TWI451667B - 永磁式發電機及使用該永磁式發電機之風力發電機 - Google Patents

Description

永磁式發電機及使用該永磁式發電機之風力發電機 發明領域

本發明有關動力發電機，且特別是用來作為風力、水力、及其它低速類型動力發電機之動力發電機。

相關技藝說明

在風力發電中，轉動能藉由將螺旋槳的旋轉動作傳輸至一動力發電機的轉子軸而被轉換成電能。一動力發電機的輸出是被連接至系統動力，或被儲存於電池中並當需要時用來作為電力。因為該產生電力取決於該動力發電機的規格，所以該動力發電機被選擇以匹配該電力產生設備。

有數個類型的動力發電機，包含，例如，一種使用線圈之類型、一種使用永久磁鐵作為場磁鐵的類型，或者關於它們的結構，一種放射狀型，其中一定子圍繞一圓柱形轉子的外部、及一軸型，其中一定子在該軸向上面對一碟形轉子，等。每一類型具有它自己的優點與缺點，但要是動力產生的效率是明顯的，則該永久磁鐵型被用來作為場磁鐵，因為比起具有相同實體大小的線圈場磁鐵，能產生一較強的磁場、增加了連接至電樞線圈磁通量並提高所感應的電壓。

因為電力能量主要取決於一動力發電機的效率，所以要求有較高效率的動力發電機。特別是，於該風力發電，發電機在一高達數百rpm的轉速下被使用，其是相當低於在 其它形式的電力產生。因為產生的電壓是與一動力發電機的轉速成比例，所以若用於其它動力發電方法的動力發電機是用作一風力發電機而無額外的修改，則產生的電壓將下降。為了提高產生的電壓，於是電泵電路是必要的，導致成本的增加。該電壓係能藉由提高轉速來提高。當該電壓亦可藉由插入一加速齒輪在該螺旋槳軸與該動力發電機的轉子軸之間來提高時，此方法是不受歡迎的，因為該齒輪可能導致齒輪感應轉矩損失，並且在一重要成本增加因素以外，能變成雜訊產生與降低設備可靠度的因素。

此外，該產生的電壓是與該等場磁鐵的磁極數成比例。當線圈或一轉子的磁鐵數量為了增加磁極數量而被增加時，該等場磁鐵的磁場可能減少，因為每個線圈或磁鐵必須是小的。於是，可能的一個選擇是，藉由增加線圈或相同大小之磁鐵數量來保持該等場磁鐵的磁場，放大一轉子的直徑來增加磁極。此方法是實用的，然而，放大一動力發電機之轉子的直徑意謂使該動力發電機的總直徑更大，這對於在以下風力發電的情況的原因是不受歡迎的。

當有兩類的風渦輪，即，一垂直軸型，其中旋轉軸是垂直於風的方向、及一水平軸型，其中它平行於風的方向，該水平軸型通常被使用，由於其在高風速的高效率。於水平軸型中，直接連接至在該螺旋槳中心的轉子軸的動力發電機的大小影響了該螺旋槳的風捕獲能力。即，如由第11圖之風力發電機所示，該螺旋槳的風捕獲區域被減少，且該螺旋槳的旋轉力係與容納於該動力發電機62之引擎艙61

的擴大成比例地被減少。換言之，當該動力發電機變大時，風力發電效率降低。JP2002-153036A揭露一種應用至風力發電的無核心動力發電機，若該動力發電機的外部直徑變更大時，此發電機明顯減少了風捕獲區域。

發明概要

本發明可提供一種適合於一發電設備，諸如一風力發電廠等的動力發電機，那不是一龐大的電發電機，其可能防礙以螺旋槳來捕獲風，而是一種能夠在不妨礙風捕獲下增加所產生之電壓的發電機。

根據本發明，能提供一種永磁式發電機，其包含有：一發電機軸；至少三個耦合至該發電機軸的轉子，轉子具有一盤形結構，其具有依附至其的永久磁鐵，並且每個轉子係設在該發電機軸的長度方向；及具有盤形結構的定子，該盤形結構具有一設於至少兩個由該等轉子所形成的間隙之纏繞銅線的定子線圈，該等定子係與該發電機軸分開，該等轉子與該等定子被設於在該發電機軸的長度方向間隔的盤中，具有不少於5個的轉子與定子之數量。

