[发明专利]磁电式微发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，具体涉及一种磁电式微发电机，属于能源开发技术领域。

背景技术

近年来微机电系统得到了良好且稳定的发展。微机电系统是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的系统。相比微型传感器和微型执行器的迅速发展，微能源器件的发展较为缓慢。其困难主要集中在难以制造出高质量、高功率能量密度的微能源器件。微能源器件可分为两大类：微型化学电池和微发电机。微型化学电池目前存在的主要问题是自身携带能量有限，需要定期人为补充能量，自持力差。而微发电机则可以从环境中主动获取能量，属于自换能器，不需定期人为补充能量，同时自身无污染，因而有着良好的发展前景。

磁电式微发电机为盘式永磁同步单相微发电机，依靠涡轮转化风能获取环境能量，是一种高功率能量密度的微能源器件。但传统的此类微发电机，如英国伦敦帝国理工学院设计的轴流式气动微型涡轮发电系统、美国加州大学伯克利分校设计的可变磁阻微发电机、法国LEG的研究小组设计的平面微发电机、美国佐治亚理工学院和麻省理工学院的合作设计的微发电机，体积大、结构复杂、转化效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁电式微发电机，该微发电机将风能转换为电能，该装置不仅能为微机电系统提供能量，同时也可在有限的空间中为其他系统提供能量，具有体积小、结构简单、功率密度大、内阻较小、启动风速低的优势，适于短时段特殊应用的需要。

本发明的磁电式微发电机包括：盘式永磁微发电机和涡轮。其中盘式永磁微发电机包括壳体、中心轴、两个转子、下支撑板、上支撑板和定子。

其中转子包括磁体和磁轭，磁体和磁轭通过磁力相互吸引形成一个双层的环形结构。采用轴向多极充磁技术为磁体充磁，使磁体的N极和S极均匀间隔排列。

定子包括线圈基板和m层线圈，其中m为大于等于2的偶数。m层线圈依次层叠固定在线圈基板的上表面。每层线圈均为单相、同心式绕组平面环形线圈。每一层线圈均是由两个或两个以上回形线圈围绕线圈基板的轴心相邻排列而成，所有回形线圈相互串联。

盘式永磁微发电机的整体连接关系为：壳体为中空的圆柱体，壳体两端均开口，上端开口处固接上支撑板，下端开口处固接下支撑板。中心轴沿壳体的轴线依次穿过上支撑板和下支撑板，并通过上支撑板和下支撑板上的轴承活动连接在壳体的中心位置。中心轴底部穿过下支撑板的部分通过螺母定位。两个转子均位于壳体内部，固接在中心轴上。其中两个转子的磁体相对，且两个转子之间有间隙，用于安装定子。所述定子浮动安装在两个转子之间的中心轴上，具体为：定子通过线圈基板的中心孔套装在两个转子之间的中心轴上。同时线圈基板通过其圆周面上的支架套装在壳体上的轴向凹槽内，保证线圈基板不与靠近下支撑板的转子接触，且能够沿中心轴的轴向上下移动。线圈产生的电压通过线圈基板上的两根导线引出。

涡轮同轴固接在盘式永磁微发电机中心轴上方位于壳体之外的部分。

在保证两个转子可以正常转动的情况下，尽可能减小上转子和下转子间的间隙或尽可能增多线圈的层数。

有益效果

（1）本发明中的磁体是采用轴向多极充磁技术加工的一体式轴向多极、环形磁体，与传统的拼接式多级磁体相比，采用整体式磁体结构更加简单，在高速转动时不会发生脱离现象，在冲击时不易损坏，因而有着优良的抗冲击性能；同时省去了传统的拼接式多级磁体中的紧固结构，因而可有效提高空间的利用效率，减小体积，增大功率密度。

（2）本发明的转子中磁体和磁轭固结为一个整体，克服了传统单转子结构中由于磁体与磁轭间相对运动而带来的磁阻力矩，因而可以获得很低的启动风速和较高的工作效率；同时由于磁轭与磁体固连，磁轭中磁场恒定不变，磁轭不会产生基本铁损，从而提高了能量的转换效率。

（3）本发明中的线圈采用浮动式安装方法，能够自动调整线圈与上下磁体间位置，因此线圈与上下磁体间的间隙可以做的很小，从而达到减小发电机体积和提升输出电压的目的。

（4）本发明中的线圈为单相、同心式绕组平面线圈，采用平面线圈可以最大程度的减小轴向尺寸、增大线圈工作处磁感应强度，达到减小体积和提高输出电压的目的；与三相线圈和多相线圈相比，采用单相线圈形式有助于减小因整流造成的能量损失，还可简化整流电路，减小线圈制作难度；同心式线圈与叠绕组线圈和波绕组线圈相比，结构简单，适合平面加工、成品率高。具体而言采用这种结构的线圈，可以有效利用线圈的表面积，增大线圈的包围面积，从而提高输出电压幅值和发电机的功率密度。

附图说明