CN108879916A - 一种电能变换系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种电能变换系统包括电动轮、电动机、磁矩轮、发电机和电源装置；电动机电源端与电源装置连接；电动机与电动轮传动；电动轮环绕轮圈间隔平均排布至少4个动磁体，动磁体外缘之间的圆弧间距为m；磁矩轮环绕轮圈间隔平均排布至少4个转磁体，转磁体外缘之间的圆弧间距为n；m和n相等；电动轮与磁矩轮相邻设置；磁矩轮与发电机传动；当电动机驱动电动轮旋转时，电能变换系统内部的间隙磁场分布状态往复改变，从而使磁矩轮获得转矩驱动发电机旋转，通过发电机实现电能变换。

Description

一种电能变换系统

技术领域

本发明涉及电源装置的具体应用设计领域，具体涉及一种基于一次电池或市电电网电源以及储能装置的电能变换系统。

背景技术

电源装置一般泛指市电电网电源的装置或化学电源装置；化学电源装置一般分为一次电池和二次电池，其中一次电池为一次性使用的电池，包括但不限于锌锰电池、铝空气膜电池；二次电池为可重复多次充放电使用的电池，包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及锌空气二次电池。

电源装置的应用涉及交流电和直流电的电源性质变换，以及电源电压的变换，在具体应用中，无论是直流电变换交流电还是直流电升压/降压，技术主流是采用DC-AC或DC-DC电路，隐含了高频开关电路，当功率较大时所伴随产生的高频电磁辐射难以忽视。由此在不少领域中，业界希望寻求一种无需担心高频电磁辐射的电能变换装置。一种回归性的思路是采用直流电动机驱动发电机替代高频开关电路，但是这种技术应用思路的电能转换效率较低，为此业界提出过多种辅助机械能装置的构想，例如在发电机的转轴加飞轮。

本发明电能变换系统的设计思想，可以在中国古代普遍使用的水车获得启示，水车的工作原理并非在轴心设置旋转动力机，而是沿水车轮页外侧的切线方向在合适的时间给予一杯水(一份势能)，该杯水的下落势能转变成水车环绕轴心旋转的动力，该份能量尽管是”量子化”的，但通过水车的惯性消化可形成趋于均化的持续运转。这一古代水车做功的启发模型完全可以平移到电能变换领域设计，本申请正是基于运用一种在磁矩轮的轮沿产生磁能交换使其做功，充分发挥永磁体中隐藏的能量，并利用磁矩轮的旋转惯性持续获得转矩增量，驱动磁矩轮和发电机旋转，从而通过发电机或附加的整流装置实现对所述电源装置的电能变换。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有电源装置进行电能变换流行于采用高频开关电路的设计缺陷，提供一种运用周期性磁力作用增加磁矩轮转矩、通过磁矩轮驱动发电机发电的电能变换技术方案，从而达到避免高频电磁辐射、方便调整输出功率的电能变换系统的设计目的，结构简单，工艺容易实现。

为实现上述的技术目标，本发明提供了一种电能变换系统，该电能变换系统包括电动轮、电动机、磁矩轮、发电机和电源装置；所述的电动机为旋转式，其电源控制端与电源装置连接；电动机的转轴与电动轮的转轴同轴心固连或通过变速/变矩装置传动；所述电动轮环绕轮圈间隔平均排布至少4个动磁体，动磁体外缘之间的圆弧间距为m；所述磁矩轮环 绕轮圈间隔平均排布至少4个转磁体，转磁体外缘之间的圆弧间距为n；所述的圆弧间距m和圆弧间距n相等；动磁体和转磁体由永磁材料制成；电动轮与磁矩轮相邻设置；磁矩轮的转轴与发电机的转轴同轴心固连或通过变速装置传动；发电机为旋转式；所述的电动轮、磁矩轮在电能变换系统中设置至少1个；当电动机驱动电动轮旋转时，动磁体外缘与转磁体外缘之间间隙磁场的分布状态往复改变，从而使磁矩轮获得转矩驱动发电机旋转发电，通过发电机的电源输出端实现所述的电能变换。

