CN102064664B - 磁微粒流体直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于转变化学能和机械能为电能的装置领域，具体为一种磁微粒流体直流电机。一种磁微粒流体直流电机，包括壳体(1)和支座(2)，其特征是：还包括阳极衬板(3)、绝缘层(4)、进料口(51)、出料口(52)、上固定端板(61)、下固定端板(62)、螺旋磁铁(7)、阴级磁铁柱(8)和极性介质，阳极衬板(3)衬于壳体(1)内部且阳极衬板(3)和壳体(1)内壁之间垫有绝缘层(4)，螺旋磁铁(7)为螺旋状，螺旋磁铁(7)贴于阳极衬板(3)的内壁，阴级磁铁柱(8)贯穿于壳体(1)的内部，极性介质充满所述的空腔。本发明无噪音，无污染，能提供清洁能源，设备结构简单，产生电能条件温和。
Description
技术领域
本发明涉及用于转变化学能和机械能为电能的装置领域，具体为一种磁微粒流体直流电机。
背景技术
发电机和电动机在目前的社会生产和日常生活中得到非常广泛的应用，占有极其重要的地位。电力工程上一般把发电机和电动机合称电机，以同步电机为例，电机主要由定子和转子组成，两者以定子在外转子在内的同心方式安装，定子的主要部分是定子铁心和定子绕组，转子由磁极铁心、磁极绕组、转轴和滑环组成，转子的磁极绕组通以直流电以产生励磁电流。同步电机作发电机使用时，转子在原动机的带动下旋转，定子绕组切割磁极绕组所产生磁场的磁力线从而感应出感生电动势并对外输出电能。作电动机使用时，外界电能输入定子绕组产生交变磁场，对转子绕组施加电磁力，从而牵引转子转动并对外输出扭矩。其他形形色色的电机其工作原理和基本结构都大抵相同，这种定子-转子的结构不可避免的存在着因旋转而带来的磨损、噪音、换向、火花等问题，而且很难从根本上彻底解决。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种无相对旋转结构从而在根本上克服磨损、噪音、火花等技术障碍的机械能-电能转换装置，本发明公开了一种磁微粒流体直流电机。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体和支座，壳体为上下贯通的筒形，支座箍在壳体的外表面，其特征是：还包括阳极衬板、绝缘层、进料口、出料口、上固定端板、下固定端板、螺旋磁铁、阴级磁铁柱和极性介质，
阳极衬板为上下贯通的筒形，阳极衬板衬于壳体内部且阳极衬板和壳体内壁之间垫有绝缘层，
壳体上端的开口和进料口密封连接，壳体下端的开口和出料口密封连接，
上固定端板和下固定端板都为中心开有通孔的盘状，上固定端板固定于壳体内壁的上部且和壳体内壁密封，下固定端板固定于壳体内壁的下部且和壳体内壁密封，
螺旋磁铁为螺旋状，螺旋磁铁贴于阳极衬板的内壁，
阴级磁铁柱贯穿于壳体的内部，阴级磁铁柱的上端从上固定端板的中心通孔穿出且和上固定端板的中心通孔密封，阴级磁铁柱的下端从下固定端板的中心通孔穿出且和下固定端板的中心通孔密封，
壳体内壁、上固定端板和下固定端板构成一空腔，极性介质充满所述的空腔，极性介质选用电解质溶液或极性气体。
所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：壳体为上下贯通的圆筒形，上固定端板和下固定端板这两者的外径和内孔直径之比都在4至7之间。
所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：螺旋磁铁和阴级磁铁柱都选用钕铁硼、钐钴、铝镍钴和铁氧体中的任意一种。
所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：极性介质选用碱金属的硫酸盐溶液、碱金属的氢氧化物溶液、碱金属的卤化物溶液和极性气体中的任意一种。
所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：
阳极衬板选用铬锆铜合金、钛铂合金、钛铱合金、钛钌合金、镍合金、钌合金、铑合金、钯合金、锇合金、铱合金和铂合金中的任意一种，
绝缘层选用陶瓷、云母、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和硅橡胶中的任意一种，
壳体、进料口和出料口都选用碳素钢。
本发明工作时，螺旋磁铁和阴极磁铁柱之间形成一径向磁场，极性介质从进料口流入壳体内且充满由壳体内壁、上固定端板和下固定端板构成的空腔，再经出料口流出，极性介质的流动切割了径向磁场的磁力线，极性介质中的阴阳离子受到互为反向的洛伦兹力作用而产生电势差，设极性介质以速率v沿垂直于磁场方向运动，离子在运动中要受到洛仑兹力f1而上下分离，f1的大小为：f1=qvb；
