CN102005983A - 一种双段交错耦合感应式磁能发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双段交错耦合感应式磁能发电机，主要包括转子磁铁、定子磁铁、磁桥、感应绕组和电动机。转子磁铁和定子磁铁都是由空间上S极与N极错开排列的两段磁铁组成，一段磁铁由4个或4个以上数量为偶数的磁铁组成，定子磁铁的数量与转子磁铁的数量相同；转子磁铁在空间上S极与N极相间排列，定子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列，或者，转子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列，定子磁铁在空间上S极与N极相间排列。两段转子磁环之间和/或两段定子磁环之间设有若干磁桥和感应绕组。电动机带动转子转动时，转动的转子磁环相对于定子磁环是一个交变的磁场，转子磁环和定子磁环的恒定磁场变成脉动磁场，通过磁桥铁芯的磁通量交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。

Description

一种双段交错耦合感应式磁能发电机

技术领域

本发明涉及一种能源、电力系统，特别是一种双段交错耦合感应式磁能发电机。

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“感应式磁能发电机”、“一种感应式磁能发电机”、“双磁环感应式磁能发电机”、“一种交错耦合感应式磁能发电机”等。用机械转动的方法使特定拓朴结构的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变的磁场，一方面定子磁铁作用于转子磁铁的磁力对称抵消，另一方面设在转子磁铁的磁极之间或定子磁铁的磁极之间的磁桥的磁通产生交替改变，设在磁桥上的感应绕组感应到电动势且产生电流。

本发明的转子磁铁和定子磁铁采用双段结构，转子磁铁的数量与定子磁铁的数量相同，结构简单可靠。

发明内容

本发明是这样实现的：一种双段交错耦合感应式磁能发电机，主要包括转子磁铁(1、1.1)、转子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子轭(4)、转轴(5)、定子磁铁(6、6.1)、定子磁桥(7)、定子轭(8)、定子感应绕组(9)、机壳(10)、端盖(14)、轴承(15)、接线盒(16)和电动机(11、12、17)，其特征是：

a.转子磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段磁铁组成，一段转子磁铁由4个或4个以上数量为偶数的磁铁组成；定子磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段磁铁组成，一段定子磁铁的数量与一段转子磁铁的数量相同；转子磁铁在空间上S极与N极相间排列、平均分布在转子上，定子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列、平均分布在定子上，或者，转子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列、平均分布在转子上，定子磁铁在空间上S极与N极相间排列、平均分布在定子上；

b.两段转子磁铁之间间隔一定的距离，一段转子磁铁的S极与另一段转子磁铁的N极在空间上对齐，反之亦然；两段定子磁铁之间间隔一定的距离，一段定子磁铁的S极与另一段定子磁铁的N极在空间上对齐，反之亦然；

c.两段转子磁铁之间和/或两段定子磁铁之间设有若干磁桥和感应绕组，感应绕组设在磁桥上；一段磁铁的一个S极与一个磁桥的一端连接，则在空间上与之对齐的另一段磁铁的一个N极与该磁桥的另一端连接，反之亦然；

d.转子磁铁固定在转子轭上，或者，转子磁铁通过转子磁桥固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；转轴通过轴承定位于端盖；接线盒设在机壳或端盖上；定子磁铁固定在定子轭上，或者，定子磁铁通过磁桥固定在定子轭上，或者，定子磁铁直接固定在机壳上；电动机与转轴的输入端联接，或者，电动机的传动轴与转轴共轴。

工作原理：电动机带动转子转动时，转动的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变的磁场，定子磁铁的磁极交替与转子磁铁的磁极相吸相斥，转子磁铁和定子磁铁的磁通发生交替变化，转子磁铁和定子磁铁的恒定磁场变成脉振磁场，一方面，定子磁铁作用于转子磁铁的磁力对称抵消，另一方面，通过两段磁铁之间的磁桥的磁通量交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。由于组成转子磁铁的两段磁铁在空间上S极与N极错开排列，组成定子磁铁的两段磁铁在空间上S极与N极也错开排列，两段磁铁之间设有磁桥，转子的两段磁铁在空间上组成若干轴向磁对极，定子的两段磁铁在空间上也组成若干轴向磁对极，而且定子的轴向磁对极与转子的轴向磁对极在空间上对称，因此设在两段磁铁之间的磁桥感应电动势产生的电流的波形为正弦波或接近正弦波。