本发明中，所述的动磁体和转磁体的材料为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁体，冠以不同称谓仅是为清晰表述其设置部位及运动特征。所述的电能变换，包括交流电与直流电的可逆变换以及输出电压的变换。

上述电能变换系统的技术方案中，所述的电动轮、磁矩轮在所述的电能变换系统中各设置至少1个。设置多个磁矩轮有利于增强惯性转矩输出，但对机械强度要求高；设置多个电动轮有利于增强磁矩轮的转矩。

上述电能变换系统的技术方案中，所述的动磁体和转磁体以各自的转轴为参照同极向排布，或以磁极N-S交替的方式排布。

上述电能变换系统的技术方案中，所述电动轮与磁矩轮相邻设置为动磁体外缘与转磁体外缘的间隙不超过70mm。该间隙是指动磁体与转磁体同时位于法线上(该法线由电动轮的转轴与磁矩轮的转轴确定)相对的间距，该间隙的选择与所述电能变换系统的功率设计有关，也与动磁体和转磁体的材料磁通密度相关。

上述技术方案中，所述的电动轮或/和磁矩轮由2层以上环形的不同材料构成。

上述电能变换系统的技术方案中，包括所述的电动轮和电动机一体化设计。

上述技术方案中，所述的电能变换系统还包括整流装置；整流装置的电源输入端电连接发电机的电源输出端，整流装置的电源输出端为放电负载提供直流电能。所述的放电负载，包括电能变换系统外部的放电负载。

上述电能变换系统的技术方案中，所述的电源装置包括任意的一次电池装置或/和市网电源装置，以及储能装置。所述的一次电池包括但不限于锌锰电池、铝空气膜电池，以及若干一次单体电池串联/并联而成的电池组；所述的市网电源装置包括民用220V、工业用380V或其他供电电压的交流电源装置，以及未来市网电源可能出现的直流供电装置。

上述储能装置中，储能装置包括任意的二次电池装置或/和电力驱动的机械能储存装置。所述的二次电池包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及锌空气二次电池，以及若干二次单体电池串联/并联而成的电池组；所述电力驱动的机械能储存装置，包括应用电动装置使机械装置内部结构发生可逆变形以及应用电动装置压缩空气形式储存机械能的装置，这类储存机械能的装置逆变使用时，通常是配置发电装置将所储存的机械能转换为电能对外输出。

上述储能装置的技术方案中，储能装置还包括充电装置，充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；充电装置的电源输入端连接发电机的电源输出端或外部电源装置，其电源输出端连接储能装置的电源输入端或/和电动机的电源控制端，其逻辑控制装置的信号输入端连接发电机的电源输出端、整流装置的电源输出端或/和储能装置的控制端。所述的外部电源装置，包括但不限于风能、太阳能以及使用燃油、蒸气的热动力机将其他形式能源变换为电能的装置。

基于上述电源装置的技术方案，本发明还公开了一种所述电源装置的电能补充方法，包括：为所述的一次电池更换电极、更换电解液。该更换电极、更换电解液的电能补充方法在电池行业惯称机械充电。

以上所述电能变换系统的应用需要机械支撑架件，机械支撑架件在有效实现机械支撑的前提下，所选用的材料和结构可以任意。

本发明电能变换系统与常规技术的本质区别，在于不采用常规高频开关电路，也非传统的单纯变压器整流，电动机驱动的电动轮并不与磁矩轮发生机械能传动关系，电动轮与磁矩轮的能量传递，是通过两者之间永磁体间隙磁场的分布状态改变而变换为磁矩轮的转矩，从而驱动发电机旋转发电实现所述的电能变换。

