CN109639049A - 一种量子磁极传动的发电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子磁极传动的发电装置及其控制方法；发电装置包括旋转式发电机、磁矩转盘、逻辑电源、电磁装置和启动装置；磁矩转盘的周面设置有n个磁极面向转轴且以任意方式相间排布的永磁体；发电机转轴与磁矩转盘的转轴同轴固连或通过机械传动装置传动；电磁装置包括磁芯和线圈，安装在磁矩转盘的周面相邻部位；逻辑电源的电源输出端连接电磁装置，信号输入端连接信号传感器；信号传感器包括电磁装置的线圈；驱动电源依据磁场脉动信号控制电磁装置量子化通电产生与磁矩转盘前转对应的量子磁极，使磁矩转盘获得转矩增量并联动发电机发电；本发明还提供了该发电装置的一种控制方法。

Description

一种量子磁极传动的发电装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及发电机旋转发电的动力机械设计领域，具体涉及一种量子磁极传动的发电装置及其控制方法。

背景技术

常规旋转发电机是由产生旋转机械能的动力机驱动，其优点是工况稳定，代价是连续消耗驱动机械旋转的能源；为了增加旋转发电机的输出功率，不少同行尝试在发电机的转轴增设大质量的机械惯性轮，实用效果众说纷纭。机械惯性轮的研究近年较活跃，例如在一份名称为“发电系统”(ZL201721156090.9)的实用新型专利中，披露了一种主动轮和被动轮的外缘均设置有若干永磁体的技术方案，永磁体的N/S磁极交替排布，主动轮与被动轮相邻设置，利用主动轮旋转对被动轮传递永磁体的能量而使被动轮产生其所述的永磁转能驱动发电机，该类技术方案伴生的磁阻尼较大，不能充分发挥隐藏在永磁体的能量以及机械惯性轮的优势。

要充分发挥这类外缘设置有永磁体的大质量机械轮的惯性作用，必须在机械轮的外部持续补充有利于机械轮前转的磁作用能量，这种磁作用能量的补充可以运用各种形式能源的转化。本申请基于一种在周面部位设置永磁体的磁矩转盘，通过电磁装置的量子化做功而为磁矩转盘补充电磁能量，使发电机获得发电增益；磁矩转盘补充电磁能量所需要的电能，可以从化学直流电源以及风能、太阳能、光热或地热转化而来，通过各种能源技术的综合应用获得更多的发电增益。

发明内容

本发明的目的，在于克服常规旋转发电机由旋转动力机驱动的局限，基于一种带转轴、在周面设置永磁体的磁矩转盘，通过补充周期性的电磁能量增加磁矩转盘的转矩，从而达到发电机获得发电增益、综合利用各种能源的设计目的。

为实现上述技术目标，本发明提供了一种量子磁极传动的发电装置，该发电装置包括：旋转式发电机、磁矩转盘、逻辑电源、电磁装置和启动装置；所述的磁矩转盘为带转轴的机械构件，其周面设置有n个永磁体，永磁体的磁极面向转轴且n≥2时以任意方式相间排布；发电机的转轴与磁矩转盘的转轴同轴固连或通过机械传动装置传动；所述电磁装置包括磁芯和环绕磁芯设置的至少一组线圈；电磁装置安装在所述磁矩转盘的周面相邻部位，与永磁体旋转周线之间的气隙为m；所述逻辑电源为一个内贮有通/断电控制程序的逻辑开关电源，其包括直流电源、开关电路和逻辑控制模块，直流电源的输出端连接开关电路的电源输入端，逻辑控制模块的控制端连接开关电路；逻辑电源的电源输出端连接电磁装置，其信号输入端连接信号传感器；所述信号传感器包括电磁装置的线圈；

启动装置启动磁矩转盘前转时，驱动电源依据所获得的磁场脉动信号，控制电磁装置量子化通电产生与磁矩转盘前转对应的量子磁极，使磁矩转盘获得转矩增量并联动发电机发电；所述的前转根据磁矩转盘的旋转方向而定义。

上述技术方案所述的磁矩转盘为约定称谓，指一类绕轴旋转为特征的机械构件；所述的n为正整数，磁极面向转轴设置意为N极或S极面向转轴；所述n≥2时相间排布意为两个以上永磁体的排布，优选间隔相同，所述磁极排布的任意方式包括但不限于磁极同向、磁极N/S交替排布；所述的直流电源包括任意的一次/二次电池、直流电装置和交流电整流装置，一次电池例如锌锰电池、铝空气膜电池，二次电池例如铅酸电池、锂电池、镍氢电池；所述电池包括若干单体串联/并联而成的电池组；所述信号传感器包括电磁装置的线圈隐含了信号传感器安装在磁矩转盘周面相邻部位的变换表述；所述的量子化通电为脉冲通电，所述的量子磁极为对应量子化通电而在时间上不连续的电磁极。