转子磁铁在空间上S极与N极相间排列，则定子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列；转子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列，则定子磁铁在空间上S极与N极相间排列。由于定子磁铁的数量与转子磁铁的数量相同，无论转子转到哪个角度，定子磁铁作用于转子磁铁的吸力和斥力是相互对称抵消的，理论上转子磁铁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。但实际上定子磁环和转子磁环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转子磁环与定子磁环的不能相互抵消的吸力和斥力的影响。

从总体上看，转子转动所需克服的阻力是很小的，而磁桥绕组感应电动势所输出的能量远远大于转子转动所需消耗的能量，从而实现能量的放大。

一段转子磁铁由4个或4个以上数量为偶数的磁铁组成，一段转子磁铁的数量为4个、6个、8个、10个、12个等等，两段转子磁铁的数量为8个、12个、20个、24个等等。一段定子磁铁的数量与一段转子磁铁的数量相同，一段定子磁铁的数量为4个、6个、8个、10个、12个等等，两段定子磁铁的数量为8个、12个、20个、24个等等。

当定子磁铁在空间上S极与N极相间排列时，转子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列。一段定子磁铁对着转子的磁极在空间上S极与N极相间排列表示为S-N-S-N，则另一段定子磁铁对着转子的磁极在空间上S极与N极相间排列表示为N-S-N-S；一段转子磁铁对着定子的磁极在空间上偶数S极与偶数N极相间排列的组合方式为：S-S-N-N；S-S-S-S-N-N等等，则另一段转子磁铁对着定子的磁极在空间上偶数S极与偶数N极相间排列的组合方式为：N-N-S-S；N-N-N-N-S-S等等；一段转子磁铁对着定子的磁极在空间上偶数S极连续排列表示为S-S-S-S，则另一段转子磁铁对着定子的磁极在空间上偶数N极连续排列表示为：N-N-N-N。

当转子磁铁在空间上S极与N极相间排列时，定子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列。一段转子磁铁对着定子的磁极在空间上S极与N极相间排列表示为S-N-S-N，则另一段转子磁铁对着定子的磁极在空间上S极与N极相间排列表示为N-S-N-S；一段定子磁铁对着转子的磁极在空间上偶数S极与偶数N极相间排列的组合方式为：S-S-N-N、S-S-S-S-N-N等等，则另一段定子磁铁对着转子的磁极在空间上偶数S极与偶数N极相间排列的组合方式为：N-N-S-S、N-N-N-N-S-S等等；一段定子磁铁对着转子的磁极在空间上偶数S极连续排列表示为S-S-S-S，则另一段定子磁铁对着转子的磁极在空间上偶数N极连续排列表示为：N-N-N-N。

所述磁铁为永久磁铁或电磁铁。磁铁的磁极方向为径向或切向或轴向。

电磁铁由铁芯和励磁绕组组成，铁芯用软铁材料制成，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。磁环的各个励磁绕组可以用串联或并联的方法接线。

电磁铁预先设定了磁极的方向，接入电磁铁绕组的电源都是直流电，电磁铁产生的磁场是恒定磁场。正如普通发电机的励磁绕组并不需要消耗太多的电能一样，电磁铁需要消耗的电能也并不多。

永久磁铁可以先充磁再装入机壳或定子轭或转子轭上，也可以事先将磁钢固定在机壳或定子轭或转子轭上再用特制的夹具进行充磁。其充磁方法与永磁电机的充磁方法相同。

定子磁桥作为两段定子磁铁的主要磁通路，架设在两段定子磁铁之间，磁桥的一端与一段定子磁铁的S极连接，磁桥的另一端与在空间上与之对齐的另一段定子磁铁的N极连接。定子磁桥的数量与两段定子磁铁的磁对极数量相同。转子磁桥作为两段转子磁铁的主要磁通路，架设在两段转子磁铁之间，磁桥的一端与一段转子磁铁的S极连接，磁桥的另一端与在空间上与之对齐的另一段转子磁铁的N极连接。转子磁桥的数量与两段转子磁铁的磁对极数量相同。设在磁桥上的感应绕组为绕线型绕组。

磁桥用软铁材料制成，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，当机壳作为主磁路的一部分时，机壳用软铁材料制成。转子轭和定子轭用非导磁性材料制成。

