CN109495036A - 一种具有多个发电单元的发电机及其运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用外部动能进行发电的发电装置领域，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，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；每个所述发电单元均包括一个作为转子的单元磁体部和一个作为定子的单元线圈部；还包括控制器、信号采集传输模块，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电单元的数量。该发电机可根据外部动力输入的变化和大小控制不同数量的发电单元参与发电，从而在输入不同应用段的外部动力、输入不同的外部功率时该发电机均可以正常发电，极大提高外了对部能量的利用率。

Description

一种具有多个发电单元的发电机及其运行控制方法

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及其运行控制方法。

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，现有风力发电机所利用的风能通常是局限在某一个应用段的范围，对应用段外的动力输入无法进行有效利用，导致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时才可以正常发电并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正常发电，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风力的利用仅仅是局限于一个应用范围较小的大风力段，对长时间存在的低风力段的风能无法利用，因而整个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，发电机往往会过速运转甚至烧毁，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。

针对风力不稳定的问题市面上出现了交流励磁变速恒频发电机，该发电机通过齿轮箱对在额定风速以下运行的电机进行升速以达到正常发电效果，但这仅仅解决了将发电机的转速升速到额度转速的问题，但在风速较低、外部动力输入较小的情况下，外部动力仍然无法带动电机正常工作。

由此可见，现有发电机因额定功率单一、恒定，其并不能根据外部输入动力的实时变化而调整其内部参与发电的结构和额定功率，因而经常会出现两种现象；要么外部动力不足以带动发电机正常发电，要么发电机过速运转而被迫偏航或停机。实际上各地区的风场、潮汐自然条件是存在差异的，而且大多数情况下是处于低风速、时大时小不稳定状态，现有风力发电机在风力不稳定的常态下显然无法进行自身调节以适配外部风力大小，因而现有的风力发电机对风能的利用极低，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，如何使其适配外部动力大小的实时变化，以使得发电机在输入不同应用段的外部动力时均能正常发电，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，该发电机可根据外部动力输入的变化和大小控制不同数量的发电单元参与发电，从而使得发电机的额定功率可随外部动力大小的变化而调整，当外部动力输入较大时较多的发电单元参与发电，发电机的额定功率增大，当外部动力输入较小时较少的发电单元参与发电，发电机的额定功率减小，从而在输入不同应用段的外部动力、输入不同的外部功率时该发电机均可以正常发电，极大提高外了对部能量的利用率，尤其可以将持续时间最长、动力较低的外部能转化为电能。

本发明总的构思是将多个可独立运行的、具有额定功率的小的发电单元整合成一个整体发电机，控制器根据接收到的外部动力输入的大小信号控制数量相适配的发电单元参与发电，从而实时调整发电机的额定功率以适配外部动力。具体技术方案如下。

一种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；每个所述发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部分别与所述主动力轴固定连接并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，所述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，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各单元线圈部输出电路的导通，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电单元的数量。

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，使得各发电单元可以同时接受主动力轴传递的外部动力。由于每个发电单元的单元磁体部分别均与主动力轴固定连接，在外部动力驱动下，每个发电单元的单元磁体部都随着主动力轴同步转动，但每个单元磁体部随主动力轴转动并不意味着每个发电单元都在运行发电，在某一单元线圈部的输出电路断开的情况下，与其对应的单元磁体部的转动只是使得该单元线圈部进行切割磁力线而产生电势，但并不产生电流，也不会使对应的该单元磁体部产生作用于主动力轴的反向扭矩或者说反向阻力；当该单元线圈部的输出电路导通外部负载构成回路时这些电势就会在该单元线圈部内产生电流，从而开始参与发电，同时，与该单元线圈部对应的单元磁体部就会产生作用于主动力轴的反向扭矩，从而可与外部动力输入产生的正向扭矩达到一个平衡。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。本发明控制器的作用就在于根据接收到的外部动力输入大小的信号控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路从而控制不同数量的发电单元产生电流运行发电，以使得发电机的额定功率实时调整以适配输入的外部动力和功率的大小和变化。当然，也可以通过控制器控制单元磁体部的转动来控制不同数量的发电单元参与发电，此时，需要为每个单元磁体部配置一个电磁离合器，电磁离合器的一部分固定在主动力轴上，另一部分固定在单元磁体部上，控制器通过控制电磁离合器的吸合与分离，从而控制单元磁体部是否与主动力轴结合并随其转动，并以此控制参与发电的发电单元数量，但这种通过控制单元磁体部与主动力轴结合的方式以控制发电单元参与发电的方案，会产生严重的问题：电磁离合器需要外部供电因此需要消耗额外的电量；电磁离合器吸合时容易打滑或接触不良；电磁离合器在结合时发热，磨损很大易产生粉末；需要配套的电刷、电环等复杂的元器件；装配复杂，运行故障率很高；成本相比本发明增加近五分之一。因此采用控制电磁离合器的吸合以控制单元磁体部与主动力轴的结合从而控制发电单元参与发电的方案并不具有现实的应用价值，本发明采用控制器控制单元线圈部输出电路的导通以控制参与发电的发电单元的数量的方案可以有效避免前述采用电磁离合器所产生的所有严重的问题，本发明只需考虑如何控制单元线圈部输出电路导通或断开即可，无需考虑电磁离合器的一系列复杂的电路安装、结合分离等问题，操作极为简单，尤其可贵的是极大降低了发电机在运行中的故障率，提高了运行效率和能量转化率。

