CN108880187A - 一种电动转矩装置、控制方法和发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动转矩装置、控制方法和发电系统；电动转矩装置包括吸磁体、位移装置和磁矩轮；磁矩轮的轮圈上设置至少1个N/S极面向外缘的转磁体；位移装置与吸磁体机械固连且与磁矩轮相邻设置；吸磁体面向磁矩轮的极性与所述转磁体面向外缘的极性相反；位移装置包括电池、动作传感器、电源控制器和电动装置；电池为一次电池或二次电池；所述位移装置根据转磁体的相对位置控制吸磁体分别位于与磁矩轮的最小间距或远离磁矩轮，通过吸磁体和转磁体的周期性相吸驱动磁矩轮；所述发电系统包括发电机和电动转矩装置，电动转矩装置的转轴与发电机的转轴同轴设置或通过变速机械装置传动。

Description

一种电动转矩装置、控制方法和发电系统

技术领域

本发明涉及电动机械装置的变矩设计及发电机系统设计领域，具体涉及一种基于磁性材料相吸的电动转矩装置、控制方法和发电系统。

背景技术

机械能一般由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械产生，机械能最常见的运动形式为旋转，应用领域经常需要改变旋转机械的转速或扭矩，常规设计是采用齿轮传动。旋转机械的常见应用是驱动旋转式发电机，发电机是一种机械能与电能的转换装置，其工作原理基于电磁感应定律，常规产品的构造为：用磁力部件构成磁感应回路，通过磁力部件的磁通量改变在线圈绕组回路获得电能。

往复式电动装置是伴随新型电池出现的一种电动机械，其特点是应用适合脉冲放电的新型电池，配合使用直流电时序开关供电实现往复式电动，但在常规技术应用中，人们更需求电动装置输出转矩，从而产生了把电动往复变换为电动转矩的设计。永磁体的运用早己经为人们所熟悉，特别是钕铁硼永磁材料问世后，永磁能的利用越来越受到业界充分重视，但现有往复式电动机在变换电动转矩的设计方面，往往局限于机械能传动的优化设计，尽管设计巧妙，转换效率较低。

把电动往复变换为电动转矩的设计方法，可以在中国古代普遍使用的水车获得思想启示，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动转矩领域设计，本申请的提出，正是基于运用一种在磁矩轮的外沿产生磁吸力使其做功并利用磁矩轮的旋转惯性，使磁矩轮持续获得转矩增量，从而充分地发挥永磁体中隐藏的能量，达到把电动往复变换为电动转矩的设计目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电动往复变换为电动转矩局限于机械能传动的缺陷，提供一种在磁矩轮的轮圈上设置永磁体，运用反极性永磁体的磁吸原理，通过永磁体之间周期性的磁力相吸作用增加磁矩轮的转矩，从而有效达到把电动往复变换为电动转矩的设计目的，结构简单，工艺容易实现。

为实现上述的技术目标，本发明提供了一种基于磁性材料相吸的的电动转矩装置，该电动转矩装置包括吸磁体、位移装置和磁矩轮；所述磁矩轮的轮圈上设置至少1个N极面向外缘或S极面向外缘的转磁体，当设置2个以上转磁体时，转磁体环绕轮圈同极向间隔排布；所述位移装置与吸磁体机械固连；位移装置与磁矩轮相邻设置；吸磁体面向磁矩轮的磁极性与所述转磁体面向外缘的磁极性相反；

所述位移装置包括：电池、动作传感器、电源控制器和电动装置；所述电源控制器包括：电源输入端、电源输出端和信号输入端；电源输入端连接电池，电源输出端连接电动装置，信号输入端连接动作传感器；所述电池为一次性使用的一次电池，或可重复多次充放电使用的二次电池，或两者组合设置；

磁矩轮旋转时，位移装置根据转磁体环绕磁矩轮的转轴时序旋转的相对位置，控制吸磁体分别位于与磁矩轮的最小间距或远离磁矩轮，通过吸磁体和转磁体的周期性反磁极相吸作用驱动磁矩轮持续旋转。