上述技术方案所述的启动装置包括任意能源转换的旋转动力机，其转轴与发电机的转轴或磁矩转盘的转轴同轴固连，或通过机械传动装置的传动实现启动。

上述技术方案中，所述的启动装置还包括永磁转能装置；永磁转能装置在所述旋转动力机的外周面设置若干N极或S极面向转轴的永磁体，该永磁体相应所述磁矩转盘外周面的永磁体设置而排布；永磁转能装置与磁矩转盘水平相邻设置并通过永磁转能装置的旋转对磁矩转盘实现启动。

作为上述技术方案的一种改进，所述磁矩转盘的周面设置两个以上，内周面设置为磁矩转盘内部的环形凹型槽。

作为上述技术方案的又一种改进，所述的磁矩转盘的盘体由2种以上不同比重的固体成型材料构成。所述的含义是指磁矩转盘的不同部位设置不同的材质。

作为上述技术方案的再一种改进，所述的逻辑电源还包括电能补充装置，电能补充装置的电源输出端连接逻辑电源的直流电源的输入端。用于电能补充装置的能源来源，包括但不限于风能、太阳能、光热或地热能以及化石能源。

以上述的技术方案为基础，本发明还提供了一种前述发电装置的控制方法，该方法为：逻辑电源依据所获得的磁矩转盘前转的磁场脉动信号，控制电磁装置在所述永磁体趋近或越过基准法线且θ或/和θ的绝对值位于30度≤θ＜90度的状态时域通电产生与磁矩转盘前转对应的量子磁极，其余状态时域断电；其中，所述的基准法线由所述转轴与所述磁芯的位置连线所确定，所述的θ为永磁体前转与电磁装置相邻发生的电磁力与法向分力的动态矢量夹角。

作为上述控制方法的一种优选，所述的逻辑电源设置n个通/断电的周期，在永磁体前转趋近基准法线且所述θ位于90度至30度的状态时域控制电磁装置通电，电流方向对应为：量子磁极与所相对的永磁体的磁极性相反；或者，在永磁体前转越过基准法线且所述θ位于－30度至－90度的状态时域控制电磁装置通电，电流方向对应为：量子磁极与所相对的永磁体的磁极性相同。

作为上述控制方法的又一种优选，所述的逻辑电源设置2n个通/断电的周期，控制电磁装置在永磁体前转趋近基准法线且所述θ位于90度至30度的状态时域通电(电流方向对应为量子磁极与所相对的永磁体的磁极性相反)和在永磁体前转越过基准法线且所述θ位于－30度至－90度的状态时域通电(电流方向对应为量子磁极与所相对的永磁体的磁极性相同)。

以上所述的发电装置的控制方法，还包括逻辑电源对通电时域的校正：所述校正步骤为将永磁体位于θ为0的状态作为基准座标和基准时间，当永磁体每次前转至基准座标时，逻辑电源内贮的控制程序进行一次时间归0校准并记录永磁体本次前转周期时间，通过与永磁体上次前转至基准座标的周期时间比较，从而获知永磁体的下一次前转周期，并相应地结合内贮的控制程序调整通电时域。

以上所述的发电装置在实际应用中所需要的机械架件，在有效实现机械固定、支撑的前提下，所选用的材料和结构可以任意。

本发明所述的发电装置与常规发电机的设计区别在于：

1)在结构上，本发电装置不是内部设置定子与转子的单元式发电机，磁矩转盘与电磁装置在空间上分立，可设置多个同转轴的磁矩转盘；

2)磁矩转盘、逻辑电源和电磁装置不是常规驱动发电机的动力机，既可视为常规发电机的一种旋转增益装置，也可独立使用，综合应用各种能源。

本发明所述电-电转换的发电装置，作为动力源驱动的特点是脉冲放电，可满足部分化学直流电源的需求，在便携领域有难以替代的优势；所述综合应用各种能源，可把从风能、太阳能、光热或地热转化而来的不稳定能源转换为稳定的直流电源，为发电机旋转补充电磁能量变换的机械能，使发电机获得增益。

本发明的优点在于：通过逻辑电源控制电磁装置量子化通电，使磁矩转盘具有量子磁极带来的磁能量补充，从而作为发电机的一种旋转增益装置或独立配用装置，综合应用各种能源的效果明显，以此方案设计的发电装置结构容易实现，组合多样化、发电增益明显，有效适应高端发电领域的应用需求。

