CN206117475U - 用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置。本实用新型装置包括：磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；能量收集单元，用于与磁场发生相对运动并在其南北极性交变区域产生交变的电势；能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；储能单元和/或负载，用于接收输出的能量。该装置实现对磁场发生极性变化的区域能量的收集和转换，大大提高了磁场利用率，且在发电效率和装置小型化方面更是显著优于普通发电机。

Description

用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体涉及用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置。

背景技术

当今，先进的工业领域及能源领域需要更多体积更小却更高效的发电装置。现有的发电装置主要还是电机和发电机。对于一般交流电机而言，电机体积与电机转矩有关，而电机转矩取决于磁通和电流的乘积，因此，电机体积受到气隙磁密和导体允许的电流面密度的限制。而气隙磁密本身也是受到限制的，比如，常规交流电机的气隙磁场要求为正弦波，而永磁电机由于气隙主磁场由永磁体产生，其气隙磁密更是受到硅钢片最大磁密(如1.2T)的限制。对于径向磁通电机，绕组和磁通之间存在尺寸上的制约(通磁通的齿部和布置绕组的槽的尺寸直接影响电机定子直径)，要提高功率密度，一般采用提高绕组利用率实现，如采用分段铁芯和集中绕组的办法实现高的槽满率；对于横向磁通电机，一般采用提高绕组空间以提高功率密度，但这样的提高也很有限。此外，电机电流流过绕组的电流密度与损耗和绕组温升直接相关，在冷却方式和绝缘确定的情况下，电流密度也受到限制。总之，当前常规的电机或发电机的结构严重制约了其在效率提升和小型化的实现上的改进。

因此，开发一种全新的高功率密度和小型化的发电装备具有重要的现实意义，以满足当前先进的工业领域及能源领域对于高功率密度的小型化的电机或发电机的迫切需要，尤其是满足在车载、机动场合的电源系统领域的迫切需要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，改变了常规电机稳态磁场条件下的电机设计和运行理论，对于磁场发生极性变化的区域能量进行收集和转换，从而大大提高磁场利用率，在发电效率和装置小型化方面更是显著优于普通发电机。

一种用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，包括：

磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；

能量收集单元，用于与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动，并在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；

能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；

储能单元和/或负载，用于接收所述能量转换单元输出的能量。

其中，

所述磁场源产生装置的数量可以为一个，也可以为多个。

所述磁场源产生装置可以为至少一对永久磁钢，也可以为至少一组通电线圈，均能产生具有不同极性(即南北极性)交变区域的磁场。

在本实用新型的一具体实施例中，所述磁场源产生装置由若干对永久磁钢或多组通电线圈组成，并在空间方向按南北极交替的顺序排列，所产生的磁场中形成若干个交变磁场区域。

所述能量收集单元设置在所述磁场源产生装置的下方，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度，小于所述交变磁场区域的宽度且大于所述交变磁场区域的宽度的1/3。

进一步优选的技术方案中，所述交变磁场区域的宽度与所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度之比为1.1～1.6。

在本实用新型的一具体实施例中，所述能量收集单元为导体和/或线圈。

在本实用新型的一具体实施例中，所述能量收集单元为至少一个导体、至少一组导体或至少一组线圈。

在本实用新型的一具体实施例中，所述能量收集单元由多个导体串联连接而成，当导体与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，各个导体在所述磁场中产生的电势方向一致，可以实现能量的连续收集。这里，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度为导体的直径(圆形)或宽度(方形)。

这里的每个导体也可以为同一槽内多根并联导体所替代。在这种情况下，同一槽内各导体直径之和接近槽口宽度，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度即为槽口宽度。

在本实用新型的又一具体实施例中，所述能量收集单元由多个线圈串联连接而成，每个线圈由两个导体构成，当与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，每个线圈中的两个导体在所述磁场中产生的电势方向一致，可以实现能量的连续收集。

在本实用新型的再一具体实施例中，所述能量收集单元由多组导体串联连接而成，各组导体分别设置在所述磁场源产生装置下方的各个开口槽内，设置在同一槽内各导体并联且依次在圆周方向相差固定角度，设置在不同槽内的串联连接的导体在各自圆周方向上的位置相同；可以实现脉冲能量的连续收集。