上述技术方案中，所述的吸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。所述一次电池包括例如常规锌锰电池、铝空气膜电池；所述二次电池包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及可反复充放电使用的空气膜电池，例如锌空气二次电池。所述的一次电池包括若干一次单体电池串联/并联而成的电池组，所述的二次电池包括若干二次单体电池串联/并联而成的电池组。

上述技术方案中，所述吸磁体位于与磁矩轮的最小间距为吸磁体和转磁体二者之间的间距，该最小间距不超过80mm。所述该最小间距又称气隙，其大小选择与电动转矩装置的设计功率有关，也与吸磁体和转磁体的材料磁通强度相关。

上述技术方案中，所述位移装置的动作传感器安装在靠近所述磁矩轮的固定部位，用于获取磁矩轮上转磁体在旋转运动中的相对位置信号。

作为上述电动转矩装置的一种技术改进，所述的位移装置还包括为电池补充电能的电能补充装置；所述电能补充包括为所述的一次电池更换电极、更换电解液以及为所述的二次电池充电。电能补充装置的作用是当电池(包括电池组)的电能不足时补充电能，使电动装置正常工作。所述的电能补充包括利用任意来源形式的电能为二次电池充电，也包括为一次电池更换电极、电解液的机械充电形式(行业惯称)；所述任意来源形式的电能，其包括利用外部风能、太阳能获得的电能，以及使用燃油、蒸气的热动力机甚至以畜力或人力驱动而获得的电能。

以上述的电动转矩装置为基础，本发明还公开了一种所述电动转矩装置的控制方法，该方法由所述位移装置的动作传感器获得所述转磁体在时序旋转中的相对位置信号，电源控制器根据该位置信号对电动装置输出相应电流，从而控制所述吸磁体分别位于与磁矩轮的最小间距或远离磁矩轮；其中，所述的时序旋转根据磁矩轮的旋转方向而定义；所述的转磁体为磁矩轮的轮圈上设置的任一个转磁体；

所述吸磁体位于与磁矩轮的最小间距，控制在转磁体趋近基准法线至与基准法线重合的时间段内；所述吸磁体远离磁矩轮，控制在转磁体越过基准法线至趋近基准法线的时间段内；其中，所述的基准法线根据吸磁体位于所述最小间距时与磁矩轮的转轴而确定。

上述电动转矩装置的控制方法中，所述转磁体在时序旋转中趋近基准法线，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为吸磁体与转磁体相邻发生磁吸力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。所述转磁体在时序旋转中趋近基准法线，是转磁体受到吸磁体的磁力相互作用影响的一种相对运动状态描述。

基于上述的电动转矩装置，本发明还公开了一种发电系统，所述的发电系统包括发电机和以上所述的电动转矩装置；所述的发电系统设置至少1套以上所述的电动转矩装置；所述的发电机为旋转式发电机；所述电动转矩装置中磁矩轮的转轴与发电机的转轴同轴心设置或通过变速装置传动。

作为上述发电系统的一种技术方案改进，发电系统还包括：储能装置；储能装置包括储能电池和控制装置；所述的储能电池为任意的二次电池或二次电池组；所述的储能电池可以与所述电动转矩装置中位移装置包括的二次电池并用；所述的控制装置包括充电装置和放电装置；所述放电装置的电源输入端连接所述储能电池的两极，其电源输出端为发电系统提供第二路电源输出。

作为上述发电系统的又一种技术方案改进，所述发电系统的充电装置包括：第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置；第一电源输入端连接所述发电机的电源输出端，第一电源输出端连接所述的储能电池，逻辑控制装置的信号输入端连接所述发电机的电源输出端或/和储能电池。

作为上述发电系统的再一种技术方案改进，若干套发电系统的电源输出端可串联/并联使用；所述的电源输出，包括所述发电机提供的第一路电源输出和储能装置提供的第二路电源输出。所述可串联使用，前提是若干套发电系统的输出功率大略相同；所述可并联使用，前提是若干套发电系统的输出电压相同。

