CN101882900A - 感应式磁能发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应式磁能发电机，主要包括感应绕组、磁桥、定子磁铁、转子磁环、转子轭、输入轴、机壳和原动机。转子磁环是S极和N极相间排列的四对极或四对极以上的磁环；4个或4个以上定子磁铁对称或平均分布在磁环的周围，其中，有一半磁铁的S极向轴排列，另一半磁铁的N极向轴排列；磁桥作为定子磁铁和/或转子磁环的磁路，磁桥上设有感应绕组；转子由原动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁铁是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁铁产生吸力和斥力，定子磁铁和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁铁和转子磁环的恒定磁场变成脉动磁场，经过磁桥的磁通交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。

Description

感应式磁能发电机

技术领域

本发明涉及一种能源、电力系统，特别是一种感应式磁能发电机。

技术背景

1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，发明了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，发明了电励磁方式，开创了电励磁电机的新纪元。但以上电机都只是能量转换的工具。

现有技术：本人申请的“磁力能量放大器”、“永磁能原动机”、“流体传动的磁力机”、“混合励磁磁能发生装置及其应用”“磁能发电系统”等。以上几种由磁能发生装置产生的磁能都是借助流体传动系统或棘轮机构或独立的发电机输出能量。

我们知道变压器是依据电磁感应原理，将交流电转变成交变磁场，再由交变磁场转变成与输入交流电电压不同的交流电。而由于直流电产生的是恒定磁场，永磁铁的磁场也是恒定磁场，恒定磁场不能直接转换成电能。

本发明用机械的方法将恒定磁场转换成交变磁场，参照变压器的电磁感应原理，将磁能转换成电能。

发明内容

本发明是这样实现的：一种感应式磁能发电机，主要包括感应绕组(1)、磁桥(2)、定子磁铁(3)、转子磁环(4)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机，其特征是：

a.转子磁环是S磁极和N磁极相间排列的四对极或四对极以上的磁环，磁环的磁极数量是4的公倍数；4个或4个以上定子磁铁对称或平均分布在磁环的周围，磁铁的数量是2的公倍数，其中，有一半磁铁的S极向轴排列，另一半磁铁的N极向轴排列；定子磁铁与转子磁环相对而设且绕轴对称或平均分布；

b.磁桥作为定子磁铁和/或转子磁环的磁路，磁桥上设有感应绕组；

c.转子由原动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁铁是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁铁产生吸力和斥力，定子磁铁和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁铁和转子磁环的恒定磁场变成脉动磁场，经过磁桥的磁通交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。

由于转子磁环的磁极数量是定子磁铁的磁极数量的2倍，而且定子磁铁的磁极有一半S极对轴，另一半N极对轴，无论S极与N极相间排列的磁环转到哪个角度，转子磁环受到的来自定子磁铁的吸力和斥力是相互抵消的，理论上转子磁环受到的吸力和斥力的合力为零。因此转子转动所需克服的只是磨擦力。但实际上转子磁环和定子磁铁的各个磁极的磁通量难以做到完全一致，因此转子仍会受到少量来自磁环与磁铁的不能相互抵消的吸力和斥力的影响。

4对极的磁环相当于磁环有4个S极向外、4个N极向外和4个S极向内、4个N极向内。

所述定子磁铁为永久磁铁或电磁铁，转子磁环是永磁体磁环或电磁铁磁环。

定子磁铁和转子磁环的磁极方向为径向或切向或轴向。

电磁铁磁环是由8个或8个以上电磁铁组成的、磁极设定为S极与N极相间排列的4对极或4对级以上的磁环。电磁铁由铁芯和励磁绕组组成，铁芯一般由硅钢片叠压而成，励磁绕组为绕线型绕组或鼠笼型绕组。整个磁环的铁芯可以做成一个整体，也可以做成一个个独立的个体。磁环的各个励磁绕组可以用串联或并联的方法接线。