本发明的优点在于：所述的电能变换系统具有永磁体磁能传递带来的转矩增量，可有效实现交流电能和直流电能的变换，电能变换的效率高，无高频电磁辐射，调整输出电压/功率方便，以此方案设计的电能变换系统的结构简单、组合多样化、工艺容易实现，有效适应高端电源装置应用领域的设计要求。

附图说明

图1是本发明所述电能变换系统的工作逻辑结构示意图；

图2是一种在轮圈上设置4个动磁体的电动轮结构示意图；

图3是一种在轮圈上设置8个转磁体的磁矩轮结构示意图；

图4是一种电动轮与磁矩轮局部结构关系的静态简析示意图；

图5是一种电动轮与磁矩轮局部结构关系的动态简析示意图；

图6是由两个不同材料圆环组合成圆盘的磁矩轮的结构示意图；

图7是对应2个磁矩轮配置2个电动轮的一种结构示意图；

图8是另一种电动轮与磁矩轮局部结构关系的动态简析示意图。

附图标识：

11、电动轮 1a、电动轮转轴 1b、电动轮轮圈 1c、动磁体

2、电动机 3、磁矩轮 3a、磁矩轮转轴 3b、磁矩轮轮圈

3c、转磁体 4、间距 5、发电机 5a、发电机转轴

10、法线 11、电动轮平面中心线 13、磁作用力线 32、切线

33、磁矩轮平面中心线 3b1、转磁体材料之一 3b2、转磁体材料之二

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行详细说明。

参见图1，所示的逻辑结构图为本发明所述电能变换系统的基础工作结构示意，电能变换的途径是电源装置驱动电动机2，电动机2驱动电动轮1，但电动轮1并不与磁矩轮3发生机械能传动关系，而是传递变化的磁场能量，通过电动轮1与磁矩轮3间隙磁场分布状态的改变变换为磁矩轮3的转矩，从而驱动发电机5旋转输出电能，达到将电源装置的电能高效率变换的目的。

在一个实施例中，电能变换系统包括电动轮1、电动机2、磁矩轮3、发电机5和电源装置；电动机2为旋转式直流发电机，其电源控制端与电源装置连接；电源装置使用一次性的铝空气电池组；电动机2的转轴与电动轮1的转轴1a同轴心固连，以轴传动方式驱动电动轮1旋转；电动轮1的材料为塑钢，环绕轮圈1b间隔平均排布4个动磁体1c(N极面向转轴1a，S极面向外缘，如图2所示)，动磁体1c外缘之间的圆弧间距为m；磁矩轮3的材料为无磁性的合金，环绕轮圈3b间隔平均排布8个转磁体3c(S极面向转轴3a，N极面向外缘，如图3所示)，转磁体3c外缘之间的圆弧间距为n；圆弧间距m和圆弧间距n相等；动磁体1c和转磁体3c均由钕铁硼制成；电动轮1与磁矩轮3相邻设置，动磁体1c外缘与转磁体3c外缘相对的间隙4由电能变换系统的功率、动磁体和转磁体的材料磁通密度结合实验决定；磁矩轮3的转轴3a与发电机5的转轴5a同轴心固连；发电机5为旋转式。

该实施例中，当电源装置不对电动机2供电驱动电动轮1旋转时，动磁体1c与转磁体3c因磁吸关系被自然置于由电动轮1转轴1a与磁矩轮3转轴3a共同确定的法线10上，如图4所示(图4中为清晰标明电动轮1和磁矩轮3的结构关系，只标出了1个动磁体1c和1个转磁体3c)；当电动机2驱动电动轮1旋转时，动磁体1c与转磁体3c之间的磁场分布因外部作用而 发生了状态改变，表现为动磁体1c对转磁体3c产生沿磁作用力线13方向的磁吸力，该磁吸力表现可分解为沿法线10方向和切线32方向的分力，其中，沿切线32方向的分力将驱动磁矩轮3产生绕转轴3a旋转的趋势，动态示意如图5所示；如果电动机2驱动电动轮1持续旋转，则持续驱动磁矩轮3，从而使磁矩轮3通过转轴3a驱动发电机5旋转发电，达到把一次性的铝空气电池组的直流电能变换为交流电能的目的。