於本發明的較佳實施例，上述該等轉子與定子每一個是碟形；依附至每個轉子的永久磁鐵被均等相隔地放置在該同一轉子的圓周方向，具有多達4個磁極；且該等定子線圈，在該同一轉子的圓周方向，被均等隔開，該等定子中具有多達3個極。

於本發明的另一較佳實施例，上述該等定子線圈是以 單相被串聯連接或以三相串聯連接在一起。

於本發明的另一較佳實施例，在該至少3個轉子級中，在兩端的轉子具有依附至由一磁性材料製成的一盤狀軛鐵的一側之永久磁鐵。產生自該等永久磁鐵的磁通量流回到該軛鐵中，因此降低了來自該兩端之轉子的磁性洩漏。

於本發明的另一較佳實施例，除了上述端轉子外的該等轉子可藉由將磁鐵黏附至一由非磁性材料製成的軛鐵而被獲得。

此外，根據本發明，有可能提供一種藉由安裝螺旋槳在該永磁式發電機軸上而獲得的風力發電機。

本發明提供一種動力發電機，其比在使用對比上低轉速，明確地大於0rpm且不大於2000rpm，最好地大於0且不大於1000rpm，的傳統動力發電機，諸如風力與水力發電機，能產生明顯較高的電壓與較大的動力。若本發明的動力發電機被應用至一風力廠，所產生的電壓能被升高而不會降低風捕獲區域，並因此充分地捕獲風能，其排除了使用一為增加該動力發電機轉速的加速齒輪或一為提升提高所產生電壓的電路。此外，由於該等磁鐵的充分配置，即使所使用之磁鐵量是小的，它能產生一大磁場與高電性動力產生效率。

動力可產生於該等定子線圈。於本發明的多級定子，定子間線圈連接係能達成多變的，不像傳統單一定子。換言之，當人希望獲得一高電壓時，將所有定子串聯連接就夠了，且當人希望獲得一耦合有一大電流的低電壓時，將 一些或定子並聯連接就夠了。於是，本發明可允許容易修改的發電規格。

圖式簡單說明

第1A圖繪示如自允許耦合至一螺旋槳等之側所見的本發明之動力發電機的一範例，，且第1B圖顯示其自線a-a所取的一橫截面圖；第2圖繪示用於本發明的一終端轉子的實施例；第3圖繪示用於本發明的一轉子之實施例；第4圖繪示用於本發明的一定子之實施例；第5圖繪示一利用一馬達在450rpm之轉速下所獲得的產生電壓波形；第6圖繪示在定子級數量與該產生電壓之間的關係；第7A圖繪示一具有兩個轉子級與一單一轉子級的3-級情況，及第7B圖繪是一具有3個轉子級與兩個轉子級的5-級情況，具有相同的磁鐵總重；第8圖繪示一具有6個線圈之定子；第9圖繪示在該轉子之轉角與產生電壓之間的關係；第10A圖繪示如在該軸軸向上所見之本發明的永磁式發電機，及第10B圖顯示如在一沿著線b-b之橫截面所見的磁力線的概念圖；第11圖繪示一風力發電機；及第12A圖繪示如在該軸的軸向所見之傳統動力發電機，第12B圖繪示如在一沿著線b-b的橫截面所見的磁力線之概念圖。

較佳實施例之詳細說明

本發明的一實施例被繪示於第1圖，第1A圖繪示一如自允許耦合到一螺旋槳等之側所見，其具有一沿著第1B圖所見之線a-a所取之橫截面圖的本發明之動力發電機的範例。一傳輸一旋動力之軸1，經由一齒輪3，可轉動地被一殼體2所支撐。該軸1的一端可連接到一螺旋槳等，以致於該旋動力能被傳輸至該動力發電機，複數轉子10，20，30係與該軸1固定，這些轉子10，20，30與該軸同步轉動。換言之，該動力發電機之結構包含有轉子10，20，30，其具有被設在直接連接至該發電機軸1之盤狀結構的永久磁鐵、及定子40，其具有配置於面對該等永久磁鐵之轉動路徑的位置之複數線圈，有堆疊於該等交替層中的此轉子與定子的複數級。

