电力发电机制造技术

一种电力发电机包括被布置成相对于第二部分(2)往复移动的第一部分(1)。所述第一部分(1)包括至少一个第一环状磁体，所述至少一个第一环状磁体包括沿轴向方向彼此相对布置的北极端和南极端。所述第二部分(2)包括由铁磁材料制成的芯。所述芯包括沿轴向方向延伸的中心部分(21)，以及彼此间隔开间隙(24)的两个径向延伸的部分(22、23)。线圈(25)缠绕在所述中心部分周围。当经受沿径向方向的重复振荡移动时，所述磁体的相对段(11A、11B)可以进入和离开所述间隙。本发明专利技术还涉及一种包括所述发电机的基于涡流的电力设备。的基于涡流的电力设备。的基于涡流的电力设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力发电机


[0001]本专利技术涉及可用于将移动转换成电力和能量的电力发电机的领域。此类发电机例如在可再生能源的背景下是有用的，诸如在基于振荡移动或振动的电力发电的背景下，诸如在基于诸如冯卡门涡流的气动弹性共振的电力发电的背景下是有用的。

技术介绍

[0002]由于不可再生能源（诸如基于燃烧化石的燃料或核能的那些）的缺点，已经做出重大努力来开发所谓的可再生能源，诸如太阳能和风能。风能通常基于使用风作为主要能源来产生一个或多个物体的运动。例如，在水平轴线风力涡轮机中，致使多叶片转子旋转，并且多叶片转子的旋转移动引起布置在所述风力涡轮机的所谓的机舱中的发电机的转子的旋转。发电机的转子的旋转在定子绕组中引发电动势、并且因此引发电流。为了实现旋转移动到电能的高效转换，已经开发出许多不同类型的发电机。
[0003]然而，一些用于将初级能量（诸如风能或波浪能）转换成系统的构件的移动的系统通常产生振荡、而非旋转移动。例如，基于冯卡门涡流的用于发电的系统通常涉及构件的来回振荡，即，摇摆双向移动。例如在WO
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A2、WO
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2017/174685
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A1和WO
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2018/149942
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A1中公开此类基于涡流的电力设备，所述专利申请的内容以引用方式并入本文中。这些文档公开其中杆柱的振荡移动因磁体相对于线圈的移动而转换成电能的设备。这些设备以及许多其他用于发电的振荡设备可以在没有轴承、齿轮和润滑剂的情况下操作。而且，其有时并不需要额外手段来启动设备。所谓的涡流风力发电设备可以包括被配置成有意地将静止空气层流转变成湍流的杆柱，其中涡旋或涡流以同步方式出现在所述杆柱的整个长度上。因此，所述杆柱承受两个力，即，沿与风相同方向的阻力和沿垂直于风的方向产生的升力，升力的方向以对应于新涡流的出现频率的频率改变符号，并且可以使用以下公式计算：其中是涡流的出现频率，V是空气的速度，S是斯德鲁哈尔无量纲数，并且d是所述杆柱的特性尺寸，例如，在具有圆形截面的杆柱的情况下，杆柱的直径。杆柱的设计可以诸如有利于涡流沿着捕获元件以同步方式出现。而且，为了实现锁定状态，使杆柱的固有振荡频率适应风速。WO
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A1描述其中利用磁体之间的排斥力随磁体之间的距离变化的事实来使用的系统。