永磁体磁环是由8块或8块以上S极和N极相间排列的永久磁铁组成4对极或4对极以上的磁环，或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的4对极或4对极以上的磁环。磁环分为圆形和多边形两种。由多块永磁铁组成的磁环的永久磁铁为弧形、扇形或梯形。

永磁体磁环包括普通阵列磁环和基于Halbach阵列的磁环。普通阵列磁环包括径向阵列磁环、切向阵列磁环和轴向阵列磁环，磁极方向分别为径向、切向和轴向。Halbach阵列磁环是由径向永磁体与切向和/或斜向永磁体组成的四对极或四对极以上的永磁体分布形式的磁环，磁环的S极和N极相间排列。根据Halbach阵列，4对极的磁环至少由16块磁钢组成，通常4对极的磁环由16块或24块或48块磁钢组成。这种Halbach阵列磁环，磁场增强的一边对着气隙或磁桥，这样工作磁通得到增加，非工作磁通减少，使磁能发电机的功率密度相对得到了提高。正是由于Halbach阵列磁环存在以上优点，使转子轭采用铁磁性以外的材料制造成为可能。Halbach阵列磁环同样可以利用充模或压模的方法制造成一个完整的磁环。

电磁铁磁环也包括普通阵列磁环和基于Halbach阵列的磁环。普通阵列磁环包括径向阵列磁环、切向阵列磁环和轴向阵列磁环，磁极方向分别为径向、切向和轴向。Ha1bach阵列电磁铁磁环是由16个或16个以上径向电磁铁与切向电磁铁和/或三角形电磁铁组成的4对极或4对极以上的电磁环。

若磁环的磁极方向为轴向，则定子磁铁设在磁环的一侧或两侧，普通阵列的轴向磁环的两侧都可以有定子磁铁，而Halbach阵列磁环则在磁场增强的一侧设定子磁铁。当定子磁铁只设在磁环的一侧时，定子磁铁磁极的数量是磁环磁极数量的一半，当磁环的两侧都设有定子磁铁时，定子磁铁磁极的数量与磁环磁极的数量相同。同样，若磁环的磁极方向为径向或切向，定子磁铁可以设在磁环的外侧，也可以设在磁环的内侧，或磁环的内侧和外侧都设有定子磁环，定子磁铁的磁极数量是磁环的磁极数量的一半或相同。

磁能发电机为感应式永磁能发电机或感应式电磁能发电机或感应式混合励磁磁能发电机或感应式多段磁能发电机或感应式并列混合励磁磁能发电机。永磁能发电机的转子磁环和定子磁铁全部是永久磁铁；电磁能发电机的转子磁环和定子磁铁全部是电磁铁；混合励磁磁能发电机中的转子磁环为永磁体磁环、定子磁铁为电磁铁，或者，转子磁环为电磁铁磁环、定子磁铁为永久磁铁；多段式磁能发电机的转子磁环有二段或二段以上，定子磁铁有二段或二段以上，转子磁环为永磁体磁环、定子磁铁为永久磁铁，或者，转子磁环为电磁铁磁环、定子磁铁为电磁铁；并列式混合励磁磁能发电机的磁环为永磁体磁环和电磁铁磁环并列的多段式磁环，定子磁铁为永久磁铁和电磁铁并列的多段式磁铁。

磁桥用导磁性材料制成，一般用硅钢片叠压而成。机壳用非导磁材料或导磁材料制成，当机壳为磁路的一部分时，机壳用铁磁性材料制成。

设计产品时，应注意定子磁桥与转子磁环之间要有适当的距离，或者，在两者之间设置非导磁材料，以防止或减少定子磁桥对磁环磁场的干挠。

原动机通常为带有蓄电池的电动机。机器起动后，磁能发电机产生的电能可部分反过来提供给电动机，以维持机器持续运转。电动机运转所需的电能也可以由外来电源提供。

与普通的发电机一样，电励磁及电能的输出需要有接线盒。与普通的发电机一样，磁能发电机的电磁铁和感应绕组在工作的过程中会产生热能，发电机需要加设风扇或液体冷却装置。与普通发电机一样，磁能发电机的电励磁需要用整流二极管或单向可控硅整流，将交流电转换成直流电输出也需要用整流二极管或单向可控硅整流。