舉例說，如第2圖與第3圖所示，在一單一轉子上，有複數永久磁鐵11，21，其是共中心且均等隔開地配置。雖然本發明使得有可能，若大小增加時，增加被設在每個轉子上之該等永久磁鐵產生之磁極數量，可是極數量最好不少於4，且甚至更好是不少於4且不多於48個極，同時面對該等磁極之轉子線圈的數量最好是不少於3，且甚至更好是不少於4且不多於48。當該等磁鐵之極的數量少於4個極時，產生的電壓有時可能是不夠的。該等磁鐵的極性被定向在該軸向，相鄰的磁鐵被設置以便具有相反極性。第2圖與第3圖中，一具有8個極(8個磁鐵)之轉子被形成。

在一單相交流的情況下，該等磁極之數量與該等線圈數量之比為1:1。在一3-相交流的情況下，該比可為4:3，2:3，8:9，10:12，12:15等，特別是，最佳的比可為4:3與2:3。

有複數(3個或更多個)轉子級，且依附至該等轉子之磁鐵最好是相同的數量，即，相同的極數，且它們的形狀可以是似扇形或矩形。此外，該等轉子上之磁鐵的極性，在全部的轉子中，可具有相同配置。換言之，一個轉子的一N-極磁鐵與在一直接相反位置的另一轉子之磁鐵可以都是N-極磁鐵，導致產生在該等轉子間的間隙中的磁場互相增加。

提供有至少3級的盤形轉子，其上配置有這些永久磁鐵，並且具有定子線圈之定子被設於由這些定子所形成的至少兩個間隙中，有至少總計5個堆疊於該等交替層中的轉子與定子級。若在形狀上有擴大，級的數量同樣能增加，且同時無任何特別的上限，101個級或更少是最好的。若該複數轉子被配置以使得該等磁鐵的極性被排列，則該動力發電機中的磁性電路之導磁性增加且一更大的磁通量係能自該等永久磁鐵發出。

不僅這級的配置結構使該電壓高於具有相同磁鐵質量與配置有相同極數的一單級或2-級磁鐵轉子系統中的電壓，而且它亦能增加於該等間隙中所發出之磁通量的大小。

在本發明的一較佳實施例中，在該等至少3個轉子級中，在兩端的轉子可包含有一(最好是碟形的)軛鐵，其中該 軛鐵是由一磁性材料製成並被黏附至不面對該等轉子之該等磁鐵的一極面。此磁性轉子促進了產生自該等磁級的磁通量的逆流流動到該等軛鐵中並降低在兩端之轉子外面的磁性洩漏。由於因在該殼體中磁性洩漏通量所感應的漩渦電流之轉矩損失能被減輕，並且同時，該等對應空隙之磁通量大小能被增加，導致一提高的發電性能。

在該複數轉子級中，位在兩端之該兩個終端轉子10及30，不像其它的轉子，是藉由使用一黏著劑(例如，環氧樹脂，丙烯酸樹脂)，將永久磁鐵11黏附至一軛鐵12而被製造，如第2圖的終端轉子10之範例所示，其最好是由強磁性材料製成。結果，在該終端轉子與相反於其的轉子之間的磁場被增加，同時至該殼體的磁場洩漏同時被抑制。結果，產生於該殼體的漩渦電流被向下保持至最小值並且消除了因該等漩渦電流所施加的約束力。

只要該軛鐵是由磁性材料製成，則沒有特別有關該材料限制，舉例說，其可以是由鐵或磁性不鏽鋼來示範。

除了該等終端轉子的該等轉子20最好具有固定有非磁性材料，諸如Al，不鏽鋼與樹脂的磁鐵。甚至更好的是，如第3圖所示，磁鐵21可被嵌入到非磁性材料23的框架中。結果，相同的磁場能被產生於在該等轉子之兩側的間隙中，並且該框架結構之非磁性材料的使用使得有可能避免發出自該等磁鐵的磁場變弱。

