CN108880334A - 一种直流电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明的直流电源系统包括整流装置、电动轮、电动机、磁矩轮和发电机；电动机与市网电源或其他电源连接；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；发电机与整流装置连接；当电动机驱动电动轮旋转时，直流电源系统内部的间隙磁场分布状态往复改变，使磁矩轮获得转矩驱动发电机旋转发电，通过整流装置为系统外部负载提供直流电源。

Description

一种直流电源系统

技术领域

本发明涉及直流电源的技术应用设计领域，具体涉及一种使用市电电网交流电源但不采用常规AC-DC电路的直流电源系统。

背景技术

直流电源应用广泛，其中一个具体应用是把交流电变换为直流电，传统技术是采用变压器加整流，输出电压受限于变压器的绕组匝数比，近年的一个技术应用主流是采用AC-DC电路，这类AC-DC电路隐含了高频开关电路；随着对城市电动汽车建立充电网的需求概念，以及对城市电网的削峰补谷，或配合风能、太阳能装置使用，直流电源被赋予了更多的以新能源为题材的使命。

随着直流电源技术应用的深层发展，引起人们对AC-DC电路隐含的高频电磁辐射的高度重视，当直流电源的输出功率足够大又隔离欠佳时，其所伴随产生的高频电磁辐射不仅容易对城市电网产生干扰，而且高频电磁辐射对从业人员健康产生的影响难以忽视。由此在不少应用领域中，业界希望寻求一种无需担心高频电磁辐射又方便调整输出电压的直流电源系统。一种回归性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。

本发明直流电源系统的设计思想，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，发挥永磁体中隐藏的能量，使获得的转矩增量驱动发电机旋转发电并通过整流装置提供直流电源。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有常规直流电源局限于变压整流和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再整流的技术方案，从而达到将市电电网交流电源变换直流电源、避免高频电磁辐射、方便调整输出电压的设计目的，结构简单，工艺容易实现。

为实现上述的技术目标，本发明提供了一种直流电源系统，该直流电源系统包括整流装置、电动轮、电动机、磁矩轮和发电机；所述的电动机为旋转式电动机，其电源控制端与市网电源或其他电源连接；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；发电机为旋转式发电机，其电源输出端与整流装置的电源输入端连接；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，通过整流装置的电源输出端为系统外部负载提供直流电源。

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。所述的市网电源，包括常规220V、380V或其他电压供电的交流电源，以及未来市电电网可能出现的直流供电电源。

上述直流电源系统的技术方案中，所述的电动轮、磁矩轮在所述的直流电源系统中各设置至少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。

上述直流电源系统的技术方案中，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。

上述直流电源系统的技术方案中，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直流电源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。

上述直流电源系统的技术方案中，包括所述的电动轮和电动机一体化设计。

作为上述技术方案的一种改进，所述直流电源系统的其他电源包括：储能装置；所述的储能装置包括任意的二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置；储能装置的电源输入端与所述整流装置的电源输出端连接。所述二次电池包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及锌空气二次电池，以及包括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，包括应用电力机械使装置内部结构发生可逆变形以及压缩空气形式储存机械能的装置。

作为上述储能装置的一种技术方案改进，所述的控制装置包括第一充电装置，第一充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；第一充电装置的电源输入端连接市电电网交流电源或其他外部电源，其电源输出端连接储能装置的电源输入端，其逻辑控制装置的信号输入端连接储能装置的电源控制端。所述的其他外部电源，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。

作为上述储能装置的又一种技术方案改进，控制装置包括第二充电装置，第二充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；第二充电装置的电源输入端连接发电机的电源输出端，其电源输出端连接储能装置的电源端或/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/和储能装置的电源控制端。

作为上述储能装置的再一种技术方案改进，控制装置还包括：放电装置；放电装置的电源输入端连接储能装置的电源端，其电源输出端为所述直流电源系统的放电负载提供电源。所述的放电负载，也包括直流电源系统中的电动机；当所述直流电源系统使用储能装置的电源驱动电动机工作时，可在所述发电机的电源输出端获得交流电源，或在所述整流装置的电源输出端获得直流电源。

以上所述直流电源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。

本发明直流电源系统与常规技术的本质区别，在于不采用高频开关电路，也非传统的单纯变压器加整流，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，是通过两者永磁体之间间隙磁场分布的状态改变而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，可驱动发电机旋转发电并通过整流装置为直流电源系统的外部负载提供直流电源。

本发明的优点在于：所述的直流电源系统具有永磁体能量传递带来的转矩增量，可有效提升直流电源系统的电能转换效率，无高频电磁辐射，调整输出电压方便，以此方案设计的直流电源系统的结构简单、组合多样化、工艺容易实现、有效适应高端直流电源系统应用领域的设计要求。