附图说明

图1是本发明所述发电装置的一种基础结构的局部示意图；

图2a是一种外周面设置4个永磁体的磁矩转盘的俯视结构示意图；

图2b是一种设置三个周面的磁矩转盘的盘体侧视结构示意图；

图2c是永磁体设置在图2b所示磁矩转盘三个周面的侧视结构示意图；

图2d是一种由两种不同材质构成的磁矩转盘的结构示意图；

图3是所述永磁体在磁矩转盘设置的磁极方向示意图；

图4是逻辑电源的一种逻辑电路结构及与信号传感、电磁装置的关系示意图；

图5a是所述永磁体前转趋近基准法线的磁吸作用趋势示意图；

图5b是所述永磁体前转越过基准法线的磁斥作用趋势示意图；

图6a是图5a运动模型的磁作用力线及其动态夹角的分解示意图；

图6b是所述永磁体趋近电磁装置、切向分力最大的状态示意图；

图6c是所述永磁体前转至和基准法线重合的状态示意图；

图7是一种启动装置的转轴与发电机的转轴同轴固连的结构示意图；

图8是一种周面外缘设置有若干永磁体的启动装置的结构示意图；

图9是一种启动装置与磁矩转盘相邻设置的结构示意图。

附图标识：

1、电磁装置 1a、线圈 1b、磁芯 2、逻辑电源

3、磁矩转盘 3a、转轴 3b、周面 3c、永磁体

3d1、无磁性合金 3d2、ABS 4、气隙 5、发电机

5a、发电机转轴 6、启动装置 6a、启动装置转轴 10、基准法线

11、磁极线 12、轴线 13、磁作用力线 31、实时法线

32、实时切线 θ、动态夹角 L、磁极间距

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。

图1是本发明所述的一种发电装置的局部结构示意图，与常规发电机5的结构区别是转轴5a与一个磁矩转盘3的转轴3a同轴机械固连；磁矩转盘的周面3b设置有n个永磁体3c(为简化图面，图中只标出1个)，永磁体的磁极以任意方式沿磁矩转盘的轴线12方向相间排布；磁矩转盘3相应发电机5前转时，在周面3b为电磁装置1提供了前转的磁场脉动信号，从而可以使驱动电源依据该磁场脉动信号控制电磁装置1量子化通电产生与磁矩转盘前转对应的量子磁极，使磁矩转盘3获得转矩增量并联动发电机获得旋转机械能的增益。

磁矩转盘3要充分利用惯性转矩，基体材料应采用比重较大的无磁性合金制造，且设计为盘状；磁矩转盘可以有多种设计形式，图2a是一种外周面3b设置4个永磁体3c的示例；图2b是一种设置三个周面的盘体示例，包括外周面3b1，两个内周面3b2为内部设置的环形凹型槽，其三个周面均可设置n个永磁体，如图2c所示。磁矩转采用无磁性合金、塑钢或其他固体成形材料复合成型，包括一体化设计制造，图2d是两种不同材质组合的环状磁矩转盘的示例，圆环3d1的材料为无磁性合金，圆环3d2的材料为ABS，这种组合设计的优点是利用圆环3b1的质量保障磁矩转盘具有较大的旋转惯性，同时又利用圆环3b2节省了材料成本。

永磁体3c为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的材料，其自身固有磁性且磁极方向不因外部磁场而改变；永磁体在不影响安装于周面3b的前提下不限形状，设置部位包括周面3b的内缘、外缘和内部，设置在内缘如图2d所示，设置在外缘如图2a所示，设置在内部如图2c所示；设置多个永磁体有利于增强磁力作用，其设置数受限于电磁装置的磁力有效区间。所述永磁体的N极或S极面向转轴3a如图3所示，优选两磁极相连的磁极线11与轴线12的夹角不超过15度。

电磁装置1的功能是把直流电转换为电磁极，由于逻辑电源2对电磁装置的通电方式为量子化供电，电磁装置1对应产生的是量子磁极。磁芯1b为本领域技术人员公知的一种在外磁场作用下可产生更强附加磁场的磁介质材料，设计为产生电磁极的任意形状，例如条形、凹型；线圈1a通常使用铜线或镀铜铝芯线，匝数越多，电磁作用越强；所述电磁装置与永磁体的旋转周线之间的气隙4，指磁芯1b与永磁体3c的相对气隙，m的取值与磁芯的导磁率、线圈匝数、永磁体的磁通量以及线圈通电强度相关；气隙是电磁装置传递电磁能量的通道，气隙越小越有利于电磁能量的传递，小型装置一般设置1-2mm，中型装置一般设置2-20mm。

