CN109039181A - 一种电能变换系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能变换系统及其控制方法，电能变换系统包括励磁体、电动装置、磁矩轮、发电机和电源装置；电动装置的电动形式为往复运动，其电源输入端与电源装置连接；电动装置与励磁体机械固连并和磁矩轮相邻设置；磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，磁矩轮与发电机传动；励磁体与转磁体两者相对的磁极性相反；电动装置包括控制模块和位置传感器，位置传感器安装在靠近磁矩轮的固定部位；当磁矩轮旋转时，电动装置根据转磁体旋转的相对位置控制励磁体分别位于最小间隙或远离磁矩轮，使磁矩轮通过反磁极相吸作用驱动发电机旋转发电而实现电能变换。

Description

一种电能变换系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源装置的系统设计领域，具体涉及一种基于永磁体之间反磁极相吸作用原理而设计的电能变换系统及其控制方法。

背景技术

电源装置一般泛指市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，本申请正是基于一种在磁矩轮的轮沿运用永磁体反磁极相吸作用使其做功的原理，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，提供一种运用永磁体之间周期性反磁极相吸作用原理而设计、通过磁矩轮驱动发电机发电的技术方案，从而达到避免高频电磁辐射、方便调整输出电压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励磁体、电动装置、磁矩轮、发电机和电源装置；所述磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，且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；励磁体面向磁矩轮的磁极性与转磁体面向磁矩轮外缘的磁极性相反；所述的发电机为旋转式；所述的励磁体、磁矩轮设置至少1个；

电动装置包括位置传感器和控制模块，其电源控制端与电源装置连接；位置传感器安装在靠近磁矩轮的固定部位，其信号输出端连接控制模块的工作逻辑信号输入端；电动装置与励磁体机械固连并和磁矩轮相邻设置；

当磁矩轮旋转时，由所述位置传感器获取转磁体时序旋转的相对位置信号，控制模块根据该位置信号以及设定的工作逻辑控制电动装置位移，使励磁体分别位于与磁矩轮的最小间隙或远离磁矩轮，通过励磁体和转磁体的周期性反磁极相吸作用使磁矩轮获得转矩，从而驱动发电机旋转发电实现所述的电能变换。

以上所述的励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；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；设置多对励磁体/电动装置有利于增强磁矩轮的转矩；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，所述励磁体位于与磁矩轮的最小间隙为励磁体和转磁体二者之间的间距不超过40mm。该最小间隙又称气隙，其大小选择与电能变换系统的设计功率有关，也与励磁体和转磁体的材料磁通强度相关。

上述技术方案中，包括所述的磁矩轮由2层以上环形的不同材料构成。

上述技术方案中，包括所述的励磁体和电动装置一体化设计。

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连接发电机的电源输出端，其电源输出端为放电负载提供直流电能。所述放电负载除了电能变换系统的外部负载，也包括设定工作逻辑条件的系统内部负载。

上述技术方案中，所述的电源装置包括一次电池装置或/和市网电源装置、将热动力机械能变换为电能的装置，以及储能装置；所述的储能装置包括二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置。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220V、380V或其他电压的交流供电装置，以及未来电网可能出现的直流供电装置；所述的热动力的来源包括但不限于煤、燃油、燃气；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、锌空气二次电池，以及若干单体二次电池串联/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。

作为上述电源装置的一种技术改进，所述的电源装置还包括：充电装置；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储能装置的电源端或/和电动装置的电源控制端，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/和储能装置的电源端。

上述电能变换系统的储能装置中，还包括：电能补充装置；电能补充装置包括将风能、太阳能变换为电能的装置，以及市网电源装置；电能补充装置的电源输出端连接储能装置的电源端。电能补充装置的作用是为储能装置补充电能。

以上述的电能变换系统为基础，本发明还公开了一种所述电能变换系统的控制方法，该方法包括：所述励磁体位于与磁矩轮的最小间隙，控制在转磁体在时序旋转中趋近基准法线至与基准法线重合的时间段内；所述励磁体远离磁矩轮，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，根据励磁体位于所述最小间隙时的磁源位置与磁矩轮的转轴而确定；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。

上述电能变换系统的控制方法中，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为励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，是转磁体在时序旋转中受到励磁体的磁吸作用影响的一种运动状态描述。