本发明控制器接收到的信号可以是主动力轴的转速信号或扭矩信号，也可以是发电单元的功率信号、电压信号、电流信号。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。

为了更好的控制单元线圈部的输出电路，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。所述的通断开关模块最好是电磁开关。

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。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。

更进一步，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。

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。

因为输入的外部动力的大小变化首先反应在发电机主动力轴的转速上，外部动力大则转速高，外部动力小则转速低，作为本发明的最佳选择，所述信号采集传输模块包括一个测速编码器，测速编码器与主动力轴相联以检测其转速并输出信号，该信号为转速信号。

进一步，当主动力轴的转速达到预设的转速上限值时控制器控制导通一单元线圈部的输出电路从而加载一个发电单元参与发电，则此时主动力轴上加载了一个与外部动力相反的反向扭矩，则其转速下降到原有转速范围内；当主动力轴的转速达到预设的转速下限值时控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路从而卸载一个已参与发电的发电单元，则此时主动力轴上卸载了一个与外部动力相反的反向扭矩，则其转速上升到原有转速范围内。这样，当外部动力增大时，控制器就会控制导通较多数量的单元线圈部的输出电路从而较多的发电单元参与发电，当外部动力较小时，控制器会控制导通较少数量单元线圈部的输出电路从而较少的发电单元参与发电，这种方案使得参与发电的发电单元的数量及发电机的额定功率能随外部动力大小的变化而实时调整，且因为主动力轴的转速始终维持在一个恒定的范围内，参与发电的发电单元输出的电流是相对稳定的、并符合一定的频率和电压标准。

作为另一种选择，所述信号采集传输模块与一个发电单元的单元线圈部相联以检测一个发电单元的电力相关值并输出信号，所述信号采集传输模块包括一个电压传感器或电流传感器或功率传感器。因为各单元磁体部均与主动力轴固定连接并同步转动，所以检测一个发电单元的电力相关值就可以感知外部动力的大小，此处的电力相关值可以是电流值、电压值或功率值。

当一个发电单元的电力相关值达到预设的上限值时控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路从而加载一个发电单元参与发电；当一个发电单元的电力相关值达到预设的下限值时控制器控制断开一单元线圈部的输出电路从而卸载一个已参与发电的发电单元。原理如上所述，这种方案同样使得参与发电的发电单元的数量及发电机的额定功率能随外部动力大小的变化而实时变化，且因为主动力轴的转速始终维持在一个恒定的范围内，参与发电的发电单元输出的电流是相对稳定的、并符合一定的频率和电压标准。

作为又一种选择，所述信号采集传输模块包括一个扭矩传感器，所述扭矩传感器与主动力轴相联以检测主动力轴的扭矩信息并输出信号。

在输入外部动力后主动力轴扭矩值变化的表现形式是扭矩值逐步递增或逐步递减，因此，在所述控制器内预先设置有多段依次递增的数值区间，当主动力轴的扭矩值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，从而控制不同数量的发电单元参与发电。具体来说，譬如当输入外部动力后主动力轴的扭矩值处于1千牛至2千牛的这一数值区间时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路从而使发电机的一个发电单元参与发电，当主动力轴扭矩值处于2.1千牛至3千牛的数值区间时，控制器控制导通总共两个发电单元的输出电路从而使发电机的两个发电单元同时参与发电，依此类推。

作为另一种选择，所述信号采集传输模块包括一个功率传感器，功率传感器用以检测全部发电单元输出的总功率并输出信号，此时，功率传感器可以与发电机的输出端相联；在所述控制器内预先设置有多段依次递增的数值区间，当全部发电单元输出的总功率值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，从而控制不同数量的发电单元参与发电。其控制原理同上述扭矩传感器的运用。

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，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。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。

进一步优化，所述通断开关模块设于整流器与逆变器之间。这样便于对单元线圈部输出电路的控制。

进一步，所述通断开关模块为电磁开关，所述发电单元共有四个。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。

更进一步，发电机的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，该蓄电池可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。

