CN108288903A - 一种发电装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发电装置及其控制方法，涉及电磁感应发电技术领域，该发电装置包括绕组底座、设置在绕组底座上的绕组、磁铁底座、设置在磁铁底座上的磁铁、设置在绕组上用于感知所述磁铁位置的位置传感器、以及控制电路，绕组的直径小于相邻磁铁之间的距离，控制电路连接位置传感器；该发电装置的控制方法基于磁铁与绕组的相对位置，在绕组位于两相邻磁铁之间的位置时导通绕组、控制绕组对外脉冲放电。本发明提供的发电装置通过改变绕组与磁铁的尺寸以及放电方式，降低了发电绕组与电磁之间的反作用力，减少了带动发电机所需要的动力，从而达到发电机的高效率发电，最终达到节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种高效率的节能发电装置及其控制方法。
背景技术
发电机是电能生产的主要设备之一。现有的发电机技术主要以发电绕组与磁场切割的方式产生电能，提高发电机效率主要以：汽流推动、改善励磁绕组、提高永磁体利用率等方式提高发电机的发电效率和节能。
专利号：201510765665.6，发明名称：径向分布三相盘式横向磁通永磁发电机；专利号：201511030286.9，发明名称：感应电容发电机。以上专利文献均是本发明文献前面提到的改善汽流推动、改善励磁绕组、提高永磁体利用率的方法提高发电机的效率。
事实上，在发电过程中发电绕组与磁铁之间的相互反作用力是造成发电机耗能的主要原因之一，如何通过减少上述相互反作用力、实现发电装置的高效工作，目前还未有相关的研究。
发明内容
鉴于上述的背景技术，本发明提供的发电装置通过改变绕组与磁铁的尺寸以及放电方式，降低了发电绕组与电磁之间的反作用力，减少了带动发电机所需要的动力，从而达到发电机的高效率发电，最终达到节能减排。
本发明的实现主要通过下述的技术方案得以解决：
一种发电装置，其特征在于，包括绕组底座、设置在所述绕组底座上的绕组、磁铁底座、设置在所述磁铁底座上的磁铁、设置在绕组上用于感知所述磁铁位置的位置传感器、以及控制电路，其中：
所述绕组的直径小于相邻磁铁之间的距离；
所述控制电路连接所述位置传感器、实时获取磁铁的位置信息；
磁铁与绕组相对运动时，控制电路在所述绕组位于两相邻磁铁之间的位置时导通绕组、控制绕组对外放电。
进一步的，所述绕组底座与绕组底座之间采用同心布置，并且绕组底座与绕组底座之间能够做同心旋转的相对运动。
进一步的，所述绕组底座为定子结构，所述磁铁底座为转子结构；还包括与所述转子结构固连的转轴、扣设在定子结构顶部的顶盖、扣设在定子结构背部的后盖、安装在转子结构外侧的机箱、以及驱动转轴运动的飞轮；其中：所述转子结构上有固连所述转轴的装配孔，所述顶盖上开设有用于散热通风孔和用于安装转轴的安装孔，所述飞轮上设置有用于固连转轴的固定孔。
进一步的，所述绕组底座与绕组底座之间采用平行布置，并且绕组底座与绕组底座之间能够做平行直线的相对运动。
进一步的，所述控制电路包括整流电路、滤波电路、控制芯片、开关和驱动电路，其中：所述整流电路的输入端连接所述绕组，整流电路的输出端连接所述滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接负载的输入端，所述负载的输出端通过开关接地，所述控制芯片的输入端连接所述位置传感器，控制芯片的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接所述开关的控制端。
进一步的，所述开关为MOSFET开关管。
进一步的，所述位置传感器包括霍尔传感器、激光传感器或声波传感器中的一种或几种。
本发明提供的一种发电装置具有如下有益的技术效果：
本发明发电绕组的直径小于相邻磁铁之间的距离，在发电绕组与磁铁作相对运动发电过程中，绕组总能够在某一时刻位于相邻磁铁之间，由于绕组是否放电是由控制电路决定，当绕组运动至相邻磁铁之间时，控制电路使绕组导通、对外放电，此时，绕组通电后产生磁场，产生磁场由于距离磁铁较远、且未与磁铁的磁极相对，只能产生较弱的相互作用力；当绕组没有运动至相邻磁铁之间时，控制电路使绕组关断，此时，绕组没有通电、因而没有后产生磁场，磁铁与绕组之间的相互作用力被进一步降低，从而达到了减少了带动发电机所需要的动力、提高发电效率的目的。