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，在于电能变换不采用高频开关电路，也非传统的变压器加整流，电动装置驱动的励磁体并不与磁矩轮发生机械能传动关系，而是通过励磁体与所述转磁体的反磁极相吸作用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能量传递带来的转矩增量，可有效提升电能变换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、有效适应高端电能变换系统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一种工作逻辑结构示意图；

图2是电能变换系统内部磁力作用以及动态夹角的局部简析示意图；

图3是所述转磁体与基准法线重合的状态示意图；

图4是一种在轮圈上设置4个转磁体的磁矩轮结构示意图；

图5是由两个不同材料圆环组合成圆盘状磁矩轮的结构示意图；

图6是一种在发电机轴上配置2对励磁体/磁矩轮的结构示意图；

图7是本发明所述转磁体在时序旋转中趋近基准法线的状态示意图；

图8是本发明所述电能变换系统一个实施例的局部结构特征示意图。

附图标识：

1、励磁体 2、电动装置 3、磁矩轮

3a、磁矩轮的转轴 3b、磁矩轮的轮圈 3b1、转磁体材料之一

3b2、转磁体材料之二 3c、转磁体 4、发电机

4a、发电机的转轴 5、最小间隙 10、基准法线

11、励磁体两极延长线 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所示，图1为本发明所述的电能变换系统的一种工作逻辑结构示意，直流电能变换的途径是电源装置驱动电动装置，电动装置驱动励磁体，但励磁体并不与磁矩轮发生机械能传动关系，而是传递反极性相吸的磁力，通过励磁体与磁矩轮上设置的转磁体的反磁极相吸作用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。

如图2所示，磁矩轮3的轮圈3b外缘设置一个转磁体3c，转磁体的S极面向外缘，N极面向转轴3a；当一个励磁体1的N极主动趋近转磁体3c，两者会沿磁作用力线13发生磁相吸作用，如果转磁体绕轴趋近由励磁体1的磁源位置和转轴3a确定的基准法线10，则受到励磁体1的磁吸力可分解为沿实时法线31、趋向轴心的法向分力和沿切线32方向的分力，其中励磁体1对转磁体3c的磁吸力方向与法向分力方向形成了动态夹角θ，该动态夹角θ可等价描述为磁作用力线13与实时法线31的动态夹角；对转磁体3c绕轴3a旋转有贡献的是切线32方向分力，该分力大小与动态夹角θ相关；θ为一个运动变量，当转磁体3c旋转至和基准法线10重合，θ为0，励磁体1对转磁体3c绕转轴3a旋转无贡献，如图3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，则所受到励磁体1磁吸力的切线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。

本发明中电动装置2的功能，是在设定的位移逻辑条件下将励磁体1移至与磁矩轮3最小间隙5或将励磁体1移至远离磁矩轮3的位置，只要可实现励磁体1的工作逻辑位移，电动装置2的运动形式或运动轨迹可任意，其中，优选节能效果较佳的往复式电动机。根据工作精度及可靠性要求，可设置一个或若干个位置传感器，位置传感器包括但不限于使用常规的磁电模块、光敏元件。控制模块优选用脉冲数字技术实现，其一般包括：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，能通过位置传感器反馈信号相应控制输出的工作时序电流。目前市场上已有较多的控制模块产品可供编程，只要控制精度和电源输出功率达到设计要求，通过对市购控制模块的输入/输出参数编程可满足多种工作逻辑。

励磁体1的设计形状不限，所述磁作用力线13是基于励磁体1与转磁体3c反磁极相吸作用的关系描述，该磁力相吸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。所述励磁体1和电动装置2一体化设计的一个示例，可把励磁体1设置在一台外转子电动机的转子外缘，励磁体的N极面向外缘，控制模块控制该电动机的旋转周期，当励磁体旋转至面向磁矩轮3且位于该电动机的转轴和磁矩轮的转轴3a确定的基准法线10时，等效于励磁体的N极被移至与转磁体3c的最小间隙5的位置；当励磁体再旋转180度位于基准法线10的延长线上，等效于励磁体被移至远离磁矩轮3的位置。

所述磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，包括转磁体设置于轮圈的内缘、外缘或轮圈的内部，图4是一种4个转磁体3c设置于轮圈3b内缘的示例，转磁体外缘处于轮圈的外圈部位；转磁体在不影响安装前提下不限形状，其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)。磁矩轮采用无磁性的合金、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紧固件将多个圆环固连为一体，包括一体化设计制造，图5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。