本发明所述电能变换系统的主要优点之一是调整输出电压方便，可通过控制电动机2的转速达到控制输出功率的目的，同时电能变换系统的内部不隐含高频开关电路，可避免高频开关电路所伴随产生的高频电磁辐射干扰尤其是对从业人员健康产生的影响，当电能变换系统的功率较大时，更显其特有的优势。

所述动磁体1c外缘之间的圆弧间距m与转磁体3c外缘之间的圆弧间距n相等，是本发明电能变换系统的设计要点，只要m和n相等并且电动轮1持续旋转，就可以实现动磁体1c对转磁体3c的周期性传递磁能。所述磁作用力线13是基于动磁体1c对转磁体3c磁力作用的关系描述，该磁力作用的磁源可理解为永磁体的磁极中心；对于形状规则的永磁体例如条形永磁体，磁源中心可理解为条形永磁体的两极端；对于形状复杂的永磁体，其磁源中心可通过磁力线实验测定。

所述动磁体1c环绕电动轮1的轮圈1b间隔平均排布、转磁体3c环绕磁矩轮3的轮圈 3b间隔平均排布，具体地，动磁体1c/转磁体3c可以设置于轮圈的内缘、外缘或轮圈的内部；图2是一种动磁体1c设置于轮圈1b内缘的示例，动磁体1c外缘处于轮圈1b的外圈部位；图3是一种转磁体3c设置于轮圈3b内缘的示例，转磁体3c外缘处于轮圈3b的外圈部位。动磁体1c和转磁体3c在不影响安装于各自所属轮圈的前提下不限形状，其在各自所属轮圈上设置的磁极方向，优选N/S两极连线的延长线指向转轴轴心的2种典型组合状态(N极面向轴心或S极面向轴心)。

本发明中，电动轮1和磁矩轮3的材料选择各有不同特点。磁矩轮3的设计要求是具有一定的惯性质量，使磁矩轮3可复合一定的转动惯量，为此磁矩轮3适宜采用比重较大的无磁性合金制造；作为对磁矩轮传递磁能量的电动轮1，允许采用比重相对较小的材料制造，例如采用塑钢、ABS或其他固体成形材料。电动轮1和磁矩轮3的结构包括：一个圆盘或多个圆环组合，多个圆环以同轴心方式组合成圆盘，或通过紧固件将多个圆环固连为一体，包括一体化设计制造。图6是一种由两个不同材料的圆环组合成圆盘状磁矩轮3的示例，圆环3b2的材料为ABS，圆环3b1的材料为无磁性的合金，这种组合式圆盘的优点是便于转磁体3c和圆环3b2一体化制造，同时又利用圆环3b1的质量保障磁矩轮3旋转时具有可观的惯性。

所述的电动轮1与磁矩轮3相邻设置，是指动磁体1c外缘与转磁体3c外缘周期性相对的间隙不超过70mm，所述的周期性相对，是动磁体1c与转磁体3c都位于由电动轮1的转轴1a与磁矩轮3的转轴3a共同确定的法线10上，该状态的示意如图4局部所示。间隙4是动磁体1c向转磁体3c传递磁作用力的能量通道，间隙越小越有利于永磁体之间磁能量的作用传递，例如小型发电装置一般仅设置0.2-2mm，中型发电装置一般设置1-10mm，本发明把间隙4设置限定在70mm的技术性用意，是考虑到大型电能变换系统的需求以及未来超强磁材料的出现。