本发明具有多个发电单元的发电机的有益技术效果是：由多个可独立运行的、具有各自额定功率的发电单元组成一个整体发电机，因此在发电机的运行中，整个发电机的额定功率是可以通过加载或卸载不同数量的发电单元来实时调整的，整体发电机的额定功率是可以根据外部输入的动力大小变化而变化的，不是恒定不变的，因而完全可以适应不同应用段的外部动力输入；当输入的外部动力、功率大时则通过控制器控制发电机的较多的发电单元参与发电，从而整体发电机的额定功率增大，当输入的外部动力、功率较小时则通过控制器控制较少的发电单元参与发电，从而整体发电机的额定功率减小，以此使得整个发电机的额定功率能够很好的匹配外部输入的动力大小和功率大小，从而在外部动力的不同应用段发电机均能以不同的额定功率正常发电或基本正常发电，均能输出符合一定频率、电压标准的电流，而不会出现因外部动力不足导致发电机不能正常发电、电流达不到一定输出标准的现象。因而本发明极大的提高了发电机对不稳定的外部能量的适应性和利用率，尤其可以将各应用段的外部动力、较低的外部能量转化为电能，具体到采用本发明的风力发电机而言，既可以利用强风发电，也可以利用微风发电。另外，本发明巧妙的采用控制单元线圈部输出电路导通的方式以控制参与发电的发电单元数量，相比通过控制电磁离合器的吸合以控制各发电单元参与发电的技术方案，本发明不需要消耗额外的电量以供应电磁离合器工作；不存在电磁离合器吸合时容易打滑或接触不良的缺陷；不存在电磁离合器在结合时发热，磨损很大易产生粉末的缺陷；也不需要配套的电刷、电环等复杂的元器件；生产装配更简单，尤其重要的是极大的降低了发电机的运行故障率，极大提高了发电机的稳定性，且成本可以降低至少五分之一；另外，本发明始终保持单元磁体部随主动力轴同步转动，而仅仅通过控制器控制各单元线圈部的输出电路的导通来控制调整发电机的额定功率，操作非常简单、也非常有效。本发明的工作原理在下文中均有详细的记载和体现。

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、海岛驻防、及高原荒漠等艰苦地区的供电。

本发明还提供了非常适于控制具有多个可独立运行的发电单元的发电机的运行控制方法，该运行控制方法使得发电机在输入不同应用段的外部动力时可以顺利的加载、卸载不同数量的发电单元参与发电，从而可以便捷的根据外部动力大小调整发电机整体的额定功率，以使得发电机能够适配不同应用段的外部动力的大小和变化并能正常发电输出符合一定标准的电流。

一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的测速编码器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，尤其，所述发电机可以采用具有测速编码器的具有多个发电单元的发电机，包括如下步骤：

A、在控制器内预先设置一个转速上限值、一个转速下限值；

B、外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部转动，测速编码器检测采集主动力轴的转速信息并将转速信号传输给控制器；

C、当主动力轴的转速达到所述转速上限值时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电，则主动力轴转速下降到所述转速上限值和转速下限值之间；

D、外动力增大从而驱动主动力轴的转速增加，当转速再次达到所述转速上限值时控制器再控制导通一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而再加载一个发电单元参与发电，此时主动力轴的转速又下降到所述转速上限值和转速下限值之间。

依次类推在外部动力持续增大的情况下可以逐步加载N个发电单元同时参与发电以匹配外部输入的动力和功率的增加，使得发电机始终可以在一个恒定转速范围内正常发电输出符合标准的电流。

以上是在外部动力增加时逐步加载发电单元的运行控制过程。当外部动力减小时，发电机同样可以卸载已参与发电的发电单元，并包括如下步骤：

E、当外动力逐步减小，主动力轴的转速达到所述转速下限值时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元，则主动力轴转速上升到所述转速上限值和转速下限值之间；

F、当外动力继续逐步减小，主动力轴的转速再次达到所述转速下限值时，控制器再控制断开一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而再卸载一个已参与发电的发电单元。

因为外部动力的变化首先表现在主动力轴的转速变化上，以测速编码器检测转速信号进行控制是最为方便的。在该方法中，当转速达到转速上限值时表明外部动力增加到足够大且原已运行发电的发电单元的实际输出功率超出各自的额定功率较多，原有数量的参与发电的发电单元已不能承受外部动力，需要增加发电单元共同参与发电，否则在转速继续增加、原发电单元实际输出功率继续增加并超负荷运行时就会烧毁发电单元的单元线圈部，此时，控制器根据转速信号就导通一个单元线圈部的输出电路从而加载一个发电单元参与发电，从而在原有基础上增加了一个发电单元共同参与发电，相应的发电机的整体额定功率就增大了从而与输入的外部功率适配。因为每个发电单元是同轴转动的，在加载增加一个发电单元参与发电后，新加载的发电单元就会平均分担外部输入的总功率，譬如，由四个发电单元组成的发电机，每个发电单元额定功率都是5KW，如果原来只有一个发电单元在参与发电，当其转速接近下限值运行时其实际输出功率为3.8KW，如转速增加到转速上限值时其实际输出功率为8KW，此时一个发电单元无法承受外部输入的功率，则控制器控制加载了第二个发电单元参与发电，因为两个发电单元为同轴转动，因此外部输入的功率就会平均分配到每个发电单元，此时两个发电单元每个实际输出功率为4KW，则与此对应的主动力轴的转速就会降低到单个发电单元输出功率为4KW时的转速，接近于转速下限值时的转速，此时两个发电单元均同轴在转速上限值和下限值之间运行。从扭矩的角度也可以解释，当增加一个发电单元参与发电时，新增的发电单元就会因内部产生电流从而新增一个作用在主动力轴上的反向扭矩，从而可以平衡输入的外部动力，为主动力减速。又譬如，发电机原来有三个发电单元在正常参与发电，当主动力轴转速降低到转速下限值时(此时每个发电单元实际输出功率为3.8KW)表明外部动力不足以支持三个发电单元同时参与发电，则控制器断开一个发电单元的单元线圈部的输出电路，则剩下两个发电单元参与发电，输入的外部动力和功率则平均分配到两个发电单元上，此时每个发电单元的实际输出功率变为5.7KW，主动力轴的转速上升而处于转速上限值与转速下限值之间运行以继续正常发电。以此类推通过不断加载或卸载不同数量的发电单元参与发电，以不断根据外部动力和功率输入的大小调整发电机的整体额定功率大小，使得发电机工作时的额定功率始终匹配外部功率、动力输入的大小，可以在一个恒定转速范围内正常发电并输出符合标准的电流。