[0004]为了使用于发电的设备在市场上具有竞争力，设备的成本必须相对于其在一定时间周期期间产生的能量是合理的，同时考虑维护成本等等。因此，必须高效利用所涉及的材料。例如，在基于磁体相对于线圈的移动的发电机中，要考虑的一个方面是磁体的高效使用：所述磁体例如因用于制造磁体的材料（诸如钕(Nd)）的成本而可能占发电机的成本的大部分。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一方面涉及一种电力发电机，其包括被布置成相对于第二部分往复移动的第一部分。
[0006]所述第一部分包括至少一个第一环状磁体，所述至少一个第一环状磁体包括沿轴向方向彼此相对布置的北极端和南极端。在本文档中，表述“环状磁体”旨在指代大致为环形（即，具有大致圆形布局）的磁体或磁体组合。在一些实施例中，所述环状磁体是连续的，即，磁性材料存在于整个360
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圆上。在其他实施例中，所述环状磁体可以包括沿角方向（即，遵循圆）一个接一个地布置、但是彼此间隔开间隙的多个磁体。对“大致圆形布局”的提及是指如下事实：所述布局使得所属领域的技术人员将理解其大致是圆形的并且并不排除例如某些多边形形状，这例如通过未必以弯曲形状为特征的磁体的并列放置而可能有时更适于促进系统的实际实现。在本文档中，表述“轴向方向”旨在指代与环状磁体的轴线（即，与环状磁体的中心轴线）平行的方向，所述轴线被由环状磁体形成的环面环绕，并且垂直于磁体的半径和磁体与之对准的平面。例如，如果环状磁体与水平平面对准（使得磁体的半径沿不同水平方向延伸），则磁体的轴线是竖直的，并且轴向方向是竖直方向。
[0007]第二部分包括由铁磁材料（诸如钢（例如所谓的电工钢、铁氧体等等））制成的芯，如本技术中所已知，为了减少因涡电流所致的损失，其可能是层压的。芯径向设置在所述至少一个第一环状磁体内部。所述芯包括沿轴向方向延伸的中心部分、第一径向延伸的部分和第二径向延伸的部分。所述径向延伸的部分在两个不同轴向位置处从中心部分径向延伸，使得所述径向延伸的部分彼此间隔开间隙，所述间隙沿轴向方向延伸并且环绕所述中心部分。
[0008]所述第二部分进一步包括在所述径向延伸的部分之间缠绕在所述中心部分周围的至少一个线圈。
[0009]所述第一部分被布置成可沿垂直于轴向方向的径向方向移位（所述移动不必纯粹沿径向方向，不排除轴向分量；例如，所述移动可以是摆动的），使得当经受沿径向方向的重复振荡移动时，在所述振荡移动的一个循环期间：
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在所述循环的一个时刻，第一环状磁体的第一段将进入所述间隙，而第一环状磁体的第二段将远离所述间隙移位，所述第二段与所述第一段在直径上相对定位，并且
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在所述循环的另一时刻，所述第二段将进入所述间隙，而所述第一段将远离所述间隙移位。
[0010]当所述环状磁体的一段接近并且进入所述间隙时，所述段的磁极之间的磁通量将遵循如下路径：所述路径包括所述径向延伸的部分的轴向相邻于所述段的部分（即，在其“上方”和“下方”）以及从那里径向向内放置的部分和所述中心部分。随着所述段接近所述间隙和远离所述间隙移动，通过缠绕在中心部分周围的一个或多个线圈的磁通量将变化。基本上，在一个循环期间，通过线圈的通量将达到两个最大值和两个最小值，即，通量的变化频率将是振荡移动的频率的两倍，这有利于发电。
[0011]在本上下文中，段“进入”间隙的陈述旨在包括如下情况：如果狭义地解释为存在于严格地在径向延伸的部分之间的空间中，则所述段可能不进入所述间隙，但是如此接近它以至由所述段产生的磁场诸如例如通过将磁场的量值修改超过50%或超过100%和/或通过反转通过线圈或所述线圈中的至少一者的磁场的极性而在很大程度上影响通过芯和通
过线圈（或者如果存在多于一个线圈，则通过所述线圈中的至少一者）的磁场（磁通量密度B）。而且，当在例如基于冯卡门涡流的风力发电设备中使用时，当振荡的幅度很小时，第一磁体的相关段可能不进入间隙、而是仅接近间隙，而当幅度增加时，所述段可能进入间隙。可以在第一磁体的段不实际进入间隙的情况下发生相对相当大的电力产生。