在本实用新型的又一具体实施例中，所述能量收集单元由多组导体串联连接而成，各组导体均设置在所述磁场源产生装置下方，各组导体在运动方向上相差固定距离，每组内各导体在运动方向上相差固定距离，设置在不同组内的串联连接的导体在各自组内的位置相同；可以实现脉冲能量的连续收集。

所述能量转换单元与所述能量收集单元连接，所述能量转换单元包括：包括：二极管以及与所述二极管串联的电容；其中，所述二极管具有单向导通性，所述二极管的导通方向与截止方向相反，所述二极管导通方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的一个方向一致，所述二极管截止方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的另一个方向一致。

优选的技术方案中，所述电容为高频电容。

所述储能单元和/或负载，与所述能量转换单元连接，其中，所述储能单元和/或负载与所述能量转换单元中所述电容并联。

所述的储能单元，可以为整流电路和电容，或者整流电路和电池组，即，所述能量转换单元输出能量在整流后接电容或电池组。

优选的技术方案中，在将所述能量收集单元接入到所述能量转换单元并与所述储能单元连接后，再对偶连接一组相同的所述能量收集单元和所述能量转换单元。

此外，在本实用新型的一具体实施例中，所述磁场源产生装置和能量收集单元的组合为发电机，其中，转子布置磁极(作为磁场源产生装置)，定子布置导体和绕组(作为能量收集单元)。

为了增加交变磁场区域的交变频率，将所述发电机设计为多极多槽的发电机，优选转子为18对以上磁极，定子槽为36个以上；磁极的设置可参照前述的磁场源产生装置，定子槽内导体或线圈的设置可参照前述的能量收集单元，其中，电机槽口宽度(导体宽度接近槽口)小于相邻的N-S极之间间隙(交变磁场的区域)，大于相邻的N-S极之间间隙的1/3；优选相邻两个磁极的间隙(即磁场交变窗口)与定子槽口宽之比为1.1～1.6。

也可将前述发电机设计为多极无槽的发电机，优选转子为18对以上磁极，磁极的设置可参照前述的磁场源产生装置，而无槽定子绕组的各导体的设置可参照前述的能量收集单元。

本实用新型装置中，所述能量收集单元与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动并进入磁场交变区域时，所述能量收集单元产生交变电势和电流，将所述能量收集单元接入所述能量转换单元，所述能量收集单元的电势的一个方向与所述能量转换单元中二极管的导通方向一致，另一个方向与二极管的截止方向一致。

当所述能量收集单元进入一磁极所产生的电势方向与所述能量转换单元中的二极管导通方向一致时，通过所述二极管向与所述二极管串联的电容充电，将磁场内运动产生的感应电势能和漏抗对应磁场能储存在电容，电容上电压方向与电势方向相反，由于所述能量收集单元上有感抗存在，电容上的电流连续变化；

当所述能量收集单元与磁场继续发生相对运动并进入另一相反磁极时，所述能量收集单元所产生的电势方向发生改变，与二极管截止方向一致，与电容上的电压极性一致，二极管上电压(极性与二极管导通方向相反)为电容电压、磁感应电势及漏抗对应的杂散电势三者叠加，在波形上为一个大大高于能量收集单元所产生电势的脉冲电压，此时，电容能量、磁场内运动产生的感应电势能、漏抗对应的磁场能这三种能量通过所述电容输出给外部储能装置或负载。

由于所述能量收集单元在交变磁场区域内在运动方向的磁场密度发生改变，所述能量收集单元在进入下一个磁极时密度大大增加，使得所述能量收集单元上感应产生的电势大大高于无所述能量收集单元时磁密对应的电势。在所述能量收集单元电流相同的情况下，由于电压的提升，发出的电量也大大提高。

可见，本实用新型打破常规电机稳态磁场条件下的电机设计和运行理论，利用交流电机磁极交替处区域小、磁场突变大的特点，在导体中产生突变(交变)电势，通过能量转换单元进一步大幅度提升输出电压幅值；而且，通过极槽配合设计，形成绕组电势高脉冲序列，提升电机整体功率密度；在电机电流不变的情况下，由于功率密度增加，电机损耗相对小，效率高。本实用新型既可以单独作为一种电机，也可以作为普通发电机的能量收集系统。本实用新型也适用于电磁波能量的吸收。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