以上所述电动转矩装置或/和发电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。

电动转矩装置的常规技术是使用电池驱动旋转式电动机，本发明所述的电动转矩装置与常规技术的不同，首先在于电池放电特征为脉动放电(常规技术为连续放电)，位移装置适用的电动装置是往复式电动机(常规技术为旋转式电动机)，并且位移装置中的电动装置并不与磁矩轮发生机械能传动关系，电动转矩装置内部的能量传递，是通过吸磁体与转磁体之间的周期性磁能变换为磁矩轮的转矩，当磁矩轮具有一定质量并且旋转速度足够时，可在其转轴获得较大的转矩输出。

本发明提供了一种在轮圈上设置转磁体的磁矩轮、并在转磁体相对运动中与吸磁体发生周期性磁能相互作用的技术方案，运用反极性永磁体的磁吸作用增加磁矩轮的转矩，从而有效达到把电动往复变换为电动转矩的设计目的。所述的发电系统是在所述电动转矩装置的技术基础上，通过加入发电机而实现。

本发明的优点在于：所述的电动转矩装置基于往复式电动装置，具有永磁体磁力相吸控制带来的转矩增量，有效提升电动往复变换电动转矩的节能效果，发挥永磁体隐藏的能量，以此方案设计的电动转矩装置和发电系统的结构简单、组合多样化、工艺容易实现、成本低，有效适应高端领域的设计要求。

附图说明

图1是本发明的电动转矩装置的基础运动模型示意图；

图2是本发明所述磁力相互作用以及动态夹角θ的动态简析示意图；

图3a是本发明所述转磁体趋近吸磁体、θ为90度角的状态示意图；

图3b是本发明所述转磁体和基准法线10重合、θ为0的状态示意图；

图4是本发明所述电动转矩装置一个实施例的结构特征示意图；

图5是本发明所述位移装置的一种内部逻辑结构示意图；

图6是一种在轮圈上设置4个转磁体的磁矩轮结构示意图；

图7是一种对应2个磁矩轮配置2个吸磁体的结构示意图；

图8是一种运用充电装置对储能电池充电的发电系统的局部结构示意图。

附图标识：

1、吸磁体 2、位移装置 3、磁矩轮 3a、磁矩轮转轴

3b、磁矩轮轮圈 3c、转磁体 8、最小间距 10、基准法线

11、两极延长线 13、磁作用力线 31、实时法线 32、切线

33、磁矩轮平面中心线 θ、动态夹角

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1，一个磁矩轮3的轮圈3b外缘设置一个转磁体3c，转磁体的N极面向转轴3a，S极面向磁矩轮外；当一个吸磁体1的N极趋近转磁体3c，会发生磁相吸作用，该磁相吸关系设置是本发明所述电动转矩装置的基础运动模型。

上述运动模型中，当转磁体3旋转趋近由转轴3a和吸磁体1确定的基准法线10，则受到的磁吸力可分解为沿实时法线31方向趋向轴心的法向分力和切线32方向的切向分力，实时法线31根据转磁体3c在时序旋转中与转轴3a的相对位置而确定；其中，吸磁体1对转磁体3c磁吸力的方向与法向分力方向形成了动态夹角θ，该动态夹角θ的一种等价描述，表现为磁作用力线13与实时法线31的动态夹角；对转磁体绕轴有贡献的是切线32方向分力，该切向分力的大小与动态夹角θ相关，如图2所示；当切向磁吸作用持续发生，磁矩轮3就可获得可观的转矩增量。

θ为一个运动变量，当转磁体3c在旋转中趋近基准法线10、θ为90度角，受到的切向磁吸力最大，如图3a所示；当转磁体3c与基准法线10重合、θ为0，受到的法向磁吸力最大，对转磁体绕轴旋转无贡献，如图3b所示；如果θ为负角，即转磁体在时序旋转中越过了基准法线10，则所受到吸磁体吸力的切线32方向分力为负方向(与磁矩轮3旋转方向相反)，会形成磁矩轮3旋转的磁阻力。

