CN116995826A - 一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置及方法，其中，发电装置包括：左端盖、右端盖、束磁定子、谐振定子及转子；左右端盖对应设置；束磁定子设于左、右端盖之间，其内壁嵌装定子磁钢；谐振定子同轴嵌合于束磁定子内部，其与束磁定子连接处用定位榫嵌合，谐振定子外壁设置导磁柱片和线槽，通过将电感线圈缠绕于导磁柱片上或安装在线槽内，连接到接线盒；转子嵌装磁极交叉的转子磁钢，转子同轴设于谐振定子内部，且转子嵌装于中心轴上通过锁紧螺母锁紧固定，中心轴穿过嵌装于左、右端盖上的深沟轴承接受外部动力带动转子旋转，使电感线圈因磁通量变化产生电压、电流，通过接线盒输出电能。本发明具有发电效率高、降低能耗的特点。

Description

一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置及方法

技术领域

本发明属于发电装置领域，尤其涉及一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置及方法。

背景技术

发电机的形式很多，其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律，因此，其构造的一般原则是：采用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

发电机的结构及工作原理通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成，转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，产生电流做功。

各种商用发电机一直沿用电磁力定律做切割磁力线运动发电，转子或定子预置永磁体或电磁装置，通过转子转动做切割磁力线运动做功发电，机械能转化为电能的效率低，无论是材料技术发展还是机械结构优化，目前的发电机发电效率通常只能达到72％左右，市场需要一种新的技术方案提升发电机的发电效率。

目前，市场上出现了永磁体磁场势能导出发电机，这类发电机属于“感生电”发电机，其工作原理是应用电磁感应定律，导出永磁体磁场势能感应发电。其构造的一般原则是：在发电机定子上安装定子永磁体、在发电机转子上安装转子永磁体，定子永磁体装有导磁片并在导磁片上安装线包绕组，通过转子旋转、使定子永磁体与转子永磁体之间连续构建、灭失磁场势能结构，导磁片上的线包绕组因磁通量正负变化产生感应电动势，在闭合电路中产生感应电流做功。

但是，永磁体磁场势能导出发电机在做功的同时，受楞次定律影响，线包绕组有电流而产生电磁场，电磁场吸引或排斥转子上的永磁体对转子产生阻力，从而导致该结构的发电机发电效率很难突破85％上限，亟需开发一款能够显著提升发电效率的发电装置以解决上述问题。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置及方法，减少电磁对转子磁钢的旋转阻力，从而提升装置发电效率，以解决现有发电机存在发电效率不理想的技术问题。

本发明提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，包括：

左端盖；

右端盖，与所述左端盖对应设置；

束磁定子，设置于所述左端盖与右端盖之间，其内壁嵌装有若干定子磁钢；

谐振定子，同轴嵌合于所述束磁定子内部，其与所述束磁定子连接处用定位榫嵌合，所述谐振定子外壁设置导磁柱片和线槽，通过将电感线圈缠绕于所述导磁柱片上或安装在所述线槽内，连接到接线盒；

转子，嵌装有若干磁极交叉的转子磁钢，所述转子同轴设置于所述谐振定子内部，且所述转子嵌装于中心轴上通过锁紧螺母锁紧固定，所述中心轴两端穿过嵌装于所述左、右端盖上的深沟轴承接受外部动力带动所述转子旋转，从而使所述电感线圈因磁通量变化产生电压、电流，通过所述接线盒输出电能。

在其中一些实施例中，所述束磁定子由铁氧体、硅钢片、坡莫合金或者非晶合金高导磁材料制造而成，所述谐振定子由铁氧体、硅钢片、坡莫合金或者非晶合金高导磁材料制造而成。

在其中一些实施例中，所述转子由非导电材料或者导磁材料制造而成。

在其中一些实施例中，所述定子磁钢选自钕铁硼、铝镍钴、钐钴稀土强磁材料或者海尔贝克阵列磁组强永磁体组合中的任意一种，所述转子磁钢选自钕铁硼、铝镍钴、钐钴稀土强磁材料或者海尔贝克阵列磁组强永磁体组合中的任意一种。