电动机2的功能是将电源装置的电能转变为旋转机械能，采用直流电动机还是交流电动机取决于为其供电的电源性质；所述电动机2和电动轮1一体化设计的一个示例，可把动磁体1c设置在一台外转子结构电动机2的转子外缘，实现电动轮和电动机的功能二合一；电动机2还可以附加控制装置，例如控制电动机转速的装置；电动机2与电动轮1的机械传动属成熟技术，一种优选方案是设计在电动轮1的转轴1a，可选择同轴心固连或采用皮带轮、齿轮传动。

整流装置的功能是将发电机5发出的交流电变换为用户需求的电能；旋转式发电机工作是建立在内部旋转磁场，其内部绕组获得的是交流电，如果发电机已附加整流装置，则视为发电机与整流装置一体化设计；整流装置的功能，包括但不限于将发电机5所发交流电变换为常规直流电，例如也可变换为低频脉动直流电或仅仅改变发电机5所发交流电的频率；整流装置的一般功能设计包括限压/限流或加入智能化控制，其独立设置，也可以和储能装置包括的充电装置一体化设计。

磁矩轮3的转矩源于磁力作用，当需要加大磁矩轮3的转矩，可增加设置转磁体3c，例如可在磁矩轮3的轮圈3b上设置12个转磁体3c；同理，电动轮1的轮圈1b上也可以增加设置更多个数目的动磁体1c，设计时需把握m和n相等的基本原则。电动轮/磁矩轮上的动磁体/转磁体并非设置越多越好，其在轮圈上设置的数目受限于转磁体与动磁体的磁力有效作用区间。

电动轮1、磁矩轮3、动磁体与转磁体以及间隙4的优化设计至少基于以下考虑：由于转磁体在磁矩轮所受磁相互作用的法向分力对磁矩轮的转矩无贡献，所谓的优化设计，是由电动轮的转速区间、电动轮上的动磁体和磁矩轮上转磁体的数目、动磁体与转磁体周期性相对的间隙4等多种因素共同决定的相互作用关系，使磁矩轮上转磁体受到的磁作用切向分力，尽可能有利于磁场分布状态改变而变换为磁矩轮的转矩。同一个电能变换系统中，设置多个磁矩轮3可获得更大的惯性转矩；同理，对同一个磁矩轮，设置多个电动轮1可使磁矩轮获得更大转矩；一种在电能变换系统配置2个磁矩轮、2个电动轮的组合实施例，如图7所示。

本发明的电动轮1是通过动磁体1c对转磁体3c的磁力作用变换为磁矩轮3转矩，该转矩不仅包括基于间隙磁场分布状态改变的磁场能量，还附加了磁矩轮3的旋转惯量，当磁矩轮具有一定质量且磁矩轮的旋转速度足够时，磁矩轮的旋转惯量不可忽视，从而使磁矩轮3所驱动的旋转发电机5获得较高的转换效率。

本发明的电能变换系统可以若干套并联使用，也可以若干套串联使用，也可以在串联或/和并联使用时加入其他电能管理的控制系统。所述若干套电能变换系统可串联使用，前提是若干套电能变换系统的输出功率大略相同；所述若干套电能变换系统可并联使用，前提是若干套电能变换系统的输出电压相同。

本电能变换系统中，运用充电装置对电能变换系统的输出电能反馈为储能装置充电是一种优选方案，充电装置的启动逻辑可根据不同的应用需求而设置；由于电能变换系统的放电负载通常并非恒定在满荷工作状态，存在时间分布的功率起伏，可以通过充电装置把放电负载未利用的电能设置反馈充电，对作为储能装置的二次电池/电力驱动的机械能储存装置补充电能。

目前相对成熟的电力驱动机械能储存装置包括两类，其中一类是使用电动装置使机械装置的内部结构状态发生变形来储存机械能，对外部释放机械能时通过其内部结构状态的逆变形对外提供机械能；另一类是使用电动装置将常压空气压缩至若干个大气压的来储存机械能、对外部释放机械能时通过将压缩空气恢复为常压对外提供机械能；这两类电力驱动储存机械能的装置使用时，通常是另配置发电装置将所储存的机械能转换为电能对外输出，对于电能储存的输入/输出来说，其功能与二次电池等效，只不过电能转换过程和电能转换效率不同。