由于架设在两段电磁铁之间的磁桥也是用软铁材料制成的，因此磁桥的两端可作为电磁铁的铁芯，磁桥的两端亦是电磁铁的一部分。

与普通的电机一样，电磁铁接入直流电和感应绕组输出电流需要有接线盒接线，如果电磁铁的电源不是直流电，则需要用整流二极管或可控单向硅转换成直流电再接入电磁铁。设在转子磁桥上的感应绕组产生的电流可通过集电环和电刷传送到接线盒，设在定子磁桥上的感应绕组产生的电流可直接通过导线传送到接线盒。发电机向外输出的电流为直流电或交流电。

电动机(11、12)设置在机壳内，与电机的主体部分共用转轴和机壳，或者，电动机(17)设置在机壳外，与转轴的输入端联接。电动机的电源由蓄电池(18)或外部电源提供，或者，在转轴上设置人力启动杆(19)，电机启动后产生的电能输送给电动机。

与普通的电机一样，感应式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，需要加设风扇或液体冷却装置，或者，在机壳上设散热片。

磁能发电机为双段交错耦合感应式永磁能发电机或双段交错耦合感应式电磁能发电机或双段交错耦合感应式混合励磁磁能发电机或双段交错耦合感应式多段磁能发电机。双段交错耦合感应式永磁能发电机的定子磁铁和转子磁铁是永久磁铁；双段交错耦合感应式电磁能发电机的定子磁铁和转子磁铁是电磁铁；双段交错耦合感应式混合励磁磁能发电机中的定子磁铁为永久磁铁、转子磁铁为电磁铁，或者，定子磁铁为电磁铁、转子磁铁为永久磁铁，或者，定子磁铁中既有电磁铁又有永久磁铁、转子磁铁中既有电磁铁又有永久磁铁，或者，定子磁为电磁铁、转子磁铁中既有电磁铁又有永久磁铁，或者，定子磁为永久磁铁、转子磁铁中既有电磁铁又有永久磁铁；双段交错耦合感应式多段磁能发电机的定子磁铁有4段或4段以上，转子磁铁有4段或4段以上，定子磁铁为永久磁铁和/或电磁铁，转子磁铁为永久磁铁和/或电磁铁。

附图说明

图1、图2、图3、图4为本发明第一实施例结构示意图。

图5、图6、图7为本发明第二实施例结构示意图。

图8、图9为本发明第三实施例结构示意图。

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电机整体结构轴向平面示意图、图2电机主体结构三维示意图、图3电机主体结构剖视图、图4定子磁铁和转子磁铁展开图，一种双段交错耦合感应式永磁能发电机，主要包括转子永久磁铁(1)、转子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子轭(4)、转轴(5)、定子永久磁铁(6)、定子磁桥(7)、定子轭(8)、定子感应绕组(9)、机壳(10)、电动机定子(11)、电动机转子(12)、风扇(13)、端盖(14)、轴承(15)和接线盒(16)，其特征是：转子永久磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段永久磁铁组成，一段转子永久磁铁由4个S极与N极相间排列的永久磁铁组成，另一段转子永久磁铁也是由4个S极与N极相间排列的永久磁铁组成，一段转子磁铁的S极与另一段转子磁铁的N极在空间上对齐；定子永久磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段永久磁铁组成，一段定子永久磁铁由4个永久磁铁组成，4个永久磁铁(对着转子的磁极)按S-S-N-N的组合方式排列，另一段定子永久磁铁也是由4个永久磁铁组成，4个永久磁铁(对着转子的磁极)按N-N-S-S的组合方式排列，一段定子永久磁铁的S极与另一段定子永久磁铁的N极在空间上对齐；两段转子永久磁铁之间间隔一定的距离，两段转子永久磁铁之间架设有4个转子磁桥，转子磁桥的一端与一段转子永久磁铁对着转子轭的S极连接，转子磁桥的另一端与另一段在空间上与之对齐的转子永久磁铁对着转子轭的N极连接，转子磁桥上设有转子感应绕组；两段定子永久磁铁之间间隔一定的距离，两段定子永久磁铁之间架设有4个定子磁桥，定子磁桥的一端与一段定子永久磁铁对着机壳的S极连接，另一端与另一段在空间上与之对齐的定子永久磁铁对着机壳的N极连接，定子磁桥上设有定子感应绕组；转子永久磁铁固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；转轴通过轴承定位于端盖；接线盒设在机壳上；风扇设在转轴上；定子永久磁铁固定在定子轭上，定子轭固定在机壳上；电动机内置在机箱内，电动机转子固定在转轴上，电动机定子固定在机壳上。电动机带动转子转动时，转动的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变的磁场，定子磁铁的磁极交替与转子磁铁的磁极相吸相斥，转子磁铁和定子磁铁的磁通发生交替变化，转子磁铁和定子磁铁的恒定磁场变成脉振磁场，经过转子磁桥和定子磁桥的磁通交替发生改变，设在定子磁桥和转子磁桥上的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。图4定子磁铁和转子磁铁展开图中的箭头表示定子磁铁作用于转子磁铁的磁力，从图中不难看出，无论转子旋转多少度，定子磁铁作用于转子磁铁的磁力都是对称抵消的。