如图4所示，本发明所述电动转矩装置的一个实施例包括：吸磁体1、位移装置2和磁矩轮3；磁矩轮3轮圈3b的外缘设置一个转磁体3c，N极面向转轴3a，S极面向磁矩轮3的外缘；一台往复式位移装置2和磁矩轮3相邻设置，位移装置2上固定安装一个条形吸磁体1，N极面向磁矩轮3；位移装置2设计为：可控制性地将吸磁体1的N极移至靠近磁矩轮3的A点(该吸磁体1与转磁体3c相对的最小间距8由永磁体材料的磁通密度、斥力设计结合试验确定，不超过80mm)或远离磁矩轮3的B点往复移动。该电动转矩装置的工作逻辑为：当转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10(例如θ为90度角)，位移装置2将吸磁体1移至A点，使转磁体3c在磁反极相吸作用下增加磁矩轮3的转矩；而当转磁体3c在时序旋转中越过基准法线10至下一次趋近基准法线10的时间段，位移装置2将吸磁体1移至B点。

以上实施例的位移装置2包括电池、动作传感器、电源控制器和往复式电动装置，其内部逻辑结构如图5所示；其中，电池使用常规铅酸电池；电源控制器内置有CPU、内存及其工作外围电路，其电源输入端连接电池，其电源输出端连接电动装置，其信号输入端连接动作传感器；动作传感器为一磁电模块，安装在靠近磁矩轮3轮圈3b外缘的固定支架上。位移装置2的工作逻辑为：电源控制器输出电流的工作逻辑为0和1，当动作传感器无工作信号输入时，工作逻辑为0，与电动装置固连的吸磁体1被置于远离磁矩轮、不会与转磁体3c产生磁吸作用的B点；当磁矩轮上的转磁体3c在旋转中趋近基准法线10的位置(例如θ为90度角)，动作传感器感应出一个电信号传递至电源控制器，电源控制器的工作逻辑相应变换为1，对往复式电动装置输出工作电流，使固连电动装置的吸磁体1被移至与转磁体3c最小间距8的A点。根据动作传感器的工作精度及可靠性要求，可设置一个或若干个动作传感器，动作传感器不限于常规的磁电模块，例如也可使用光敏元件制造。

位移装置2的电源控制器用常规开关电路或脉冲数字技术实现，其工作模块一般包括：电源变换电路、内存贮有工作程序的微处理器和信号输入输出电路，能通过动作传感器反馈信号相应地控制输出工作的时序电流。目前市场上已有较多的电源控制器产品，可供编程，只要控制精度和电源输出功率达到设计的要求，通过对市购电源控制器的输入输出参数编程可满足多种工作逻辑要求。位移装置2只要可实现设定的位移逻辑，可采用任意运动形式的电动装置，优选往复式电动机。

本发明中，只要吸磁体1机械固连位移装置2且达到与所述转磁体3c周期性反极相对的设计目标，设计形式不限；在另一个吸磁体的实施例中，可把吸磁体1设置为一台外转子旋转形式的电动机，该电动机外转子的轮缘设置有8个间隔平均的永磁体，永磁体的N极面向外缘；该旋转电动机连接电源控制器为其设置的电源输出端，通电旋转时等效于一个N极磁体。运用该电动机置换结合图4所示的上述实施例中的条形吸磁体1，同样可使转磁体3c与该电动机外缘的永磁体发生周期性的反极相吸作用，增加磁矩轮3的转矩。

所述转磁体3c设置于轮圈上，具体地，转磁体可以设置于轮圈的内缘、外缘或轮圈 的内部；所述的轮圈采用无磁性的合金、塑钢或其他固体成形材料制造，其结构包括：一个圆环或多个圆环组合，多个圆环组合的轮圈以同轴方式通过结构紧固件将多个圆环固连为一体，包括一体化设计制造；所述转磁体在不影响安装于轮圈的前提下不限形状，多个转磁体在轮圈间隔安装时优选均匀排布。

所述吸磁体1与磁矩轮3的最小间距8(气隙)是向转磁体3c传递磁吸能量的通道，气隙越小越有利于磁能的作用传递，例如小型电动转矩装置一般仅设置1-2mm，中型电动转矩装置一般仅设置2-20mm，本发明把气隙设置限定在80mm的技术性用意，是考虑到大型电动转矩装置的需求以及未来超强磁材料的出现。