在其中一些实施例中，所述束磁定子内壁嵌装有若干等距呈圆周排列的定子磁钢，所述定子磁钢的数量为2的整数倍件；所述转子上嵌装有若干等距呈圆周排列的转子磁钢，所述转子磁钢的数量为2的整数倍件。

在其中一些实施例中，所述束磁定子内壁嵌装有若干等距呈圆周排列的定子磁钢，所述定子磁钢全部是N极指向轴心或者全部S极指向轴心；

所述转子上嵌装有若干等距呈圆周排列的转子磁钢，所述转子磁钢为N极指向轴心、S极指向轴心、N极S极交叉指向轴心或者NN、SS交叉指向轴心，以满足所述转子旋转引起电路电磁谐振为条件。

在其中一些实施例中，所述定子磁钢和转子磁钢的磁极方向偏转轴心一定角度，偏转角度设定在10°以内。

在其中一些实施例中，所述电感线圈缠绕于所述导磁柱片上，通过串联、并联或串并混联的方式连接到所述接线盒，所述接线盒安装于所述左端盖或右端盖上；或

所述电感线圈以单股线或多股线并线绕的形式制成一个线圈，通过逐槽或隔槽的方式安装在线槽内，连接到所述接线盒，所述接线盒安装于所述左端盖或右端盖上。

在其中一些实施例中，所述定位榫由非导磁材料或者非隔磁材料制造而成。

本发明还提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电方法，该方法采用上述任一实施例所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置进行，包括以下步骤：

所述定子磁钢、转子磁钢和导磁柱片按照圆周等距方式安装；

所述转子带动转子磁钢旋转，使位于所述定子磁钢和转子磁钢之间的电感线圈感生电压、电流，电流流过所述电感线圈时产生电磁，电磁在所述谐振定子的导磁作用下打破磁钢的永磁磁场平衡，由于电感的电压、电流相位差，引起电磁与永磁在所述谐振定子的导磁作用下产生磁电谐振，磁电谐振导致电磁移相，电磁移相减少电磁对所述转子磁钢的旋转阻力，以提升发电效率，最后，通过连接到所述接线盒输出电能。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置及方法，采用磁电谐振的方法，通过转子旋转带动转子磁钢旋转，使位于定子磁钢和转子磁钢之间的电感线圈感生电压、电流，电流流过电感线圈时产生电磁，电磁在谐振定子的导磁作用下打破磁钢的永磁平衡，由于电感的电压、电流相位差，引起电磁与永磁在谐振定子的导磁作用下产生磁电谐振，磁电谐振导致电流流过电感线圈时产生的电磁移相，电磁移相极大减少了电磁对转子磁钢的旋转阻力，从而提升装置发电效率；采用本技术方案制造的发电装置，发电效率超过95％，推广应用该发明可以可以极大的降低能源消耗；

2、本发明提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置具有发电效率高(其发电效率超过95％)、降低能耗的特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所公开的一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置的纵向剖面示意图；

图2为本发明实施例1所公开的一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置的横向剖面示意图；

图3为本发明实施例2所公开的一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置的海尔贝克阵列磁钢组装示意图。