此外，在另一實施例中，非磁性材料能被黏附至該等磁鐵的一側或兩側。

非磁性材料的採用為何提高發出自該等磁鐵的磁場的原因將根據與一代表傳統技術的實施例之比較，被詳細說明在下。

如第12圖所示，以JP2003-348805等所代表的傳統轉子110典型地包含有複數個依附至一單圓形軛鐵12的磁鐵11，且此轉子(110a，110b，110c)是利用在每個轉子間用於插入定子的空間來堆疊。在此情況下，一轉子與一定子之單元被看作一單一動力發電機。一多級動力發電機係藉由堆疊該等單元而形成。一僅有軛鐵的轉子102用該等軛鐵覆蓋且夾住該定子。在第12圖的實施例中，一個轉子係由一軛鐵與磁鐵組成。若此轉子被堆疊成複數級，則每一磁力線109通過該相鄰的軛鐵並逆流如第12圖所示。結果，由一單一轉子的磁動勢所產生之磁力線通過一在該等插入有一定子之轉子間的空隙，相同的磁力線被施加至該多級動力發電機的每個轉子，有相同獲得的磁力線之流動且該等間隙中的磁場在每個動力發電機中是相同的。因為每個轉子中有一軛鐵，由於該軛鐵的磁場遮蔽效應，所以發出自一個轉子的磁力線未能通過該相鄰轉子的軛鐵。結果，該等磁性線不能達到相反的間隙且每個間隙的磁場密度減少。

相反地，於本發明，僅有兩個軛鐵，在與傳統技術比較下，其允許在軸向的減少及在重量上的減少。結果，該發電機能以低於昔日的成本被製成。

另一方面，於本發明的一實施例，如第10圖所示，兩個轉子，在該長度方向上，被設在該軸的兩端，並且複數 轉子被堆疊在其間，其中該轉子包含有複數磁鐵與黏附至其的一圓形軛鐵。除了該等端轉子14a，14b以外的兩個轉子15a，15b係藉由將磁鐵21固定至非磁性材料23製造出，而不需軛鐵。此結構中，產生的磁力線19通過每個轉子的磁鐵且逆流至該終端軛鐵12。如此，該等磁力線19，其代表發出自每個轉子之每個磁鐵的磁動勢總和，可通過該等轉子的間隙，並且比起上述傳統技藝，該等空間中的磁場密度可被明顯地增加。即，全部轉子的磁鐵可互相提高彼此的磁場，加強該等間隙中的磁場。

於是，發明的一種動力發電機可包含有兩個終端轉子、設於其間的複數轉子、及設於該等轉子之間的定子，因此形成一種單一高性能的動力發電機，取代堆疊多數個發電機單元呈複數級。

於本發明的動力發電機，當與傳統動力發電機比較時，磁場密度能被明顯地增加。因為產生的電壓實際上是與該磁場密度成比例，所以本發明中所產生的電壓能被明顯地增加。因此，於本發明的動力發電機，一極強的多極磁場被形成於該等轉子間的間隙中。

該等轉子間的間隙越小，則導致的磁場是越強烈。因此希望使該等間隙儘可能小。

因為傳統發電機的每一轉子具有一軛鐵，所以當該等轉子被堆疊成複數級時，該等軛鐵的總厚度當然每個軛鐵之厚度與級數的乘積；然而，於本發明，該等軛鐵僅被設於該終端轉子，並且因此不管在級數上的增加，該等軛鐵 的總厚度將總是單一軛鐵厚度的兩倍。因此，該等軛鐵的總厚度被保持低的，而且即使級數被增加，在該軸向上保持該發電機主體大小的精簡。結果，它的重量能被降低且它的成本能被降低。

如第4圖所示，一包含有複數線圈的定子40可被設於轉子間的間隙中。舉例說，該等轉子40係利用該容納的殼體2來固定。於該等定子40中，線圈44最好被嵌入一線圈框43。為了防止漩渦電流的產生，該線圈框43係由絕緣材料，諸如樹脂等製成。全部的定子最好可被形成以至於它們可具有相同數量的線圈。該等線圈之形狀通常最好是相同如該等磁鐵的形狀。在一單相中，鄰近縣圈最好在互相相反的方向被纏繞並被串聯連接。於三相中，最好的是，三群組被形成，利用在圓周方向被串聯連接的每三線圈，以便用作一三相繞組。

根據本發明，該等轉子與定子，以一交替方式，被設在該軸的長度方向。假設在兩端之終端轉子之厚度應為該等軛鐵的厚度與突出自該等軛鐵的永久磁鐵之高度之總和，該等轉子間的全部間隙最好是相同的。關於設於該等間隙的定子，在一定子與一轉子之間空隙最好是一致的，以便不妨礙該等轉子的轉動。