本发明中，所述的磁矩轮、位移装置、吸磁体在所述的电动转矩装置中各设置至少1个；设置多个磁矩轮有利于增强发电机的惯性转矩，但对发电机的机械强度要求高；设置多对吸磁体/位移装置有利于增强磁矩轮的转矩。当需要加大磁矩轮的磁吸转矩，可在磁矩轮3的轮圈3b上增加设置转磁体3c，一种在轮圈3b上设置4个转磁体的磁矩轮3结构如图6所示。磁矩轮上的转磁体并非设置越多越好，其设置数目受限于转磁体与吸磁体的磁力有效作用区间。本发明中，设置多个磁矩轮3可使电动转矩装置获得更大的惯性转矩；同理，对磁矩轮设置多个与位移装置2机械固连的吸磁体1可使电动转矩装置获得更大的转矩；一种在电动转矩装置配置2个磁矩轮、2个吸磁体的组合实施例，如图7所示。

本发明中，基于前述电动转矩装置而公开的一种控制方法为：由所述位移装置2的动作传感器获得所述转磁体3c在时序旋转中的相对位置信号，电源控制器根据该位置信号对电动装置输出相应电流，从而控制所述吸磁体1分别位于与磁矩轮3的最小间距8或远离磁矩轮3；其中，所述的时序旋转根据磁矩轮3的旋转方向而定义；所述的转磁体3c为磁矩轮3的轮圈3b上设置的任一个转磁体3c；

所述吸磁体1位于与磁矩轮3的最小间距8，控制在转磁体3c趋近基准法线10至与基准法线10重合的时间段内；所述吸磁体1远离磁矩轮3，控制在转磁体3c越过基准法线10至趋近基准法线10的时间段内；其中，所述的基准法线10根据吸磁体1位于所述最小间距8时与磁矩轮3的转轴3a而确定。

上述的电动转矩装置的控制方法中，所述转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为吸磁体1与转磁体3c相邻发生磁吸力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。该动态夹角θ的一种等价描述，表现为磁作用力线13与实时法线31的动态夹角，设计时可参考运用。

所述位移装置2将吸磁体1移至远离磁矩轮3，是吸磁体1不影响转磁体3c时序旋转的一个相对概念，理论上，该两个磁体无论相距多远都存在磁相互作用，但只要吸磁体1对转磁体3c的时序旋转无明显的磁相互作用影响，例如小型电动转矩装置中的吸磁体1与转磁体3c相距30mm，或中型电动转矩装置中的吸磁体1与转磁体3c相距100mm，即可以理解为本发明所述的吸磁体1远离磁矩轮3。

上述电动转矩装置的控制方法中，需注意所述磁矩轮3上的转磁体3c是指在轮圈3b上设置的所有转磁体3c，而不是同一个转磁体3c，转磁体3c在时序旋转中越过基准法线10的周期，与轮圈3b上设置的转磁体3c的个数直接相关。当磁矩轮3只设置1个转磁体3c，磁矩轮3每个旋转周期只有1个转磁体3c越过基准法线10；当磁矩轮3上设置4个转磁体3c时，磁矩轮3每个旋转周期有4个转磁体3c越过基准法线10，如此类推；在具体设计中，尤其需要注意转磁体3c个数与位移装置2将吸磁体1移至最小间距8的控制周期关系。

本发明公开的一种包括发电机和所述电动转矩装置的发电系统，所述含有至少一套以上的电动转矩装置，意为对同一台发电机可设置多套所述的电动转矩装置；在放电负载匹配的前提下，所述的发电系统的电能输出端既可以并联使用，也可以串联使用，也可以加入其他电能输出管理的控制系统。

旋转发电机的常规传动技术，是旋转驱动装置的转轴与发电机的转轴同轴设置或通过变速装置传动，本发明所述发电系统与常规旋转发电机传动技术的不同，在于电动转矩装置的的不同，电池能量对发电机转轴的机械能变换，是通过电动转矩装置内部的磁能关系变换为磁矩轮的转矩，从而可获得更大的电能输出。

所述运用充电装置为储能电池充电属常规设置，利用发电系统的电能输出反馈对储能电池充电是一种优选方案，充电装置的启动逻辑根据不同应用需求设置；发电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反馈为储能电池补充电。所述运用充电装置对储能电池反馈充电的一种局部结构示意，如图8所示。