(1)本实用新型实现了对于磁场交突变区域能量的收集和转换，并利用磁场交变的能量发电，相对于将非交变区域磁场作为机电能量转换的介质的常规发电机，本实用新型是一种全新的发电机(电动机)能量转换技术，是电磁转换技术上的重大突破。

(2)本实用新型通过与磁场发生相对运动的能量收集单元以及特定的能量转换单元，将磁场势能变化和机械能转化为电能，大大提高磁场利用率，提升整体功率密度，发电效率显著优于普通发电机。

(3)由于利用小的磁极交替处区域的大磁场突变，装置小型化程度也显著优于普通发电机。

附图说明

图1为本实用新型的磁场能量收集和转换的实现装置的示意图。

图2为本实用新型的一实施例中磁场源产生装置的结构的示意图。

图3为图2所示的磁场源产生装置在空间产生的磁场分布的示意图。

图4为图2所示的磁场源产生装置与能量收集单元的运动水平面的相对位置的示意图。

图5为本实用新型的一实施例中作为能量收集单元的多个导体的连接示意图。

图6为作为能量收集单元的导体与磁场发生相对运动所产生的电势示意图。

图7a和图7b为本实用新型的另一实施例中作为能量收集单元的多组导体按两种不同方式连接的示意图。

图8为本实用新型的一实施例中能量转换单元的结构以及其与能量收集单元的连接关系的结构示意图。

图9为能量转换单元工作原理示意图。

图10a～图10c为本实用新型的一些实施例中作为磁场源产生装置和能量收集单元的组合的发电机的示意图。其中，图10a为发电机的定子铁心冲片、绕组导体截面，图10b为发电机的转子结构，图10c为无槽情况下的定子绕组导体和铁心冲片截面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1所示，一种磁场能量收集和转换的实现装置，包括：

磁场源产生装置1，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；

能量收集单元2，用于与磁场源产生装置1所产生的磁场发生相对运动，并在该磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；

能量转换单元3，用于实现在一个磁场极性下将能量收集单元2当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下，将能量收集单元2当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量共同输出；

储能单元和/或负载4，用于接收能量转换单元3输出的能量。

关于磁场源产生装置1，

磁场源产生装置1的数量可以为1个，也可以为多个。

磁场源产生装置1可以为至少1对永久磁钢，也可以为至少一组通电线圈，均能产生具有两个不同极性(即南北极性)交变区域的磁场。

当磁场源产生装置1的数量为多个，或者磁场源产生装置1为多对永久磁钢或多组通电线圈时，在空间方向按南北极交替的顺序排列，可以形成多个交变磁场区域。

以下将以一个具体实施例的磁场源产生装置1为例，对其产生的磁场和其中的交变磁场区域进行说明如下：

如图2所示，在本实用新型的一具体实施例中，磁场源产生装置1由两对永久磁钢构成，磁钢按N-S-N-S排列，其产生具有南北极性交变区域的磁场，磁场的空间分布示意图如图3所示。其中，θ代表气隙磁密，M为交变磁场区域所对应的磁场分布。

由图3可见，当两对永久磁钢在空间方向按N-S-N-S顺序排列时，在磁钢的下方依次形成了三个南北极性交变磁场区域：①由N极向S极方向，磁场强度由N极方向逐渐变小至零，然后，又由零逐步变大，且磁场方向为S极方向；②由S极向N极方向，磁场强度由S极方向逐渐变小至零，然后，又由零逐步变大，且磁场方向为N极方向；③由N极向S极方向，磁场强度由N极方向逐渐变小至零，然后，又由零逐步变大，且磁场方向为S极方向。可见，在这三个交变磁场区域，其极性(磁力线方向)沿磁钢排列方向发生突变，磁场密度也发生变化。这里给出的磁密分布忽略了导体对磁场的影响。