該等轉子與定子最好是碟狀的，其最好有50至6000mm之直徑。具有永久磁鐵之轉子的厚度視設在其上之永久磁鐵的質量而改變，最好範圍從2至400mm，且該等終端轉子，最好範圍從3至600mm。有該等定子線圈之定子厚 度，在該轉軸方向上，最好範圍自1至500mm。

當一轉動力從該螺旋槳被傳輸至該軸時，全部轉子與該軸同步地轉動。形成於該等轉子間之間隙(空間)的磁場亦同步轉動力發電機。結果，同步轉動的磁場被傳授至該等定子且感應的磁動勢在該等定子中亦為同步的。若每個定子之線圈數被做成相等於每個轉子之磁極數時，則一單相AC磁動勢被獲得，且若它被做成等於該數量的0.75倍時，則一三相AC電動勢被獲得。安裝於該等定子的線圈全被串聯地綁在一起，且此外，該等定子亦被金屬絲串聯地綁住。結果，由於總電動勢係與定子級數成比例，藉由增加定子級數，能容易地獲得更高的產生電壓。換言之，堆疊該等級導致磁極數量的增加並提高該輸出電壓，而不會放大外部形狀來增加極數。獲得自一動力發電機之AC電動勢經由一整流器被整流，並且然後被儲存在一電池中或被傳輸。

在此方式下，當一動力發電機主體在該軸向的大小，在該轉軸之軸向的轉子與定子之數量被增加時，是增加的，當它被容納於一水平軸型風渦輪的引擎艙中時，風捕獲區域不被減少。當該動力發電機在直徑的放大實在是與該風捕獲區域的減少相關聯時，於本發明之動力發電機，藉由增加其在軸向的大小來提高產生的電壓，而不會增加該直徑，其不影響風捕獲，並且因此，使得有可能將風能轉換成轉動能而沒有損失。希望該風力發電機，經由一般使用的強化塑膠製成的螺旋槳，能做出與風向一致的3-60。

雖然沒有特別的限制在本發明中所使用的永久磁鐵， 可是最好是有含稀土元素的高性能稀土磁鐵。由所謂稀土介金屬化合物組成的稀土黏結磁鐵或稀土燒結磁鐵是最好的，但甚至更好的是Nd基稀土非等向性燒結磁鐵。由於其高能產品與一大的產生電磁場，它們是最好的，因為它們提升了電力產生性能且從磁鐵成本的觀點是價錢低廉的。

只要動力發電機之結構具有根據本發明的數個堆疊級之多極磁鐵轉子與定子，如以上所述，即使在風為基礎的發電期間轉速不增加，產生的電壓能被提高，因此使能夠高效率發電。此外，本申請案之動力發電機同樣可應用至水為基礎的電力產生。

以下，本發明係參考示範實施例來說明；然而，本發明並不在此限。

示範實施例1

第1圖繪式的一動力發電機被製造。製造的動力發電機被設計成具有一可變數量的轉子與定子級，且藉由改變級數所產生之個別產生的電壓被測量。該軸係由不鏽鋼製成，並具有15mm的直徑。於該等終端轉子中，8個NdFeB永久磁鐵(具有定向於該軸向的磁極及4mm之厚度)，利用一黏著劑(環氧樹脂)，被共中心地貼附至一具有100mm之直徑與20mm之厚度的鐵軛鐵，安排它們以致於等距磁級的定向以一交替方式被相反。此外，於該等內部轉子，一具有100mm之直徑與4mm之厚度的不鏽鋼構件具有形成於其中用來嵌入磁鐵的8個等距孔，且相同的NdFeB永久磁 鐵(厚度：4mm)被嵌入該等個別孔中並利用一黏著劑(環氧樹脂)被貼附至該不鏽鋼構件。個別的轉子，以8mm的空隙被貼附至該軸(該等終端轉子的厚度為該永久磁鐵之厚度與與該軛鐵之厚度的總和)。這些轉子是用一鍵被固定，以便與該軸一體轉動而不會滑動力發電機。該等定子具有120mm之直徑並由樹脂製成，該等定子具有被均等隔開用來嵌入線圈的穿孔，該等銅金屬線圈(30圈)被分開製造、被嵌入該等穿孔並用一黏著劑固定。該等嵌入的線圈全被串聯連接，每個定子亦被串聯連接。該殼體具有130mm之直徑及110mm的長度，該殼體係由鋁製成，該殼體是用螺栓，與該等定子一起被固定。該軸是藉由一依附至該殼體的軸承可轉動地支撐，該動力發電機被直接依附至一分開設置的馬達，以便轉動該軸，而且產生的電壓然後被測量。