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，只要根据磁矩轮的转磁体与所述吸磁体的周期性磁吸特点，通过转磁体的时序旋转关系控制吸磁体的位移，即可实现本发明技术方案的基本目标。

对电力机械技术较深入了解的专业人士，都不难在本申请所述的技术方案基础上，举一反三地实施本发明专利申请的内容。本申请所述基于磁吸的电动转矩装置的基础结构、发电系统及其电能反馈设置、位移装置的时序控制方法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、

一种本发明所述的电动转矩装置，包括吸磁体1、位移装置2和磁矩轮3；磁矩轮3的轮圈3b的外缘设置有一个转磁体3c，N极面向转轴3a，S极面向轮圈3b的外缘，如图4所示；位移装置2由一台往复式电动装置、一组48V200Ah的铅酸电池组、动作传感器和电源控制器构成，位移装置2的内部结构逻辑如图5所示；其中，动作传感器为一磁电模块，安装在靠近磁矩轮3轮圈3b外缘的固定支架上；吸磁体1为一个条形永磁体，固定安装在往复式电动装置上并且N极面向磁矩轮3，吸磁体1的N-S连线中心线11与磁矩轮3的平面中心线33重合；电源控制器内置有CPU、内存及其外围电路，工作逻辑为1和0，控制电池组对电动装置的电源通/断而实现位置往复动作；电源控制器的1/0通电逻辑依据动作传感器发出的信号；位移装置2与磁矩轮3相邻设置，其往复动作可实现调整吸磁体1与磁矩轮3的间距。

该电动转矩装置启动前，电源控制器的工作逻辑为0，往复式电动装置不工作，吸磁体1位于如图4所示的远离磁矩轮3的B点；磁矩轮3旋转时(启动旋转可人工助力)，当动作传感器感应出转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10(θ为90度角)，将该位置信号实时传送给电源控制器，电源控制器的工作逻辑相应改变为1，控制电池组输出电流，使往复式电动装置将吸磁体1移至最小间距8的A点(该最小间距8的最佳值根据电动转矩装置的功率、吸磁体1与转磁体3c的材料磁通密度设计结合试验校准)，使磁矩轮3在吸磁体1与转磁体3c的反极相吸作用下增加转矩；当转磁体3c在时序旋转中越过基准法线10至下一次趋近基准法线10的时间段，电源控制器的工作逻辑为0，吸磁体1被移至远离磁矩轮3的B点。

本实施例中，通过电源控制器对往复式电动装置的通/断电控制，可使吸磁体1与转磁体3c发生周期性磁吸作用，其持续磁吸产生的磁矩轮3转矩可实现把电动往复变换为电动转矩的目的；由于电源控制器大部分时间的工作逻辑为0，电池组处于断电状态，从而以电池组较少的电能代价获得磁矩轮3可观的转矩。

实施例2、

把实施例1所述的吸磁体1和转磁体3c的磁极全部对调，即磁矩轮3的轮圈3b的外 缘所设置的转磁体3c的S极面向转轴3a，N极面向轮圈3b的外缘；同时，固定安装在电动装置上的条形吸磁体1，改变为S极面向磁矩轮3；其他部件设置与实施例1相同。本实施例的效果与实施例1类同。

实施例3、

将实施例2磁矩轮3轮圈3b上的转磁体3c增设为4个，4个转磁体环绕磁矩轮3的轮 圈3b外缘等间隔、同极向均匀分布，即环绕磁矩轮3的轮圈3b外缘每90度角设置1个，4个转磁体3c同为S极面向转轴3a，N极面向轮圈3b的外缘，如图6所示。本实施例电动转矩装置的其他部件设置与实施例1所述相同。

本实施例的磁矩轮3每旋转一周，动作传感器感应出4次转磁体3c趋近基准法线10的位置信号，电源控制器的逻辑相应改变为：任一个转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10、θ为90度角的时刻，电源控制器工作逻辑为1，控制电池组输出电流使往复式电动装置将吸磁体1移至靠近磁矩轮3的A点；任一个转磁体3c旋转至与基准法线10重合(θ为0)的时刻，电源控制器的工作逻辑为0，吸磁体1被移至远离磁矩轮3的B点。吸磁体1位于A/B点的局部示意如图4所示。

