CN108155777A - 磁悬浮叠加电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁悬浮叠加电源，包括第一储能部件、第二储能部件、至少两组定子部件以及悬浮单极转子的磁悬浮电机、与外部直流电源/第二储能部件以及两组定子部件电性连接的定子驱动模块、基于悬浮单极转子转动磁生第一感应电流的转子感应部件、基于任意一组定子部件通电磁生第二感应电流的定子感应部件、处理模块、水平分量转换器、垂直分量转换器，定子驱动模块驱动悬浮单极转子转动，处理模块将第一感应电流、第二感应电流耦合成多次谐波电流；水平分量转换器、垂直分量转换器分别将多次谐波电流水平分量、垂直分量的电能存在第一储能部件、第二储能部件中；本设计通过磁悬浮电机对能量形式的转化以对无功功率的有效利用，从而提升能源的利用效率。

Description

磁悬浮叠加电源

技术领域

本发明涉及电源领域，特别是磁悬浮叠加电源。

背景技术

世界上不可能存在永动机，但是若是能够对能量的形式进行有效的利用，即可大大提高对能量的利用效率，以往的驱动电源，只能对能量平波的部分进行利用，而能量拉高时的垂直部分并未使用，也就是说一般输入的功率由有功功率和无功功率组成，现实中，设备往往只能对有功功率进行利用，而无功功率被白白浪费掉，而通过电机对能量的形式进行转化，再对其中的电磁能进一步利用，是其中一种可行的方式，但是现今并没有厂家研发出一种具体可行的装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种通过磁能量子叠加矢量以大大提高能源利用效率的磁悬浮电源。

本发明采用的技术方案是：

磁悬浮叠加电源，包括，

第一储能部件、第二储能部件；

磁悬浮电机，磁悬浮电机包括至少两组定子部件以及悬浮单极转子；

定子驱动模块，分别与外部直流电源/第二储能部件、两组定子部件电性连接，定子驱动模块切换两组定子部件的导通状态以切换磁悬浮电机内产生的磁场方向，进而驱动悬浮单极转子转动；

转子感应部件，用于与悬浮单极转子对应并且在悬浮单极转子转动过程中磁生第一感应电流；

定子感应部件，用于感应任意一组定子部件，在任意一组定子部件导通时磁生第二感应电流；

处理模块，分别与转子感应部件、定子感应部件电性连接并且将第一感应电流、第二感应电流耦合成多次谐波电流；

水平分量转换器，分别与处理模块、第一储能部件电性连接以将多次谐波电流水平分量的电能转换储存在第一储能部件中；

垂直分量转换器，分别与处理模块、第二储能部件电性连接以将多次谐波电流垂直分量的电能转换储存在第二储能部件中。

所述第二储能部件为超级电容。

所述定子驱动模块包括第一磁敏部件、第一开关部件、第二开关部件，第一开关部件用于驱动其一定子部件通断，第二开关部件用于驱动另一定子部件通断，第一磁敏部件用于检测其一定子部件的通断，在其一定子部件导通时，使第一开关部件关断并且使第二开关部件导通，在另一定子部件导通时，使第二开关部件关断并且使第一开关部件导通，以实现切换两组定子部件的导通状态。