所述的优选例仅为推荐，若干技术方案可部分使用，也可加入或组合并用其他成熟技术，只要根据磁矩轮与所述电动轮的周期性磁力关系特点，通过转磁体与动磁体的磁力作用关系，即可实现本发明技术方案的基本目标。

对电动机械和发电机技术较深入了解的专业人士，都不难在本申请所述电能变换系统的技术方案基础上，举一反三地实施本发明专利申请的内容。本申请所述基于磁力驱动的电能变换系统的基础结构及其电能反馈设置及其衍生的技术方案变形实施，均应被列入本发明申请的保护范围。

实施例1、

一种电能变换系统，包括电动轮1、电动机2磁矩轮3、发电机5和电源装置；电源装置使用标称48V200Ah一次铝空气电池组，与电动机2的电源控制端连接；电动机2为标称直流48V驱动的旋转式电动机，其转轴与电动轮1的转轴1a同轴心固连，以轴传动的方式驱动电动轮1旋转；电动轮1和磁矩轮3相邻设置的局部示意如图4所示(静态示图)；电动轮1的材料为塑钢，环绕轮圈1b间隔平均排布4个动磁体1c，动磁体的N极面向转轴1a、S极面向外缘(如图2所示)，动磁体外缘之间的圆弧间距为m；磁矩轮3的材料为无磁性的合金，环绕轮圈 3b间隔平均排布8个转磁体3c，转磁体的S极面向转轴3a、N极面向外缘(如图3所示)，转磁体外缘之间的圆弧间距为n；圆弧间距m和圆弧间距n相等；动磁体1c和转磁体3c由钕铁硼材料制成；电动轮1与磁矩轮3相邻设置(动磁体1c外缘与转磁体3c外缘相对的间隙4由电能变换系统的设计功率、动磁体和转磁体的材料磁通量结合实验决定)；磁矩轮3的转轴3a与发电机5的转轴5a同轴心固连；发电机5为旋转式。

本实施例中，当电源装置对电动机2供电驱动电动轮1旋转时，动磁体1c对转磁体3c产生了沿切线32方向的磁吸分力，驱使磁矩轮3产生绕转轴3a旋转的趋势，如图5所示(图5中电动轮1和磁矩轮3的示意结构只标出了1个动磁体1c和1转磁体3c的特征关系)，从而使磁矩轮3获得转矩并通过转轴3a驱动发电机5旋转发电，把一次铝空气电池组的电能变换为发电机5输出的交流电能。

本实施例的主要优点，是可通过控制电动机2的转速达到控制输出功率的目的，不产生高频电磁辐射，当电能变换系统的功率较大时，更显其特有优势。

实施例2、

把实施例1所述电动轮1的磁极方向全部置换，即环绕电动轮1轮圈1b所设置的动磁体1c的S极面向转轴1a，N极面向外缘；电动机2改为标称220V驱动的旋转式交流电动机，其电源控制端与市网的220V交流电源连接。

本实施例中，电动轮1的动磁体1c和磁矩轮3的转磁体3c的磁极向排布方式类同，都是S极面向转轴3a，N极面向外缘，从而使电动轮1与转磁体3c之间磁场分布状态表现为磁作用力相斥；当市网电源对电动机2供电驱动电动轮1旋转时，动磁体1c的绕轴1a旋转会对转磁体3c产生沿磁作用力线13方向的磁斥力，该磁斥力分解为沿法线10方向和切线32方向的分力，该磁力作用分解的动态示意如图8所示(图8示意结构只标出了1个动磁体1c和1转磁体3c的特征关系)。其中，沿切线32方向的分力将驱使磁矩轮3产生绕转轴3a旋转的趋势，从而使磁矩轮3通过转轴3a驱动发电机5旋转发电，把市网交流电源变换为发电机5输出的交流电，发电机5所输出交流电的电压/频率取决于磁矩轮的转速。

