本发明涉及一种发电机，特别涉及到一种水力轻阻发电机。
背景技术：
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。
随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27％。2007年已有9万兆瓦，这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25％。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。
然而，风电在发展中也遇到不少问题：1、噪声，视觉污染；2、占用大片土地；3、不稳定，不可控；4、目前成本仍然很高；5、影响鸟类(尤其是迁徒)。
另外，中国风沙伴存，风电设备受风沙磨损大。中国有风的地方就有沙， 风沙对风力发电设备磨损非常厉害。现在风能发电风机应该是20年的寿命，但是如果有风沙的侵蚀寿命还到不了20年。显然，风电的发展是具有局限性的。
中国是一个众多河流的国家，如果能够开发出非落差式水流发电，那么，江河发电的蕴量将是无比巨大的。非落差式水流的流速比较缓慢(雨季、融冰等除外)，但通常比气流稳定。一般说来，三级风才有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。在一般情况下，虽然风速大于水流的速度，但水流的冲力往往数倍于风力，因此，将风力发电转型于水流发电无疑可以获得同等的发电能力甚至优于前者。
发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。
发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。发电机的工作特性：
发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流If感生出的空载电动势E0(三相对称)，其大小随If的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。反映空载电动势E0与励磁电流If关系的曲线称为同步发电机的空载特性。
当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。
同步发电机的电枢反应磁场与转子励磁磁场均可近似地认为都按正弦规律分布。它们之间的空间相位差取决于空载电动势E0与电枢电流I之间的时间相位差。电枢反应磁场还与负载情况有关。当发电机的负载为电感性时，电枢反应磁场起去磁作用，会导致发电机的电压降低；当负载呈电容性时，电枢反应磁场起助磁作用，会使发电机的输出电压升高。
主要指外特性和调整特性。外特性是当转速为额定值、励磁电流和负载功率因数为常数时，发电机端电压U与负载电流I之间的关系。调整特性是转速和端电压为额定值、负载功率因数为常数时，励磁电流If与负载电流I之间的关系。
同步发电机的电压变化率约为20～40％。一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变。为此，随着负载电流的增大，必须相应地调整励磁电流。虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯电阻性负载，它是上升的，而在容性负载下，一般是下降的。
众所周知，通过外力(例如水力、火力、风力等)拖动或带动的所有发电机，若要输出多大的电能，外界就要提供多大的动能——电能是通过发电装置将动能转换而成的——这个过程是守恒的。由于发电机发电时电枢会发热、轴承有摩擦、铁芯有损耗等，因而动能转换成电能的效率通常在54-75％。另外，燃煤、燃油等火力发电其在热能转换成动能之过程中的效率通常在36-54％，在这种情况下再将动能转换为电能，最终导致的是资源的过度损耗以及大气的严重污染。