所述的信号传感器包括电磁装置的线圈1a是信号传感器与永磁体3c的旋转周线相邻设置的一种变换表述；电磁装置的线圈可设置一组，同时兼作电磁力线圈和传感线圈；由于电磁力线圈的功能是产生电磁极，而传感线圈的功能是通过磁电感应获得永磁体的位置信号，实用设计往往将线圈设置两组以上，一组作为电磁力线圈，另外一组以上作为传感线圈。信号传感器不限于使用磁电模块，例如使用光电信号元件同样可获得永磁体3c的旋转相对位置信号。根据对信号传感器的精度及可靠性要求，逻辑电源2可相应设置一路或多路的信号输入端。

所述的逻辑电源2为一个内贮有逻辑通/断电控制程序的逻辑开关电源，其内部包括直流电源、开关电路和逻辑控制模块，其一种逻辑控制电路结构及其与电磁装置线圈、信号传感器的关系示意如图4所示，开关电路的电源输入端连接直流电源，电源输出端连接外部电磁装置1的线圈，开关电路的逻辑控制端连接逻辑控制模块；逻辑控制模块的信号输入端连接外部的信号传感器，开关电路的通/断电及其通电时序校正受控于逻辑控制模块内贮的控制程序。

逻辑电源2采用逻辑数字技术及相关电路实现，其子模块一般包括：逻辑接口电路、内贮有逻辑控制程序的微处理器和信号输入处理电路以及外围电路，能通过所输入的传感信号进行相应的数模变换并根据设定逻辑控制输出时序电流。目前市场上已有较多的逻辑控制电源产品，可供编程，容易定制，只要信号控制精度和所供编程运算的微处理器内存空间满足使用，各种辅助电路达到设计的要求，通过对市购或定制的电源控制器的输入/输出参数编程可满足工作逻辑要求。

永磁体3c伴随磁矩转盘旋转在周面3b形成了规律性的脉动磁场，该磁场的脉动不仅提供了永磁体前转趋近或远离电磁装置1的位置信号，而且提供了永磁体相对运动的磁极信息，因此本发明所述的信号传感器不仅是一个位置传感器，而且兼有判定永磁体3c所相对磁极的功能；通过电磁装置1的线圈绕组1a或专门设置的信号传感器，可把该位置信号和相对磁极信息变换为电信号反馈到逻辑电源2的信号输入端，作为逻辑电源相应控制电磁装置量子化通电的逻辑依据。由于永磁体3c可提供前转趋近或远离电磁装置1的相对磁极信息，无论磁极沿磁矩转盘的轴线12方向怎样相间设置，逻辑电源2都可判定出所相对永磁体的磁极极性，并按逻辑控制模块内贮的程序相应控制电磁装置1的通电电流方向。

所述“量子化通电产生与磁矩转盘前转对应的量子磁极”隐含了多重技术涵义：逻辑电源2为逻辑通/断电；电磁装置1产生的是量子磁极，与前转对应的量子磁极隐含了通电时域、电流方向或磁极方向的技术特征。电磁极对磁矩转盘的作用不一定对应前转，磁矩转盘有可能获得转矩增量、无益甚至减量；即使电磁极作用对应前转，电磁力也同时并存切向分力(增益来源)和法向分力(无增益)，此消彼长，只有通过有效的量子化通电控制才能获得磁矩转盘前转增益；所述的电源控制方法是在切向分力和法向分力此消彼长的状态下通过逻辑控制，多利用切向分力，少做无用功；因此，逻辑电源2的功能不仅仅是产生量子磁极的电源，同时是一个对磁矩转盘脉动电磁场信号的逻辑控制系统，与磁矩转盘3前转对应的电源控制原则为：永磁体3c前转趋近基准法线10时，电磁装置1产生的量子磁极与相向的永磁体的磁极性相反，如图5a所示；永磁体3c前转越过基准法线10时，电磁装置1产生的量子磁极与相向的永磁体的磁极性相同，如图5b所示。逻辑电源基于上述控制原则的通/断电逻辑控制，存在着进一步的通电时域优化以及时序校正方法。