[0012]使用磁体的基本上环状或环形布局是有利的，因为其关于芯对称，使得操作和性能可以相同，而不管其中发生振荡移动的平面（通过对称轴线）的取向如何。例如，在如WO
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A1中的冯卡门涡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电力发电机，其包括被布置成相对于第二部分(2)往复移动的第一部分(1)，其中：所述第一部分(1)包括至少一个第一环状磁体(11)，所述磁体包括沿轴向方向彼此相对布置的北极端和南极端；所述第二部分(2)包括径向定位在所述第一环状磁体(11)内部的由铁磁材料制成的芯，所述芯包括沿所述轴向方向延伸的中心部分(21)、第一径向延伸的部分(22)和第二径向延伸的部分(23)，径向延伸的部分(22、23)在两个不同轴向位置处从所述中心部分(21)径向延伸，使得所述径向延伸的部分(22、23)彼此间隔开间隙(24)，所述间隙(24)沿所述轴向方向延伸并且环绕所述中心部分(21)；所述第二部分进一步包括在所述径向延伸的部分(22、23)之间缠绕在所述中心部分(21)周围的至少一个线圈(25)；所述第一部分(2)被布置成能够沿垂直于所述轴向方向的径向方向移位，使得当经受沿所述径向方向的重复振荡移动时，在所述振荡移动的一个循环期间：在所述循环的一个时刻，所述第一环状磁体(11)的第一段(11A)将进入所述间隙(24)，而所述第一环状磁体(11)的第二段(11B)将远离所述间隙(24)移位，所述第二段(11B)与所述第一段(11A)在直径上相对定位，并且在所述循环的另一时刻，所述第二段(11B)将进入所述间隙，而所述第一段将远离所述间隙移位。2.根据权利要求1所述的电力发电机，其中第二环状磁体(221)布置在所述第一径向延伸的部分(22)上，并且其中第三环状磁体(231)布置在所述第二径向延伸的部分(23)上，所述第二环状磁体和第三环状磁体产生通过所述芯的所述中心部分的磁场，所述磁场具有与当所述第一环状磁体(11)进入所述间隙(24)时由所述第一环状磁体(11)产生的通过所述芯的磁场的方向相反的方向。3.根据前述权利要求中的任何一项权利要求所述的电力发电机，其中所述第一部分(1)进一步包括沿所述轴向方向布置在所述第一环状磁体(11)的相对侧上的第一环状构件(12)和第二环状构件(13)，所述第一环状构件(12)和所述第二环状构件(13)由铁磁材料制成，所述第一环状构件(12)与所述第一环状磁体(11)轴向间隔开，使得当所述第一环状磁体(11)的对应段接近所述芯时，所述芯的所述第一径向延伸的部分(22)能够进入所述第一环状构件(12)与所述第一环状磁体(11)之间的空间，所述第二环状构件(13)与所述第一环状磁体(11)轴向间隔开，使得当所述第一环状磁体(11)的对应段接近所述芯时，所述芯的所述第二径向延伸的部分(23)能够进入所述第二环状构件(13)与所述第一环状磁体(11)之间的空间。4.根据前述权利要求中的任何一项权利要求所述的电力发电机，其中所述第一环状磁体(11)具有第一内径(D1)，其中所述第一径向延伸的部分(22)具有第一外径(d1)，并且其中所述第二径向延伸的部分具有第二外径(d2)，所述第一内径(D1)大于所述第一外径(d1)和所述第二外径(d2)。5.根据权利要求4所述的电力发电机，其中所述第二外径(d2)大于所述第一外径(d1)。6.根据前述权利要求中的任何一项权利要求所述的电力发电机，其中所述第一径向延伸的部分(22)和所述第二径向延伸的部分(23)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：沃特克斯布莱德莱丝有限公司，
类型：发明
国别省市：