进一步，在控制器中还设置有一个启动值，在主动力轴开始转动至逐步增加到启动值之前，或者在外动力持续减小并依次断开最后一个单元线圈部的输出电路后，其中一个单元线圈部与蓄电池电连接并导通，该单元线圈部在极小的外动力作用下继续工作以将不符合输出标准的电流储存于蓄电池。此方案的作用在于可以将极低的外部动力转化为电能储存起来以尽量多的利用和转化外部动力，虽然此时从该发电单元输出的电流不符合一定的电压、频率标准，也是对外部能源的最大利用。为了简化控制，所述启动值与所述转速下限值相同，也就是说当主动力轴的转速达到转速下限值时发电机的第一个单元线圈部的输出电路导通从而开始参与发电以输出符合设定标准的电流，发电机开始发电运行工作。当然，也可以将启动值设置为略高于转速下限值，这样也是可行的。

采用测速编码器检测主动力轴的转速以控制加载、卸载发电单元的运行控制方法还可以是如下方法。

一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的测速编码器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，包括如下步骤：

A、在控制器内预先设置一个转速上限值、一个转速下限值；

B、外动力驱动发电机主动力轴转动并带动发电单元的单元磁体部转动，测速编码器检测采集主动力轴的转速信息并将信号传输给控制器；

C、当主动力轴的转速达到转速上限值时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，一个单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电；当主动力轴的转速达到转速下限值时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元。

此控制方法的原理同上述运行控制方法。

以下一种方法是根据检测某一个发电单元的电力相关值(电流或电压或功率)以控制加载和卸载发电单元的运行控制方法。

一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的信号采集传输模块，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，此时信号采集传输模块包括一个电压传感器或电流传感器或功率传感器，包括如下步骤：

A、在控制器内预先设置电力相关值的一个上限值、一个下限值；

B、外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部转动，信号采集传输模块检测采集一个发电单元的电力相关值并将信号传输给控制器；

C、当一个发电单元的电力相关值达到所述上限值时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，一个单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电；当一个发电单元的电力相关值达到所述下限值时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，则该单元线圈部与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元。

以下运行控制方法是根据检测主动力轴上的扭矩值以控制加载或卸载发电单元的方法。

一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的扭矩传感器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，包括如下步骤：

A、在所述控制器内预先设置多段依次递增的数值区间；

B、外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部转动，扭矩传感器检测主动力轴的扭矩值并将信号传输给控制器；

C、当主动力轴的扭矩值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，输出电路被导通的单元线圈部与外界负载导通构成一个回路并在回路中形成电流，从而控制器控制不同数量的发电单元参与发电。

进一步，在步骤C中，当主动力轴的扭矩值处于较低的数值区间时，控制器控制导通较少数量的单元线圈部的输出电路，当主动力轴的扭矩值处于较高的数值区间时，控制器控制导通较多数量的单元线圈部的输出电路。

所述发电机为采用扭矩传感器的、具有多个发电单元的发电机。

以下是根据检测到的发电机输出的总功率信号以控制加载或卸载发电单元的运行控制方法。

一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的功率传感器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，包括如下步骤：

A、在所述控制器内预先设置多段依次递增的数值区间；

B、外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部开始转动，功率传感器检测全部发电单元输出的总功率值并将信号传输给控制器；

C、当全部发电单元输出的总功率值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，输出电路被导通的单元线圈部与外界负载导通构成一个回路并在回路中形成电流，从而控制器控制不同数量的发电单元参与发电。

进一步，在步骤C中，当所述总功率值处于较低的数值区间时，控制器控制导通较少数量的单元线圈部的输出电路，当所述总功率值处于较高的数值区间时，控制器控制导通较多数量的单元线圈部的输出电路。

