互补单向磁性转子/定子组件对制造技术

单向磁性转子/定子组件对被安装成用于同步旋转且互补，使得当每个组件中的所述转子和定子相对于彼此旋转时，一个组件产生脉冲正电流并且另一组件产生脉冲负电流。所述脉冲正电流和脉冲负电流以期望的相位角结合以产生交流电流，而没有由于电流流动反向所导致的功率损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互补单向磁性转子/定子组件对
本专利技术涉及互补（complementary）单向磁性转子/定子组件对，其中，所述转子或定子具有磁体，其中所述磁体的全部磁场平行于旋转轴线对齐并且所述磁体的磁极全部沿相同方向指向，其中，当每个组件中的转子或定子相对于彼此旋转时，所述磁体在邻近的相关联的线圈中感生电流。
技术介绍
磁体具有北极和南极两者，以及在磁极之间和围绕磁极延伸的磁场。当机械力引起电线或其他电导体移动通过磁场时，电流被感生以在电导体中流动。这是发电机的原理。相反地，当电流流动通过电线或其他电导体时，围绕所述导体产生磁场，并且如果导体处于现有的磁场中，则围绕所述导体的磁场与现有的磁场相互作用，以产生倾向于使所述导体移动的机械力。这是电动马达的原理。发电机将机械力转换成电流，并且电动马达将电流转换成机械力。常规的发电机和常规的电动马达具有被称为转子的旋转部分，转子在被称为定子的固定结构内旋转或邻近于所述固定结构旋转。磁体（永磁体抑或电磁体）被放置在转子上，并且导电的电线被被放置在定子中，或反之亦然。电线通常被缠绕（优选地，围绕芯部，但是任选地不具有芯部）以形成与所述转子的旋转轴线（至少部分地）成直角的电线线圈，因为由电流产生的磁场线与电流的流动方向成直角并围绕电流的流动方向旋转：根据“右手定则”，如果你的右大拇指沿着电流的方向指向，那么你的右手的手指示出磁场线从北极向南极延伸的方向。因此，在发电机中，引起转子中的磁体旋转的机械力感生流动通过位于定子中的线圈中的电线的电流，因此生成流动通过那些电线的电流。在电动马达中，流动通过位于定子中的线圈中的电线的电流产生磁场，因此产生在转子中的磁体上的力，该力引起转子旋转。在发电机和电动马达两者中，相反，磁体能够位于定子中，并且线圈能够位于转子中。应当注意的是，电流常规地被表征为正电荷的方向（诸如，电池的正端子），其与带负电荷的电子的实际流动方向相反：电子实际上朝向电池的负端子流动。电流的电压是电子流的压力（pressure），并且当电子向一个方向（朝向负端子）流动时能够为负，或者当电子向另一方向流动时能够为正。如果电子不流动，则不存在电流，并且因此不存在电压。当电子沿仅一个方向流动时，这被称为直流电流。取决于电子在哪个方向上流动，直流电流能够为负抑或为正。当电子沿一个方向流动并且然后沿相反方向流动时，这被称为交流电流，因为电压从负到正交替。交流电流对传输电力而言是重要的，因为使用交流电流（特别是以高电压传输）能够比使用直流电流高效得多地传输能量。这是由电力公司（electricutility）提供的电力通常是交流电流的原因，以及长距离电传输线处于高电压的原因。诸如太阳能光伏电池的许多替代性能量生成技术固有地产生直流电流，该直流电流必须然后使用“换流器”被改变成交流电流。诸如电池充电器的许多类型的装置使用直流电流，所以交流电流经常使用“整流器”被改变成直流电流。电力必须在电路中被使用，其中电力从电路的一部分（通常是产生推动电流的电压的电池或发电机）流动，一直通过电路的其余部分，并且返回到其原点（电池或发电机）。不论是直流还是交流，能够从任何电流提取的能量的量取决于电路的一部分（电流从其流动通过）与电路的另一部分之间的电压（电压力）的差，并且还取决于正在流动的电流的量——电路的两部分之间的电压差越大并且以那些电压流动的电流越大，能够从电路提取的能量就越多。本公开的其余部分将讨论发电机，但是具有本领域普通技术的人员（“普通技术人员”）将认识到，当反向运行时本公开还适用于电动马达。常规的发电机被设计成使得电子流的方向、以及因此电流的极性在转子的每转期间在某一个或多个点处反向，以产生交流电流。然而，由于反向的电流与发电机中的磁体的相互作用，所以该交流电流产生阻力或“齿槽效应（cogging）”。此外，大量的能量被损耗，这是因为电流引起线圈的芯部的磁化，并且该电流反向引起去磁化并且然后引起那些芯部的相反的磁化，这会浪费能量。