电力学告诉我们，将动能转换成电能的过程，其实就是外力克服发电机电枢阻力的做功过程，若要输出多大的电能，外力就要克服多大的阻力做功——这个过程是守恒的。当外力还要克服轴承等摩擦力，当电流还会引起线 圈等发热时，发电机的输出效率自然就会低于100％。为进一步提高输出效率，目前可以采用磁浮轴承与超导线圈。采用磁浮轴承与超导线圈，发电机的输出效率就基本完美无缺了(可达98％以上)。然而，目前拖动发电机的动力装置(燃煤、燃油)的热效率还不能突破54％(这可谓是“永恒”的技术瓶颈)。受超导使用成本与“永恒”技术瓶颈的制约，市场面临的实际情况是：发电机的输出效率基本还处在75％左右，水力、火力资源还继续在过度损耗。
既然存在使用成本与技术瓶颈的制约，为什么不可以放弃在这方面的努力，转而去寻找一个解决问题的切入点？综上所述，我们发现，如果能够单方面把发电机的电枢阻力减少，例如减少1/3(但发电量不变)，就相当于把动力装置的热效率提高到48-72％，从而相当于把发电机的输出效率提高到72％-100％，进而相当于减少了水力、火力资源的过度损耗。
技术实现要素：
本发明的任务是提出一种水力轻阻发电机，以实现上述目的。
我们知道，现有发电机运行时，空载时(不发电)电枢阻力最小，拖动发电机电枢的动力装置所提供的动力全部用于克服电枢转动时所产生的摩擦阻力。加载时(发电时)电枢产生电流，电枢转动阻力增加，拖动发电机电枢的动力装置所提供的动力需要随之提高，提高部分用于克服发电机运行时电枢所产生的电磁阻力。短路时(会烧机)电枢产生的电流最大因而电枢产生的阻力也最大，拖动发电机的动力装置所提供的动力往往难于拖动电枢。
关于发电机的阻力，接触过手摇电话机的人肯定颇有体会。过去，电话机务员通常利用手摇电话机的摇动力度去判断线路是否正常、是否开路抑或短路(接地)。
本发明提供的是这样一种水力轻阻发电机，包括磁幄、铁芯线圈和水叶。所述磁幄由两部分永磁块组成，一部分永磁块的N极全部朝向磁幄内，另一部分永磁块的S极全部朝向磁幄内，从而使磁幄内形成径向磁场；所述定子由铁芯与线圈构成，定子通过转轴置于磁幄内，转轴处于两部分永磁块的间隔处；所述磁幄作为转子，水叶置于磁幄，水叶为桨式结构，径向承受水力。其技术特征是：由硅钢片组成的铁芯为具有一定长度的棒状铁芯，线圈绕于棒状铁芯的中间一段。所述线圈绕于棒状铁芯中间的尺寸为棒状铁芯的1/3或1/2。
本发明的实现过程：置于磁幄中的棒状铁芯绕组在发电时，产生的电流流过线圈时棒状铁芯的两端分别会产生N、S极，N、S极的产生会抵抗外力的作用。因此，发电所提供的外力实质是用以克服转子的抵抗力。转子采用上述结构与棒状铁芯绕满线圈，在两者发电量相同的情况下，前者因电流流过线圈在棒状铁芯两头分别产生的N、S极就会集中在靠近线圈两端，其产生的作用力就会大大减少。这样，外力克服转子抵抗力就会减轻，就可实现上述目的。
轻阻发电机将使无处不在、广阔无垠的电能快速迈入低成本的绿色能源时代。此外是高度节能，打个比方：现有发电机用X斤煤可发Y度电，而轻阻发电机只用X/2-X/10斤煤就可发Y度电，从而相当于把发电机的输出效率提升到相当高度，相当于减少了水力、火力资源的过度损耗，为国民经济的可持续发展提供了强有力的保障和支持。换句话说，本发明不仅实现发电机的轻阻高效，而且还通过落差式水力资源的充分利用减少了火力资源的过度损耗，改善了大气环境、生态环境、发展环境和人类居住环境。
实施方式
一种水力轻阻发电机，包括磁幄、铁芯线圈和水叶。所述磁幄由两部分永磁块组成，一部分永磁块的N极全部朝向磁幄内，另一部分永磁块的S极全部朝向磁幄内，从而使磁幄内形成径向磁场；所述定子由铁芯与线圈构成，定子通过转轴置于磁幄内，转轴处于两部分永磁块的间隔处；所述磁幄作为转子，水叶置于磁幄，水叶为桨式结构，径向承受水力。其技术特征是：由硅钢片组成的铁芯为具有一定长度的棒状铁芯，线圈绕于棒状铁芯的中间一段。所述线圈绕于棒状铁芯中间的尺寸为棒状铁芯的1/2。
所述线圈通过直流换向器控制；
所述磁幄固定于机座；
置于磁幄的桨式水叶为16片，叶轮长为30m。磁幄流线型圆筒状，由片状钕铁硼永磁块构成。