以下是上述各种方法以及未列明的、采用检测其他信号进行控制发电机的方法都适用和都具备的运行控制方法，因此，以下方法囊括了在本发明的整体技术构思下的全部运行控制方法，是对各种方法的一种概括。

一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的信号采集传输模块，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，包括如下步骤：

A、在控制器内预先输入控制参数；

B、外动力驱动发电机主动力轴转动并带动发电单元的单元磁体部转动，信号采集传输模块检测、采集发电机的状态信息并将信号传输给控制器；

C、当控制器接收到的来自信号采集模块的信号满足一个导通条件时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，一个单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电；当控制器接收到的来自信号采集模块的信号满足一个卸载条件时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，则该单元线圈部与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元。

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为本发明发电机实施例的剖视图；

图4为本发明发电机实施例的立体分解图；

图5为本发明运行控制方法第一个实施例的逻辑关系图(信号采集传输模块采用测速编码器)；

图6为本发明运行控制方法第二个实施例的逻辑关系图(信号采集传输模块采用扭矩传感器)。

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。

如附图1～4所示，为具有多个发电单元的发电机的一个较佳的实施例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，发电机的额定总功率是各发电单元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。

所述控制系统包括控制器4、信号采集传输模块5(如图5～6所示)，信号采集传输模块5与控制器4信号连接，控制器4根据接收到的来自信号采集传输模块5的信号分别控制各单元线圈部32输出电路的导通，控制器4通过控制输出电路导通的单元线圈部32的数量以控制参与发电的发电单元3的数量。具体的，控制器4可以选用的器件非常多，可以单片机或者PLC控制器，本实施例中选用的是西门子的PLC。信号采集传输模块5在本实施例中包括一个测速编码器，例如可以选用霍尔传感器检测主动力轴2的转速，测速编码器与主动力轴2相联以检测其转速并输出信号，该信号为转速信号。输入的外部动力的大小变化首先反应在发电机主动力轴2的转速上，外部动力大则转速高，外部动力小则转速低，通过检测主动力轴2的转速实现控制，是比较优选的方式。主动力轴2的转速达到预设的转速上限值时控制器4控制导通一单元线圈部32的输出电路从而加载一个发电单元3参与发电，此时主动力轴2上加载了一个与外部动力相反的反向扭矩，则其转速下降到原有转速范围内；当主动力轴2的转速达到预设的转速下限值时控制器4控制断开一个单元线圈部32的输出电路从而卸载一个已参与发电的发电单元3，此时主动力轴2上卸载了一个与外部动力相反的反向扭矩，则其转速上升到原有转速范围内。这样，当外部动力增大时，控制器4就会控制导通较多数量的单元线圈部32的输出电路从而较多的发电单元3参与发电，当外部动力较小时，控制器4会控制导通较少数量单元线圈部32的输出电路从而较少的发电单元3参与发电，这种方案使得参与发电的发电单元3的数量及发电机的额定功率能随外部动力大小的变化而实时调整，且因为主动力轴2的转速始终维持在一个恒定的范围内，参与发电的发电单元3输出的电流是相对稳定的、并符合一定的频率和电压标准。

在其他实施例中，信号采集传输模块5包括一个扭矩传感器，所述扭矩传感器与主动力轴2相联以检测主动力轴2的扭矩信息并输出信号。在输入外部动力后主动力轴2扭矩值变化的表现形式是扭矩值逐步递增或逐步递减，因此，在所述控制器4内预先设置多段依次递增的数值区间，当主动力轴2的扭矩值处于不同的数值区间时，则控制器4控制导通不同数量的单元线圈部32的输出电路，从而控制不同数量的发电单元3参与发电。具体来说，譬如当输入外部动力后主动力轴2的扭矩值处于1千牛至2千牛的这一数值区间时，控制器4控制导通一个单元线圈部32的输出电路从而使发电机的一个发电单元3参与发电，当主动力轴2扭矩值处于2.1千牛至3千牛的数值区间时，控制器4控制导通总共两个发电单元3的输出电路从而使发电机的两个发电单元3同时参与发电，依此类推。

在又一实施例中，所述信号采集传输模块5包括一个电压传感器或电流传感器或功率传感器，所述信号采集传输模块5与一个发电单元3的单元线圈部32相联以检测一个发电单元3的电力相关值并输出信号。因为各单元磁体部31均与主动力轴2固定连接并同步转动，所以检测一个发电单元3的电力相关值就可以感知外部动力的大小，此处的电力相关值可以是电流值、电压值或功率值。

当一个发电单元3的电力相关值达到预设的上限值时控制器4控制导通一个单元线圈部32的输出电路从而加载一个发电单元3参与发电；当一个发电单元3的电力相关值达到预设的下限值时控制器4控制断开一单元线圈部32的输出电路从而卸载一个已参与发电的发电单元3。原理如上所述，这种方案同样使得参与发电的发电单元3的数量及发电机的额定功率能随外部动力大小的变化而实时变化，且因为主动力轴2的转速始终维持在一个恒定的范围内，参与发电的发电单元3输出的电流是相对稳定的、并符合一定的频率和电压标准。