风力发电机中的这种“齿槽效应”意味着可能需要更高的风速来启动发电机旋转，从而提高“启动速度”。此外，直到已经达到风力发电机的最小“切入速度（cutinspeed）”之前，风力发电机可能不能够提供有用的功率。如果本专利技术的发电机用于风力发电机中或其中转子/定子组件的旋转速度将改变的其他应用中，那么来自转子/定子组件的线圈的交流电流的频率和电压将随着风速改变，其可能不提供有用的功率。在这样的应用中，将优选的是，将来自转子/定子组件的交流电流（其具有不可控地改变的频率和电压）连接到整流器，以提供有用的DC电流。然而，除非整流器被提供有最小量的交流电流，否则整流器可能会不能够提供有用的DC电流。应当注意的是，如果本专利技术被用作风力发电机，则优选的是，使用电磁制动器来减慢处于过快速度的旋转。因为磁体总是具有北极和南极两者，并且因为目标通常是使引擎和发电机更小，并且因为磁体必须靠近线圈/电线以使电流最大化，因此在磁体和线圈的大多数构造中，线圈/电线的相同部分被暴露于磁体的相继的北极和南极，这同样引起电流反向。例如，转子中的磁体将通过这样来经过定子中的线圈：使北极首先经过，然后使南极经过（或反之亦然）。Yost的美国专利9331534（通过此引用并入本文）公开了用于模块化的微型风力涡轮机的磁发电机，其在转子表面的每侧上具有轴向地对齐的磁体。当驱动主轴使定子附近的转子旋转时，生成磁通量和电力。Yost教导的是，磁体应当分开达0.04至0.6英寸以实现“磁放大”：磁体越靠近，能量输出越高（见15栏38行至16栏35行和图56-图61）。Oelofse的公布的美国专利申请14290741公开了使用经修改的Halbach阵列的发电机设计。
技术实现思路
本专利技术包括发电机，其包括互补定子/转子组件对，其中，所述定子/转子组件被安装成用于同步旋转。同步旋转意味着一个定子/转子组件的转子的旋转引起另一定子/转子组件的转子旋转，尽管不一定以相同的速率或以相同的相位角旋转。所述定子/转子组件中的每个包括：定子；在定子环区域中被安装在所述定子上的线圈；转子；在转子环区域中被安装在转子上的磁体，所述转子环区域与所述定子环区域具有相同的形状和尺寸，其中全部磁体的北极被取向成从转子盘的北表面向外，并且全部南极被取向成从所述转子盘的南表面向外。所述转子被安装成用于围绕旋转轴线旋转，所述旋转轴线在所述定子环区域中居中且垂直于所述定子环区域，使得所述转子平行于所述定子，并且通过转子/定子间隙与所述定子靠近地（closely）偏离。以这种方式，所述磁体的磁场与所述旋转轴线轴向地对齐，并且所述磁体与线圈重叠且通过转子/定子间隙分开。所述转子围绕所述旋转轴线的旋转引起线圈朝向和远离磁体的磁极行进，以感生沿仅一个方向通过所述线圈的脉冲电流。所述定子/转子组件通过足够大的分开距离彼此分开，以避免来自它们的磁场的相互作用的巨大阻力。所述定子/转子组件对中的第一定子/转子组件的线圈和磁体被构造成与所述定子/转子组件对中的第二定子/转子组件的线圈和磁体互补，因此所述定子/转子组件对的第一定子/转子组件产生沿仅一个方向的脉冲电流，并且所述定子/转子组件对的第二定子/转子产生沿相反方向的电流，并且线圈被布线并被缠绕成使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电机，所述发电机包括：互补的定子/转子组件对；其中，所述定子/转子组件被安装成用于同步旋转；其中，所述定子/转子组件中的每个包括：定子；在定子环区域中被安装在所述定子上的线圈；转子；具有北极和南极的磁体，所述磁体具有磁场，所述磁体在转子环区域中被安装在所述转子上，所述转子环区域具有与所述定子环区域大致相同的形状和尺寸，其中全部的所述北极被取向成从所述转子盘的北表面向外，并且全部的所述南极被取向成从所述转子盘的南表面向外；其中，所述转子被安装成用于围绕旋转轴线旋转，所述旋转轴线在所述定子环区域中居中且垂直于所述定子环区域；其中，所述转子平行于所述定子，并且通过转子/定子间隙相对于所述定子靠近地偏离；由此所述磁体的所述磁场与所述旋转轴线轴向地对齐；并且由此所述磁体与所述线圈重叠且通过所述转子/定子间隙分开；由此所述转子围绕所述旋转轴线的旋转引起所述磁体的所述磁极朝向和远离所述线圈行进，以感生沿仅一个方向通过所述线圈的脉冲电流；其中，所述定子/转子组件通过足够大的分开距离彼此分开，以避免来自它们的磁场的相互作用的巨大阻力；其中，所述定子/转子组件对中的第一定子/转子组件的所述线圈和磁体被构造成与所述定子/转子组件对中的第二定子/转子组件的所述线圈和磁体互补，所以所述定子/转子组件对的所述第一定子/转子组件产生沿仅一个方向的脉冲电流，并且所述定子/转子组件对的所述第二定子/转子组件产生沿相反方向的脉冲电流，并且所述线圈被布线和缠绕成使得所述脉冲电流以期望的相位角结合，以产生交流电流；由此避免了来自电流反向的功率损耗。