一种发电装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
A1)发电装置的控制芯片通过安装在发电绕组上的位置传感器实时获取磁铁的位置信息；
A2)控制芯片检测发电绕组是否位于两相邻磁铁之间的位置；
A3)控制芯片确定发电绕组位于两相邻磁铁之间的位置时，控制芯片发出驱动信号、使绕组导通对外放电；
A4)控制芯片确定发电绕组没有位于两相邻磁铁之间的位置时，执行步骤A2）；
进一步的，所述控制芯片发出驱动信号、使绕组导通对外放电包括：所述控制芯片发出驱动信号，驱动位于负载与地之间的开关导通，使绕组导通对外脉冲放电。
本发明提供的一种发电装置的控制方法具有如下有益的技术效果：
本发明利用发电绕组运动至相邻磁体之间的位置进行放电，这种间隔的脉冲放电方式能够有效降低磁铁与绕组之间的反作用力，在消耗同等量电能的条件下，本发明产生的电能和节能的效果比上述专利文献技术和同类技术方案有显著的提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 是本发明一种发电机装置的第一实施例结构示意图；
图2本发明一种发电机装置的第一实施例工作示意图；
图3本发明一种发电机装置的第二实施例结构示意图；
图4本发明一种发电机装置的第三实施例结构示意图；
图5本发明一种发电机装置的第四实施例结构示意图；
图6本发明一种发电机装置的第四实施例放电工作示意图；
图7本发明一种发电机装置的第四实施例非放电工作示意图；
图8本发明一种发电机装置的第五实施例结构示意图；
图9本发明一种发电机装置的第五实施例放电工作示意图；
图10本发明一种发电机装置的第五实施例非放电工作示意图；
图11本发明一种发电机装置的第六实施例结构示意图；
图12本发明一种发电机装置的第六实施例定子结构示意图；
图13本发明一种发电机装置的第六实施例转子结构示意图；
图14本发明一种发电机装置的第六实施例电路结构示意图；
图15本发明一种发电机装置的第六实施例驱动电路连接图。
图中，1-绕组底座、101-定子结构、2-发电绕组、3-磁铁底座、301-转子结构、302-装配孔、4-磁铁、5-位置传感器、501-霍尔传感器、6-转轴、7-顶盖、701-安装孔、702-通风孔8-飞轮、801-固定孔、9-机箱、10-后盖、D-绕组直径。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一
如1所示，一种发电装置，包括绕组底座1、设置在所述绕组底座1上的绕组2、磁铁底座3、设置在所述磁铁底座3上的磁铁4、设置在绕组2上用于感知所述磁铁4位置的位置传感器5、以及控制电路，其中：所述绕组2的直径D小于相邻磁铁4之间的距离L；所述控制电路连接所述位置传感器5、实时获取磁铁4的位置信息；磁铁4与绕组2相对运动时，控制电路在所述绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时导通绕组2、控制绕组2对外放电，放电时的位置如图2所示。
具体的，距离L是相邻两磁铁之间的弧长。
需要说明的是，图2中绕组2放电产生感应磁场，由于感应磁场距离磁铁4位置较远、且磁场的磁极没有与磁铁4对应，因此绕组2与磁铁4之间的相互作用力较小。
具体的，所述绕组底座1与绕组底座1之间采用同心布置，并且绕组底座1与绕组底座1之间能够做同心旋转的相对运动。
需要说明的是，本实施例中的磁铁4采用均匀布置，磁铁4的数量为12个。
本实施的可以应用到爪型、半弓型等绕组2结构中，也试用于六边形绕组底座1等。
实施例二
如图3所示，在实施例一的基础上，本实施中的磁铁4采用均匀布置，磁铁4的数量为6个。磁铁4与绕组2相对运动时，控制电路在所述绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时导通绕组2、控制绕组2对外放电。
实施例三
如图4所示，在实施例一、二的基础上，本实施中的磁铁4采用非均匀布置，磁铁4的数量为2个。