以上各图中：

1、束磁定子；2、定子磁钢；3、接线盒；4、锁紧螺杆；5、定位榫；6、谐振定子；7、电感线圈；8、转子磁钢；9、转子；10、深沟轴承；11、锁紧螺母；12、中心轴；13、左端盖；14、右端盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，图1-3为根据本发明实施例的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置的纵向剖面示意图、磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置的横向剖面示意图以及磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置的海尔贝克阵列磁钢组装示意图。参考图1-3所示，该发电装置至少包括：左端盖13、右端盖14、束磁定子1、谐振定子6以及转子9；其中，左端盖13和右端盖14相对应设置，在左端盖13和右端盖14上还对应嵌装有深沟轴承10；束磁定子1设置于左端盖13与右端盖14之间，其内壁嵌装有若干定子磁钢2，束磁定子1整体外观呈四方形；谐振定子6同轴嵌合于束磁定子1内部，其与束磁定子1连接处用定位榫5嵌合，使谐振定子6与束磁定子1之间不直接接触，能起到定位、阻碍磁路闭合双重作用，谐振定子6外壁设置导磁柱片和线槽，通过将电感线圈7缠绕于导磁柱片上或安装在线槽内，连接到接线盒3，谐振定子6整体呈圆柱形；转子9上嵌装有若干磁极交叉的转子磁钢8，转子9同轴设置于谐振定子6内部，且转子9嵌装于中心轴12上通过锁紧螺母锁紧固定，中心轴12两端穿过嵌装于左端盖13和右端盖14上的深沟轴承10接受外部动力带动转子9旋转，从而使电感线圈7因磁通量变化产生电压、电流，通过接线盒3输出电能。本发明所提供的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，转子带动转子磁钢旋转，使位于定子磁钢和转子磁钢之间的电感线圈感生电压、电流，电流流过电感线圈时产生电磁，电磁在谐振定子的导磁作用下打破磁钢的永磁磁场平衡，由于电感的电压、电流相位差，引起电磁与永磁在谐振定子的导磁作用下产生磁电谐振，磁电谐振导致电磁移相，电磁移相减少电磁对所述转子磁钢的旋转阻力，以提升发电效率，其发电效率超过95％。

在一些实施例中，束磁定子1由铁氧体、硅钢片、坡莫合金或者非晶合金高导磁材料制造而成，谐振定子6由铁氧体、硅钢片、坡莫合金或者非晶合金高导磁材料制造而成；转子9由非导电材料或者导磁材料制造而成；定子磁钢2选自钕铁硼、铝镍钴、钐钴稀土强磁材料或者海尔贝克磁组阵列强永磁体组合中的任意一种，转子磁钢8选自钕铁硼、铝镍钴、钐钴稀土强磁材料或者海尔贝克磁组阵列强永磁体组合中的任意一种；定位榫5由非导磁材料或者非隔磁材料制造而成。

在一些实施例中，束磁定子1内壁嵌装有若干等距呈圆周排列的定子磁钢2，定子磁钢2的数量为2的整数倍件；转子9上嵌装有若干等距呈圆周排列的转子磁钢8，转子磁钢8的数量为2的整数倍件。

在一些实施例中，束磁定子1内壁嵌装有若干等距呈圆周排列的定子磁钢2，定子磁钢2全部是N极指向轴心或者全部S极指向轴心；

转子9上嵌装有若干等距呈圆周排列的转子磁钢8，转子磁钢8为N极指向轴心、S极指向轴心、N极S极交叉指向轴心或者NN、SS交叉指向轴心，以满足转子9旋转引起电路电磁谐振为条件。

在一些实施例中，为了引发谐振的同时，能进一步增强谐振强度，定子磁钢2和转子磁钢8的磁极方向偏转轴心一定角度，偏转角度设定在10°以内。

在一些实施例中，电感线圈7缠绕于导磁柱片上，通过串联、并联或串并混联的方式连接到接线盒3，接线盒3安装于左端盖13或右端盖14上；或

电感线圈7以单股线或多股线并线绕的形式制成一个线圈，通过逐槽或隔槽的方式安装在线槽内，连接到接线盒3，接线盒3安装于左端盖13或右端盖14上。

本发明还提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电方法，利用上述任一实施例所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置进行，包括以下步骤：