实施例3、

在实施例2的基础上加入整流装置，整流装置可采用常规的可控硅电路实现，其功能设计包括可加入限压/限流控制；整流装置的电源输入端电连接发电机5的电源输出端，其电源输出端为放电负载提供直流电能。

本实施例的电能变换系统可实现把交流电能变换为整流装置输出的直流电能，与变压器加整流电路的传统技术方案比较，可通过调整电动机的转速达到调整输出电压的目的，不受限于变压器初/次级绕组的匝数比。

实施例4、

将实施例1的电能变换系统进行技术变形，设置两个磁矩轮3，两个磁矩轮轮圈3b上的转磁体3c分布相同，两个磁矩轮的转轴3a分别固定安装在同一个转轴上，使之以轴纵向参照可视为一个磁矩轮3；同时，对应两个磁矩轮3分别设置两个电动轮1，两个电动轮轮圈1b上的动磁体1c分布相同，两个电动轮的转轴1a分别固定安装在同一个转轴上，使之以轴纵向参照可视为一个电动轮1。安装时，两个电动轮1的平面中心线11与两个磁矩轮3的平面中心线33重合，如图7所示。

本实施例中，同轴设置的两个磁矩轮3可视为一个同步工作的磁矩轮3；同理，同轴设置的两个电动轮1可视为一个同步工作的电动轮1。本实施例设置两个磁矩轮3和两个电动轮1的技术意义，在于运用两个电动轮1的轮圈1b上的8个动磁体1c对两个磁矩轮3的轮圈3b上的16个转磁体3c发生周期性的磁吸作用，通过两个磁矩轮3的旋转惯性在转轴3a获得更大转矩，使发电机5输出更大电能。

实施例5、

实施例4中，电能变换系统的磁矩轮3转轴3a是与发电机的转轴同轴设置，本实施例是把磁矩轮3的转轴3a套装在一台变速机械装置上，变速机械装置固定套装在发电机的转轴上，磁矩轮3的轴心、变速机械装置的轴心、发电机转轴的轴心三者重合。此外，电动机2改为外转子结构，取消电动轮1，把原在电动轮1环绕轮圈1b设置的动磁体1c改设置在电动机2的转子外缘间隔平均排布，实现电动轮1和电动机2的功能二合一。

本实施例的技术改进意义，在于运用变速机械装置改变发电机的转速，使发电机的转速不受限于与磁矩轮3的转速相同，从而达到在发电机输出端获得不同频率交流电的技术目标；此外，电动轮1和电动机2功能二合一的设计使电能变换系统的内部结构更简单。本实施例的进一步技术变形，亦可将与发电机同轴心设置的变速机械装置改变为与发电机不同轴心设置的齿轮传动方式。

实施例6、

实施例1采用的电源装置为一次铝空气电池组，铝空气电池的优势在于重量比能量高，近年研发出的铝空气电池的重量比能量可达到常规铅酸电池的20倍，在便携场合有其不可替代的优势，尤其是当铝空气电池的电极完全溶解或电解液完全饱和，可通过更换电极/电解液的方式(行业内惯称机械充电)使铝空气电池继续工作，该更换电极/电解液视为本发明所述电源装置的一种电能补充方法。

实施例7、

将实施例1的一次铝空气电池组置换为同标称电压/容量的48V200Ah铅酸电池组；此外加入为铅酸电池组充电的装置，该充电装置的电源输出端连接铅酸电池组(储能装置)的电源端；该充电装置的外部电源可以是常规市电电网，也可以是风能或太阳能装置，当铅酸电池组的电能不足时，通过充电装置为铅酸电池组补充电能，使电动机2保持正常工作，维持电能变换系统对外部提供交流电能。

