CN207398981U - 一种新型高效、绿色节能动力源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型高效、绿色节能动力源，属于新型动力源领域，本实用新型采用了电动机、启动器与发电机的组合作为动力源，原理在于发电机的线圈中间多植入了一组反向排列的磁极，通过这组反向排列的磁极产生磁场推动发电线圈的感生磁场，形成了抵消切割磁感线的反力，从而降低发电磁阻，实现高效率输出，借助这一特性，本实用新型所公开的动力源，借助发电机所供给的高效电能，补充了电动机的所有能耗，从而实现了效率的大幅提升。

Description

一种新型高效、绿色节能动力源

技术领域

本实用新型属于新型动力源领域，具体涉及一种新型高效、绿色节能动力源。

背景技术

动力源在传统意义中的理解一般为内燃机或者电动机等，内燃机众所周知的，需要消耗化石燃料进行做功，大量的能量以热量形式耗散，真正转化为有用功的部分很少，目前汽车发动机中热效率最高在百分之三十左右，而电动机通过消耗电能进行做功，其转换效率比较高(一般在70％-90％之间)，但是维持电动机正常运转，即使是空载时的电动机内阻损耗也需要外界提供较大的电能功率，从而导致了与电动机配套的电能输出模块成本升高，也正是这种原因，导致了新能源汽车需要配套功率较高的电池组，直接推高了新能源汽车的成本，不利于新兴产业的发展，因此如何降低电动机的内阻消耗，成为了亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种新型高效、绿色节能动力源，提出了发电机与电动机组合应用的方式，能够有效降低整体动力源运转时补偿内阻损耗所需要的电能功率，降低对配套电能供应设备的要求，从而降低成本。

本实用新型采用的具体技术方案是：

一种新型高效、绿色节能动力源，包括发电机、电动机、启动器，电动机借助传动机构驱动发电机，所述的传动机构设置有动力输出端，发电机的电能输出端借助电流控制电路与电动机的电能输入端电连接，所述的启动器与电动机的动力输出端动力连接；

所述的发电机包括定子、转子、发电磁极、发电线圈；

所述的启动器包括

输入轴及固定设置在输入轴上的首磁体，输入轴具有绕自身轴线的旋转自由度；

中间轴及设置在中间轴上的中间磁体，中间磁体具有绕中间轴轴线的旋转自由度；

输出轴及固定设置在输出轴上的尾磁体，输出轴有绕自身轴线的旋转自由度。

所述的输入轴借助扭力限制器与电动机的动力输出端连接。

所述的输出轴借助离合器与电动机的动力输出端连接。

所述的首磁体、中间磁体、尾磁体为磁性材质的片状体，磁极在半径方向，所述的中间磁体包括多组平行且间隔设置的片状体。中间的多个磁体相互磁力作用，可以储存机械扭力，并联后可以增加扭矩，大扭矩输出可以取代电动马达，直接输出扭力作为启动器。

所述的传动机构为传动比4:1的减速器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用了电动机、启动器与发电机的组合作为动力源，原理在于发电机的线圈中间多植入了一组反向排列的磁极，通过这组反向排列的磁极产生磁场推动发电线圈的感生磁场，形成了抵消切割磁感线的反向磁阻力，从而降低发电磁阻，实现高效率输出，借助这一特性，本实用新型所公开的动力源，借助发电机所供给的高效电能，补充了电动机的所有能耗，从而实现了效率的大幅提升。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为两级型发电机的示意图；

图3为多级型发电机的示意图；

图4为启动器的示意图；

图5为本实用新型的结构示意图；

附图中，1、发电机，101、定子，102、转子，103、发电磁极，104、发电线圈，2、电动机，3、启动器，301、输入轴，302、中间轴，303、输出轴，304、首磁体，305、中间磁体，306、尾磁体，307、扭力限制器， 4、传动机构。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施验证案例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型的工作原理是电动机从外界接入电源进行能量的供给，以电动机+发电机整体空载运行消耗功率为W_空载的电动机为例，当其作为本实用新型动力源的一部分运转后需要外界提供的功率是W_运转，发电机输出功率W_输出，经过实际验证存在如下关系式W_运转-W_空载<W_输出，也就是说：本实用新型的发电机仅仅多用了W_运转-W_空载的功率，却发出来了较大的W_输出的电能，利用这一特性，将发电机电能回供电动机，再次达到电动机的额定转速时的能耗由W_空载降低到了W_运转-W_输出，(根据W_运转-W_空载<W_输出可推导出W_运转-W_输出<W_空载)，此时从动力源整体看仍然空载状态，但其对外界能源的需求有所下降(需要提供的功率下降幅度为W_输出-W_空载)，即降低了维持自身运转所需功率，从而提高了整体动力源的工作效率。