关于能量收集单元2，

能量收集单元2设置在磁场源产生装置1的下方，能量收集单元2与磁场发生切割磁力线的相对运动的运动水平面与磁力线垂直，其示意图如图4所示。图4中，A′代表能量收集单元2与磁场发生切割磁力线的相对运动的运动水平面。能量收集单元2在磁场垂直面的投影宽度，小于交变磁场区域的宽度且大于交变磁场区域的宽度的1/3。在一个典型的实施例中，交变磁场区域的宽度与能量收集单元2在磁场垂直面的投影宽度之比为1.1～1.6。

能量收集单元2通常为导体或线圈。

能量收集单元2可以为至少一个导体、至少一组导体或至少一组线圈。

以下将以几个具体实施例的能量收集单元2为例，对其在与交变磁场源产生装置1所产生的磁场发生切割磁力线的相对运动时在该磁场的南北极性交变区域产生交变的电势进行说明如下：

如图5所示，在本实用新型的一具体实施例中，能量收集单元2由多个导体串联连接而成，各个导体在磁场中产生的电势方向一致。导体的直径小于相邻两个磁极的间隙(相当于交变磁场区域的宽度)且大于相邻两个磁极的间隙的1/3。在一个典型的实施例中，相邻两个磁极的间隙与圆形导体(或导线)的直径之比为1.1～1.6。

也可将同一槽内多根并联导体或导线视为一根导体，即，每个导体可以为一个槽内的多根并联导体替代，同一槽内各导体直径之和的宽度接近槽口宽度，槽口宽度小于相邻的N-S极之间间隙且大于相邻两个磁极的间隙的1/3。在一个典型的实施例中，相邻两个磁极的间隙与槽口宽之比为1.1～1.6。

如图5所示的能量收集单元2(将同一槽内多根并联导体视为一根导体)与交变磁场源产生装置1所产生的磁场发生切割磁力线的相对运动时其产生的电势如图6所示。图6中对照给出了磁场(B)分布示意图和电势(e)波形图。由图6可见，能量收集单元2与磁场源产生装置1所产生的磁场发生切割磁力线的相对运动从一个磁极进入另一个磁极下，当导体的运动速度相同时，在交变磁场区域能量收集单元2产生交变电势和电流。图6的电势波形图忽略了导体及电流对磁场的影响。

将多个导体在空间上合理布置和连接，可以进一步实现能量的连续收集。如串联绕组对应的导体之间在空间错开一个固定角度(距离)排列。

如图7a所示，在本实用新型的另一具体实施例中，能量收集单元2由多组导体串联连接而成，各组导体分别设置在磁场源产生装置1下方的各个开口斜槽内，设置在同一槽内各导体并联且依次在圆周方向相差固定角度，设置在不同槽内的串联连接的导体在各自圆周方向上的位置相同；

如图7b所示，在本实用新型的另一具体实施例中，能量收集单元2由多组导体串联连接而成，各组导体均设置在磁场源产生装置1下方，各组导体在相对运动方向上相差固定距离，每组内各导体在运动方向上相差固定距离，设置在不同组内的串联连接的导体在各自组内的位置相同；

图7a和图7b中各串联导体经过磁场交变区域，产生电势相位上依次有相差，整个绕组上会产生脉冲序列。

本领域技术人员可以理解，上述图5、图7a和图7b所示的实施例中，将导体更换为线圈，也能实现相同的技术效果。

关于能量转换单元3，

能量转换单元3的一端与能量收集单元2连接，另一端与储能单元和/或负载4连接。能量转换单元3包括具有单向导通性的二极管以及与该二极管串联的电容。

以下将以一个基本结构的能量转换单元3的具体实施例为例，对其能量转换的过程进行说明如下：

如图8所示，在本实用新型的一具体实施例中，能量转换单元3由一个二极管和与该二极管串联的高频电容构成。将能量收集单元2例如导体(产生的感应电势和漏感抗L)接入能量转换单元3。

根据前述图6所示的导体的电势波形图，我们可以知道，当导体运动到交变磁场区域时，导体产生的电势从一个方向向另一个方向变化。由于二极管具有单向导通性，二极管导通方向与截止方向相反。导体产生的电势的一个方向与二极管导通方向一致，另一个方向与与二极管截止方向一致。