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 US 62/3394391.一种发电机，所述发电机包括：互补的定子/转子组件对；其中，所述定子/转子组件被安装成用于同步旋转；其中，所述定子/转子组件中的每个包括：定子；在定子环区域中被安装在所述定子上的线圈；转子；具有北极和南极的磁体，所述磁体具有磁场，所述磁体在转子环区域中被安装在所述转子上，所述转子环区域具有与所述定子环区域大致相同的形状和尺寸，其中全部的所述北极被取向成从所述转子盘的北表面向外，并且全部的所述南极被取向成从所述转子盘的南表面向外；其中，所述转子被安装成用于围绕旋转轴线旋转，所述旋转轴线在所述定子环区域中居中且垂直于所述定子环区域；其中，所述转子平行于所述定子，并且通过转子/定子间隙相对于所述定子靠近地偏离；由此所述磁体的所述磁场与所述旋转轴线轴向地对齐；并且由此所述磁体与所述线圈重叠且通过所述转子/定子间隙分开；由此所述转子围绕所述旋转轴线的旋转引起所述磁体的所述磁极朝向和远离所述线圈行进，以感生沿仅一个方向通过所述线圈的脉冲电流；其中，所述定子/转子组件通过足够大的分开距离彼此分开，以避免来自它们的磁场的相互作用的巨大阻力；其中，所述定子/转子组件对中的第一定子/转子组件的所述线圈和磁体被构造成与所述定子/转子组件对中的第二定子/转子组件的所述线圈和磁体互补，所以所述定子/转子组件对的所述第一定子/转子组件产生沿仅一个方向的脉冲电流，并且所述定子/转子组件对的所述第二定子/转子组件产生沿相反方向的脉冲电流，并且所述线圈被布线和缠绕成使得所述脉冲电流以期望的相位角结合，以产生交流电流；由此避免了来自电流反向的功率损耗。2.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述定子/转子组件对的所述线圈和磁体通过以下方式被构造成是互补的：使两个所述定子/转子组件的所述磁体对齐，其中两个所述定子/转子组件的所述北极被取向成沿相同方向，并且使所述定子/转子组件中的第一定子/转子组件的线圈与所述定子/转子组件中的第二定子/转子组件的所述线圈沿相反方向缠绕。3.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述定子/转子组件对的所述线圈和磁体通过以下方式被构造成是互补的：使两个所述定子/转子组件中的所述磁体对齐，其中两个所述定子/转子组件的所述北极被取向成沿相反方向，并且使所述定子/转子组件中的第一定子/转子组件的所述线圈与所述定子/转子组件中的第二定子/转子组件的所述线圈沿相同的方向缠绕。4.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述定子/转子组件对的所述线圈和磁体通过以下方式被构造成是互补的：使两个所述定子/转子组件的所述磁体被取向成沿相反方向，其中两个所述定子/转子组件的线圈沿相同方向缠绕。5.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述转子是盘。6.根据权利要求1所述的发电机，其中，第一定子/转子组件被安装在竖轴风力涡轮机的底部部分上，并且第二定子/转子组件被安装在所述竖轴风力涡轮机的顶部部分上。7.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述磁体是...

【专利技术属性】
技术研发人员：SO斯蒂芬斯，
申请(专利权)人：太平洋国际能源解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国,US