本实施例中，由于4个转磁体3c在磁矩轮3的每个旋转周期中发生4次磁吸作用，从而增加磁矩轮3的旋转惯性。

实施例4、

在实施例1的电动转矩装置基础上，将所述的48V200Ah的铅酸电池组置换为同标称电压、同容量的铝空气一次电池组，其余部件设置与实施例1相同。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/电解液的方式使铝空气电池继续工作，该更换电极/电解液可视为一种电能补充方法(行业内惯称机械充电)。

实施例5、

在实施例1的电动转矩装置基础上，加入为铅酸电池组补充电能的电能补充装置，该电能补充装置为常规的太阳能装置及其控制装置。本实施例加入太阳能装置及其控制装置的作用，是当铅酸电池组的电能不足时，通过太阳能装置及其控制装置为铅酸电池组补充电能，使所述的位移装置2正常工作。

实施例6、

将实施例3的电动转矩装置与一台旋转式发电机同轴机械固连，构成一种本发明所述的发电系统。其中，电动转矩装置的磁矩轮3设计为轴心带孔，该孔穿过发电机的转轴与磁矩轮3的轴机械固连，达到磁矩轮3的转轴3a与发电机的转轴轴心重合的安装效果，当电动转矩装置旋转时，发电机同步旋转发电。

实施例7、

对实施例6的发电系统继续进行技术改进，在同一台发电机设置两个磁矩轮3，两个磁矩轮3的转轴3a分别固定安装在发电机的转轴上，安装时，两个磁矩轮3轮圈3b上的转磁体3c分布相同，使之以发电机的转轴纵向参照可视为一个磁矩轮3；同时，对应两个磁矩轮3分别设置两个吸磁体1，两个吸磁体1分别固定安装在一台往复式电动装置；位移装置2中，对应靠近两个磁矩轮3的轮圈3b的支架上，分别固定安装两个动作传感器(为提高传感信号来源的可靠性)，使用同一组48V200Ah的铅酸电池组。安装时，往复式电动装置上的两个吸磁体1的N-S连线中心线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，在发电机转轴设置两个磁矩轮3，可视为一个同步工作的磁矩轮3；同理，在同一台往复式电动装置上设置的两个吸磁体1，可视为一个同步工作的吸磁体1，对磁矩轮3上2×4个转磁体3c的位置信号采集以及电动装置上两个吸磁体1的位移动作控制，与实施例3所述类同。本实施例设置两个磁矩轮3的技术意义，在于运用两个吸磁体1对两个磁矩轮3上8个转磁体3c发生周期性的磁吸作用，通过两个磁矩轮3的旋转惯性输出更大的转矩，获得更大发电功率。

实施例8、

以上实施例6中的磁矩轮3转轴3a是与发电机的转轴同轴设置，本实施例把磁矩轮3的轴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。

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。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9、

在实施例7的发电系统基础上加入储能装置构成又一种发电系统，该发电系统的放电负载可以是照明用户或其他用电设备；储能装置由储能电池和控制装置构成，其中的储能电池直接使用所述电动转矩装置中位移装置2配置的标称48V200Ah铅酸电池组；控制装置包括充电装置和放电装置；放电装置的电源输入端连接所述储能电池的两极，其电源输出端为发电系统提供第二路电源输出。

本实施例中，充电装置包括第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置，第一电源输入端连接所述发电系统的输出端，第一电源输出端连接所配置的铅酸电池组，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和发电系统的电源输出端；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：实时监察发电系统的输出电压，当监察到实时输出电压高于所设计的输出电压平均值，启动充电装置以恒定电压53.52V限制电流200A的充电方式，为铅酸电池组补充电能。

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)

1.一种电动转矩装置，其特征在于，包括吸磁体(1)、位移装置(2)和磁矩轮(3)；所述磁矩轮(3)的轮圈(3b)上设置至少1个N极面向外缘或S极面向外缘的转磁体(3c)，当设置2个以上转磁体(3c)时，转磁体(3c)环绕轮圈(3b)同极向间隔排布；所述位移装置(2)与吸磁体(1)机械固连；位移装置(2)与磁矩轮(3)相邻设置；吸磁体(1)面向磁矩轮(3)的磁极性与所述转磁体(3c)面向外缘的磁极性相反；

