CN110165863B - 一种变磁通道磁压缩发电机构及包括其的发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变磁通道磁压缩发电机构，包括相对运动的第一部分和第二部分，第一部分包括具有两个轴向通孔的第一导磁体，两个轴向通孔的上部和下部均设置有感应线圈，两个轴向通孔的远端侧边处设置有永磁体，两个轴向通孔之间的导磁体中隔壁上设有连通孔；第二部分为穿过连通孔且与连通孔可相对运动的第二导磁体，第一部分或第二导磁体在外力作用下快速实现第二导磁体与两个永磁体交替式接触与分离，形成磁阻的周期性变化，实现感应线圈中磁道切换，磁通量剧烈变化，产生高额电动势输出电能。还公开一种发电机。本发明从本质上改变了传统电机通过导体切割磁感线发电的结构，减小电机内部低效率空间，减轻电机质量，提高功率密度且结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别是涉及一种变磁通道磁压缩发电机构及包括其的发电机。
背景技术
目前发电装置的原理主要是基于法拉第定律，传统的发电装置多通过线圈与永磁体之间的相对运动实现线圈内磁通量的变化，以将该线圈与该永磁体之间相对运动的机械能转换为电能，这种方法导致发电装置的空间利用率和功率密度较低，为保证一定的功率就必须占用较大的空间且电机重量较重。则现有的发电机构无法满足功率大、体积小的需求。
在此基础上，本发明提出了一种变磁通道磁压缩发电机构，从本质上改变了传统电机通过线圈与永磁体的相对运动实现切割磁感线发电的结构，而是在整个发电过程中保持永磁体和线圈相对位置不发生改变的创新结构，使其在极小的尺寸内就能提供尽可能大的功率密度，结构简单，成本低，能量转化效率高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变磁通道磁压缩发电机构，使其在极小的尺寸内就能提供尽可能大的功率密度，结构简单，成本低，能量转化效率高，从而克服现有的发电机构的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种变磁通道磁压缩发电机构，包括相对运动的第一部分和第二部分，所述第一部分包括：具有两个轴向通孔的第一导磁体，所述两个轴向通孔的上部和下部均设置有感应线圈，所述两个轴向通孔的远端侧边处设置有永磁体，所述两个轴向通孔之间的导磁体中隔壁上设有连通孔；
所述第二部分为穿过所述连通孔且与所述连通孔可相对运动的第二导磁体，所述第一部分或第二导磁体在外力作用下快速实现所述第二导磁体与两个所述永磁体交替式接触与分离，实现所述感应线圈中磁道切换，磁通量大幅度高频变化，产生高额电动势输出电能。
进一步改进，所述第一部分为定子部分，所述第一导磁体为定子槽，所述第二导磁体为动子，所述动子与外部往复动力机构固定连接。
或者，所述第一部分为动子部分，所述第一导磁体与外部往复动力机构固定连接，所述第二部分为定子部分，所述第二导磁体与外部不动件固定连接。
进一步改进，两个所述永磁体的极性布置方向相同。
进一步改进，所述轴向通孔中上部的两个感应线圈沿所述导磁体中隔壁上部纵向缠绕，所述轴向通孔中下部的两个感应线圈沿所述导磁体中隔壁下部纵向缠绕。
进一步改进，所述永磁体采用方形体结构。
进一步改进，所述第二导磁体采用截面为工字型的立体结构。
进一步改进，所述两个永磁体的横向长度之和、第二导磁体的横向长度与第二导磁体的运动幅度之间比例为1:3:1。
进一步改进，所述第一导磁体和第二导磁体均采用硅钢强导磁材质制成。
