[发明专利]电磁发电机和使用该电磁发电机的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月8日提交的序号为No.61/421,000的美国临时申请的根据35 U.S.C.119（e）的权益，其全部内容作为参考明确地结合到本文中。

技术领域

本文所公开的发明构思通常涉及电磁发电机，且更特别但不作为限制地涉及一种具有干涉鼓的电磁发电机，该干涉鼓定位在一个或多个线圈组件与磁体组件之间。

背景技术

风在历史上已经是最广泛使用的自然资源之一，以为我们的电力需求提供必需的能量。风车仍然被用来利用风能将谷物磨成粉末。帆船和风帆冲浪船使用帆来捕获风能以横跨水面行进。近来，激增的能源需求与化石燃料的减小供给相结合，已经促使电气效用公司对生产电能的替代方法有了重新的看法。

一种生产电能的替代方法包括通过风力涡轮机利用风能来驱动电磁发电机。风力涡轮机一般利用一系列固定到塔架顶端的叶片来围绕水平轴线转动轴。所述叶片具有如此的空气动力学外形，即，当风吹过叶片表面时，产生了升力以促使叶片围绕其轴线转动轴。轴一般经由变速箱连接到位于称为机舱的一结构中的电磁发电机上，机舱定位在叶片后面。变速箱将叶片的转速转换为可由发电机使用的转速，以按其所提供电力的电网合适的频率产生电力供应。机舱容纳了许多现代大容量风力涡轮机中必需的部件。除了前述变速箱和电磁发电机之外，其他部件可能包括转动风力涡轮机的偏航驱动器、例如负载平衡系统的各种控制器和可用来使发电机减速的制动器。

电磁发电机在现有技术中是众所周知的。概括地说，电磁发电机通过改变在邻近线圈中感应出电流的磁场来发电。磁场源传统上是永磁体，但是最近也已经使用了电磁体。

现有技术的装置一般使用磁场源，其邻近线圈设置以便以一小空隙分隔开两个线圈。可以在单个装置中使用若干所述磁场源和线圈对以提高效率。大部分现有技术的装置通过相对于线圈移动磁场源或者通过相对于磁场源移动线圈来运行以产生磁场波动（也称为“磁通量”或者“磁通”），并且从而在线圈中感应出电流。为此，大部分现有技术的装置使用定子和转子，定子容纳静止部件，并且转子相对于静止部件移动另一部件。

另外，存在若干现有技术的装置利用磁场阻塞装置以在线圈或者绕组内部产生磁通量以在其中感应出电流。磁场阻塞装置一般是一磁场不能通过的盘，其具有被切成齿状或者窗格状结构的磁场可通过部分。该盘设置在磁场源和线圈之间的空隙中。按如此方式转动磁通阻塞圆盘，以交替地允许轴向磁通自磁场源穿入到线圈中，或者以远离线圈重新导向轴向磁通。替代地，使磁通阻塞圆盘保持静止，并且转动线圈或者磁场源中的一个。对于所述现有技术的装置的实例请参见美国专利No.3,431,444、No.3,983,430、No.4,639,626和No.6,140,730。

所述现有技术的装置的主要缺点是磁通相对于圆盘的轴向取向，其引起了三个主要问题。第一，横跨其产生轴向磁通的表面积受圆盘半径的限制。第二，由于不同的点的角速度沿半径而变化，所以感生的电流的频率横跨圆盘半径的长度而变化。第三，圆盘的不可透磁部分被磁场源吸引，并且可透磁部分未被磁场源吸引，因为其跨过磁场源和线圈之间的空隙。该交替的吸引引起圆盘远离其旋转轴线横向地谐振，该谐振运动以下被称为“摆动”。所述摆动与圆盘的半径、磁场的强度和圆盘每分钟转动的转数（rpm或者rpms）成正比并且与圆盘的厚度成反比。为了使摆动减到最小，通过降低rpm、增大磁场源与线圈之间的空隙以容纳更厚的圆盘和/或减小圆盘的半径并从而减小横跨其产生磁通的表面积来损失效率。

因此，存在对于一种能够在较低rpm下运行并且以使由于圆盘摆动、横跨其产生磁通的较小表面积和/或空隙尺寸的效率损失最小地产生电流的高效电磁发电机的需求。本文所公开的发明构思涉及一种这样的电磁发电机及其使用方法。

发明内容

在一个方面，本文所公开的发明构思涉及一种电磁发电机。所述电磁发电机包括一个或多个磁通组件，所述磁通组件具有被间隙分隔开的至少一个线圈与至少一个磁场源和具有侧壁的干涉鼓。侧壁至少部分地定位在间隙内部并且具有至少一个磁场可透过区和至少一个磁场不可透过区。干涉鼓可相对于至少一个线圈和至少一个磁场源活动，以将至少一个磁场可透过区和至少一个磁场不可透过区交替地定位在间隙内。

在另一方面，本文所公开的发明构思涉及一种适用于电能发电机中的干涉鼓。所述干涉鼓包括毂和从毂上延伸的侧壁。侧壁包括至少一个磁场可透过区和至少一个磁场不可透过区。