图6a是图5a示例的电磁极作用分解示意图，基准法线10为电磁装置(的磁芯1b磁极)和转轴3a位置确定的连线，永磁体3c所受到电磁装置1相吸的磁作用力线13可分解为沿实时法线31(由转轴3a与永磁体3c的位置确定)方向的法向分力和沿实时切线32方向的切向分力，其中，电磁装置1对永磁体3c的磁吸力与法向分力形成了动态矢量夹角θ，该夹角θ可等价表述为磁作用力线13与实时法线31的夹角；对永磁体绕轴有贡献的是切向分力，切向分力的大小与动态矢量夹角θ相关。θ是一个跟随永磁体3c前转的运动变量，永磁体3c在前转趋近基准法线10、θ为90度角至0的状态区间，切向分力随θ变小而减弱，θ为90度角的切向分力最大，如图6b所示；当θ为0(永磁体3c与基准法线10重合)，法向分力最大，切向分力为0，此相对状态对永磁体的绕轴旋转无贡献，如图6c所示。

图5b所示的电磁极作用模型同理，当永磁体3c在前转中越过了基准法线10，则受到电磁极排斥的作用力同样可分解为趋向轴心的法向分力和切向分力，以及形成相应的动态矢量夹角θ，在θ为0至-90度角的状态区间所受到的切向磁斥力随θ的绝对值变大而增强，在-90度角的位置最强。

逻辑电源2控制电磁装置1通电的时域需综合考虑：以θ位于90度至0的状态时域为例，当θ为45度角时电磁力的法向分力与切向分力相同，从节省电能的设计角度，应控制在θ＜45度角的状态时域断电，更优选在60度≤θ＜90度角的状态时域通电，将电能大部分用于驱动永磁体绕轴旋转转。

所述的发电装置的控制方法中，需注意所述的永磁体3c是在周面3b上设置的所有永磁体，而不是同一个永磁体，逻辑电源通/断电的周期设置与周面3b上设置的永磁体3c的个数n直接相关；当周面3b设置4个永磁体，逻辑电源相应优选设置4或8个通/断电的周期；当周面3b设置8个永磁体，逻辑电源优选设置为8个或16个通/断电的周期，如此类推，具体设计需注意周面3b上设置的永磁体3c个数n与逻辑电源2通/断电的周期控制关系。

综上，所述发电装置中逻辑电源2对电磁装置1的控制方法包括了三种：

1)永磁体前转趋近基准法线10、θ位于90度至30度角的状态时域通电；

2)永磁体前转越过基准法线10、θ位于－30度至－90度角的状态时域通电；

3)在以上1)和2)所述的两个状态时域控制通电，该方法属一种优选。

以上所述的第1)电源控制方法和第2)种电源控制方法等价，该三种电源控制方法包括的根据逻辑电源2获取永磁体的前转周期的实时值结合内贮的控制程序而调整的校正步骤，在以下实施例中详细说明。

所述的启动装置6包括使用任意能源的旋转动力机，例如旋转电动机、转矩形式输出的内燃机，一种启动装置的转轴6a与发电机的转轴5a同轴固连的结构示意如图7所示；所述的启动装置通过机械传动装置的传动实现启动，隐含了发电装置启动后可脱离发电机工作的技术方案。启动装置6还包括永磁转能装置，其结构特征是在所述旋转动力机的周面6b外缘设置有若干的永磁体6c，永磁体6c的设置方式为S极或N极面向转轴6a，其一种结构示意如图8所示。

所述永磁转能装置的永磁体6c相应磁矩转盘外周面3b的永磁体3c设置而排布，是当磁矩转盘外周面3b所设置永磁体3c的磁极交替排布/同向排布时，永磁转能装置外周面6b所设置若干永磁体6c的磁极相应交替排布/同向排布；技术要点为：在磁矩转盘/永磁转能装置的外周面3b/6b设置的永磁体3c/6c，两者磁极沿磁极运动周线之间的圆弧间距L相等。永磁转能装置与磁矩转盘3水平相邻设置的一种结构与安装示意如图9所示(为简化图面，图中只标出一个永磁体)。

所述的发电装置中，同一个磁矩转盘3可设置多套电磁装置1，也可组合设置为多个同转轴3a的磁矩转盘形式，多个磁矩转盘组合设置多个电磁装置有利于增加发电机的机械能转矩增量；同理，逻辑电源2也可分立多个组合控制的技术方案，该类变形实施为本领域的技术人员所容易理解。

实施例1、

一种量子磁极传动的发电装置，包括旋转式发电机5、启动装置6、一个磁矩转盘3、一个逻辑电源2和一套电磁装置1，其局部结构示意如图1所示；磁矩转盘的结构示意如图2a所示，盘体材料由无磁性合金制成，该圆盘带转轴3a，半径100Cm，厚10Cm，环绕外周面3b设置4个面积10×6Cm、厚1.5Cm的永磁体3c，永磁体相间平均排布，S极面向转轴，N极面向外缘，磁极连线11与和磁矩转盘3的轴线12重合；发电机的转轴5a通过机械传动装置与磁矩转盘的转轴3a实现传动。