本发明还提供一种发电机，该发电机采用如上述的变磁通道磁压缩发电机构。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1.本发明变磁通道磁压缩发电结构，通过将定子槽与感应线圈、永磁体固定连接，使感应线圈和永磁体相对位置保持固定不变，而是通过第二导磁体的高频往复运动，与两侧的永磁体交替贴合与分离，形成磁阻的周期性变化，进而不断地切换磁道，使感应线圈内磁通量有规律的大幅度高频变化，磁场利用率高，实现在极小的尺寸内就能提供尽可能大的功率密度。本发明发电机构从本质上改变了传统电机通过导体切割磁感线发电的结构，不仅减小了电机内部的低效率空间，极大地减轻了电机的质量，提高了功率密度，结构简单，还在一定程度上降低了制造成本。
2.通过采用高导磁材料的第一导磁体和第二导磁体，有效降低了磁路损失。并且采用硅钢制成的第二导磁体有效降低了机械损失，进一步提高了能量转化效率。
3.该发电结构在发电状态下输出的电压波形接近方波，便于整流发电，能提高波形利用率。
4.该发电机构结构紧凑，便于布置，可以在较小的空间内产生较大的发电功率，十分便于应用在小型发动机发电机组以及混合动力车辆上。
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是本发明变磁通道磁压缩发电机构的结构示意图。
图2为本发明变磁通道磁压缩发电机构中第二导磁体位于左侧位置时的磁路和磁通。
图3为本发明变磁通道磁压缩发电机构中第二导磁体位于中间位置时的磁路和磁通。
其中，1为第一导磁体、2为线圈绕组、3为永磁体、4为第二导磁体、5为轴向通孔、6为第一导磁体中隔壁。
具体实施方式
参照附图1所示，本实施例变磁通道磁压缩发电机构，包括定子部分和动子部分。该定子部分包括：具有两个轴向通孔5的第一导磁体1，该两个轴向通孔5的上部和下部均设置有感应线圈2，该两个轴向通孔5的远端侧边处分别设置有永磁体3，该两个轴向通孔5之间的导磁体中隔壁6上设有连通孔。需要指出的是，本申请中“上”“下”“左”“右”仅是针对本实施例附图中的方位来讲，用于详细清楚的表述本实施例技术方案，不应理解为是对本申请技术方案的任何限定作用。
具体的，该第一导磁体1为定子槽，该定子槽与外部不动件固定连接。且该感应线圈2和永磁体3均与第一导磁体1固定连接。
并且，该轴向通孔5中上部的两个感应线圈2沿导磁体中隔壁6上部纵向缠绕，形成同一个感应线圈，同样该轴向通孔5中下部的两个感应线圈2沿导磁体中隔壁6下部纵向缠绕，形成同一个感应线圈。该两个永磁体3的极性布置方向相同。该结构设置均利于形成完整的循环磁路。
该动子部分为穿过第一导磁体1中隔壁上的连通孔且与该连通孔可相对运动的第二导磁体4。该第二导磁体4用于作为磁场介质，与外部的高频往复动力机构固定连接，如活塞机构或其它能实现往复平移运动的动力机构，实现第二导磁体4在第一导磁体1内部的直线高频运动。
本实施例中该定子槽的轴向通孔5为方形孔，该永磁体3采用方形体结构，如矩形。该第二导磁体4采用截面为工字型的立体结构，当然也还可以采用其它对称结构。该第一导磁体1和第二导磁体4均采用强导磁材质制成，如硅钢。
则本实施例中第二导磁体4在外力作用下快速实现在第一导磁体1内部的直线高频运动，完成该第二导磁体4与第一导磁体1内部的两个永磁体3的交替式接触与分离。由于第二导磁体4作为磁场介质，在第二导磁体4与第一导磁体1内的两个永磁体3交替式接触与分离过程中，能实现该感应线圈2中磁道切换，磁通量大幅度高频变化，产生高额电动势，输出高功率密度电能。
较优实施例为，两个永磁体3的横向长度之和、第二导磁体4的横向长度与第二导磁体4的运动幅度之间比例为：1:3:1。该结构设置能实现较少的漏磁效果，进一步提高能量转化效率。