实施例8、

在实施例7的基础上，加入另一种充电装置构成另一种电能变换系统，该电能变换系统的放电负载可以是照明用户或电子仪器，也可以是其他用电设备。

本实施例的充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；充电装置的电源输入端连接发电机5的电源输出端，其电源输出端连接铅酸电池组的电源端；此外充电装置的逻辑控制装置设置有两个信号输入端，其分别连接铅酸电池组的电源端和发电机5的电源控制端；充电装置中的逻辑控制装置内置有CPU、内存及其工作外围电路，以及内置有控制充电装置工作逻辑的程序，充电装置的工作逻辑为：实时监察电能变换系统的输出电压，当监察到所述发电机5的实时输出电压高于所设计的输出电压平均值，而铅酸电池组的实时输出电压又低于所设计的满荷电压值，启动充电装置以恒定电压53.52V限制电流20A的充电方式，为铅酸电池组补充电能。发电机5的电源输出端为电能变换系统的负载提供交流电能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电能变换系统，其特征在于，包括电动轮(1)、电动机(2)、磁矩轮(3)、发电机(5)和电源装置；所述的电动机(2)为旋转式，其电源控制端与电源装置连接；电动机(2)的转轴与电动轮(1)的转轴(1a)同轴心固连或通过变速/变矩装置传动；所述电动轮(1)环绕轮圈 (1b)间隔平均排布至少4个动磁体(1c)，动磁体(1c)外缘之间的圆弧间距为m；所述磁矩轮(3)环绕轮圈(3b)间隔平均排布至少4个转磁体(3c)，转磁体(3c)外缘之间的圆弧间距为n；所述的圆弧间距m和圆弧间距n相等；动磁体(1c)和转磁体(3c)由永磁材料制成；电动轮(1)与磁矩轮(3)相邻设置；磁矩轮(3)的转轴(3a)与发电机(5)的转轴(5a)同轴心固连或通过变速装置传动；发电机(5)为旋转式；所述的电动轮(1)、磁矩轮(3)在电能变换系统中设置至少1个；

当电动机(2)驱动电动轮(1)旋转时，动磁体(1c)外缘与转磁体(3c)外缘之间间隙(4) 磁场的分布状态往复改变，从而使磁矩轮(3)获得转矩驱动发电机(5)旋转发电，通过发电机的电源输出端实现所述的电能变换。

2.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的动磁体(1c)和转磁体(3c)以各自的转轴为参照同极向排布，或以磁极N-S交替的方式排布。

3.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述电动轮(1)与磁矩轮(3)相邻设置为动磁体(1c)外缘与转磁体(3c)外缘的间隙(4)不超过70mm。

4.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电动轮(1)或/和磁矩轮(3)由2层以上环形的不同材料构成。

5.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电动轮(1)和电动机(2)一体化设计。

6.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电能变换系统还包括整流装置；整流装置的电源输入端电连接发电机(5)的电源输出端，整流装置的电源输出端为放电负载提供直流电能。

7.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电源装置包括任意的一次电池装置或/和市网电源装置，以及储能装置。

8.根据权利要求7所述的电能变换系统，其特征在于，所述的储能装置包括任意的二次电池装置或/和电力驱动的机械能储存装置。

9.根据权利要求7或8所述的电能变换系统，其特征在于，所述的储能装置还包括充电装置，充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；充电装置的电源输入端连接发电机(5)的电源输出端或外部电源装置，其电源输出端连接储能装置的电源输入端或/和电动机(2)的电源控制端，其逻辑控制装置的信号输入端连接发电机(5)的电源输出端、整流装置的电源输出端或/和储能装置的控制端。

10.基于权利要求7的一种电源装置的电能补充方法，其特征在于，为所述的一次电池更换电极、更换电解液。