专利名称：数控低品位水力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可再生能源的利用装置，确切地说，涉及一种利用低品位水能进行发电的数控发电设备。
第一次工业革命前，人类一直利用大自然的再生能源获取动力，但在工业革命之后，转向利用燃料(一次能源)取得动力，只是在水力资源的应用上还保留着获取再生能源。但是，也往往只限于对高水头的水力资源加以应用。近十多年来，能源消耗日趋剧烈，能源资源日趋紧张，而且，因一次能源的使用而造成的环境污染也日益严重，人们不得不回归到对低品位能源的深层开发和应用。如对太阳能、风力、地热、潮汐等再生能源开发应用都取得了可观的成绩，有的已进入了工业和民用。但是，大自然中更为丰富的再生能源是低品位的水力资源，尽管古代劳动人民早就在应用这种能源，如水车、水轮等，只是后来动力工业发明了蒸气机、内燃机、电动机后，才对此水力资源逐渐冷淡下来。因为毕竟其效率低、功率小。随着当代科学技术水平的提高，科技人员开发利用再生能源，把它作为一种可靠的补充能源而应用于人类生活的迫切性和成功率也有了飞跃提高，这样，也为采用高技术利用低品位水力资源提供了基础。
本发明的目的是提供一种利用稀土全速同步电机作为发电机的数控低品位水力发电机。
本发明的实现关键是采用稀土永磁材料制作转子磁极的数控全速稀土同步电机，把它作为水能转换成电能的核心部件，从而使低品位水能的应用成为有实用价值的现实。
由于本发明是用于低品位的水力资源，如江河水流、潮汐、冲浪等，其品位很低，只有速度很低的速头和高度有限的水头可加以利用，因此，水力部件必须高效，而能量转换装置则应在水力参数的各种可能范围内都能正常工作，并具有令人满意的转换效率。本发明所提供的发电机是在申请人的另两件已授权中国专利(“数控全速稀土同步电机”专利号CN191203427.0和“环形转子稀土同步电机”专利号CN91217200.2)基础上的改进和再创造，既可适应低品位水能利用的需要，又具有水力驱动机构和电机结构简单，造价低，机械效率和电能转换效率高等优良性能，是一种比较理想的再生能源发电设备。
下面结合附图，具体介绍本发明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的横剖面结构示意图。
图3是本发明的接入电网的示意图。
参见图1、图2，本发明包括有叶轮、发电机和控制装置，其转子1是在钢管制成的外壳内壁上环衬有用导磁性能良好的软钢制成的基体2和在环绕基体2的圆周上镶嵌的用稀土永磁材料制成的磁极3而构成的，磁极3可用钕铁硼或性能更好的稀土材料制成，可为6～12极，视实际工作范围的水力资源而在上述范围选择。转子的中间是与普通绕线式电机的转子结构相同的圆柱状定子4，定子4是由用矽钢片迭合而成的定子芯体5和其外缘嵌装的绕组6构成，并由其两端的支撑轴7固装在电机的框架10上，在环形转子外壳的外缘上装有多个平板形叶片8构成的叶轮9，由于水力的速头和位头都不高，不需要形状复杂、造价高昂的特殊形状的叶片。本发明采用平板形叶片(即用钢板剪裁后直接焊至转子外壳上)也可获得令人满意的水力效果。由于该发电机要长期浸泡在河水乃至海水中工作，所有外露部件都要作强化的防腐处理，并在定子与转子间的密封圈11和挡盖12中采取具有良好的密封潜水性能的材料和相应措施。由于定子固定不转，可以将其输出电源线14从定子轴7端部直接通过接线盒13引出，而不必象普通绕线电机那样用滑环和碳刷引出电流，这些最易磨损和出现故障的地方被取消而使结构简化，性能可靠。引出的电源线14经由电子开关15、自偶调压器16、逆变电源17和不间断电源18接入电网19，并由微型计算机20通过其接口对电子开关15、逆变电源17和不间断电源18进行数字控制。
本发明具有稀土全速同步电机的许多优良性能，它可以在从低速到超高速范围的任何一个状态下平衡转动，且启动平滑无冲击，这一点尤其适合低品位水力资源使用，如用在低品位的潮汐电源，不但在涨潮或落潮时，也不论海潮来势凶猛还是比较平坦，都可以使电机正、反两个方向旋转时发电，就是在海浪冲击时，即使不能使转子作定向旋转运动，而只能使之往复摆动，也可照常发电。由于本发明转子的转速会随水力的速头和位头大小而产生相应的变化，电机的输出电压又基本上与转子的转速呈正比的线性关系，这样，其输出电压也将随之变化，为了获得均衡的电压输出，本发明中电机的馈电经电子开关15后送至自偶调压器16，将其电压升到220伏或380伏，再经由微机20控制的脉宽调制(PWM)型逆变电源17和不间断电源18才供给负载，也可以经由逆变电源17后，直接进入电网。这里的电子开关、自偶调压器、逆变电源和不间断电源都是市场通用产品，可以根据发电机使用的场合、用途等选择相应的产品与之配套。
由于本发明所获得的能量品位太低，加之变化幅度也大，为了获得稳定的电源输出，可以采用多个电机并联供电的状况实时调整其输出参数，对其工况及电能的储存、转换和输出进行调节而实现优化控制。
本发明结构简单、维护要求低，只要流水有很小的位差，或有潮汐、风浪的地方都可应用之，可以就地供电，不消耗一次能源，没有环境污染。缺点是装置的输出功率受水力所限，调节范围有限，所以，一般只能作为补充能源使用，即在农村、山区的河边，原先使用水车、水磨的地方，或沿海海滩等从城市电网不能获取动力源的用户，可以籍此发明作为生活用电或小功率的生产电力来源。
权利要求
1.一种数控低品位水力发电机，包括有叶轮、发电机和控制装置，其特征在于该发电机的转子是在钢管制成的外壳内壁上环衬有用导磁性能良好的软钢制成的基体，在环绕基体的圆周上镶嵌有用稀土永磁材料制成的磁极而构成的，转子的中间是与普通绕线式电机的转子结构相同的圆柱状定子，在转子外壳的外缘上装有多个平板形叶片构成的叶轮，定子由其两端的支撑轴固装在框架上，从定子轴端直接引出的输电线经由电子开关、自偶调压器和数控逆变器、不间断电源接入电网。
2.如权利要求1所述的数控低品位水力发电机，其特征在于该发电机的定子与转子间采用具有良好潜水密封性能的密封圈和挡盖结合。
全文摘要
一种数控低品位水力发电机，是在环形稀土全速同步电机的转子外壳上焊装平板状叶片构成的叶轮构成的。该电机的转子是在钢管制成的外壳内壁上环衬有导磁性能良好的软钢作基体，在环绕基体的圆周上镶嵌着用稀土永磁材料制成的磁极而组成。转子的中间是与普通绕线式电机的转子结构相同的定子，可从定子支持轴端直接引出电源线，经电子开关、自偶变压器和逆变电源馈入电网。
文档编号H02K5/12GK1088366SQ9310015
公开日1994年6月22日 申请日期1993年1月7日 优先权日1993年1月7日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