CN110071616B - 一种直线式磁通量压缩发电机构及包括其的发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直线式磁通量压缩发电机构，包括第一部分和第二部分，第一部分包括两个开口相对的U形磁钢，两个U形磁钢的每个端部内侧均固定有永磁体，且两个U形磁钢端部及永磁体之间通过低导磁材料隔开，在两个U形磁钢内部相对设置的永磁体及低导磁材料之间形成直线通道。第二部分包括设置在直线通道中的绕组骨架和磁钢块，绕组骨架外绕有线圈绕组，其内部设置磁钢块，磁钢块两端面与其两侧的永磁体和低导磁材料端面相对；在外力作用下第一部分和第二部分做相对往复高频运动。还公开一种发电机。本发明通过设置两个隔开的U形磁钢及永磁体，并在其内部设置磁钢块和线圈绕组，使得线圈绕组短时间内磁通量剧烈变化，产生高额电动势输出电能。

Description

一种直线式磁通量压缩发电机构及包括其的发电机
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别是涉及一种直线式磁通量压缩发电机构及包括其的发电机。
背景技术
传统的磁通量压缩发电机是依据电枢和电刷连续短路螺旋绕组降低电感，从而增大电流使得感应电动势发生变化，尽管可以获得较高的功率，但是其结构复杂，难以在多种设备中使用。同时，不仅需要的漆包线多，耗用铜材多，制造成本高。
因此亟需发明一种新型的高紧凑、高功率密度的发电机构，在保证大功率输出电能的同时，结构更加简单，减少不必要的器件使用，能适用于多种设备中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直线式磁通量压缩发电机构，使其在保证大功率输出电能的同时，结构更加简单，减少不必要的器件使用，能适用于多种设备中，从而克服现有的磁通量压缩发电机构的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种直线式磁通量压缩发电机构，包括相对运动的第一部分和第二部分，所述第一部分包括：两个开口相对设置的U形磁钢，所述两个U形磁钢的每个端部内侧均固定有永磁体，且两个相对设置的U形磁钢端部以及永磁体之间通过低导磁材料隔开，所述的两个U形磁钢内部，在相对设置的永磁体以及低导磁材料之间形成直线通道；
所述第二部分包括：设置在所述直线通道中的绕组骨架和磁钢块，所述绕组骨架外表面环绕有线圈绕组，所述绕组骨架内部开设有供所述磁钢块放置的通孔，所述磁钢块两端面与其两侧的所述永磁体和低导磁材料端面相对；所述第一部分或第二部分在外力作用下相对于所述第二部分或第一部分沿所述直线通道做直线往复高频运动，通过改变所述永磁体与磁钢块的相对重合面积，使得所述线圈绕组短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势。
进一步改进，相对设置的所述永磁体端部极性相反设置。
进一步改进，所述磁钢块为方形体结构，所述磁钢块通过过盈配合固定在所述绕组骨架内部的方形通孔中。
进一步改进，所述磁钢块两端面与相对的所述永磁体及低导磁材料配合面精密间隙配合且间隙很小。
进一步改进，所述第一部分或第二部分的运动幅度为在所述绕组骨架与一个U形磁钢接触时，所述磁钢块端面与另一个U形磁钢上的永磁体端面不重合。
进一步改进，所述第一部分为动子部分，所述动子部分与外部往复动力机构固定连接，所述第二部分为定子部分，所述绕组骨架与外部不动件固定连接。
进一步改进，所述绕组骨架外表面开有凹槽，所述凹槽中环绕所述线圈绕组。
进一步改进，所述永磁体与U形磁钢端部通过胶体粘连。
进一步改进，所述低导磁材料采用不锈钢片，所述不锈钢片与其两侧的U形磁钢端面固定连接。
本发明还提供一种发电机，该发电机采用如上述的直线式磁通量压缩发电机构。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明通过设置两个由低导磁材料隔开的U形磁钢及永磁体，并在其内部设置一个磁钢块和线圈绕组，通过动子部分的直线平移运动，导致磁钢块与两个U形磁钢上的永磁体端面交替重合，且重合面积快速变化，使得线圈绕组短时间内磁通量发生剧烈变化，进而产生高额感应电动势，提高发电功率密度。
本发明结构简单，减少了不必要的器件使用，可以适用于多种发电设备中。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明直线式磁通量压缩发电机构的结构示意图。
图2为本发明直线式磁通量压缩发电机构的立体结构示意图。
图3为本发明直线式磁通量压缩发电机构的磁钢块在发电机构的中间位置时的磁路和磁通。
图4为本发明直线式磁通量压缩发电机构的磁钢块在发电机构的左侧位置时的磁路和磁通。
其中，1为U形磁钢、2为永磁体、3为线圈绕组、4为不锈钢片、5为磁钢块、6为绕组骨架。
具体实施方式
参照附图1和2所示，本实施例直线式磁通量压缩发电机构，包括动子部分和定子部分。动子部分包括：两个开口相对设置的U形磁钢1，该两个U形磁钢1的每个端部内侧均固定有永磁体2，且两个相对设置的U形磁钢1端部以及永磁体2之间通过低导磁材料4隔开。该两个U形磁钢1内部，在相对设置的永磁体2以及低导磁材料4之间形成直线通道7。
具体的，该永磁体2与U形磁钢1的端部通过胶体粘连在一起，使得永磁体随U形磁钢一起运动。且该U形磁钢1中相对设置的两个永磁体2端部极性相反设置。该低导磁材料4采用不锈钢片，该不锈钢片与其两侧的U形磁钢1端面固定连接。该低导磁材料4的作用是防止两个U形磁钢连通，在U形磁钢内部形成完整的磁场，降低永磁体与磁钢块表面重合产生的高额电动势。