所述第一开关部件包括三极管Q1，所述第二开关部件包括三极管Q2，还包括电阻R4和电容C1；

所述第一磁敏部件的一端分别与外部直流电源/第二储能部件、其一定子部件的一端、另一定子部件的一端电性连接；

所述第一磁敏部件的另一端与三极管Q1的基极电性连接，其一定子部件的另一端分别与三极管Q1的集电极、电容C1的一端、电阻R4的一端电性连接；

电阻R4的另一端与三极管Q2的基极电性连接；

另一定子部件的另一端分别与电容C2的另一端、三极管Q2的集电极电性连接；

三极管Q1发射极与三极管Q2的发射极接地。

所述垂直分量转换器由若干电容组成。

还包括逆变器，该逆变器与第一储能部件电性连接以将直流电转化成交流电输出。

还包括变压模块，所述变压模块分别与第二储能部件、定子驱动模块电性连接以将第二储能部件输出的电压调制成适合驱动磁悬浮电机运作的工作电压。

还包括用于驱动悬浮单极转子自启的转子启动模块，所述转子启动模块包括三极管Q5、电阻R17、定时模块、与悬浮单极转子对应的驱动线圈、第二磁敏部件、MOS管Q6，驱动线圈用于驱动悬浮单极转子转动；

三极管Q5的集电极、电阻R17的一端与外部电源电性连接，三极管Q5的基极分别与定时模块、电阻R17的另一端电性连接，定时模块用于定时关断三极管Q5；

三极管Q5的发射极分别与第二磁敏部件的输入端、驱动线圈的一端电性连接；

第二磁敏部件的输出端与MOS管Q6的栅极电性连接，第二磁敏部件用于检测悬浮单极转子的位置以控制MOS管Q6通断；

驱动线圈的另一端与MOS管Q6的漏极电性连接；

MOS管Q6的源极接地。

所述定时模块包括储能电容C11，储能电容C11的一端分别与电阻R17、三极管Q5的基极电性连接，储能电容C11的另一端与三极管Q5的发射极电性连接。

本发明的有益效果：

本发明磁悬浮叠加电源，外部接入的直流电源或者第二储能部件中的电能驱动磁悬浮电机运作，其中，电能用于切换定子部件产生的磁场方向，使得磁场方向不断产生变化，进而不断驱动悬浮单极转子运作，同时，转子感应部件与悬浮单极转子配合，在悬浮单极转子转动的过程中，基于磁生电原理产生相应的感应电动势，进而产生第一感应电流，而定子感应部件与其中一组定子部件配合，在定子部件通电的时候，定子感应部件产生第二感应电流，处理模块将两者进行耦合，水平分量转换器对耦合电流进行处理并且将水平分量储存在第一储能部件中，提供给外部设备使用，而垂直分量转换器对耦合电流进行处理并且将垂直分量储存在第二储能部件中，第二储能部件再重新将能量返回到磁悬浮电机中其驱动作用，本设计应用到电磁补偿充电原理，通过磁悬浮电机对能量形式的转化实现对无功功率的有效利用，从而提升能源的利用效率，实现能源的多次利用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明叠加电源的示意图。

图2是定子驱动模块的电路示意图。

图3是转子启动模块的电路示意图。

图4是处理模块的电路示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明磁悬浮叠加电源，包括第一储能部件1、第二储能部件2；

磁悬浮电机3，磁悬浮电机3包括至少两组定子部件以及悬浮单极转子33，此处应用磁悬浮电机3，悬浮单极转子33的磁轴承采用无接触式的连接方式，从而使得摩擦力大大减少，少量的电能即可驱动磁悬浮电机3工作，此处每组定子部件均包括两个依次串联的定子线圈，并且与常规电机类似地设置在电机基架上；

定子驱动模块4，分别与外部直流电源/第二储能部件2、两组定子部件电性连接，定子驱动模块4切换两组定子部件的导通状态以切换磁悬浮电机3内产生的磁场方向，进而驱动悬浮单极转子33转动；

转子感应部件5，用于与悬浮单极转子33对应并且在悬浮单极转子33转动过程中磁生第一感应电流，此处的转子感应部件5可采用感应线圈，在悬浮单极转子33转动时，感应线圈能够产生第一感应电流；

定子感应部件6，用于感应任意一组定子部件，在任意一组定子部件导通时磁生第二感应电流，此处的定子感应部件也同样可采用感应线圈，只不过此处的感应线圈用于感应其中一组定子部件导通时产生的磁场，进而产生第二感应电流；