第二实施例

参见图5电机整体结构轴向平面示意图、图6电机主体结构三维示意图、图7定子磁铁和转子磁铁的展开图，一种双段交错耦合感应式电磁能发电机，主要包括转子电磁铁(1.1)、转子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子轭(4)、转轴(5)、定子电磁铁(6.1)、定子磁桥(7)、定子轭(8)、定子感应绕组(9)、机壳(10)、风扇(13)、端盖(14)、轴承(15)、接线盒(16)、电动机(17)和蓄电池(18)。转子电磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段电磁铁组成，一段转子电磁铁由8个(对着这定子的磁极)按S-S-N-N-S-S-N-N组合方式排列的电磁铁组成，另一段转子电磁铁也是由8个(对着定子的磁极)按N-N-S-S-N-N-S-S组合方式排列的电磁铁组成，一段转子电磁铁的S极与另一段转子电磁铁的N极在空间上对齐；定子电磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段电磁铁组成，一段定子电磁铁由8个S极与N极相间排列电磁铁组成，另一段定子电磁铁也是由8个S极与N极相间排列电磁铁组成，一段定子电磁铁的S极与另一段定子电磁铁的N极在空间上对齐；两段转子电磁铁之间间隔一定的距离，两段转子电磁铁之间架设有8个转子磁桥，两段转子电磁铁的励磁绕组分别设在转子磁桥的两端，转子磁桥的两端亦是转子电磁铁的一部份，转子磁桥上设有转子感应绕组；两段定子电磁铁之间间隔一定的距离，两段定子电磁铁之间架设有8个定子磁桥，两段定子电磁铁的励磁绕组分别设在定子磁桥的两端，定子磁桥的两端亦是定子电磁铁的一部份，定子磁桥上设有定子感应绕组；转子电磁铁固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；转轴通过轴承定位于端盖；接线盒设在机壳上；风扇设在转轴上；定子电磁铁固定在定子轭上，定子轭固定在机壳上；电动机设在机箱外，电动机与转轴的输入端联接，电动机启动所需的电能由蓄电池提供。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图8电机整体结构轴向平面示意图、图9转子磁铁和定子磁铁的展开图，一种双段交错耦合感应式永磁能发电机，主要包括转子永久磁铁(1)、转子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子轭(4)、转轴(5)、定子永久磁铁(6)、机壳(10)、电动机定子(11)、电动机转子(12)、风扇(13)、端盖(14)、轴承(15)、接线盒(16)和人工辅助启动杆(19)，定子永久磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段永久磁铁组成，一段定子永久磁铁由6个S极与N极相间排列的永久磁铁组成，另一段定子永久磁铁也是由6个S极与N极相间排列的永久磁铁组成，一段定子磁铁的S极与另一段定子磁铁的N极在空间上对齐；转子永久磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段永久磁铁组成，一段转子磁铁由6个永久磁铁组成，6个永久磁铁(对着定子的磁极)按S-S-S-S-N-N的组合方式排列，另一段转子磁铁也是由6个永久磁铁组成，6个永久磁铁(对着定子的磁极)按N-N-N-N-S-S的组合方式排列，一段转子磁铁的S极与另一段转子磁铁的N极在空间上对齐；两段转子永久磁铁之间间隔一定的距离，两段转子永久磁铁之间架设有6个转子磁桥，转子磁桥的一端与一段转子永久磁铁对着转子轭的S极连接，转子磁桥的另一端与另一段在空间上与之对齐的转子永久磁铁对着转子轭的N极连接，转子磁桥上设有转子感应绕组；两段定子永久磁铁之间不设磁桥和感应绕组；转子永久磁铁固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；转轴通过轴承定位于端盖；接线盒设在机壳上；风扇设在转轴上；定子永久磁铁固定在机壳上；电动机内置在机箱内，电动机转子固定在转轴上，电动机定子固定在机壳上。转轴延伸至端盖外的一端设有人工辅助启动杆，当电动机无启动电源时，用人力启动磁能发电机，磁能发电机产生的电能输送给电动机，实现机器的持续循环运转。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