所述励磁体1与磁矩轮3的最小间隙5，是励磁体1向转磁体3c传递反磁极吸力的能量通道，气隙越小越有利于永磁体能量的作用传递，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0.5-5mm，本发明把气隙设置限定在40mm的技术用意，是考虑到大型发电装置的需求以及未来超强磁材料的出现。当需要加大磁矩轮的磁吸转矩，可增加在磁矩轮3轮圈3b上设置的转磁体3c，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励磁体的磁吸有效作用区间。本发明中，设置多个磁矩轮3可使发电机4获得更大的惯性转矩；同理，对磁矩轮设置多个与电动装置2机械固连的励磁体1可使发电机获得更大的转矩；一种在发电机的转轴4a配置2个磁矩轮、2个励磁体的组合示例，如图6所示。

整流装置的功能是将发电机4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，如果发电机已附加整流装置，视为发电机与整流装置一体化设计；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，也可以和所述电源装置包括的充电装置一体化设计。

在一些市网供电不正常的地区，电源装置可优选加装一次电池或储能装置，相应配置的电动装置2采用交流/直流驱动取决于为其供电的电源性质；不同电源装置的启动逻辑根据不同的需求而设置，可设置或逻辑控制分立使用；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，其中一类是设置专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；另一类是设置专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。

本发明基于前述电能变换系统公开的一种控制方法为：所述励磁体1位于与磁矩轮3的最小间隙5，控制在转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10至与基准法线10重合的时间段内；所述励磁体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，根据励磁体1位于所述最小间隙5时的磁源位置与磁矩轮3的转轴3a而确定；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。

上述的电能变换系统的控制方法中，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为励磁体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，θ为90度角是转磁体3c绕转轴3a旋转中与励磁体1发生有效磁吸作用的临界状态，如图7所示(图7为突出标明励磁体1和磁矩轮3的运动关系，只标出了1个转磁体3c)。

上述控制方法中，所述转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10至与基准法线10重合的时间段，是控制励磁体1位于与磁矩轮3的最小间隙5的时间区间，其一种等价描述是转磁体3c相应位于θ为90度角至0的位置区间；因θ为0时，励磁体1对转磁体3c绕转轴3a旋转同样无贡献，实际设计时励磁体1位于与磁矩轮3的最小间隙5的时间段，不必占满θ为90度角至0的位置区间，例如可设计为：控制在转磁体3c相应位于θ为90至30度角的位置区间。

所述电动装置2将励磁体1移至远离磁矩轮3，是励磁体1不影响转磁体3c时序旋转的一个相对概念，理论上两个磁体无论相距多远都存在磁相互作用，但只要励磁体1对转磁体3c的时序旋转无明显的磁相互作用影响，例如中小型电能变换系统中的励磁体与转磁体相距50mm，即可以理解为励磁体远离磁矩轮。

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，而不是同一个转磁体，转磁体3c在时序旋转中趋近/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设置4个转磁体，磁矩轮每个旋转周期有4个转磁体趋近/越过基准法线10；当磁矩轮上设置8个转磁体时，磁矩轮每个旋转周期有8个转磁体趋近/越过基准法线10，如此类推；具体设计中，尤其需要注意转磁体3c个数与电动装置2将励磁体1移至最小间隙5的控制周期关系。

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励磁体的周期性磁吸特点，通过转磁体的时序旋转关系控制励磁体的位移，即可实现本发明技术方案的基本目标。

对直流电源和发电机、电动机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申请的内容。本申请所述基于永磁体之间反磁极相吸作用原理的电能变换系统的基础结构、电动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、

一种电能变换系统，包括励磁体1、电动装置2、磁矩轮3、发电机4和电源装置；电源装置使用标称48V200Ah一次铝空气电池组；磁矩轮3的中心带孔，该孔穿过发电机4的转轴4a与其机械固连，达到磁矩轮3的转轴3a轴心与发电机4的转轴4a轴心重合的安装效果；磁矩轮3的轮圈3b的外缘设置有4个转磁体3c，S极面向轮圈3b的外缘，N极面向转轴3a，如图4所示；电动装置2为标称直流48V驱动，电动形式为往复式，其包括位置传感器和控制模块，其中，位置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；电动装置2的电源控制端连接铝空气电池组，其内置有CPU、内存及其外围电路，工作逻辑为1和0，控制电动装置的电源通/断而实现位置往复动作；控制模块的1/0逻辑通电依据位置传感器发出的信号；励磁体1为一个条形永磁体，固定安装在电动装置上并且N极面向磁矩轮3，励磁体1的N-S连线中心线11与磁矩轮3的平面中心线33重合；电动装置2与磁矩轮3相邻设置；发电机4为常规旋转式发电机。