附图说明

图1是本发明所述直流电源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：

1、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直流电源系统的基础工作结构示意，电能变换的途径是市网电源或其他电源驱动电动机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间隙的磁场分布状态改变，把永磁体之间传递的能量变换为磁矩轮3的转矩，从而驱动发电机5发电，经整流装置对发电机5的电能整流输出。

在一个实施例中，本发明所述的直流电源系统包括电动轮1、电动机2、磁矩轮3、发电机5和整流装置；电动机2为旋转式交流电动机，其电源控制端与城市电网的交流电源连接；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由直流电源系统的设计功率、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的电源输出端与整流装置的电源输入端连接。

该实施例中，当城市电网对电动机2不供电时，电动轮1不旋转，动磁体1c与转磁体3c因相反磁极的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 外力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，该磁吸力的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方向的磁吸分力将驱动磁矩轮3产生绕转轴3a旋转的趋势，该动态示意如图5所示；如果电动机2持续驱动电动轮1旋转，则使磁矩轮3通过转轴3a持续驱动发电机5旋转发电，从而通过整流装置的电源输出端为外部负载提供直流电源。

本发明所述直流电源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，同时直流电源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，当直流电源系统的功率较大时，更显其特有优势。

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，是本发明直流电源系统的设计要点，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，使磁矩轮旋转时可复合一定的转动惯量，提高驱动发电机5的转速，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，虽然设计同样要求具有一定的质量，但允许采用比重相对较小的材料制造，例如可采用塑钢、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，或通过结构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3b2一体化设计制造，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1-2mm，中型发电装置一般设置2-10mm，本发明把间隙4设置限定在70mm的技术性用意，是考虑到大型直流电源系统的需求以及未来超强磁材料的出现。

电动机2的功能是将市电电网的交流电源或其他电源的电能转变为旋转机械能，采用交流电动机还是直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直流电，可采用任意整流电路；旋转式发电机的工作原理建立在旋转磁场，内部线圈绕组获得的是交流电，如果配置的发电机已附加整流装置，视为发电机5与整流装置一体化设计；如果储能装置附带的控制装置可直接使用发电机5交流电，则视为整流装置与储能装置的控制装置一体化设计。整流装置的一般功能设计包括整流、滤波、限压/限流或加入智能化控制，其独立设置，也可以和所述储能装置包括的第一充电装置、第二充电装置、放电装置一体化设计。

图5实施例的磁矩轮3只设置8个转磁体3c，当需要加大磁矩轮源于磁力作用的转矩，可增加设置转磁体，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。同一个直流电源系统中，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；一种在直流电源系统配置2个磁矩轮、2个电动轮的组合实施例，如图7所示。

本发明所述的电动轮1并不是以机械传动方式对磁矩轮3传递机械能，而是通过动磁体1c对转磁体3c的磁力作用变换为磁矩轮3转矩；磁矩轮3的转矩，不仅包括基于间隙磁场分布状态改变而变换的转矩，还附加了磁矩轮3的旋转惯量，当磁矩轮3具有一定的质量并且旋转速度足够时，该磁矩轮3的旋转惯量不可忽视，从而使其所驱动的旋转发电机获得较高的电能转换效率。

本发明的直流电源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。所述若干套直流电源系统可串联使用，前提是若干套直流电源系统的输出功率大略相同；所述若干套直流电源系统可并联使用，前提是若干套直流电源系统的输出电压相同。

在一些市网供电不正常的地区，可对直流电源系统加装储能装置，相应配置的电动机2采用交流/直流驱动取决于为其供电的电源性质。储能装置包括任意的二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置，以及储能装置包括的放电装置和充电装置；充电装置和充电装置的启动逻辑可根据不同的应用需求而设置；直流电源系统在实际应用中，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，可以通过第二充电装置把放电负载未利用的电能反馈为储能装置补充电能。

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。

对直流电源和电动机、发电机技术较深入了解的专业人士，都不难在本申请所述直流电源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直流电源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、

一种直流电源系统，包括电动轮1、电动机2磁矩轮3、发电机5和整流装置；电动机2为旋转式交流电动机，其电源控制端与城市电网交流电源连接；电动机2的旋转轴与电动轮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由直流电源系统的设计功率、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的电源输出端与整流装置的电源输入端连接；整流装置的功能包括整流、滤波、恒定电压和限制电流。

本实施例中，当城市电网对电动机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获得持续转矩并通过转轴3a驱动发电机5旋转发电，通过整流装置的电源输出端为外部负载提供直流电源。

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，直流电源系统的内部不隐含高频开关电路，可以避免高频开关电路所伴随产生的高频电磁辐射，尤其是当直流电源系统的功率较大时，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；其余的部件和结构不变。

