CN111799975A - 一种基于量子磁极的逻辑控制电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于量子磁极的逻辑控制电源及其控制方法；逻辑控制电源包括逻辑电源和电磁装置；电磁装置包括磁芯和至少一组线圈；逻辑电源包括直流电源、开关电路和逻辑控制模块，其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；逻辑控制电源用于控制一种带转轴的磁矩转盘，其周面设置有n个磁极面向转轴且以任意方式相间排布的永磁体；电磁装置固定在磁矩转盘的周面相邻部位；逻辑电源依据所获得的磁矩转盘前转的磁场脉动信号，控制电磁装置量子化通电产生量子磁极使磁矩转盘获得前转增量；本发明还公开了该逻辑控制电源对磁矩转盘的一种控制方法。

Description

一种基于量子磁极的逻辑控制电源及其控制方法

技术领域

本发明涉及旋转机械的控制电源设计领域，具体涉及一种基于量子磁极并且用于控制一种磁矩转盘的逻辑控制电源及其控制方法。

背景技术

本发明所述的逻辑控制电源基于控制一种磁矩转盘，该类磁矩转盘源于对惯性转矩装置以及机械储能装置的研究，一种简单应用例如大质量的机械惯性轮，设计者尝试在电动机的转轴增设机械惯性轮增加旋转惯性，满足一些无需完全稳定旋转的机械装置的需求，例如物料混合釜或空气交换用的旋转叶片，其更需要节电；此外，由于不少化学电源的特点更适合脉冲放电，需要一种通过蓄电池脉冲放电形式驱动机械旋转的装置，特别是在城乡电网未覆盖的边远地区。

磁矩转盘的应用近年研究活跃，其结构特点是在转盘的外缘设置有若干永磁体，已有技术是利用外部补充永磁转能维持磁矩转盘旋转，例如一份名称为“发电系统”(ZL201721156090.9)的实用新型专利，披露了一种利用主动轮外缘设置若干永磁体与磁矩转盘相邻传递永磁体旋转能量的技术方案，该类永磁转能传递的技术方案伴生的磁阻尼较大，不能充分发挥磁矩转盘的惯性。本申请对磁矩转盘的磁能量补充是运用电磁力，通过逻辑电源控制电磁装置量子化做功为磁矩转盘补充电磁能量，控制磁矩转盘持续获得电能变换的转矩增量，提高电能利用率。

发明内容

本发明的技术目的，是基于控制一种带转轴、在周面设置永磁体的磁矩转盘，通过逻辑电源获取脉动磁源信号，运用电磁装置与永磁体的磁极作用，控制在有利于增加磁矩转盘转矩的状态时域对电磁装置量子化通电使之产生量子磁极，从而对磁矩转盘补充电磁能量，达到提高电能利用率的设计目的。

为实现上述技术目标，本发明提供了一种基于量子磁极的逻辑控制电源，该逻辑控制电源包括：逻辑电源和电磁装置；所述的电磁装置包括磁芯和环绕磁芯设置的至少一组线圈；所述的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；

所述的逻辑控制电源用于控制一种带转轴的磁矩转盘，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；安装时，电磁装置固定在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；

所述的逻辑控制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，使磁矩转盘获得前转增量；其中，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，指一类以绕轴旋转为特征的机械构件，其盘体例如圆盘、若干叶片；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；所述的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。

上述技术方案中，所述的信号传感器包括但不限于磁电感应模块。

作为上述技术方案的一种改进，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所述直流电源的输入端。用于电能补充的能源来源，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逻辑控制电源对所述磁矩转盘的控制方法，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，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45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。

作为上述控制方法的又一种优选，所述的逻辑电源设置n个通/断电的周期，控制电磁装置在永磁体前转越过基准法线且所述θ位于－45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。

作为上述控制方法的再一种优选，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45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－45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)。

以上对所述的磁矩转盘的控制方法，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。

以上所述的逻辑控制电源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。

本发明所述的逻辑控制电源与常规永磁电动机电源控制器的区别在于：

1)控制对象不是内部设置定子与转子的单元结构式电动机；

2)如果把逻辑控制电源的电磁装置类比定子，则电磁装置是产生量子磁极，且安装部位没有与转子转轴重合的隐含技术要求，常规电动机的定子是由铁芯部及若干绕组组成，铁芯部产生的是交变旋转磁场，内部绕组也不可能设置一组；

3)逻辑电源对电磁装置的通电不改变电流方向；而常规直流电动机虽然也使用直流电，但进入定子绕组需进行电流方向变换，通常使用电刷或电子换向器来实现，对应电流方向变换在定子铁芯部产生的是交变磁场。

量子化通电的逻辑控制电源特点可满足部分化学直流电源的脉冲放电需求，通过对设置有永磁体的磁矩转盘补充量子化的电磁能量，可有效增加磁矩转盘的转矩。所述的磁矩转盘，可以通过其转轴或盘面的任意部位为外部提供转矩。