S1、定子磁钢2、转子磁钢8和导磁柱片按照圆周等距方式安装；

S2、转子9带动转子磁钢8旋转，使位于定子磁钢2和转子磁钢8之间的电感线圈7感生电压、电流，电流流过电感线圈7时产生电磁，电磁在谐振定子6的导磁作用下打破磁钢的永磁磁场平衡，由于电感的电压、电流相位差，引起电磁与永磁在谐振定子6的导磁作用下产生磁电谐振，磁电谐振导致电磁移相，电磁移相减少电磁对转子磁钢8的旋转阻力，以提升发电效率，最后，通过连接到接线盒3输出电能。

实施例1

本实施例提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，如图1和图2所示，该发电装置包括：左端盖13、右端盖14以及安装于两者之间的束磁定子1、谐振定子6、和转子9，束磁定子1和谐振定子6连接处用定位榫5嵌合，束磁定子1内壁嵌装有定子磁钢2，谐振定子6外壁设置导磁柱片和线槽，电感线圈7缠绕于导磁柱片上或安装在线槽内，连接到接线盒3，转子9上嵌装有磁极交叉的转子磁钢8，转子9嵌装在中心轴12上由锁紧螺母11固定，中心轴12穿过嵌装在左端盖13、右端盖14的深沟轴承10接受外部动力带动转子9旋转，从而使电感线圈7因磁通量变化产生电压、电流，通过接线盒3输出电能。

本实施例中，束磁定子1上等距安装有呈圆周排列的12件定子磁钢2，转子9上等距嵌装有等距呈圆周排列的12件转子磁钢8，定子磁钢2全部是磁极N极指向轴心，转子磁钢8的磁极是N极S极交叉指向轴心。

本实施例中，定子磁钢2和转子磁钢8的磁极方向偏轴心2°，转子磁钢8在旋转到与定子磁钢2平行位置时电感线圈7的磁通量变化最大，定子磁钢2和转子磁钢8因转子旋转产生共振，在谐振定子6的导磁引导下，应用谐振原理增强装置性能。

本实施例中，束磁定子1和谐振定子6连接处用定位榫5嵌合，定位榫5用黄铜制造，金属胶粘合。

本实施例中，谐振定子6外壁上一体加工预留12组等距呈圆周排列的导磁柱片，其中连接定子磁钢2的导磁柱片安装电感线圈7，连接束磁定子1的导磁柱片由定位榫5与谐振定子6嵌合。电感线圈7串联到接到接线盒3，接线盒3连接负载输出电能。

本实施例中，左端盖13、右端盖14的内壁与束磁定子1和谐振定子6的侧面重合，四支锁紧螺杆4锁固左端盖13、右端盖14、束磁定子1和谐振定子6成为一体，深沟轴承10嵌装在左端盖13、右端盖14中心，支撑中心轴12带动转子9旋转。

本实施例中，束磁定子1和谐振定子6为非晶合金高导磁材料制造，转子9用PEEK聚醚醚酮材料制造，转子9上加工出扇形镂空散热孔。定子磁钢2和转子磁钢8用钕铁硼永磁体制造。

本实施例提供一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电方法，采用如上所述的发电装置，包括以下步骤：

定子磁钢2、转子磁钢8、导磁柱片圆周等距安装，转子9带动转子磁钢8旋转，使位于定子磁钢2和转子磁钢8之间的电感线圈7感生电压、电流，电流流过电感线圈7时产生电磁，电磁在谐振定子6的导磁作用下打破磁钢的永磁磁场平衡，由于定位榫5对N极、S极的磁隙阻隔产生永磁共振，由于电感线圈7的电压、电流相位差，引起电磁与永磁在谐振定子6的导磁作用下进一步产生磁电谐振，磁电谐振导致电磁移相，电磁移相减少了电磁对转子磁钢8的旋转阻力，从而提升装置发电效率，该发电装置的发电效率大于95％。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：束磁定子1上圆周等距嵌装12件海尔贝克阵列定子磁钢2，转子9上圆周13弧度等距嵌装24件转子磁钢8，转子磁钢8的间隙嵌入磁片，磁片磁极方向与转子磁钢8的磁极方向垂直组成圆周海尔贝克阵列磁组。如图3所示，转子磁钢8的磁极按照N、S顺序重复排列于磁槽内。