处理模块7，分别与转子感应部件5、定子感应部件6电性连接并且将第一感应电流、第二感应电流耦合成多次谐波电流，此处处理模块7可是耦合器，基于第一感应电流，每次两组定子部件切换导通，使得磁场改变，产生的第二感应电流给到第一感应电流向上拉高的能量，并且到达高点后跌落，过零后到达低点后爬升，此处在一个周期中，耦合的谐波电流在前半周期大致为正的尖峰波，而后半周期大致为负的尖峰波；

水平分量转换器8，分别与处理模块7、第一储能部件1电性连接以将多次谐波电流水平分量的电能转换储存在第一储能部件1中，此处的水平分量转换器8由至少一个二极管构成相应的电路结构，水平分量部分的能量能够通过二极管并且储存在第一储能部件1中，此处第一储能部件1可以是常规的储电池；

垂直分量转换器9，分别与处理模块7、第二储能部件2电性连接以将多次谐波电流垂直分量的电能转换储存在第二储能部件2中，垂直分量转换器9由至少一个电容构成相应的电路结构，垂直分量部分的能量通过电容吸收储能，再储存在第二储能部件2中，此处第二储能部件2是超级电容。

此处的磁悬浮电机3中，悬浮单极转子33可以是通用的圆形、三角形、方形等等，长度在1000mm至6000mm，直径在8mm至800mm，通用单极的磁量高斯值在3000G至8000G，材质可以是硬质材料、胶质材料、半导体材料等等，而悬浮转子支架上连接悬浮单极转子的磁套环相应地为圆形、三角形、方形等等，支架磁套环底料的高斯值在3000G至8000G。

而转子感应部件5的感应线圈可以由多角型线组构成，其中可以是4角、6角、188角甚至232角，而如图4所示，转子感应部件5中线组其中一部分用于感应脉冲，另一部分用于反馈启动，而用于感应脉冲的线组绕组数可以是1组至64组之间。

外部接入的直流电源或者第二储能部件2中的电能驱动磁悬浮电机3运作，其中，电能用于切换定子部件产生的磁场方向，使得磁场方向不断产生变化，进而不断驱动悬浮单极转子33运作，同时，转子感应部件5与悬浮单极转子33配合，在悬浮单极转子33转动的过程中，基于磁生电原理产生相应的感应电动势，进而产生第一感应电流，而定子感应部件6与其中一组定子部件31配合，在定子部件通电的时候，定子感应部件6产生第二感应电流，处理模块7将两者进行耦合，水平分量转换器8对耦合电流进行处理并且将水平分量储存在第一储能部件1中，提供给外部设备使用，而垂直分量转换器9对耦合电流进行处理并且将垂直分量储存在第二储能部件2中，第二储能部件2再重新将能量返回到磁悬浮电机3中其驱动作用，本设计应用到电磁补偿充电原理，利用“线波(属电磁波类)”，结合具有不同电磁特性的两个相邻表面之间界面以无限小的细线形式传播脉冲，利用这种线波有效地集中电磁能，通过磁悬浮电机3对能量的转化实现对无功功率的有效利用，从而提升能源的利用效率，实现能源的多次利用。

其中，本设计定子驱动模块4优选实施方式中包括第一磁敏部件41、第一开关部件、第二开关部件，第一开关部件用于驱动其一定子部件31通断，第二开关部件用于驱动另一定子部件32通断，第一磁敏部件41用于检测其一定子部件31的通断，在其一定子部件31导通时，使第一开关部件关断并且使第二开关部件导通，在另一定子部件32导通时，使第二开关部件关断并且使第一开关部件导通，以实现切换两组定子部件的导通状态。