在又一实施例中，作为另一种选择，所述信号采集传输模块5包括一个功率传感器，功率传感器用以检测全部发电单元3输出的总功率并输出信号，此时功率传感器可以与发电机的输出端相联；在所述控制器4内预先设置多段依次递增的数值区间，当全部发电单元3输出的总功率值处于不同的数值区间时，则控制器4控制导通不同数量的单元线圈部32的输出电路，从而控制不同数量的发电单元3参与发电。其控制原理同上述扭矩传感器的运用。

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，发电机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(图中未示出)，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。从发电单元3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。

本发明控制器4的作用就在于根据接收到的外部动力输入大小的信号控制导通不同数量的单元线圈部32的输出电路从而控制不同数量的发电单元3产生电流运行发电，以使得发电机的额定功率实时调整以适配输入的外部动力和功率的大小和变化，相比通过电磁离合器控制单元磁体部31的转动来控制发电单元3的运行，本实施例具有极大的技术优势，有益效果明显。

为了更好的控制单元线圈部32的输出电路，控制系统还包括多个通断开关模块，通断开关模块设于整流器与逆变器之间，通断开关模块为电磁开关；控制器4分别与通断开关模块相连，每个所述单元线圈部32的输出电路均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。

在更优选的实施例中，发电机的其中一个发电单元3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，该蓄电池可用以存储该发电单元3产生的不符合输出标准的电流。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3正常发电时，可以让其中一个发电单元3的单元线圈部32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。

本发明的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法实施例，如图5所示逻辑关系图给出了如何控制四个发电单元(分别编号为A、B、C、D)参与发电，本实施例中是采用测速编码器作为信号采集传输模块以感知和传输主动力轴的转速信息，本实施例的运行控制方法包括如下步骤：

A、在控制器4内预先设置一个转速上限值、一个转速下限值；

B、外动力驱动发电机主动力轴2转动并带动各发电单元3的单元磁体部31转动，测速编码器检测采集主动力轴2的转速信息并将转速信号传输给控制器4；

C、当主动力轴2的转速达到所述转速上限值时，控制器4控制导通一个单元线圈部32的输出电路，该单元线圈部32与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部32产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元3参与发电，则主动力轴2转速下降到所述转速上限值和转速下限值之间；

D、外动力增大从而驱动主动力轴2的转速增加，当转速再次达到所述转速上限值时控制器4再控制导通一个单元线圈部32的输出电路，该单元线圈部32与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部32产生的电势在回路内形成电流，从而再加载一个发电单元3参与发电，此时主动力轴2的转速又下降到所述转速上限值和转速下限值之间。

依次类推在外部动力持续增大的情况下可以逐步加载N个发电单元3同时参与发电以匹配外部输入的动力和功率的增加，使得发电机始终可以在一个恒定转速范围内正常发电输出符合标准的电流。当外部动力减小时，发电机同样可以卸载已参与发电的发电单元3，并包括如下步骤：

E、当外动力逐步减小，主动力轴2的转速达到所述转速下限值时，控制器4控制断开一个单元线圈部32的输出电路，该单元线圈部32与外界负载的回路断开，该单元线圈部32仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元3，则主动力轴2转速上升到所述转速上限值和转速下限值之间；

F、当外动力继续逐步减小，主动力轴2的转速再次达到所述转速下限值时，控制器4再控制断开一个单元线圈部32的输出电路，该单元线圈部32与外界负载的回路断开，该单元线圈部32仅产生电势而不能形成电流，从而再卸载一个已参与发电的发电单元3。

具体的，测速编码器选用的是型号为Bourns EMS22D51-B28-LS5的编码器，其安装在主动力轴2上，检测主动力轴2转动的转速。

因为外部动力的变化首先表现在主动力轴2的转速变化上，以测速编码器检测转速信号进行控制是最为方便的。具体使用时，在控制器4中还设置有一个启动值，在主动力轴2开始转动至逐步增加到启动值之前，或者在外动力持续减小并依次断开最后一个单元线圈部32的输出电路后，其中一个单元线圈部32与蓄电池电连接并导通，该单元线圈部32在极小的外动力作用下继续工作以将不符合输出标准的电流储存于蓄电池。此方案的作用在于可以将极低的外部动力转化为电能储存起来以尽量多的利用和转化外部动力，虽然此时从该发电单元3输出的电流不符合一定的标准，也是对外部能源的最大利用。为了简化控制，上述启动值与转速下限值相同，这样在利用测速编码器测速时，控制器内只需设置两个数值即转速下限值和转速上限值即可。