离子在定向运动的同时受到因溶液内离子碰撞而产生的的阻力，设为f2，则所受到的合力F为：F=f1－f2；
对离子来说，所受到的合力F可视为一场强为Ei的电场所施加的电场力：
Ei= 
=
=vb－
；
设两电极之间的距离为l，则此发电机电动势ε为：ε=Eil=vbl－
由于洛仑兹力的作用，阴阳离子将各自在阳极衬板和阴极磁铁柱积累，因而在极性介质内形成一静电场Es，这样在两极间的总场强E为：E=Ei－Es；
设极性介质的电导率为σ，则通过极性介质的电流密度j（方向为从负极到正极）为：
j=σE=σ(Ei－Es)；
总电流I为：I=σSE，式中S为阳极衬板的面积；
电机输出的总功率P为：P=IEsl=σ(Ei－Es)EsSl；
又V=Sl为电极间总体积，如忽略溶液内离子碰撞的阻力f2，则上式可简化为：
P=σ(vB－Es)EsV，令K=
，则上式又可化为：P=σv2B2(1－K)KV；
当K=时P取得极大值：Pmax=
σv2B2V。
电动势ε的大小主要取决于极性介质的流速v、磁感应强度B和极间距离l，f2值的大小由极性介质的性质决定，主要是电离常数和离子的浓度，可通过实验测得。
本发明用作发电机时可提供稳定的直流电，并可调整溶液的流速调整电压；所提供电能为无污染的清洁能源，即环保又安全；可用于替代电信领域无人看管电站的电源，大型电子产品的可替代安全电源，以及其它使用直流电设备的电源。由于可以通入富含离子或等离子体的气体，因此还可以应用于汽车尾气发电和处理，以及做为海上发电的主流发电机，因为高温汽车尾气和海面附近的空气都富含离子。此外还可利用海水作为电解质溶液发电，并副产淡水。本发明用作溶液泵时，可接入直流电源或通过整流的直流电源，可用于电解质流体的输送和用作流体加速器，因为整套装置无传动部件和转子，设备运转时无噪音免维护，小型的可用作形成喷泉，船用排水，石化、炼油、采油等流体的输送。
本发明的有益效果是：无传动装置和转子，设备运转时无噪音免维护，运行和制造过程中无污染，所提供的是清洁能源，设备结构简单，产生电能条件温和。
附图说明
图1是本发明主视方向的剖面示意图；
图2是本发明的俯视图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，如图1和图2所示，具体结构是：
壳体1为上下贯通的圆筒形，支座2箍在壳体1的外表面，
阳极衬板3为上下贯通的圆筒形，阳极衬板3衬于壳体1内部且阳极衬板3和壳体1内壁之间垫有绝缘层4，
壳体1上端的开口和进料口51密封连接，壳体1下端的开口和出料口52密封连接，
上固定端板61和下固定端板62都为中心开有圆形通孔的盘状，上固定端板61和下固定端板62这两者的外径和内孔直径之比都在4至7之间，本实施例取5，上固定端板61固定于壳体1内壁的上部且和壳体1内壁密封，下固定端板62固定于壳体1内壁的下部且和壳体1内壁密封，
螺旋磁铁7为螺旋状，螺旋磁铁7贴于阳极衬板3的内壁，
阴级磁铁柱8贯穿于壳体1的内部，阴级磁铁柱8的上端从上固定端板61的中心通孔穿出且和上固定端板61的中心通孔密封，阴级磁铁柱8的下端从下固定端板62的中心通孔穿出且和下固定端板62的中心通孔密封，
壳体1内壁、上固定端板61和下固定端板62构成一空腔，极性介质充满所述的空腔，极性介质选用电解质溶液或极性气体。
螺旋磁铁7和阴级磁铁柱8可以选用钕铁硼、钐钴、铝镍钴和铁氧体中的任意一种，本实施例选用钕铁硼。
极性介质可以选用碱金属的硫酸盐溶液、碱金属的氢氧化物溶液、碱金属的卤化物溶液和极性气体中的任意一种，本实施例选用饱和硫酸钠溶液。
阳极衬板3可以选用铬锆铜合金、钛铂合金、钛铱合金、钛钌合金、镍合金、钌合金、铑合金、钯合金、锇合金、铱合金和铂合金中的任意一种，本实施例选用铬锆铜合金。
绝缘层4可以选用陶瓷、云母、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和硅橡胶中的任意一种，本实施例选用陶瓷。
壳体1、进料口51和出料口52都选用碳素钢。
实施例2
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，具体结构是：
壳体1为上下贯通截面为矩形的方筒形，
阳极衬板3为上下贯通截面为矩形的方筒形，阳极衬板3的截面和壳体1的截面相似，
上固定端板61和下固定端板62都为中心开有通孔的矩形盘状，