此时，每个绕组2上都设置有位置传感器5。
磁铁4与绕组2相对运动时，控制电路在所述绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时导通绕组2、控制对应的绕组2对外放电。
实施例四
一种发电装置，包括绕组底座1、设置在所述绕组底座1上的绕组2、磁铁底座3、设置在所述磁铁底座3上的磁铁4、设置在绕组2上用于感知所述磁铁4位置的位置传感器5、以及控制电路，其中：所述绕组2的直径D小于相邻磁铁4之间的距离S；所述控制电路连接所述位置传感器5、实时获取磁铁4的位置信息；磁铁4与绕组2相对运动时，控制电路在所述绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时导通绕组2、控制绕组2对外放电。
如图5所示，所述绕组底座1与绕组底座1之间采用平行布置，并且绕组底座1与绕组底座1之间能够做平行直线的相对运动。本实施例中，磁铁底座3和磁铁4进行运动，绕组2和绕组底座1固定。
运动到如图6所述位置时，即绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时，控制电路导通绕组2、控制绕组2对外放电。此时，绕组2放电产生感应磁场，由于感应磁场距离磁铁4位置较远、且磁场的磁极没有与磁铁4对应，因此绕组2与磁铁4之间的相互作用力较小。
运动到如图7所述位置时，即绕组2没有位于两相邻磁铁4之间的位置时，控制电路关闭绕组2。此时，绕组2中不存在电流，因此，绕组2与磁铁4之间的相互作用力极小。
本实施例可以应用到火车铁轨发电的应用场景。
实施例五
基于实施例四，实施例五的磁铁底座3和磁铁4固定，绕组2和绕组底座1进行运动。如图8所示，所述绕组2的直径D小于相邻磁铁4之间的距离S；所述控制电路连接所述位置传感器5、实时获取磁铁4的位置信息；磁铁4与绕组2相对运动时，控制电路在所述绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时导通绕组2、控制绕组2对外放电。
运动到如图9所述位置时，即绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时，控制电路导通绕组2、控制绕组2对外放电。此时，绕组2放电产生感应磁场，由于感应磁场距离磁铁4位置较远、且磁场的磁极没有与磁铁4对应，因此绕组2与磁铁4之间的相互作用力较小。
运动到如图10所述位置时，即绕组2没有位于两相邻磁铁4之间的位置时，控制电路关闭绕组2。此时，绕组2中不存在电流，因此，绕组2与磁铁4之间的相互作用力极小。
需要说明的是，判断绕组2是否位于两相邻磁铁4之间的位置，本质是在于判断绕组2外表面在磁铁4方向的投影是否与其他磁铁4的边缘有重叠，当绕组2外表面在磁铁4方向的投影与其他磁铁4的边缘有重叠，此时控制电路关闭绕组2；当绕组2外表面在磁铁4方向的投影与其他磁铁4的边缘没有重叠，此时控制电路导通绕组2。
实施例六
如图11，将本发明提出的技术方案应用到发电机中，绕组底座1成为定子结构101，磁铁底座3成为转子结构301；还包括与所述转子结构301固连的转轴4、扣设在定子结构101顶部的顶盖7、扣设在定子结构101背部的后盖10、安装在转子结构301外侧的机箱9、以及驱动转轴4运动的飞轮8；其中：所述转子结构301上有固连所述转轴4的装配孔302，所述顶盖7上开设有用于散热通风孔702和用于安装转轴4的安装孔701，所述飞轮8上设置有用于固连转轴4的固定孔801。
如图12所示，位置传感器5设置在绕组2上用于感知磁铁4的位置信息。
如图13所示，磁铁4均匀分布在转子内部。
如图14所示，本实施例的控制电路包括整流电路、滤波电路、控制芯片、开关和驱动电路，其中：所述整流电路的输入端连接所述绕组2，整流电路的输出端连接所述滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接负载的输入端，所述负载的输出端通过开关接地，所述控制芯片的输入端连接所述位置传感器5，控制芯片的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接所述开关的控制端。