能量转换单元3进行能量转换的工作原理如图9所示。图9对照给出了图6所示的导体的电势(e)波形图和能量转换单元3的输出电压(u_c)的波形图。由图9可知：

导体与磁场发生切割磁力线的相对运动并进入一磁极所产生的电势方向与能量转换单元3中的二极管导通方向一致时，导体产生的能量通过二极管向电容充电，将磁场内运动产生的感应电势能和漏抗对应的磁场能储存在电容，电容上电压方向与电势方向相反，由于导体上有感抗存在，电容上的电流连续变化；

当导体与磁场继续发生切割磁力线的相对运动并进入另一个磁场极性下(邻近的另一个永久磁钢)，导体产生电势方向发生改变，与二极管截至方向一致，与电容上的电压极性一致，二极管上电压(极性与二极管导通方向相反)为电容电压、主磁场在导体中感应的电势及导体漏抗对应的杂散电势三者叠加，在波形上为一个大大高于导体电势的脉冲电压，此时，电容能量、磁场部内运动产生的电势能、导体漏抗对应的磁场能这三种能量通过电容输出。

由于导体在交变磁场区域内在运动方向的磁场密度发生改变，导体在进入下一个磁极时密度大大增加，导体感应产生的电势大大高于无导体时磁密对应的电势。在导体电流相同的情况下，发出的电量也由于电压的提升而大大提高。

本领域技术人员可以理解，将如图5所示的能量收集单元2接入能量转换单元3后，可以实现能量的连续收集。

本领域技术人员可以理解，将如图7a和7b所示的能量收集单元2接入能量转换单元3后，可以获得连续的脉冲电能。

关于储能单元和/或负载4，

储能单元和/或负载4与能量转换单元3连接，具体而言，其与能量转换单元3中的电容并联。

其中的储能单元，可以为整流电路和电容，或者整流电路和电池组，即，所述能量转换单元输出能量在整流后接电容或电池组。

根据前述图9所示的输出电压(u_c)的波形图可知，当一个能量收集单元2与图8所示的能量转换单元3连接后，输出电压一个半波为脉冲波，另一个半波被钳位在二极管的正向导通压降，接近为零。为了获得另一个半波，可以采用与图8对偶的连接方式，增加一个相同的能量收集单元2。

本实用新型技术人员可以理解，在实际工业应用技术中，本实用新型的交变磁场源产生装置1和能量收集单元2的组合的最常见的形式就是发电机或电机。因此，为了方便本领域技术人员对于本实用新型的更深入直观的理解，在此以几个具体实施例的发电机为例进行说明如下：

例如，为了增加交变磁场区域的交变频率，设计一种多极多槽的发电机，定子布置导体和绕组(作为能量收集单元2)，转子布置磁极(作为磁场源产生装置1)。

定子槽内导体或线圈的设置可参照前述的能量收集单元2，例如，类似于图6或图7a所示的，将在每个槽内设置一组并联导体，每个槽内各导体可以是顺序排列(如图6)，也可以是在圆周方向上相差一固定角度排列。其中，槽口宽度(导体宽度接近槽口)小于相邻的N-S极之间间隙(交变磁场的区域)，大于相邻的N-S极之间间隙的1/3；优选相邻两个磁极的间隙(即磁场交变窗口)与定子槽口宽之比为1.1～1.6。图10a给出了一种定子结构的示意图，图10a给出了冲片和绕组导体截面，定子铁心冲片为开口槽211，212为绕组导体，213为冲片齿部，214为冲片轭部，电枢绕组采用波绕组型式。

转子中磁极的设置可参照前述的磁场源产生装置1，例如，类似于图2所示的，多对磁极按N-S交替排列。图10b给出了一种转子结构的示意图，图10b中，221为瓦状磁体，222表示转子铁心，转子由磁钢和硅钢片组成。这里采用径向磁化永磁体的转子，采用一种永磁材料作为转子磁体，该材料可以为硬磁性或软磁性。图10b中转子永久磁钢也可以用通电线圈代替。