采用测速编码器检测主动力轴2的转速以控制上述具有多个发电单元3的发电机的运行控制方法还可以是如下方法，其包括如下步骤：

A、在控制器4内预先设置一个转速上限值、一个转速下限值；

B、外动力驱动发电机主动力轴2转动并带动发电单元3的单元磁体部31转动，测速编码器检测采集主动力轴2的转速信息并将信号传输给控制器4；

C、当主动力轴2的转速达到转速上限值时，控制器4控制导通一个单元线圈部32的输出电路，一个单元线圈部32与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部32产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元3参与发电；当主动力轴2的转速达到转速下限值时，控制器4控制断开一个单元线圈部32的输出电路，该单元线圈部32与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部32仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元3。

为了更进一步的说明采用测速编码器传输转速信号进行控制的过程，参见图5所示逻辑关系图，图5给出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，控制器分别控制各发电单元单元线圈部的输出电路的导通。控制器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A产生的不符合标准的较小电流储存于蓄电池。当控制器检测到主动力轴的转速达到启动值时，则控制导通发电单元A单元线圈部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；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单元线圈部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，此时发电单元A和B均参与发电，正常发电；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单元线圈部的输出电路，从而发电单元A、B、C、D同时参与发电并输出符合一定标准的电流。

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单元线圈部的输出电路，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运行参与发电；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单元线圈部的输出电路，则发电单元C停止运行并不再参与发电，此时仅有发电单元A、B运行参与发电。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参与发电，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。

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。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。

具有多个发电单元的发电机的运行控制方法又一实施例中，如图6所示的逻辑关系图，公开了一种具有四个发电单元(分别编号为A、、B、C、D)的发电机的运行控制方法，发电机包括主动力轴2、多个发电单元3、控制器4及与控制器4信号连接的扭矩传感器，每个发电单元3均包括一个单元磁体部31和一个单元线圈部32，包括如下步骤：

A、在所述控制器4内预先设置多段依次递增的数值区间；

B、外动力驱动发电机主动力轴2转动并带动发电单元3的单元磁体部31转动，扭矩传感器检测主动力轴2的扭矩值并将信号传输给控制器4；

C、当主动力轴2的扭矩值处于不同的数值区间时，则控制器4控制导通不同数量的单元线圈部32的输出电路，输出电路被导通的单元线圈部32与外界负载导通构成一个回路并在回路中形成电流，从而控制器4控制不同数量的发电单元3参与发电。

进一步，在步骤C中，当主动力轴2的扭矩值处于较低的数值区间时，控制器4控制导通较少数量的单元线圈部32的输出电路，当主动力轴2的扭矩值处于较高的数值区间时，控制器4控制导通较多数量的单元线圈部32的输出电路。

在图6中，主动力轴的扭矩值处于不同的数值区间，控制器控制导通的单元线圈部的输出电路的数量是不同的，从而可以适配不同的外部动力，譬如在图6中，当主动力轴的扭矩值处于第三数值区间时，发电单元A、B、C的单元线圈部的输出电路均被导通，则该三个发电单元均与外界负载导通并参与发电。在此，各数值区间彼此不存在重合的数值区间

图6逻辑关系图所示的运行控制方法，同样适用于采用功率传感器检测发电机总功率进行运行控制的方法。

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 (29)

1.一种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；每个所述发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部分别与所述主动力轴固定连接并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，所述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，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各单元线圈部输出电路的导通，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电单元的数量。

2.根据权利要1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。

3.根据权利要求1或2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。

4.根据权利要求3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。

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：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。

6.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：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。

7.根据权利要求1或2所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述信号采集传输模块包括一个测速编码器，测速编码器与主动力轴相联以检测其转速并输出信号。

8.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，当主动力轴的转速达到预设的转速上限值时控制器控制导通一单元线圈部的输出电路从而加载一个发电单元参与发电；当主动力轴的转速达到预设的转速下限值时控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路从而卸载一个已参与发电的发电单元。

9.根据权利要求1或2所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述信号采集传输模块与一个发电单元的单元线圈部相联以检测一个发电单元的电力相关值并输出信号，所述信号采集传输模块包括一个电压传感器或电流传感器或功率传感器。

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：当一个发电单元的电力相关值达到预设的上限值时控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路从而加载一个发电单元参与发电；当一个发电单元的电力相关值达到预设的下限值时控制器控制断开一单元线圈部的输出电路从而卸载一个已参与发电的发电单元。

11.根据权利要求1或2所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述信号采集传输模块包括一个扭矩传感器，所述扭矩传感器与主动力轴相联以检测主动力轴的扭矩信息并输出信号。

12.根据权利要求11所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：在所述控制器内预先设置有多段依次递增的数值区间，当主动力轴的扭矩值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，从而控制不同数量的发电单元参与发电。

13.根据权利要求1或2所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述信号采集传输模块包括一个功率传感器，功率传感器用以检测全部发电单元输出的总功率并输出信号；在所述控制器内预先设置有多段依次递增的数值区间，当全部发电单元输出的总功率值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，从而控制不同数量的发电单元参与发电。

14.根据权利要求2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。

15.根据权利要求14所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述通断开关模块设于整流器与逆变器之间。

16.根据权利要求2或15所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述通断开关模块为电磁开关，所述发电单元共有四个。