本实施例中定子部分包括：设置在该直线通道7中的绕组骨架6和磁钢块5。该绕组骨架6的外表面开有凹槽，该凹槽中环绕有线圈绕组3。该绕组骨架6内部开设有供该磁钢块5放置的通孔，该磁钢块5两端面与其两侧的该永磁体2和低导磁材料4端面相对。且该磁钢块5两端面与相对的该永磁体2及低导磁材料4配合面精密间隙配合且间隙很小。
具体的，该磁钢块5为方形体结构，该磁钢块5通过过盈配合或其它连接方式固定在该绕组骨架6内部的方形通孔中。该绕组骨架6与外部不动件固定连接，则绕组骨架6、线圈绕组3和磁钢块5形成定子部分，固定不动。
该动子部分在外部的往复动力机构作用下，相对于该定子部分沿该直线通道7做直线往复高频运动，导致磁钢块5的端面与两个U形磁钢上的永磁体2的端面交替重合，且相对重合面积变化较大，使得该线圈绕组3短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势。
较优实施例为，该动子部分的运动幅度为在该绕组骨架3与一个U形磁钢1接触时，该磁钢块5的端面与另一个U形磁钢1上的永磁体2端面不重合，形成线圈绕组3短时间内磁通量发生剧烈改变，进一步提升发电功率密度。
参照附图3和4所示，上述直线式磁压缩发电机构的发电原理为：动子部分带动永磁体2沿直线通道7快速向左移动的过程中，左侧U形磁钢1上的永磁体2的端面与磁钢块5的端面逐渐重合，右侧U形磁钢1上的永磁体2的端面与磁钢块5的端面逐渐分离错开，导致线圈绕组3在短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势；而当动子部分带动永磁体2沿直线通道7快速向右移动的过程中，左侧U形磁钢1上的永磁体2的端面与磁钢块5的端面逐渐分离错开，右侧U形磁钢1上的永磁体2的端面与磁钢块5的端面逐渐重合，再一次导致线圈绕组3在短时间内磁通量发生剧烈变化，产生很高的电动势输出。
当然，还可将本实施例中动子部分和定子部分的相对运动关系互调，即将U形磁钢与外部不动件连接，将绕组骨架与外部动力机构连接，形成绕组骨架带动线圈绕组和磁钢块沿直线通道快速平移的发电机构，同样可以产生线圈绕组短时间内磁通量发生剧烈改变的技术效果，从而产生很高的电动势输出。
将上述直线式磁通量压缩发电机构应用于发电机，由于直线运动空间的最小化设置，能大大提高整体空间的充分利用率，提升发电效果，形成有效减少发电机构体积和提升发电功率密度，满足“高紧凑动力”发电机的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种直线式磁通量压缩发电机构，包括相对运动的第一部分和第二部分，其特征在于，所述第一部分包括：两个开口相对设置的U形磁钢，所述两个U形磁钢的每个端部内侧均固定有永磁体，且两个相对设置的U形磁钢端部以及永磁体之间通过低导磁材料隔开，所述的两个U形磁钢内部，在相对设置的永磁体以及低导磁材料之间形成直线通道，且相对设置的所述永磁体端部极性相反设置；
所述第二部分包括：设置在所述直线通道中的绕组骨架和磁钢块，所述绕组骨架外表面环绕有线圈绕组，所述绕组骨架内部开设有供所述磁钢块放置的通孔，所述磁钢块的两端面与其两侧的所述永磁体和低导磁材料的端面相对；所述第一部分或第二部分在外力作用下相对于所述第二部分或第一部分沿所述直线通道做直线往复高频运动，通过改变所述永磁体与磁钢块的相对重合面积，使得所述线圈绕组短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势。
2.根据权利要求1所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述磁钢块为方形体结构，所述磁钢块通过过盈配合固定在所述绕组骨架内部的方形通孔中。
3.根据权利要求2所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述磁钢块两端面与相对的所述永磁体及低导磁材料配合面为间隙配合。
4.根据权利要求1至3任一项所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述第一部分或第二部分的运动幅度为在所述绕组骨架与一个U形磁钢接触时，所述磁钢块端面与另一个U形磁钢上的永磁体端面不重合。
5.根据权利要求1所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述第一部分为动子部分，所述动子部分与外部往复动力机构固定连接，所述第二部分为定子部分，所述绕组骨架与外部不动件固定连接。
6.根据权利要求5所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述绕组骨架外表面开有凹槽，所述凹槽中环绕所述线圈绕组。
7.根据权利要求1所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述永磁体与U形磁钢端部通过胶体粘连。
8.根据权利要求1所述的直线式磁通量压缩发电机构，其特征在于，所述低导磁材料采用不锈钢片，所述不锈钢片与其两侧的U形磁钢端面固定连接。
9.一种发电机，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的直线式磁通量压缩发电机构。
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