本实施例定子磁钢2和转子磁钢8采用海尔贝克阵列磁组设计，增加磁通量正负变化量，可以进一步提升发电效率。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，包括：

左端盖；

右端盖，与所述左端盖对应设置；

束磁定子，设置于所述左端盖与右端盖之间，其内壁嵌装有若干定子磁钢；

谐振定子，同轴嵌合于所述束磁定子内部，其与所述束磁定子连接处用定位榫嵌合，所述谐振定子外壁设置导磁柱片和线槽，通过将电感线圈缠绕于所述导磁柱片上或安装在所述线槽内，连接到接线盒；

转子，嵌装有若干磁极交叉的转子磁钢，所述转子同轴设置于所述谐振定子内部，且所述转子嵌装于中心轴上通过锁紧螺母锁紧固定，所述中心轴两端穿过嵌装于所述左、右端盖上的深沟轴承接受外部动力带动所述转子旋转，从而使所述电感线圈因磁通量变化产生电压、电流，通过所述接线盒输出电能。

2.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述束磁定子由铁氧体、硅钢片、坡莫合金或者非晶合金高导磁材料制造而成，所述谐振定子由铁氧体、硅钢片、坡莫合金或者非晶合金高导磁材料制造而成。

3.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述转子由非导电材料或者导磁材料制造而成。

4.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述定子磁钢选自钕铁硼、铝镍钴、钐钴稀土强磁材料或者海尔贝克阵列磁组强永磁体组合中的任意一种，所述转子磁钢选自钕铁硼、铝镍钴、钐钴稀土强磁材料或者海尔贝克阵列磁组强永磁体组合中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述束磁定子内壁嵌装有若干等距呈圆周排列的定子磁钢，所述定子磁钢的数量为2的整数倍件；所述转子上嵌装有若干等距呈圆周排列的转子磁钢，所述转子磁钢的数量为2的整数倍件。

6.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述束磁定子内壁嵌装有若干等距呈圆周排列的定子磁钢，所述定子磁钢全部是N极指向轴心或者全部S极指向轴心；

所述转子上嵌装有若干等距呈圆周排列的转子磁钢，所述转子磁钢为N极指向轴心、S极指向轴心、N极S极交叉指向轴心或者NN、SS交叉指向轴心，以满足所述转子旋转引起电路电磁谐振为条件。

7.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述定子磁钢和转子磁钢的磁极方向偏转轴心一定角度，偏转角度设定在10°以内。

8.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述电感线圈缠绕于所述导磁柱片上，通过串联、并联或串并混联的方式连接到所述接线盒，所述接线盒安装于所述左端盖或右端盖上；或

所述电感线圈以单股线或多股线并线绕的形式制成一个线圈，通过逐槽或隔槽的方式安装在线槽内，连接到所述接线盒，所述接线盒安装于所述左端盖或右端盖上。

9.根据权利要求1所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置，其特征在于，所述定位榫由非导磁材料或者非隔磁材料制造而成。

10.一种磁电谐振永磁体磁场势能导出发电方法，其特征在于，采用如权利要求1～9中任一项所述的磁电谐振永磁体磁场势能导出发电装置进行，包括以下步骤：

所述定子磁钢、转子磁钢和导磁柱片按照圆周等距方式安装；

所述转子带动转子磁钢旋转，使位于所述定子磁钢和转子磁钢之间的电感线圈感生电压、电流，电流流过所述电感线圈时产生电磁，电磁在所述谐振定子的导磁作用下打破磁钢的永磁磁场平衡，由于电感的电压、电流相位差，引起电磁与永磁在所述谐振定子的导磁作用下产生磁电谐振，磁电谐振导致电磁移相，电磁移相减少电磁对所述转子磁钢的旋转阻力，以提升发电效率，最后，通过连接到所述接线盒输出电能。