参照附图2和3所示，上述变磁通道磁压缩发电机构的发电原理为：第二导磁体4在外部动力机构作用下，在第一导磁体1内部进行直线高频运动，在第二导磁体4向图中左侧方向移动时，该第二永磁体4与左侧的永磁体3贴合，此时第二导磁体4、永磁体3和第一导磁体1之间形成完整闭环磁路，这时通过感应线圈2中的磁通量较小；而当第二导磁体4向图中右侧方向移动时，该第二永磁体4与左侧的永磁体3分离，位于第一导磁体1内部中间位置时，第一导磁体1分别与两侧的永磁体3各自形成循环磁路闭环，此时大部分磁感线通过感应线圈2，线圈中的磁通量较大；接着，在第二导磁体4继续向图中右侧方向移动时，该第二永磁体4与右侧的永磁体3贴合，此时第二导磁体4、永磁体3和第一导磁体1之间又形成完整闭环磁路，通过感应线圈2中的磁通量再次减小；这样通过第二导磁体4的高频往复运动，形成磁阻的周期性变化，能导致线圈绕组2在短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势，输出大量电能。并且该发电结构在发电状态下输出的电压波形接近方波，便于整流发电，能提高波形利用率。
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，即将第二导磁体4与外部不动件连接，将第一导磁体1与外部动力机构连接，形成第一导磁体1带动感应线圈和永磁体相对于第二导磁体4直线快速平移，同样可以产生感应线圈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。
将上述变磁通道磁压缩发电机构应用于发电机，由于该发电机构抛弃了传统电机通过导体切割磁感线发电的结构，通过改变磁阻而改变磁通道的方式发电，不仅极大地提高了能量转换效率和功率密度，还大大减轻了发电机构及发电机的体积和重量，满足高紧凑、高功率密度的发电机要求。该高紧凑动力的发电机特别适合用于混合动力车辆，为混合动力车辆的高行程目标提供可能。
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 (8)
1.一种变磁通道磁压缩发电机构，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：具有两个轴向通孔的第一导磁体，所述两个轴向通孔的上部和下部均设置有感应线圈，所述两个轴向通孔的远端侧边处设置有永磁体，所述两个轴向通孔之间的导磁体中隔壁上设有连通孔；其中，两个所述永磁体的极性布置方向相同，所述轴向通孔上部的感应线圈沿所述导磁体中隔壁的上部纵向缠绕，所述轴向通孔下部的感应线圈沿所述导磁体中隔壁的下部纵向缠绕；
所述第二部分为穿过所述连通孔且与所述连通孔可相对运动的第二导磁体，所述第一部分或第二导磁体在外力作用下快速实现所述第二导磁体与两个所述永磁体交替式接触与分离，实现所述感应线圈中磁道切换，磁通量大幅度高频变化，产生高额电动势输出电能。
2.根据权利要求1所述的变磁通道磁压缩发电机构，其特征在于，所述第一部分为定子部分，所述第一导磁体为定子槽，所述第二导磁体为动子，所述动子与外部往复动力机构固定连接。
3.根据权利要求1所述的变磁通道磁压缩发电机构，其特征在于，所述第一部分为动子部分，所述第一导磁体与外部往复动力机构固定连接，所述第二部分为定子部分，所述第二导磁体与外部不动件固定连接。
4.根据权利要求1所述的变磁通道磁压缩发电机构，其特征在于，所述永磁体采用方形体结构。
5.根据权利要求4所述的变磁通道磁压缩发电机构，其特征在于，所述第二导磁体采用截面为工字型的立体结构。
6.根据权利要求5所述的变磁通道磁压缩发电机构，其特征在于，所述两个永磁体的横向长度之和、第二导磁体的横向长度与第二导磁体的运动幅度之间比例为1:3:1。
7.根据权利要求1所述的变磁通道磁压缩发电机构，其特征在于，所述第一导磁体和第二导磁体均采用硅钢强导磁材质制成。
8.一种发电机，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的变磁通道磁压缩发电机构。
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