跟普通发电机一样，磁能发电机分为直流式和交流式两大类，按相数分又为单相和三相发电机。

附图说明

图1为本发明第一实施例截面结构示意图。

图2为本发明第二实施例截面结构示意图。

图3为本发明第三实施例截面结构示意图。

图4为本发明第四实施例截面结构示意图。

图5为本发明第五实施例截面结构示意图。

图6为本发明第六实施例截面结构示意图。

图7为本发明第七实施例截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1，一种感应式永磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子磁铁(3)、转子磁环(4)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机，其特征是：转子磁环是由8块S磁极和N磁极相间排列永久磁铁组成的四对极永磁体磁环；4个定子永久磁铁平均分布在磁环的周围，有上、下两个定子磁铁的S极向轴排列，左、右两个定子磁铁的N极向轴排列；定子磁铁与转子磁环相对而设且绕轴平均分布；定子磁铁的磁极方向为径向，转子磁环的磁极方向是径向阵列结构。定子磁桥有两个，左上角定子磁桥分别连接上面定子磁铁的N极和左边定子磁铁的S极，右下角磁桥分别连接右边定子磁铁的S极和下面定子磁铁的N极，定子磁桥作为定子磁铁的磁路，定子磁桥上设有感应绕组；转子磁桥有4个，每个转子磁桥分别与磁环内侧的2个相邻的S极和N极连接，每个转子磁桥上都设有一个转子感应绕组。定子磁铁和定子磁桥固定于机壳，转子磁环固定于转子轭，转子轭固定于输入轴。转子由原动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁铁是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁铁产生吸力和斥力，定子磁铁和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁铁和转子磁环的恒定磁场变成脉动磁场，经过磁桥的磁通交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。感应绕组产生的电流通过接线盒向外输出。

第二实施例

参见图2，一种感应式永磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子磁铁(3)、转子磁环(4)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机。定子磁铁有4组，每组定子磁铁由两块永久磁铁组成，定子磁桥及定子感应绕组设在两块组成一组的定子磁铁之间。机壳作为定子磁铁磁路的一部分，用铁磁性材料制成。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图3，一种感应式永磁能发电机，主要包括转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子磁铁(3)、转子Ha1bach阵列磁环(4.1)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机。定子永久磁铁固定于由铁磁性材料制成的机壳，定子不另设磁桥和感应绕组。转子磁环为Halbach阵列永磁体磁环，磁环由8块径向永久磁铁、8块切向永久磁铁和32块斜向永久磁铁组成，磁场增强的一边对着转子磁桥，磁场减弱的一边对着机壳。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第四实施例

参见图4，一种感应式永磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子磁铁(3)、转子磁环(4)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机。转子磁环由8块径向扇形永久磁铁组成，磁环内侧的磁铁与磁铁之间有间隔，转子磁桥呈波浪形环状，环状磁桥与磁环的8个磁铁连接，每两块磁铁之间的磁桥段设有一个转子感应绕组。定子磁铁为切向永久磁铁，每个定子磁铁都设有一个定子磁桥，一个定子磁桥与一个定子磁铁的两级连接，形成完整的磁路。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第五实施例

参见图5，一种感应式电磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子电磁铁(3.1)、转子电磁环(4.2)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机。转子电磁环由8个电磁铁组成，电磁环的8个电磁铁设定为S极与N极相间排列，是一种4对极电磁环。4个定子电磁铁平均分布在电磁环的周围，上、下两个定子电磁铁设定为S极向轴排列，左、右两个定子电磁铁设定为N极向轴排列；定子电磁铁与转子电磁环相对而设且绕轴平均分布。定子磁桥有两个，左上角定子磁桥分别连接上面定子电磁铁的N极和左边定子电磁铁的S极，右下角磁桥分别连接右边定子电磁铁的S极和下面定子电磁铁的N极，定子磁桥作为定子电磁铁的磁路，定子磁桥上设有感应绕组；转子磁桥有4个，每个转子磁桥分别与电磁环内侧的2个相邻的S极和N极连接，每个转子磁桥上都设有一个转子感应绕组。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第六实施例