电磁装置1包括条形磁芯1b和线圈1a，磁芯采用高导磁率的特种硅镍稀土制成，设置一组线圈，线圈采用铜导线(载流20A以上)环绕磁芯而成，绕组匝数100圈以上(具体匝数根据实验调整)；逻辑电源2的内部控制电路结构和信号逻辑控制关系如图4所示，包括内部开关电路、逻辑控制模块和一个使用锌电极的液流型储能库作为直流电源，直流电源的两极连接开关电路的电源输入端，开关电路的控制端连接逻辑控制模块，其工作逻辑由逻辑控制模块内贮的程序控制，开关电路的电源输出端和逻辑控制模块的信号输入端分别连接线圈1a的两端。

启动装置6采用永磁转能装置，其结构示意如图8所示，在一台直流电动机的周面6b外缘相间设置有若干永磁体，S极面向转轴，N极面向外缘，磁极间距L与设置在磁矩转盘周面3b的永磁体3c的间距相等。该作为启动装置6的永磁转能装置与磁矩转盘3水平相邻设置，局部结构与安装示意如图9所示，直流电动机的电源连接锌液流型储能库的电源输出端。

安装时，电磁装置的磁芯1b固定在磁矩转盘的周面3b相邻部位，与周面3b上永磁体3c的旋转周线之间的气隙4为0.8Cm(具体根据实验调整)；本实施例的发电装置从启动装置6通过旋转永磁能启动磁矩转盘3开始旋转到工况稳定，所实现的控制有一个根据所述永磁体3c相对运动状态的调整、校正方法过程：

1)逻辑电源2相应磁矩转盘3的每个旋转周期设计4个通/断电的周期，当磁矩转盘开始旋转、任一个永磁体3c在前转中首次越过基准法线10时，线圈1a被感应出一个脉冲磁电信号，使逻辑电源2获得第一个传感信号，从而控制导通首个正向脉冲电流使电磁装置1面向永磁体发生磁极性为N极的量子磁极，与首次越过基准法线10的永磁体产生同性相斥作用使磁矩转盘获得前转增量；

2)当第二个永磁体3c越过基准法线10时，逻辑电源2获得第二个传感信号，控制电磁装置导通第2个正向脉冲电流、面向永磁体发生磁极性为N极的量子磁极，使磁矩转盘继续获得前转增量；通过第1个和第2个信号的时间间隔比较，初判出磁矩转盘的初启旋转周期，并将θ为0的状态作为基准座标和基准时间，内贮控制程序进行一次时间归0校准，同时记录永磁体的本次前转周期时间；

3)当第三个永磁体3c越过基准法线10时，逻辑电源2获得第三个传感信号，根据所记录的永磁体的上次前转周期时间，作出第3个正向脉冲电流的起始时间校正和脉宽(脉冲电流时间)校正，控制电磁装置1对应第三个永磁体3c越过基准法线10且θ为－60度至－90度角的状态时域面向永磁体发生N极；

4)随着获得第n个传感信号，逻辑电源2在每次校正调整过程进行(n－1)次时间归0校准，同时记录永磁体第(n－1)次前转周期时间，作为对第(n－2)个正向脉冲电流的起始时间校正和脉宽校正依据，使逻辑电源2在永磁体3c相应于θ为－60度至－90度角的状态时域导通正向脉冲电流，控制电磁装置1面向永磁体3c产生N极；如此类推，逻辑电源2的正向脉冲电流的起始时间和脉宽获得一次再一次的不断校正，使磁矩转盘3持续获得转矩增量，趋向稳定工况；

5)逻辑电源2量子化供电控制磁矩转盘3工况稳定后，磁矩转盘的转速将取决于逻辑电源2的正向脉冲电流强度，电流越强，磁矩转盘的转速越快；发电装置所发出电能的旋转机械能来源，为启动装置6和磁矩转盘3所合成。

本实施例的发电装置的工况稳定后，如果把启动装置6与发电机耦合传动的机械传动装置脱离，完全利用逻辑电源2对电磁装置1量子化供电、对磁矩转盘补充电磁能量而维持发电机旋转，该发电装置可视为一台机械式的电源逆变器，通过把各种能源转换成电能储存，可达到综合利用各种能源发电的设计目的。