該動力發電機係由兩個轉子與一個定子組成。第5圖顯示，在450rpm之轉速下，由該馬達所得到之產生電壓的波形。所看到的波形是近正弦曲線的，具有約10V的一峯點。在處理一具有4個轉子與3個定子之情況、以及一具有6個轉子與5個定子之情況的相同測量後，峯點電壓對定子數量被被標繪於第6圖。從這些結果看來明顯的是，該產生的電壓與定子級數成比例地增加。

示範實施例2

第7圖中，完成了在相同的磁鐵總重下，於(A)一具有兩個轉子與一單一定子的3-級情況與(B)一具有3個轉子與 兩個定子(定子未顯示)的5-級情況之間的一比較。該等轉子與定子的兩磁鐵結構是完全相同於示範實施例1的，每個定子具有相同的規格，每個轉子具有8個極、100mm的直徑、及8mm的轉子間隙。此外，在5個級的情況下，該等磁鐵的厚度為4mm，且在3個級的情況下，該等磁鐵的厚度為6mm。在3個級中，該峯點電壓為11V。於是，當使用的磁鐵量是相同時，與該3個級比較下，於該5個級中能相當地提高該產生的電壓。

示範實施例3

於另一比較，一具有兩個轉子與一個定子之3-級型發電機，其中該轉子直徑被擴大且極數增加，係與示範實施例2的5-級型發電機比較。該等轉子與定子之兩磁鐵結構是完全相同於示範實施例1的。該3-級型發電機具有130mm的轉子直徑與10個極，且它的磁鐵之厚度被設定製4.8mm以便使該等磁鐵之總重完全相同於該5-級型的總重。於該3-級型發電機，在450rpm的轉速下，該峰點電壓為17V。於是，儘管該3-級型具有比示範實施例2之該5-級型中大30%的一直徑及大69%的一表面積之事實施例，它還是具有一相似的峯點電壓或甚至一更低的峯點電壓。

示範實施例4

此實施例繪示有5個級，即3個轉子與兩個定子之範例，其中一3-相AC電動勢是用8個極(磁鐵數量：8，NdFeB 型燒結磁鐵)與6個定子線圈而得到。除此以外，該結構是完全相同於示範實施例1之結構。相同的轉子如示範實施例1中被使用。如第8圖所示，該等定子50(厚度：5mm)具有嵌入一線圈框53中的6個線圈。夾住該轉軸的兩個互相相反的線圈被串聯綁住，且同類的配線亦被用於相鄰的定子，利用相反於該軸向的線圈於該兩個串聯綁住的定子。第9圖顯示在450rpm下，於3組線圈所得到的一產生電壓之測量結果，該結果顯示出，要是該等定子之數量等於磁極數的0.75倍或其0.75×整數倍的，則一3-相AC電流被得到。

參考範例

完成了在第12圖所示的傳統結構與第10圖所示的發明結構之間的一比較。在兩情況中，該等定子是相同如示範實施例1的定子，每個定子是設於3個間隙中，全部的轉子具有8-極，有全都具有100mm之直徑、3mm之厚度及6mm的磁鐵厚度的鐵軛鐵。該非磁性框是由不鏽鋼製成且具有100mm之直徑與6mm之厚度，第10與第12圖所繪出的該等轉子，具有設於其間之間隙，以該等間隙為8mm寬之方式，被貼附至該軸。該等轉子14a，14b在第10圖所繪出的相反端的厚度，以及在12圖所繪出的該等轉子110a，110b，110c之厚度，是該等永久磁鐵之厚度與該等軛鐵之厚度的總和。此外，於第10圖的實施例中，除了在相反端之轉子以外的轉子，即轉子15a，15b之厚度是相同如該等永久磁鐵的厚度。

依照測量這兩個動力發電機之產生電壓的結果，發現到，在該傳統結構，該電壓為24V且在本發明之結構為33V，即，約1.4倍較高的電壓。發現到本發明之結構能產生較高的電壓。