本发明的逻辑控制电源的优点在于：通过逻辑电源对电磁装置的量子化通电控制，使磁矩转盘具有量子磁极作用带来的转矩增量，以此方案设计的逻辑控制电源结构简单，节能效果明显，可有效控制磁矩转盘以适应市场应用需求。

附图说明

图1a是一种周面外缘设置4个永磁体的磁矩转盘的俯视结构示意图；

图1b是一种周面内缘设置8个永磁体的磁矩转盘的俯视结构示意图；

图1c是一种在叶片外缘设置永磁体的三叶式磁矩转盘的正视结构示意图；

图2a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2b是在图2a盘体的三个周面设置永磁体的侧视结构示意图；

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逻辑信号、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6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7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8是所述永磁体前转至和基准法线重合的状态示意图。

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

4、间隙 10、基准法线 11、磁极连线 12、轴线

13、磁作用力线 31、实时法线 32、实时切线 θ、动态夹角

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。

本发明逻辑控制电源的控制对象是一类具有转轴3a、在周面3b设置有永磁体3c的磁矩转盘3，所述的永磁体为磁钢、钕铁硼等自身固有磁性且磁极方向不因外部磁场而改变的材料；磁矩转盘视具体应用有多种不同的设计形式，一种在周面3b外缘设置4个永磁体3c的磁矩转盘如图1a所示；一种在周面3b内缘设置8个永磁体3c的磁矩转盘如图1b所示；图1c是一种三叶式磁矩转盘的示例，叶片外缘3b各设置一个永磁体3c，三个永磁体伴随叶片旋转构成了磁极旋转周线，等效于环形磁矩转盘；磁矩转盘还可以设置多个周面3b，图2a是一种设置有三个周面的盘体侧视结构示意图，外周面3b1为磁矩转盘3的外缘，两个内周面3b2为磁矩转盘3内部设置的环形凹型槽，其三个周面均可设置永磁体，如图2b所示。

这类磁矩转盘设置永磁体的特征是N极或S极面向转轴，如图3所示，两磁极相连的磁极线11与轴线12的夹角一般不超过15度，常见形式是多个永磁体3c沿周面3b磁极同向、N/S磁极交替相间平均排布；这类磁矩转盘的工作形式为旋转，共同特点是：永磁体伴随旋转为周面3b外部提供了一个周期性规律分布的脉动磁场，为逻辑控制电源提供了位置信号依据和控制补充电磁能量的磁场特征。

现有技术控制上述这类磁矩转盘的旋转，是利用在外缘设置有若干永磁体的主动轮与磁矩转盘相邻设置的技术方案，利用主动轮带动永磁体旋转对磁矩转盘传递永磁转能，该类技术方案的磁阻尼较大，不能充分发挥磁矩转盘的惯性。

本发明中，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，绕组匝数越多，电磁作用越强。电磁装置与永磁体3c的旋转周线之间的气隙4，指磁芯与所相对永磁体的间隙，m的取值与磁芯导磁率、线圈匝数、永磁体的磁通量以及线圈的通电强度相关；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量子磁极，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是一个内贮有逻辑通/断电控制程序的逻辑开关电源，包括直流电源、开关电路和逻辑控制模块，其电源控制电路的一种逻辑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，逻辑电源内部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都可以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前转增量、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6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7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8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，从有益于永磁体前转和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。

所述逻辑电源2对电磁装置1的电源控制方法中，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1个永磁体，逻辑电源相应设置1或2个通/断电的周期；当周面3b设置4个永磁体，逻辑电源优选设置为4个或8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，所述逻辑电源2对电磁装置1的电源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45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－45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。

作为本发明逻辑控制电源控制对象的磁矩转盘设计形式众多，包括盘体设计不同、同一个转轴组合设置多个磁矩转盘，等等；对设置一个或同轴设置多个的磁矩转盘，可举一反三地设置多个电磁装置1进行匹配，也可以对多个电磁装置分立多个逻辑电源2组合控制，该类变形实施为本领域技术人员容易理解。

实施例1、

设计一种专用于控制磁矩转盘的逻辑控制电源，该逻辑控制电源包括逻辑电源2和电磁装置1；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，线圈由铜导线(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的内部电路结构和逻辑控制关系如图4所示，包括一组铅酸蓄电池(直流电源)、开关电路和逻辑控制模块，蓄电池连接开关电路的电源输入端，开关电路的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，线圈1a扮演了电磁力线圈和磁电信号传感器的双重角色。

本实施例的控制对象是一种如图1b所示的磁矩转盘3，其结构为带转轴3a的圆盘，盘体材料由大质量的无磁性合金制成，圆盘的半径100Cm，厚10Cm，环绕周面3b内缘设置有8个面积10×6Cm、厚1.5Cm的永磁体3c，8个永磁体相间平均排布，S极面向转轴，N极面向外缘，永磁体的磁极连线11与和磁矩转盘3的轴线12重合。安装时，电磁装置1的磁芯1b固定在磁矩转盘的周面3b的相邻部位，与永磁体3c旋转周线之间的间隙4为0.8Cm(具体根据实验调整)。