实施例2、

以上实施例1中，电磁装置1的功能是兼作量子磁极发生装置和永磁体3c相对位置的磁电信号传感器，由于线圈1a的主要功能是产生量子磁极，对绕组有电流过载能力要求，而磁电信号传感器的功能是产生磁电信号，绕组匝数与磁电感应的信号灵敏度相关，会受到电磁力线圈兼作磁电感应线圈的设计限制。

本实施例把磁电感应线圈与电磁力线圈分立设计，环绕磁芯1b的线圈1a设计为两组，一组为电磁力线圈，根据对绕组的电流过载能力的要求设计；另一组为磁电感应线圈，根据对绕组的磁电感应信号灵敏度的要求设计。

此外，本实施例把磁矩转盘的盘体改由图3示例的两种不同材质组合，圆环3d1的材料为无磁性合金，圆环3d2的材料为ABS，利用圆环3d1的质量保障磁矩转盘3具有较大的旋转惯性，同时又利用圆环3d2节省了材料成本。

实施例3、

在实施例1和实施例2中，永磁体3c的位置传感功能是由电磁装置的线圈实现，磁电感应的信号灵敏度不及专用的信号传感器；在实施例1和实施例2的基础上，本实施例把电磁装置1产生量子磁极兼作信号传感器的功能分立设计，采用4个专用的磁电模块作为信号传感器，4个专用磁电模块分别固定安装在与磁矩转盘的周面3b相邻、靠近永磁体3c旋转周线的部位，相间均匀排布。

本实施例采用4个专用信号传感器，永磁体3c的位置传感信号灵敏度更高。

前述实施例的启动装置6，也可以变换为配置一台天然气内燃机驱动的旋转动力机，其转轴6a与发电机5的转轴5a机械固连实现启动，如图7所示；该发电装置工况稳定后，如果旋启动装置持续工作，可通过逻辑电源2变换的量子磁极对磁矩转盘持续增加旋转机械能，使发电机获得储能库电能变换的发电增益。

实施例4、

基于实施例1的基础设计，变形设计一种磁矩转盘3具有三个周面3b的发电装置，磁矩转盘3的结构示意如图2c所示，分别具有一个外周面和两个环形凹型槽形式的内周面，每个周面分别设置有4个永磁体3c，三个周面3b所设置的永磁体3c的磁极排布与实施例1所述的磁极排布类同。

电磁装置1设置为3套，与实施例1所述的结构类同，3套电磁装置1分别安装在与三个周面3b相邻、靠近永磁体3c的旋转周线部位。

本实施例的逻辑电源2具有3路直流电源输出，3路传感信号输入，分别连接三套电磁装置的线圈1a，逻辑电源对三套电磁装置1的通/断电逻辑控制与通电时序的设计、校正方法，均与实施例1类同；由于磁矩转盘具有三个周面3b并设置3×4个永磁体3c，磁矩转盘联动发电机所获得的功率增益效果比实施例1好。

实施例5、

在实施例1的发电装置基础上，将作为直流电源的锌液流储能库置换为同标称电压的一次铝空气电池组，其余与实施例1相同。铝空气电池的优势是重量比能量高，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/电解液可视为一种对直流电源的电能补充方法(业内惯称机械充电)。

实施例6、

在实施例1的发电装置基础上，加入补充电能用的太阳能装置和控制装置，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锌液流储能库的电源输出端；充电装置包括两个子模块，第一充电模块用于控制太阳能装置对锌液流储能库补充电能，充电输出端连接锌液流储能库的电源输入端。

充电装置分立设计，也可以与所述的逻辑电源2实行一体化设计。

充电装置的第二充电模块包括交流电源输入端、直流电源输出端和逻辑控制装置，交流电源输入端连接发电机5的电源输出端，直流电源输出端连接锌液流储能库的电源输入端，逻辑控制装置的信号输入端连接发电机5的电源输出端；逻辑控制装置内置有CPU、内存及其工作外围电路，固化有充电逻辑的控制程序；第二充电模块的充电控制逻辑为：通过逻辑控制装置的信号输入实时监察发电机的交流电输出电压，当监察到发电机实时输出的交流电压高于所设计的平均值时，启动充电装置以恒定电压、限制电流的充电方式，为锌液流储能库补充电能。

本实施例可实现智能化地使用发电装置输出的交流电，把发电装置负载富余的交流电能通过第二充电装置储存到锌液流储能库；同时，综合应用了光电能源并通过锌液流储能库为系统外部提供第二路直流电源输出。

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)