进一步地，如图2所示，第一开关部件包括三极管Q1，所述第二开关部件包括三极管Q2，还包括电阻R4和电容C1；

所述第一磁敏部件41的一端分别与外部直流电源/第二储能部件2、其一定子部件31的一端、另一定子部件32的一端电性连接；

所述第一磁敏部件41的另一端与三极管Q1的基极电性连接，其一定子部件31的另一端分别与三极管Q1的集电极、电容C1的一端、电阻R4的一端电性连接；

电阻R4的另一端与三极管Q2的基极电性连接；

另一定子部件32的另一端分别与电容C2的另一端、三极管Q2的集电极电性连接；

三极管Q1发射极与三极管Q2的发射极接地。

此处直流电源或者第二储能部件2供电，第一磁敏部件41可以是霍尔传感器，初始状态下，霍尔传感器检测到其一定子部件上的磁场没有超过霍尔传感器的阈值，霍尔传感器导通，三极管Q1导通，其一定子部件31导通，此时其一定子部件31产生相应的磁场，使得悬浮单极转子33转动，同时霍尔传感器检测到磁场超过阈值，进行关断，三极管Q1关断，其一定子部件31不得电，此时剩余的残压足以使三极管Q2导通，从而另一定子部件32导通，切换了磁场的方向，悬浮单极转子33充能继续转动，霍尔传感器此时检测到其一定子部件31产生的磁场低于阈值，霍尔传感器导通，之后延续上述的循环，从而实现不断切换磁场方向，使得悬浮单极转子33持续运作。

本设计悬浮单极转子33在开始时处于静止状态，可采用人手拨动的方式使得悬浮单极转子33转动，进而配合定子驱动模块4驱动其一定子部件31和另一定子部件32切换导通，进而运作，如图3所示，作为本设计的优选实施例，还包括用于驱动悬浮单极转子33自启的转子启动模块12，所述转子启动模块12包括三极管Q5、电阻R17、定时模块121、与悬浮单极转子33对应的驱动线圈122、第二磁敏部件123、MOS管Q6，驱动线圈122用于驱动悬浮单极转子33转动；

三极管Q5的集电极、电阻R17的一端与外部电源电性连接，三极管Q5的基极分别与定时模块121、电阻R17的另一端电性连接，定时模块121用于定时关断三极管Q5；

三极管Q5的发射极分别与第二磁敏部件123的输入端、驱动线圈122的一端电性连接；

第二磁敏部件123的输出端与MOS管Q6的栅极电性连接，第二磁敏部件123用于检测悬浮单极转子33的位置以控制MOS管Q6通断；

驱动线圈122的另一端与MOS管Q6的漏极电性连接；

MOS管Q6的源极接地。

同时此处的定时模块121可以是储能电容C11，储能电容C11的一端分别与电阻R17、三极管Q5的基极电性连接，储能电容C11的另一端与三极管Q5的发射极电性连接。

此处转子启动模块12的运行原理为，向储能电容C11输入脉冲信号，储能电容C11储能并控制三极管Q5导通，此时第二磁敏部件123导通，使得MOS管Q6导通，驱动线圈122得电，形成相应的磁场，悬浮单极转子33逐步转动，在悬浮单极转子33的一极转动靠近第二磁敏部件123时，第二磁敏部件123感应并关断，使得MOS管Q6关断，在悬浮单极转子33的一极离开后，第二磁敏部件123恢复导通，驱动线圈122重新生成磁场，从而使得悬浮单极转子33启动，最终储能电容C11失去电能，转子启动模块12关闭。

本设计还包括变压模块10，所述变压模块10分别与第二储能部件2、定子驱动模块4电性连接以将第二储能部件2输出的电压调制成适合驱动磁悬浮电机3运作的工作电压，此处磁悬浮电机3采用的是12V的直流电机，变压模块10将第二储能部件2的电压转变到12V以供给磁悬浮电机3使用。

除此之外，本设计还包括逆变器11，该逆变器11与第一储能部件1电性连接以将直流电转化成交流电输出，以供应给外部的交流设备。

而在第一储能部件1或者第二储能部件2放电时，一般还需增设放电电路，基于相位平衡条件，ψA+ψF＝2nπ(n＝0，1，2，3……)其中A为放大增益，F为反馈系数，放电电路由N组放大电路组成，本设计N个开环放大倍数的脉冲能用于系统，并且开环放大至6400组放大开环增出脉冲源用于系统。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.磁悬浮叠加电源，其特征在于,包括：