螺旋磁铁7和阴级磁铁柱8都选用钐钴，
极性介质选用饱和氢氧化钾溶液，
阳极衬板3选用镍合金，
绝缘层4选用云母，
其他结构都和实施例1同。
实施例3
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，具体结构是：
螺旋磁铁7和阴级磁铁柱8都选用铝镍钴，
极性介质选用饱和氯化钠溶液，
阳极衬板3选用钛铱合金，
绝缘层4选用聚乙烯，
其他结构都和实施例1同。
实施例4
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，具体结构是：
螺旋磁铁7和阴级磁铁柱8都选用铁氧体，
极性介质选用饱和硫酸钾溶液，
阳极衬板3选用钛铂合金，
绝缘层4选用聚丙烯，
其他结构都和实施例1同。
实施例5
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，具体结构是：
螺旋磁铁7和阴级磁铁柱8都选用钕铁硼，
极性介质选用饱和氢氧化钠溶液，
阳极衬板3选用钛钌合金，
绝缘层4选用聚氯乙烯，
其他结构都和实施例1同。
实施例6
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，具体结构是：
螺旋磁铁7和阴级磁铁柱8都选用钐钴，
极性介质选用饱和氯化钾溶液，
阳极衬板3选用钌合金，
绝缘层4选用硅橡胶，
其他结构都和实施例1同。
实施例7
一种磁微粒流体直流电机，包括壳体1、支座2、阳极衬板3、绝缘层4、进料口51、出料口52、上固定端板61、下固定端板62、螺旋磁铁7、阴级磁铁柱8和极性介质，具体结构是：
极性介质选用极性气体，极性气体是富含离子或等离子体的气体，如汽车尾气或海面附近的空气，
其他结构都和实施例1同。
Claims (5)
1.一种磁微粒流体直流电机，包括壳体(1)和支座(2)，壳体(1)为上下贯通的筒形，支座(2)箍在壳体(1)的外表面，其特征是：还包括阳极衬板(3)、绝缘层(4)、进料口(51)、出料口(52)、上固定端板(61)、下固定端板(62)、螺旋磁铁(7)、阴极磁铁柱(8)和极性介质，
阳极衬板(3)为上下贯通的筒形，阳极衬板(3)衬于壳体(1)内部且阳极衬板(3)和壳体(1)内壁之间垫有绝缘层(4)，
壳体(1)上端的开口和进料口(51)密封连接，壳体(1)下端的开口和出料口(52)密封连接，
上固定端板(61)和下固定端板(62)都为中心开有通孔的盘状，上固定端板(61)固定于壳体(1)内壁的上部且和壳体(1)内壁密封，下固定端板(62)固定于壳体(1)内壁的下部且和壳体(1)内壁密封，
螺旋磁铁(7)为螺旋状，螺旋磁铁(7)贴于阳极衬板(3)的内壁，
阴极磁铁柱(8)贯穿于壳体(1)的内部，阴极磁铁柱(8)的上端从上固定端板(61)的中心通孔穿出且和上固定端板(61)的中心通孔密封，阴极磁铁柱(8)的下端从下固定端板(62)的中心通孔穿出且和下固定端板(62)的中心通孔密封，
壳体(1)内壁、上固定端板(61)和下固定端板(62)构成一空腔，极性介质充满所述的空腔，极性介质选用电解质溶液或极性气体。
2.如权利要求1所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：壳体(1)为上下贯通的圆筒形，上固定端板(61)和下固定端板(62)这两者的外径和内孔直径之比都在4至7之间。
3.如权利要求1或2所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：螺旋磁铁(7)和阴极磁铁柱(8)都选用钕铁硼、钐钴、铝镍钴和铁氧体中的任意一种。
4.如权利要求1或2所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：极性介质选用碱金属的硫酸盐溶液、碱金属的氢氧化物溶液、碱金属的卤化物溶液和极性气体中的任意一种。
5.如权利要求1或2所述的磁微粒流体直流电机，其特征是：
阳极衬板(3)选用铬锆铜合金、钛铂合金、钛铱合金、钛钌合金、镍合金、钌合金、铑合金、钯合金、锇合金、铱合金和铂合金中的任意一种，
绝缘层(4)选用陶瓷、云母、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和硅橡胶中的任意一种，
壳体(1)、进料口(51)和出料口(52)都选用碳素钢。
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