如图8所示(图8为突出标明励磁体1和磁矩轮3的运动关系，只标出1个转磁体3c)，该电能变换系统启动前，控制模块的工作逻辑为0，电动装置2不工作，励磁体1位于远离磁矩轮3的B点；磁矩轮3旋转时(启动旋转可人工助力)，当位置传感器感应出磁矩轮3的轮圈3b外缘的转磁体3c在时序旋转中趋近基准法线10(θ为90度角，如图7所示)，将该位置信号实时传送给控制模块，控制模块的工作逻辑相应改变为1，控制往复式电动装置2将励磁体1移至靠近磁矩轮3的A点(最小间隙5的最佳值根据电能变换系统的设计功率、励磁体1与转磁体3c的材料磁通密度结合试验校准)，使磁矩轮3在励磁体1与转磁体3c的反磁极相吸作用下获得转矩增量，驱动发电机4旋转发电；当转磁体3c在时序旋转中与基准法线10重合(θ为0)至下一次趋近基准法线10的时间段，控制模块的工作逻辑为0，控制往复式电动机2将励磁体1移至远离磁矩轮3的B点。

本实施例可把铝空气电池组储存的直流电能变换为发电机4输出的交流电能，与采用高频开关电路的常规AC-DC方案比较，不产生高频电磁辐射；铝空气电池的重量比能量高，在便携场合有其不可替代的优势。此外，由于控制模块部分时间的工作逻辑为0，电动装置2非连续通电，电能转换的效率较高。

实施例2、

把实施例1所述的励磁体1和转磁体3c的磁极全部对调，即磁矩轮3所设置的转磁体3c的S极面向转轴3a，N极面向外缘；固定安装在电动装置2上的条形励磁体1，改变为S极面向磁矩轮3。此外，在发电机4的转轴4a设置两个磁矩轮3，两个磁矩轮3的转轴3a分别安装在发电机4的转轴4a上；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4的转轴4a纵向参照可视为一个磁矩轮3；同时，对应两个磁矩轮3分别设置两个励磁体1，两个励磁体1分别固定安装在往复式电动装置；电动装置2中，对应靠近两个磁矩轮3的轮圈3b的支架上，分别固定安装两个位置传感器(为提高传感信号来源的可靠性)。安装时，两个励磁体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6所示。

本实施例中，发电机4的转轴4a上设置的两个磁矩轮可视为一个磁矩轮3；同理，在同一台往复式电动装置2上设置的两个励磁体可视为一个励磁体1；对磁矩轮上两个转磁体3c的位置信号采集以及两个励磁体的位移动作控制，与实施例1所述类同。本实施例通过运用两个励磁体1对两个磁矩轮3的周期性磁吸作用，可有效增加发电机4的惯性转矩，使发电机4输出更大功率的交流电能。

实施例3、

实施例1的磁矩轮3的转轴3a是与发电机4的转轴4a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4的转轴4a上，磁矩轮3的轴心、变速机械装置的轴心、发电机4转轴4a的轴心三者重合。此外圆盘状磁矩轮3由两个不同材料的圆环组合而成，其中，圆环3b2的材料为ABS，圆环3b1的材料为无磁性的合金。本实施例的其他部件设置和工作逻辑控制，与实施例1所述相同，因发电机4转速不受限于与磁矩轮3的转速相同，从而在发电机4的电源输出端获得另一路频率可调的交流电输出。

实施例4、

实施例1采用的电源装置为一次铝空气电池组，设计目标是把铝空气电池组的直流电能变换为发电机4输出的交流电能，本实施例将电源装置改变为220V市电电网的交流电源装置，电动装置2相应改变为220V交流驱动，电动形式为往复式。此外，在实施例1的基础上增设一套整流装置；该整流装置采用常规的可控硅整流电路实现，整流装置的电源输入端连接发电机4的电源输出端。

本实施例其他部件的设置和工作逻辑控制，与实施例1所述相同。

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，可通过调整电动装置2的往复频率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5、