所述位移装置(2)包括：电池、动作传感器、电源控制器和电动装置；所述电源控制器包括：电源输入端、电源输出端和信号输入端；电源输入端连接电池，电源输出端连接电动装置，信号输入端连接动作传感器；所述电池为一次性使用的一次电池，或可重复多次充放电使用的二次电池，或两者组合设置；

磁矩轮(3)旋转时，位移装置(2)根据转磁体(3c)环绕磁矩轮(3)的转轴(3a)时序旋转的相对位置，控制吸磁体(1)分别位于与磁矩轮(3)的最小间距(8)或远离磁矩轮(3)，通过吸磁体(1)和转磁体(3c)的周期性反磁极相吸作用驱动磁矩轮(3)持续旋转。

2.根据权利要求1所述的电动转矩装置，其特征在于，所述吸磁体(1)位于与磁矩轮(3)的最小间距(8)为吸磁体(1)和转磁体(3c)二者之间的间距，最小间距(8)不超过80mm。

3.根据权利要求1所述的电动转矩装置，其特征在于，所述动作传感器安装在靠近所述磁矩轮(3)的固定部位，用于获取磁矩轮(3)上转磁体(3c)在旋转运动中的相对位置信号。

4.根据权利要求1所述的电动转矩装置，其特征在于，所述的位移装置(2)还包括为电池补充电能的电能补充装置；所述电能补充包括为所述的一次电池更换电极、更换电解液以及为所述的二次电池充电。

5.基于权利要求1～4任一所述的电动转矩装置的控制方法，该方法由所述位移装置(2)的动作传感器获得所述转磁体(3c)在时序旋转中的相对位置信号，电源控制器根据该位置信号对电动装置输出相应电流，从而控制所述吸磁体(1)分别位于与磁矩轮(3)的最小间距(8)或远离磁矩轮(3)；其中，所述的时序旋转根据磁矩轮(3)的旋转方向而定义；所述的转磁体(3c)为磁矩轮(3)的轮圈(3b)上设置的任一个转磁体(3c)；

所述吸磁体(1)位于与磁矩轮(3)的最小间距(8)，控制在转磁体(3c)趋近基准法线(10)至与基准法线(10)重合的时间段内；所述吸磁体(1)远离磁矩轮(3)，控制在转磁体(3c)越过基准法线(10)至趋近基准法线(10)的时间段内；其中，所述的基准法线(10)根据吸磁体(1)位于所述最小间距(8)时与磁矩轮(3)的转轴(3a)而确定。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述转磁体(3c)在时序旋转中趋近基准法线(10)，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为吸磁体(1)与转磁体(3c)相邻发生磁吸力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。

7.一种发电系统，其特征在于，所述的发电系统包括发电机和权利要求1-4任一所述的电动转矩装置；所述的发电系统设置至少1套权利要求1-4所述的电动转矩装置；所述的发电机为旋转式；所述电动转矩装置中磁矩轮(3)的转轴(3a)与发电机的转轴同轴心设置或通过变速装置传动。

8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，还包括：储能装置；储能装置包括储能电池和控制装置；所述的储能电池为任意的二次电池或二次电池组；所述的储能电池可以与所述电动转矩装置中位移装置(2)包括的二次电池并用；所述的控制装置包括充电装置和放电装置；所述放电装置的电源输入端连接所述储能电池的两极，其电源输出端为发电系统提供第二路电源输出。

9.根据权利要求8所述的发电系统，其特征在于，所述的充电装置包括：第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置；第一电源输入端连接所述发电机的电源输出端，第一电源输出端连接所述的储能电池，逻辑控制装置的信号输入端连接所述发电机的电源输出端或/和储能电池。

10.根据权利要求7-9所述的发电系统，其特征在于，若干套发电系统的电源输出端可串联/并联使用；所述的电源输出，包括所述发电机提供的第一路电源输出和储能装置提供的第二路电源输出。