在结构复杂，控制复杂，成本高，结合不牢靠、发热打滑等多种弊端，但其也是一种可选择的方案。

实施例5

与实施例1相比，不同之处仅在于，还包括与每个所述单元线圈部32一一对应的整流器和逆变器，单元线圈部32与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与逆变器的输入端电连接。所述通断开关模块设于整流器与逆变器之间。

在又一实施例中，其中一个发电单元的所述单元线圈部32可与蓄电池电连接，在该单元线圈部32与该蓄电池之间串联有蓄电池开关模块用以导通或断开连接蓄电池的电路，该蓄电池用以存储该发电单元产生的不符合输出标准的电量。具体使用时：单元线圈部32产生的交流电通过整流器转换为直流电后再输入蓄电池。这种结构的主要作用在于，当输入的外部动力太小不足以带动一个发电单元正常发电时，可以让其中一个发电单元3的单元线圈部32在启动参与发电之前与蓄电池电连接并导通，则该发电单元3处于随外部动力大小自由运行的状态，这样该发电单元3也会产生较小的电流，通过整流后可以输入蓄电池储存起来备用，因此发电机也可以将极小的外部动力转化为电能，尽管其并不符合正常发电时的输出标准，但也是对外部能量的有效利用，从而最大限度提高转化效率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (14)

1.具有多个发电单元的发电机，其特征在于，包括：

电机外壳、主动力轴；

依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；

控制系统，包括控制器、信号采集传输模块；信号采集传输模块与控制器信号连接；所述控制器可根据信号采集传输模块传输的信号分别控制各发电单元参与发电，当所述主动力轴的转速达到一个上限值时控制器控制加载一个或多个发电单元参与发电，则所述主动力轴的转速降至所述上限值以下；当所述主动力轴的转速达到一个下限值时控制器控制卸载一个或多个已参与发电的发电单元，则所述主动力轴的转速升至所述下限值以上。

2.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述上限值介于每分钟200转至每分钟260转之间。

3.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述下限值介于每分钟120转至每分钟180转之间。

4.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：还包括一组变速齿轮和外动力轴，变速齿轮分别连接外动力轴和所述主动力轴，外动力轴与所述主动力轴的速比介于1:3至1:9之间。

5.根据权利要求4所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：外动力轴与所述主动力轴的速比介于1:4至1:6之间。

6.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：各所述单元磁体部分别与主动力轴固定连接，所述控制器通过控制各所述单元线圈部输出电路的导通以控制各发电单元参与发电。

7.根据权利要求6所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述控制系统还包括多个通断开关模块，控制器分别与所述通断开关模块相连，每个所述单元线圈部的输出电路串联有一个所述通断开关模块；控制器可根据接收到的来自信号采集传输模块的信号控制通断开关模块的导通从而控制单元线圈部输出电路的导通。

8.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：每个所述单元磁体部配置有一个电磁离合器，每个电磁离合器分别与主动力轴固定连接，控制器通过控制电磁离合器的结合与分离以控制单元磁体部的转动，从而控制发电单元参与发电。

9.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述单元磁体部包括若干相对设置的左磁体、右磁体，左磁体与右磁体之间留有间隙，所述单元线圈部位于所述间隙内。

10.根据权利要求9所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述单元磁体部包括一组相对设置的左磁盘、右磁盘，所述左磁体按照N极、S极交错布置在左磁盘上，所述右磁体按照S极、N极交错布置右磁盘上；且相对设置的左磁体与右磁体磁极相反。

11.根据权利要求10所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：相邻的两个所述单元磁体部共用一个磁盘，该磁盘同时兼做一个单元磁体部的左磁盘和相邻的另一个单元磁体部的右磁盘，左磁体、右磁体分别布置在该磁盘的两个面上。

12.根据权利要求10所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述单元线圈部为与所述左磁盘、右磁盘形状匹配的线圈盘，线圈盘内设置有若干小线圈包。

13.根据权利要求7所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：还包括与每个所述单元线圈部一一对应的整流器和逆变器，单元线圈部与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与逆变器的输入端电连接；所述通断开关模块设于整流器与逆变器之间。

14.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：其中一个发电单元的所述单元线圈部可与蓄电池电连接，在该单元线圈部与该蓄电池之间串联有蓄电池开关模块用以导通或断开连接蓄电池的电路，该蓄电池用以存储该发电单元产生的不符合输出标准的电流。