在实施例4的基础上，增设一组标称48V2000Ah的铅酸电池组(储能装置)和一台48V直流电源驱动的往复式电动装置2，铅酸电池组的电源端连接整流装置的电源输出端以及连接电动装置2的电源控制端；该直流电动装置2与实施例5的交流电动装置2的工作逻辑为或，附加或逻辑控制装置实现：或使用直流电/交流电动装置，或使用直流电/直流电动装置；另外，增加一套为铅酸电池组补充电能的常规太阳能装置及其电源控制装置，该电源控制装置的电源输出端连接铅酸电池组的电源端；其余部件的设置和工作逻辑控制方法，与实施例1所述相同。

本实施例适合一些市网供电不正常的地区使用，当市网正常供电，使用市网交流电源、交流驱动的电动装置工作；当市电电网不供电，使用储能装置电源、直流驱动的电动装置工作；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。

实施例6、

在实施例5的基础上，加入充电装置构成又一种电能变换系统；该电能变换系统的放电负载可以是照明用户群或电子仪器，也可以是其他用电设备。

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机4的电源输出端，第一电源输出端连接铅酸电池组的电源端和电动装置2的电源控制端，逻辑控制装置的信号输入端连接铅酸电池组的电源端和整流装置的电源输出端；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：实时监察整流装置的输出电压，当监察到整流装置的实时输出电压高于所设计的输出电压平均值，而铅酸电池组的两端电压又低于50.40V，启动充电装置以恒定电压53.52V限制电流200A的充电方式，为铅酸电池组充电。

本实施例可通过发电机4的电源输出端为外部负载提供交流电源，也可以通过整流装置的电源输出端为外部负载提供电压可调的直流电源。

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)

1.一种电能变换系统，其特征在于，包括励磁体(1)、电动装置(2)、磁矩轮(3)、发电机(4)和电源装置；所述磁矩轮(3)环绕轮圈(3b)同N/S极向间隔排布至少4个转磁体(3c)，且磁矩轮的转轴(3a)与发电机的转轴(4a)同轴心固连或通过变速装置传动；励磁体(1)面向磁矩轮(3)的磁极性与转磁体(3c)面向磁矩轮(3)外缘的磁极性相反；所述的发电机(4)为旋转式；所述的励磁体(1)、磁矩轮(3)设置至少1个；

电动装置(2)包括位置传感器和控制模块，其电源控制端与电源装置连接；位置传感器安装在靠近磁矩轮(3)的固定部位，其信号输出端连接控制模块的工作逻辑信号输入端；电动装置(2)与励磁体(1)机械固连并和磁矩轮(3)相邻设置；

当磁矩轮旋转时，由所述位置传感器获取转磁体(3c)时序旋转的相对位置信号，控制模块根据该位置信号以及设定的工作逻辑控制电动装置(2)位移，使励磁体(1)分别位于与磁矩轮(3)的最小间隙(5)或远离磁矩轮(3)，通过励磁体(1)和转磁体(3c)的周期性反磁极相吸作用使磁矩轮(3)获得转矩，从而驱动发电机(4)旋转发电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，所述励磁体(1)位于与磁矩轮(3)的最小间隙(5)为励磁体(1)和转磁体(3c)二者之间的间距不超过40mm。

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

4.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的励磁体(1)和电动装置(2)一体化设计。

5.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电能变换系统还包括整流装置；整流装置的电源输入端连接发电机(4)的电源输出端，其电源输出端为放电负载提供直流电能。

6.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电源装置包括一次电池装置或/和市网电源装置、将热动力机械能变换为电能的电源装置，以及储能装置；所述的储能装置包括二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置。

7.根据权利要求1或6所述的电能变换系统，其特征在于，所述的电源装置还包括：充电装置；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发电机(4)的电源输出端，第一电源输出端连接储能装置的电源端或/和电动装置(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(4)的电源输出端、整流装置的电源输出端或/和储能装置的电源端。

8.根据权利要求6所述的电能变换系统，其特征在于，所述的储能装置还包括：电能补充装置；电能补充装置包括将风能、太阳能变换为电能的装置，以及市网电源装置；电能补充装置的电源输出端连接储能装置的电源端。

9.基于权利要求1～8任一所述的电能变换系统的控制方法，该方法包括：所述励磁体(1)位于与磁矩轮(3)的最小间隙(5)，控制在转磁体(3c)在时序旋转中趋近基准法线(10)至与基准法线(10)重合的时间段内；所述励磁体(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)，根据励磁体(1)位于最小间隙(5)时的磁源位置与磁矩轮(3)的转轴(3a)而确定；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。

10.根据权利要求9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为励磁体(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。