如上述，利用本發明的動力發電機，取代放大整個直徑並取代增加該等磁鐵的重量，該產生的電壓能被提高

1‧‧‧軸

2‧‧‧殼體

3‧‧‧齒輪

10‧‧‧轉子

11‧‧‧永久磁鐵

14a,14b‧‧‧轉子

15a,15b‧‧‧轉子

19‧‧‧磁力線

20‧‧‧轉子

21‧‧‧永久磁鐵

23‧‧‧非磁性材料

30‧‧‧轉子

40‧‧‧定子

43‧‧‧線圈框

44‧‧‧線圈

50‧‧‧定子

53‧‧‧線圈框

54‧‧‧線圈

102‧‧‧轉子

109‧‧‧磁力線

110‧‧‧轉子

110a,110b,110c‧‧‧轉子

第1A圖繪示如自允許耦合至一螺旋槳等之側所見的本發明之動力發電機的一範例，，且第1B圖顯示其自線a-a所取的一橫截面圖；第2圖繪示用於本發明的一終端轉子的實施例；第3圖繪示用於本發明的一轉子之實施例；第4圖繪示用於本發明的一定子之實施例；第5圖繪示一利用一馬達在450rpm之轉速下所獲得的產生電壓波形；第6圖繪示在定子級數量與該產生電壓之間的關係；第7A圖繪示一具有兩個轉子級與一單一轉子級的3-級情況，及第7B圖繪是一具有3個轉子級與兩個轉子級的5-級情況，具有相同的磁鐵總重；第8圖繪示一具有6個線圈之定子；第9圖繪示在該轉子之轉角與產生電壓之間的關係；第10A圖繪示如在該軸軸向上所見之本發明的永磁式發電機，及第10B圖顯示如在一沿著線b-b之橫截面所見的磁力線的概念圖； 第11圖繪示一風力發電機；及第12A圖繪示如在該軸的軸向所見之傳統動力發電機，第12B圖繪示如在一沿著線b-b的橫截面所見的磁力線之概念圖。

1‧‧‧軸

2‧‧‧殼體

3‧‧‧齒輪

10‧‧‧轉子

20‧‧‧轉子

30‧‧‧轉子

40‧‧‧定子

Claims (8)

1. 一種永磁式發電機，包含有：一發電機軸；至少三個轉子，其中每個轉子被固定至該發電機軸，每個轉子包含有一具有一與其固定之永久磁鐵的盤形結構，且每個盤型結構係設在該發電機軸的長度方向；及一定子，該定子包含一具有一纏繞銅線之一定子線圈的盤形結構，其中該定子線圈是以一單相串聯連接在一起，或是以一三相串聯連接在一起，且其中該定子被設於至少兩個由該等轉子所形成的間隙中並與該發電機軸分開；其中該等轉子與該定子，在該發電機軸的長度方向上，係交替地設有總計不小於5個級；其中該等永久磁鐵之極性係與該等永久磁鐵之相反極性對齊於一軸方向，自設置在其間之該間隙中的相同定子之相反側朝向彼此，使得磁力線代表發出自全部該等轉子之每個磁鐵的磁動勢總和，提高彼此的磁場並加強該等間隙中的磁場；及其中位在兩端的該等轉子，在面對該定子的一側，具有附著至一盤狀軛鐵的永久磁鐵，該軛鐵包含有磁性材料，其中產生自該等磁極之磁通量能經由該等盤狀軛鐵逆流，因此降低了在兩端從該等轉子的磁性洩漏。
2. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機，其中該等轉子與該定子是碟形的；該等與各個轉子固定的永久磁 鐵係彼此均等隔開地設置在一圓周方向，並具有多達4個磁極；及該定子線圈係彼此均等隔開地設置在一圓周方向，並在該定子中具有多達3個極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機，其中該定子線圈是以一單相串聯連接在一起，或是以一三相串聯連接在一起。
4. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機，其中該永久磁鐵是一稀土磁鐵。
5. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機，其中該永久磁鐵是一Nd基稀土非等向性燒結磁鐵。
6. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機，其中除了位在兩端之轉子以外的一轉子係藉由將該永久磁鐵與一無磁性材料固定而被獲得。
7. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機，其中在該相同轉子中之相鄰的磁鐵具有相反極性。
8. 一種風力發電機，其包含如申請專利範圍第1項所述之永磁式發電機以及一被安裝在該永磁式發電機之該發電機軸上的螺旋槳。