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之间磁场分布状态改变而表现的作用力为相斥；当城市电网对电动机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方向示意如图8所示(图8中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)。其中，沿切线32方向的磁斥分力将驱使磁矩轮3产生绕转轴3a旋转的趋势，从而使磁矩轮3获得持续转矩并通过转轴3a驱动发电机5旋转发电，同样可达到通过整流装置的电源输出端为外部负载提供直流电源的目的。

本实施例的进一步技术变形，可把电动机2改为外转子结构，取消电动轮1，把原环 绕电动轮1轮圈1b设置的动磁体1c改为在电动机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，使直流电源系统的内部结构更简单。

实施例3、

将实施例1的直流电源系统进行技术改进，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获得相对更大的转矩，使发电机5发出相对更大的电能，从而在整流装置的电源输出端获得更大功率的直流电源。

实施例4、

在实施例3的基础上加入储能装置，储能装置包括48V800Ah铅酸电池组和第一充电装置，第一充电装置的基本功能为整流，包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；第一充电装置的电源输入端连接城市电网交流电源，其电源输出端和逻辑控制装置的信号输入端连接铅酸电池组的电源端；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的逻辑程序，控制逻辑为：实时监察铅酸电池组的实时电压，当监察到实时输出电压低于47V，启动第一充电装置以恒定电压53.52V限制电流80A的充电方式，为铅酸电池组补充电能。

本实施例通过铅酸电池组的电源端为直流电源系统外部提供第二路直流电源输出，适合一些市电电网供电不正常的地区使用。

实施例5、

将实施例4带储能装置(铅酸电池组)的直流电源系统改进，将第一充电装置改为本发明所述的第二充电装置，构成另一种直流电源系统。

本实施例第二充电装置的基本功能同为整流，包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；电源输入端连接直流电源系统中发电机5的电源输出端，电源输出端连接铅酸电池组的电源端；此外，第二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所述发电机5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的逻辑程序，充电装置的工作逻辑为：实时监察直流电源系统的输出电压，当监察到所述整流装置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80A的充电方式，为二次电池的铅酸电池组补充电能。

实施例6、

以实施例1和实施例4为基础作进一步技术改进，增加设置一个放电装置，放电装置为一个逻辑控制装置，内置有CPU、内存及其工作外围电路，以及内置有控制放电装置工作的逻辑程序；放电装置的电源输入端连接48V800Ah铅酸电池组的电源端，其电源输出端连接一个电源逻辑接口，其工作信号控制端连接该电源逻辑接口的工作信号输入端(该电源逻辑接口的组合逻辑被放电装置的工作逻辑所控制)；电源逻辑接口分别电连接两台电动机2，其中，一台为交流电动机，与市电电网的交流电源连接；另一台为48V直流电动机，与48V800Ah铅酸电池组的电源端连接；放电装置对电源逻辑接口与交流电动机/直流电动机电连接的逻辑控制关系为或(其相应的机械传动结构相应设置为或)。

当市网交流电源断供时，放电装置控制电源逻辑接口自动断开与交流电动机的电连接，改变为铅酸电池组与直流电动机电连接，通过发电机5/整流装置的电源输出端为直流电源系统的外部负载提供交流电源/直流电源。

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)

1.一种直流电源系统，其特征在于，包括整流装置、电动轮(1)、电动机(2)、磁矩轮(3)和发电机(5)；电动机(2)为旋转式电动机，其电源控制端与市网电源或其他电源连接；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)为旋转式发电机，其电源输出端与整流装置的电源输入端连接；

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，通过整流装置的电源输出端为系统外部负载提供直流电源。

2.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述的电动轮(1)、磁矩轮(3)在所述的直流电源系统中设置至少1个。

3.根据权利要求1所述的直流电源系统，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。

4.根据权利要求1所述的直流电源系统，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。

5.根据权利要求1所述的直流电源系统，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。

6.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述的电动轮(1)和电动机(2)一体化设计。

7.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述的其他电源包括：储能装置；所述的储能装置包括任意的二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置；储能装置的电源输入端与所述整流装置的电源输出端连接。

8.根据权利要求7所述的直流电源系统，其特征在于，所述的储能装置包括第一充电装置，第一充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；第一充电装置的电源输入端连接市电电网交流电源或其他外部电源，其电源输出端连接储能装置的电源输入端，其逻辑控制装置的信号输入端连接储能装置的电源控制端。

9.根据权利要求7所述的直流电源系统，其特征在于，所述的储能装置包括第二充电装置，第二充电装置包括：电源输入端、电源输出端和逻辑控制装置；第二充电装置的电源输入端连接发电机(5)的电源输出端，其电源输出端连接储能装置的电源端或/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/和储能装置的电源控制端。

10.根据权利要求7所述的直流电源系统，其特征在于，所述的储能装置还包括：放电装置；放电装置的电源输入端连接储能装置的电源端，其电源输出端为所述直流电源系统的放电负载提供电源。