17.根据权利要求1或2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。

18.一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的测速编码器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，其特征在于，包括如下步骤：

A.在控制器内预先设置一个转速上限值、一个转速下限值；

B.外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部转动，测速编码器检测采集主动力轴的转速信息并将转速信号传输给控制器；

C.当主动力轴的转速达到所述转速上限值时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电，则主动力轴转速下降到所述转速上限值和转速下限值之间；

D.外动力增大从而驱动主动力轴的转速增加，当转速再次达到所述转速上限值时控制器再控制导通一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而再加载一个发电单元参与发电。

19.根据权利要求18所述的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

E.当外动力逐步减小，主动力轴的转速达到所述转速下限值时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元，则主动力轴转速上升到所述转速上限值和转速下限值之间；

F.当外动力继续逐步减小，主动力轴的转速再次达到所述转速下限值时，控制器再控制断开一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而再卸载一个已参与发电的发电单元。

20.根据权利要求18或19所述的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，其特征在于：在控制器中还设置有一个启动值，在主动力轴开始转动至逐步增加到启动值之前，或者在外动力持续减小并依次断开最后一个单元线圈部的输出电路后，其中一个单元线圈部与蓄电池电连接并导通，该单元线圈部在极小的外动力作用下继续工作以将不符合输出标准的电流储存于蓄电池。

21.一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的测速编码器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，其特征在于，包括如下步骤：

A.在控制器内预先设置一个转速上限值、一个转速下限值；

B.外动力驱动发电机主动力轴转动并带动发电单元的单元磁体部转动，测速编码器检测采集主动力轴的转速信息并将信号传输给控制器；

C.当主动力轴的转速达到转速上限值时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，一个单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电；当主动力轴的转速达到转速下限值时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，该单元线圈部与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元。

22.根据权利要求21所述的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，其特征在于：所述发电机为权利要求7所述的具有多个发电单元的发电机。

23.一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的信号采集传输模块，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，其特征在于，包括如下步骤：

A.在控制器内预先设置电力相关值的一个上限值、一个下限值；

B.外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部转动，信号采集传输模块检测采集一个发电单元的电力相关值并将信号传输给控制器；

C.当一个发电单元的电力相关值达到所述上限值时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，一个单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电；当一个发电单元的电力相关值达到所述下限值时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，则该单元线圈部与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元。

24.一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的扭矩传感器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，其特征在于，包括如下步骤：

A.在所述控制器内预先设置多段依次递增的数值区间；

B.外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部转动，扭矩传感器检测主动力轴的扭矩值并将信号传输给控制器；

C.当主动力轴的扭矩值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，输出电路被导通的单元线圈部与外界负载导通构成一个回路并在回路中形成电流，从而控制器控制不同数量的发电单元参与发电。

25.根据权利要求24所述的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，其特征在于：在步骤C中，当主动力轴的扭矩值处于较低的数值区间时，控制器控制导通较少数量的单元线圈部的输出电路，当主动力轴的扭矩值处于较高的数值区间时，控制器控制导通较多数量的单元线圈部的输出电路。

26.根据权利要求24所述的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，其特征在于：所述发电机为权利要求11所述的具有多个发电单元的发电机。

27.一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的功率传感器，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，其特征在于，包括如下步骤：

A.在所述控制器内预先设置多段依次递增的数值区间；

B.外动力驱动发电机主动力轴转动并带动各发电单元的单元磁体部开始转动，功率传感器检测全部发电单元输出的总功率值并将信号传输给控制器；

C.当全部发电单元输出的总功率值处于不同的数值区间时，则控制器控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路，输出电路被导通的单元线圈部与外界负载导通构成一个回路并在回路中形成电流，从而控制器控制不同数量的发电单元参与发电。

28.根据权利要求27所述的具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，其特征在于：在步骤C中，当所述总功率值处于较低的数值区间时，控制器控制导通较少数量的单元线圈部的输出电路，当所述总功率值处于较高的数值区间时，控制器控制导通较多数量的单元线圈部的输出电路。

29.一种具有多个发电单元的发电机的运行控制方法，所述发电机包括主动力轴、多个发电单元、控制器及与控制器信号连接的信号采集传输模块，每个发电单元均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部，其特征在于，包括如下步骤：

A.在控制器内预先输入控制参数；

B.外动力驱动发电机主动力轴转动并带动发电单元的单元磁体部转动，信号采集传输模块检测、采集发电机的状态信息并将信号传输给控制器；

C.当控制器接收到的来自信号采集模块的信号满足一个导通条件时，控制器控制导通一个单元线圈部的输出电路，一个单元线圈部与外界负载导通构成一个回路，该单元线圈部产生的电势在回路内形成电流，从而加载一个发电单元参与发电；当控制器接收到的来自信号采集模块的信号满足一个卸载条件时，控制器控制断开一个单元线圈部的输出电路，则该单元线圈部与外界负载构成的回路断开，该单元线圈部仅产生电势而不能形成电流，从而卸载一个已参与发电的发电单元。