当然，也可将发电机设计为多极无槽的发电机，定子布置作为能量收集单元2的导体和绕组，转子布置作为磁场源产生装置1的磁极。图10c为无槽情况下的定子绕组导体和铁心冲片截面。其中，转子的设置与上述多极多槽的发电机的设置相同。无槽定子绕组的各导体的设置可参照前述的能量收集单元，例如，类似于图7b所示的，无槽定子绕组的各串联导体在相对运动方向上相差一固定距离，绕组各串联导体经过磁场交变区域，产生电势相位上依次有相差，整个绕组上会产生脉冲序列，通过能量转换单元3，获得连续的脉冲电能。

为了增加导体和线圈中电势工作频率，磁场源产生装置1在空间排列数较多，形成多个交变磁场区域。对于发电机来说，可以设定转子为18对以上磁极，定子槽36个以上。

将上述发电机接入本实用新型的能量转换单元3和储能单元4，同样可以实现本实用新型的技术效果。

本实用新型利用交变磁场与能量收集单元相对运动产生极性相反的交变电势和电流，实现在一个磁场极性下对能量转换单元的电容充电，在下一个相反的磁场极性下，电容与能量收集单元电势共同为储能单元充电，从而完成对磁场发生极性变化的区域(磁场交突变区域)能量的收集和转换。相对于将非交变区域磁场作为机电能量转换的介质的常规发电机，本实用新型利用磁场交变的能量发电，提供了一种全新的发电机(电动机)能量转换装置，通过与磁场发生相对运动的能量收集单元以及特定的能量转换单元，将磁场势能变化和机械能转化为电能。该装置也适用于电磁波能量的吸收。本实用新型可以大大提高磁场利用率，发电效率和装置小型化也显著优于普通发电机。本实用新型的装置既可以单独作为一种电机，也可以作为普通发电机的能量收集系统。

由此可见，本实用新型的目的已经完整并有效的予以实现。本实用新型的结构以及原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理的情况下，实施方式可作任意修改。本实用新型包括基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (9)

1.一种用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，包括：

磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；

能量收集单元，用于与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动，并在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；

能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；

储能单元和/或负载，用于接收所述能量转换单元输出的能量。

2.如权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述能量收集单元设置在所述磁场源产生装置的下方，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度，小于所述交变磁场区域的宽度且大于所述交变磁场区域的宽度的1/3。

3.如权利要求2所述的实现装置，其特征在于，所述交变磁场区域的宽度与所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度之比为1.1～1.6。

4.如权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述能量转换单元与所述能量收集单元连接，所述能量转换单元包括：二极管以及与所述二极管串联的电容；其中，所述二极管导通方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的一个方向一致，所述二极管截止方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的另一个方向一致。

5.如权利要求1～4中任一所述的实现装置，其特征在于，所述磁场源产生装置由若干对永久磁钢或多组通电线圈组成，并在空间方向按南北极交替的顺序排列，所产生的磁场中形成若干个交变磁场区域。

6.如权利要求2或3所述的实现装置，其特征在于，

(a)所述能量收集单元由多个导体串联连接而成，且当导体与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，各个导体在所述磁场中产生的电势方向一致；或者，

(b)所述能量收集单元由多个线圈串联连接而成，而每个线圈由两个导体构成，当与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，每个线圈中的两个导体在所述磁场中产生的电势方向一致。

7.如权利要求6所述的实现装置，其特征在于，所述(a)中，每个导体被同一槽内多根并联导体替代。

8.如权利要求2或3所述的实现装置，其特征在于，

(a)所述能量收集单元由多组导体串联连接而成，各组导体分别设置在所述磁场源产生装置下方的各个开口槽内，设置在同一槽内各导体并联且依次在圆周方向相差固定角度，设置在不同槽内的串联连接的导体在各自圆周方向上的位置相同；或者，

(b)所述能量收集单元由多组导体串联连接而成，各组导体均设置在所述磁场源产生装置下方，各组导体在运动方向上相差固定距离，每组内各导体在运动方向上相差固定距离，设置在不同组内的串联连接的导体在各自组内的位置相同。

9.如权利要求1～4中任一所述的实现装置，其特征在于，在将所述能量收集单元接入到所述能量转换单元并与所述储能单元连接后，再对偶连接一组相同的所述能量收集单元和所述能量转换单元。