参见图6，一种感应式混合励磁磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子永久磁铁(3)、转子电磁环(4.2)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机。本例的定子磁铁为永久磁铁，转子磁环是电磁环，是一种混合励磁的磁能发电机。其余未述部分同第一、第五实施例，不再重复。

第七实施例

参见图7，一种感应式混合励磁磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(1.1)、转子磁桥(2.1)、定子电磁铁(3.1)、转子永磁体磁环(4)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机。本例的定子磁铁为电磁铁，转子磁环是永磁体磁环，是一种混合励磁的磁能发电机。其余未述部分同第一、第五实施例，不再重复。

Claims (10)

1.一种感应式磁能发电机，主要包括感应绕组(1)、磁桥(2)、定子磁铁(3)、转子磁环(4)、转子轭(5)、输入轴(6)、机壳(7)和原动机，其特征是：

a.转子磁环是S磁极和N磁极相间排列的四对极或四对极以上的磁环，磁环的磁极数量是4的公倍数；4个或4个以上定子磁铁对称或平均分布在磁环的周围，磁铁的数量是2的公倍数，其中，有一半磁铁的S极向轴排列，另一半磁铁的N极向轴排列；定子磁铁与转子磁环相对而设且绕轴对称或平均分布；

b.磁桥作为定子磁铁和/或转子磁环的磁路，磁桥上设有感应绕组；

c.转子由原动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁铁是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁铁产生吸力和斥力，定子磁铁和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁铁和转子磁环的恒定磁场变成脉动磁场，经过磁桥的磁通交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。

2.根据权利要求1所述一种感应式磁能发电机，其特征是所述定子磁铁为永久磁铁或电磁铁，转子磁环是永磁体磁环或电磁铁磁环。

3.根据权利要求2所述一种感应式磁能发电机，其特征是永磁体磁环是由8块或8块以上永久磁铁组成的4对极或4对极以上的圆形磁环或多边形磁环；或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的4对极或4对极以上的圆形和多边形磁环。

4.根据权利要求2所述一种感应式磁能发电机，其特征是永磁体磁环是由16块或16块以上径向永磁体与切向和/或斜向永磁体组合而成的4对极或4对极以上的Halbach阵列圆形磁环或多边形磁环；或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的4对极或4对极以上的Halbach阵列圆形和多边形磁环。

5.根据权利要求2所述一种感应式磁能发电机，其特征是电磁铁磁环是由8个或8个以上电磁铁组成的、磁极设定为S极与N极相间排列的4对极或4对级以上的磁环；或者，电磁铁磁环是由16个或16个以上径向电磁铁与切向电磁铁和/或三角形电磁铁组成的4对极或4对极以上的Halbach阵列电磁铁磁环。

6.根据权利要求1所述一种感应式磁能发电机，其特征是磁能发电机为感应式永磁能发电机或感应式电磁能发电机或感应式混合励磁磁能发电机或感应式多段磁能发电机或感应式并列混合励磁磁能发电机。

7.根据权利要求1所述一种感应式磁能发电机，其特征是所述原动机为带有蓄电池的电动机。

8.根据权利要求1所述一种感应式磁能发电机，其特征是电磁铁磁环的绕组为绕线型绕组或鼠笼型绕组。

9.根据权利要求1所述一种感应式磁能发电机，其特征是定子磁铁和转子磁环的磁极方向为径向或切向或轴向。

10.根据权利要求1所述一种感应式磁能发电机，其特征是磁能发电机为直流发电机或交流发电机。

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