第一储能部件、第二储能部件；

磁悬浮电机，磁悬浮电机包括至少两组定子部件以及悬浮单极转子；定子驱动模块，分别与外部直流电源/第二储能部件、两组定子部件电性连接，定子驱动模块切换两组定子部件的导通状态以切换磁悬浮电机内产生的磁场方向，进而驱动悬浮单极转子转动；

转子感应部件，用于与悬浮单极转子对应并且在悬浮单极转子转动过程中磁生第一感应电流；

定子感应部件，用于感应任意一组定子部件，在任意一组定子部件导通时磁生第二感应电流；

处理模块，分别与转子感应部件、定子感应部件电性连接并且将第一感应电流、第二感应电流耦合成多次谐波电流；

水平分量转换器，分别与处理模块、第一储能部件电性连接以将多次谐波电流水平分量的电能转换储存在第一储能部件中；

垂直分量转换器，分别与处理模块、第二储能部件电性连接以将多次谐波电流垂直分量的电能转换储存在第二储能部件中。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：所述第二储能部件为超级电容。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：所述定子驱动模块包括第一磁敏部件、第一开关部件、第二开关部件，第一开关部件用于驱动其一定子部件通断，第二开关部件用于驱动另一定子部件通断，第一磁敏部件用于检测其一定子部件的通断，在其一定子部件导通时，使第一开关部件关断并且使第二开关部件导通，在另一定子部件导通时，使第二开关部件关断并且使第一开关部件导通，以实现切换两组定子部件的导通状态。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：所述第一开关部件包括三极管Q1，所述第二开关部件包括三极管Q2，还包括电阻R4和电容C1；

所述第一磁敏部件的一端分别与外部直流电源/第二储能部件、其一定子部件的一端、另一定子部件的一端电性连接；

所述第一磁敏部件的另一端与三极管Q1的基极电性连接，其一定子部件的另一端分别与三极管Q1的集电极、电容C1的一端、电阻R4的一端电性连接；

电阻R4的另一端与三极管Q2的基极电性连接；

另一定子部件的另一端分别与电容C2的另一端、三极管Q2的集电极电性连接；

三极管Q1发射极与三极管Q2的发射极接地。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：所述垂直分量转换器由至少一个电容组成。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：还包括逆变器，该逆变器与第一储能部件电性连接以将直流电转化成交流电输出。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：还包括变压模块，所述变压模块分别与第二储能部件、定子驱动模块电性连接以将第二储能部件输出的电压调制成适合驱动磁悬浮电机运作的工作电压。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：还包括用于驱动悬浮单极转子自启的转子启动模块，所述转子启动模块包括三极管Q5、电阻R17、定时模块、与悬浮单极转子对应的驱动线圈、第二磁敏部件、MOS管Q6，驱动线圈用于驱动悬浮单极转子转动；

三极管Q5的集电极、电阻R17的一端与外部电源电性连接，三极管Q5的基极分别与定时模块、电阻R17的另一端电性连接，定时模块用于定时关断三极管Q5；

三极管Q5的发射极分别与第二磁敏部件的输入端、驱动线圈的一端电性连接；

第二磁敏部件的输出端与MOS管Q6的栅极电性连接，第二磁敏部件用于检测悬浮单极转子的位置以控制MOS管Q6通断；

驱动线圈的另一端与MOS管Q6的漏极电性连接；

MOS管Q6的源极接地。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮叠加电源，其特征在于：所述定时模块包括储能电容C11，储能电容C11的一端分别与电阻R17、三极管Q5的基极电性连接，储能电容C11的另一端与三极管Q5的发射极电性连接。