1.一种量子磁极传动的发电装置，其特征在于，包括旋转式发电机(5)、磁矩转盘(3)、逻辑电源(2)、电磁装置(1)和启动装置(6)；所述磁矩转盘(3)为带转轴(3a)的机械构件，其周面(3b)设置有n个永磁体(3c)，永磁体(3c)的磁极面向转轴(3a)且n≥2时以任意方式相间排布；发电机的转轴(5a)与磁矩转盘(3)的转轴(3a)同轴固连或通过机械传动装置传动；所述电磁装置(1)包括磁芯(1b)和环绕磁芯设置的至少一组线圈(1a)；电磁装置(1)安装在所述磁矩转盘的周面(3b)相邻部位，与永磁体(3c)旋转周线之间的气隙(4)为m；所述逻辑电源(2)为一个内贮有通/断电控制程序的逻辑开关电源，其包括直流电源、开关电路和逻辑控制模块，直流电源的输出端连接开关电路的电源输入端，逻辑控制模块的控制端连接开关电路；逻辑电源(2)的电源输出端连接电磁装置(1)，其信号输入端连接信号传感器；所述信号传感器包括电磁装置(1)的线圈(1a)；

启动装置(6)启动磁矩转盘(3)前转时，驱动电源(2)依据所获得的磁场脉动信号，控制电磁装置(1)量子化通电产生与磁矩转盘(3)前转对应的量子磁极，使磁矩转盘(3)获得转矩增量并联动发电机(5)发电；所述的前转根据磁矩转盘(3)的旋转方向而定义。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的启动装置(6)包括任意能源转换的旋转动力机，其转轴(6a)与发电机(5)的转轴(5a)或磁矩转盘(3)的转轴(3a)同轴固连，或通过机械传动装置的传动实现启动。

3.根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，所述的启动装置(6)还包括永磁转能装置；永磁转能装置在所述旋转动力机的外周面(6b)设置若干N极或S极面向转轴(6a)的永磁体(6c)，该永磁体(6c)相应所述磁矩转盘(3)外周面(3b)的永磁体(3c)设置而排布；永磁转能装置与磁矩转盘(3)水平相邻设置并通过永磁转能装置的旋转对磁矩转盘(3)实现启动。

4.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述磁矩转盘(3)的周面(3b)设置两个以上，内周面设置为磁矩转盘(3)内部的环形凹型槽。

5.根据权利要求1或4所述的发电装置，其特征在于，所述的磁矩转盘(3)的盘体由2种以上不同比重的固体成型材料构成。

6.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的逻辑电源(2)还包括电能补充装置，电能补充装置的电源输出端连接所述直流电源的输入端。

7.基于权利要求1～6任一所述的发电装置的控制方法，该方法为：逻辑电源(2)依据所获得的磁矩转盘(3)前转的磁场脉动信号，控制电磁装置(1)在所述永磁体(3c)趋近或越过基准法线(10)且θ或/和θ的绝对值位于30度≤θ＜90度的状态时域通电产生与磁矩转盘(3)前转对应的量子磁极，其余状态时域断电；其中，所述的基准法线(10)由所述转轴(3a)与所述磁芯(1b)的位置连线所确定，所述的θ为永磁体(3c)前转与电磁装置(1)相邻发生的电磁力与法向分力的动态矢量夹角。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述的逻辑电源(2)设置n个通/断电的周期，在永磁体(3c)前转趋近基准法线(10)且所述θ位于90度至30度的状态时域控制电磁装置(1)通电，电流方向对应为：量子磁极与所相对的永磁体(3c)的磁极性相反；或者，逻辑电源(2)在永磁体(3c)前转越过基准法线(10)且所述θ位于－30度至－90度的状态时域控制电磁装置(1)通电，电流方向对应为：量子磁极与所相对的永磁体(3c)的磁极性相同。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述的逻辑电源(2)设置2n个通/断电的周期，控制电磁装置(1)在权利要求8所述的永磁体(3c)前转趋近和越过基准法线(10)的两个不同状态时域以所述对应的电流方向通电。

10.根据权利要求7-9任一所述的控制方法，其特征在于，还包括逻辑电源(2)对通电时域的校正：所述校正步骤为将永磁体(3c)位于θ为0的状态作为基准座标和基准时间，当永磁体(3c)每次前转至基准座标时，逻辑电源(2)内贮的控制程序进行一次时间归0校准并记录永磁体(3c)本次前转周期时间，通过与永磁体(3c)上次前转至基准座标的周期时间比较，从而获知永磁体(3c)的下一次前转周期，并相应地结合内贮的控制程序调整通电时域。