其中，控制芯片、驱动电路、开关和负载具体实现方式附图15所示。其中，驱动电路基于IR2013芯片设计，开关选用IRFP250MOS管。
需要说明的是，位置传感器5包括霍尔传感器501、激光传感器或声波传感器中的一种或几种。本实施例的位置传感器5选用的是霍尔传感器501。
本实施中一种发电装置的控制方法，包括如下步骤：
A1)发电装置的控制芯片通过安装在发电绕组2上的位置传感器5实时获取磁铁4的位置信息；
A2)控制芯片检测发电绕组2是否位于两相邻磁铁4之间的位置；
A3)控制芯片确定发电绕组2位于两相邻磁铁4之间的位置时，控制芯片发出驱动信号、使绕组2导通对外放电；
A4)控制芯片确定发电绕组2没有位于两相邻磁铁4之间的位置时，执行步骤A2）；
其中，所述控制芯片发出驱动信号，驱动位于负载与地之间的开关导通，使绕组2导通对外脉冲放电。
本发明提出的发电结构结合控制电路及其控制方法，能够使发电机工作时产生极小的绕组2—磁铁4反作用力，节能思路巧妙，节能效果和发电效率比同类技术高80%以上，结构简单，可靠性高，具有节能效果显著和持续的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种发电装置，其特征在于，包括绕组底座、设置在所述绕组底座上的绕组、磁铁底座、设置在所述磁铁底座上的磁铁、设置在绕组上用于感知所述磁铁位置的位置传感器、以及控制电路，其中：
所述绕组的直径小于相邻磁铁之间的距离；
所述控制电路连接所述位置传感器、实时获取磁铁的位置信息；
磁铁与绕组相对运动时，控制电路在所述绕组位于两相邻磁铁之间的位置时导通绕组、控制绕组对外放电。
2.根据权利要求 1 所述的发电装置，其特征在于，所述绕组底座与绕组底座之间采用同心布置，并且绕组底座与绕组底座之间能够做同心旋转的相对运动。
3.根据权利要求 2 所述的发电装置，其特征在于，所述绕组底座为定子结构，所述磁铁底座为转子结构；
还包括与所述转子结构固连的转轴、扣设在定子结构顶部的顶盖、扣设在定子结构背部的后盖、安装在转子结构外侧的机箱、以及驱动转轴运动的飞轮；
其中：所述转子结构上有固连所述转轴的装配孔，所述顶盖上开设有用于散热通风孔和用于安装转轴的安装孔，所述飞轮上设置有用于固连转轴的固定孔。
4.根据权利要求 1 所述的发电装置，其特征在于，所述绕组底座与绕组底座之间采用平行布置，并且绕组底座与绕组底座之间能够做平行直线的相对运动。
5.根据权利要求 1-4任意一项所述的发电装置，其特征在于，所述控制电路包括整流电路、滤波电路、控制芯片、开关和驱动电路，其中：
所述整流电路的输入端连接所述绕组，整流电路的输出端连接所述滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接负载的输入端，所述负载的输出端通过开关接地，所述控制芯片的输入端连接所述位置传感器，控制芯片的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接所述开关的控制端。
6.根据权利要求 5所述的发电装置，其特征在于，所述开关为MOSFET开关管。
7.根据权利要求 6所述的发电装置，其特征在于，所述位置传感器包括霍尔传感器、激光传感器或声波传感器中的一种或几种。
8.一种发电装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
A1)发电装置的控制芯片通过安装在发电绕组上的位置传感器实时获取磁铁的位置信息；
A2)控制芯片检测发电绕组是否位于两相邻磁铁之间的位置；
A3)控制芯片确定发电绕组位于两相邻磁铁之间的位置时，控制芯片发出驱动信号、使绕组导通对外放电；
A4)控制芯片确定发电绕组没有位于两相邻磁铁之间的位置时，执行步骤A2）。
9.根据权利要求 8所述的发电装置控制方法，其特征在于，所述控制芯片发出驱动信号、使绕组导通对外放电包括：
所述控制芯片发出驱动信号，驱动位于负载与地之间的开关导通，使绕组导通对外脉冲放电。
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