逻辑电源2从磁矩转盘3开始旋转到控制工况稳定，所实现的有效控制有一个根据所述周面3b上永磁体3c相对运动状态的调整、校正过程：

1)逻辑电源2相应磁矩转盘3的每个旋转周期设计8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，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N极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控制的磁矩转盘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。

本实施例通过控制一个盘面对接物料混合釜的磁矩转盘，由于磁矩转盘的质量较大，可充分发挥其旋转惯性，逻辑电源2内置的控制程序，可把磁矩转盘3的转速控制在一定的转速区间，使电能转换机械能的节电效果显著。

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。

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。

为增加磁矩转盘3的转矩增量，本实施例及前述例均可对所述的逻辑控制电源设置多个电磁装置1，多个电磁装置的磁芯1b安装在磁矩转盘的周面3b相邻部位，与永磁体3c旋转周线之间的间隙4根据实验调整而确定。

实施例4、

设计一种逻辑控制电源控制如图2b所示具有三个周面3b的磁矩转盘3，该磁矩转盘3分别具有一个外周面和两个环形凹型槽形式的内周面，三个周面分别设置有8个永磁体3c，每个周面的永磁体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3×8个永磁体3c，所控制磁矩转盘取得的转矩增量效果比实施例1好。

实施例5、

在实施例1的逻辑控制电源的基础上，将铅酸蓄电池组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。

本实施例的逻辑控制电源通过控制所述的磁矩转盘3，可实现把一次铝空气电池的脉冲电能转换为机械转矩的设计目的。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，尤其是当铝电极溶解或电解液趋向饱和，可通过更换铝电极/电解液的方式使铝空气电池继续工作，该更换铝电极/电解液的操作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的逻辑控制电源基础上，加入为铅酸蓄电池组补充电能的太阳能装置及其控制装置，控制装置的直流充电输出端连接铅酸蓄电池，并在此基础上把所控制的磁矩转盘与一台旋转式发电机对接组合出一种辅助发电装置。

该辅助发电装置将电磁转矩装置的磁矩转盘3的转轴3a通过一个磁悬浮变矩/传动装置与发电机的转轴固连，通过控制磁矩转盘与发电机的同步旋转增加发电机的机械转矩，获得发电机的发电功率增益。如果把发电机的源动力旋转机械装置的耦合脱离，可利用电磁能量补充维持磁矩转盘惯性旋转使发电机发电。

本实施例可综合利用光电能源，实现了把光电、铅酸蓄电池组的直流电变换为交流电的设计目标，替代常规DC-AC电路技术的逆变器，避免伴随DC-AC电路产生的高频辐射干扰，满足某些特殊用户的需要。

实施例7、

在实施例6的基础上，把作为直流电源的铅酸蓄电池组置换为使用锌电极的大容量液流型储能库，并相应设置包括第二充电装置和放电装置的第二控制装置；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。

第二充电装置分立设计，也可以与太阳能控制装置实行一体化设计。

第二充电装置包括交流电源输入端、直流电源输出端和逻辑控制装置，其中，交流电源输入端连接所述旋转发电机的电源输出端，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所述旋转发电机的电源输出端；逻辑控制装置内置有CPU、内存及其工作外围电路，以及内置有充电逻辑的控制程序，第二充电装置的充电控制逻辑为：实时监察所述旋转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机输出的交流电，把发电机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 (8)

1.一种基于量子磁极的逻辑控制电源，其特征在于，包括逻辑电源(2)和电磁装置(1)；所述的电磁装置(1)包括磁芯(1b)和环绕磁芯设置的至少一组线圈(1a)；所述的逻辑电源(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)；

所述的逻辑控制电源用于控制一种带转轴(3a)的磁矩转盘(3)，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；安装时，电磁装置(1)固定在磁矩转盘的周面(3b)相邻部位，与永磁体(3c)旋转周线之间的气隙(4)为m；

所述的逻辑控制电源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)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)获得前转增量；其中，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所述的逻辑控制电源，其特征在于，所述的信号传感器包括但不限于磁电感应模块。

3.根据权利要求1所述的逻辑控制电源，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。

4.基于权利要求1～3任一所述的逻辑控制电源对所述磁矩转盘的控制方法，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。

5.根据权利要求4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，控制电磁装置(1)在永磁体(3c)前转趋近基准法线(10)且所述θ位于90度至45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(3c)的磁极性相反。

6.根据权利要求4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，控制电磁装置(1)在永磁体(3c)前转越过基准法线(10)且所述θ位于－45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(3c)的磁极性相同。

7.根据权利要求4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5和权利要求6所述的永磁体(3c)前转趋近和前转越过基准法线(10)的两个不同状态时域以权利要求5和权利要求6所述的相应电流方向通电。

8.根据权利要求4-7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。

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