Claims (10)

1.一种双段交错耦合感应式磁能发电机，主要包括转子磁铁(1、1.1)、转子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子轭(4)、转轴(5)、定子磁铁(6、6.1)、定子磁桥(7)、定子轭(8)、定子感应绕组(9)、机壳(10)、端盖(14)、轴承(15)、接线盒(16)和电动机(11、12、17)，其特征是：

a.转子磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段磁铁组成，一段转子磁铁由4个或4个以上数量为偶数的磁铁组成；定子磁铁由空间上S极与N极错开排列的两段磁铁组成，一段定子磁铁的数量与一段转子磁铁的数量相同；转子磁铁在空间上S极与N极相间排列、平均分布在转子上，定子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列、平均分布在定子上，或者，转子磁铁在空间上偶数S极与偶数N极相间或连续排列、平均分布在转子上，定子磁铁在空间上S极与N极相间排列、平均分布在定子上；

b.两段转子磁铁之间间隔一定的距离，一段转子磁铁的S极与另一段转子磁铁的N极在空间上对齐，反之亦然；两段定子磁铁之间间隔一定的距离，一段定子磁铁的S极与另一段定子磁铁的N极在空间上对齐，反之亦然；

c.两段转子磁铁之间和/或两段定子磁铁之间设有若干磁桥和感应绕组，感应绕组设在磁桥上；一段磁铁的一个S极与一个磁桥的一端连接，则在空间上与之对齐的另一段磁铁的一个N极与该磁桥的另一端连接，反之亦然；

d.转子磁铁固定在转子轭上，或者，转子磁铁通过转子磁桥固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；转轴通过轴承定位于端盖；接线盒设在机壳或端盖上；定子磁铁固定在定子轭上，或者，定子磁铁通过磁桥固定在定子轭上，或者，定子磁铁直接固定在机壳上；电动机与转轴的输入端联接，或者，电动机的传动轴与转轴共轴。

2.根据权利要求1所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是所述转子磁铁和定子磁铁为永久磁铁或电磁铁。

3.根据权利要求2所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是转子磁铁和定子磁铁的磁极方向为径向或切向或轴向。

4.根据权利要求2所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是电磁铁预先设定了磁极的方向，接入电磁铁励磁绕组的电源是直流电，电磁铁产生的磁场是恒定磁场。

5.根据权利要求1所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是磁桥用软铁材料制成，转子磁桥的数量与两段转子磁铁的磁对极数量相同，定子磁桥的数量与两段定子磁铁的磁对极数量相同。

6.根据权利要求2或5所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是架设在两段电磁铁之间的磁桥的两端作为电磁铁的铁芯，磁桥的两端亦是电磁铁的一部分。

7.根据权利要求1所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是磁能发电机为双段交错耦合感应式永磁能发电机或双段交错耦合感应式电磁能发电机或双段交错耦合感应式混合励磁磁能发电机或双段交错耦合感应式多段磁能发电机。

8.根据权利要求1所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是电动机设置在机壳内，与发电机的主体部分共用转轴和机壳，或者，电动机设置在机壳外，与转轴的输入端联接；电动机的电源由蓄电池(18)或外部电源提供，或者，在转轴上设置人力启动杆(19)，磁能发电机启动后产生的电能输送给电动机。

9.根据权利要求1所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是发电机设有整流器，输出的电流是直流电或交流电。

10.根据权利要求1所述一种双段交错耦合感应式磁能发电机，其特征是发电机设有风扇或散热片或液体冷却装置。

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