发电机中发电线圈的感应电动势满足公式E＝BLV,L为发电线圈的有效工作长度，单位米；B为发电线圈所切割磁感线的磁场强度，定义该磁场为发电磁场，磁场强度单位为T，V为发电线圈平均线速度；当发电机的输出回路闭合后，发电线圈中有电流I产生，见图3，电流I使得发电线圈受到发电磁场的洛伦兹力F,F方向总是阻碍发电线圈的转动-磁阻，但是当电流 I强度增大、磁场范围逐渐接近线圈中心部位时，在发电线圈的内部形成趋近均匀磁场(定义为感生磁场)，此时发电线圈受到反向排列的磁极所产生的磁场作用(定义为反向磁场)，产生与洛伦兹力F相反的安培力f，f与发电线圈的转动方向是一致的，这就是“助推力”的生成，它随电流强度的增大而增加，大到一定值，与洛伦兹力F(磁阻)相差不大时，F、f方向相反，相互抵消后所剩无几(尽管洛伦兹力大于安培力)，整体发电机的磁阻很小，这时发电仅需要极小的输入功率克服磁阻，就能保持较大功率输出，输入功率最大程度转化为输出功率，效率大大提高。通过将发电机的电能反馈给电动机，使得整体设备在运行状态中所需要外界补充的电能十分微小，应用这一特性将发电机与电动机组合成动力源，替代传统发动机，特别是在怠速状态下，仅需要向动力源提供很小功率就能维持额定转速，效率得到极大提升，同时对配套的电能供给设备的功率要求大大降低，有助于在新能源汽车的应用。

具体实施例1，如图1所示，本实用新型是一种新型高效、绿色节能动力源，包括发电机1、电动机2、启动器3，电动机2借助传动机构4驱动发电机1，所述的传动机构4设置有动力输出端，发电机1的电能输出端借助电流控制电路与电动机2的电能输入端电连接，所述的启动器3与电动机2的动力输出端动力连接；

所述的发电机1包括定子101、转子102、发电磁极103、发电线圈104；

发电机1中发电线圈104的有效切割总长度L与发电磁极103的磁场强度B满足E＝BLV，其中E为发电机1的额定输出电压，V为发电机1的线圈的线速度。

每组发电线圈104的圈体跨度内所覆盖的发电磁极103的合成磁场方向与发电线圈104所切割磁感线方向相反，如图3，标号104标号所指线圈的左侧N右侧S所构成的磁场(磁感线方向从右到左)，该磁场发出了线圈所切割的磁感线，而发电线圈104的圈体跨度内的发电磁极103的合成磁场为产生对线圈“助推力”的磁场(即在线圈104内部所覆盖的左侧S右侧N，磁感线方向从左到右)，两者的方向相反。

本实用新型采用可调速的直流电动机，通过电流控制电路或者配置发电机的有效负载，使得发电回路电流增大，发电线圈的感生磁场趋近线圈中心(线圈电流较小时感生磁场的磁感线围绕在发电线圈的导体周围)，在发电线圈所覆盖的反向排列磁极的磁场中，感生磁场受到反向磁作用力(安培力)，根据左手定则判断，反向磁作用力的受力方向与转子旋转方向相同，从而形成了“助推力”，大大抵消了发电线圈切割磁力线所带来的阻力-磁阻，从而实现了一种高效率的发电机，为动力源的高效率输出提供了基础条件。

如图2所示的两极型发电机，根据转子102旋向及发电磁极103的磁场确定电流方向为在发电线圈104上侧为进入纸面内侧，下侧为出于纸面外侧，此时根据右手定则，发电线圈104内的感生磁场方向为图中从右往左(感生磁场的磁极对应为左侧为N级，右侧为S级，且磁极位于经过发电线圈104中心的直线上)，如图2中所示，设置的发电磁极103对该感生磁场产生同性相斥、异性相吸的两组力，两组力的合力所产生的“助推力”与转子在此点的线速度方向重合，从而借助助推力抵消大部分切割磁感线产生的磁阻力。

同理的如图3所示为多级型发电机，其每级所对应的发电线圈104分别产生“助推力”，这些“助推力”沿转子环向均匀分布，原理与图2中相同，都降低了磁阻力的作用，提高了发电效率。

随着转子102转速增大，助推力f和磁阻力F也同时增大，两力在转子102达到额定转速后固定，此时维持转子102转动的力F_维持＝F_磁阻力-f_助推力，当线圈内的磁场足够大时，f略小于F,F_维持趋近于0，因此维持转子102转动的力较小，从而提高了发电机的效率。

具体实施例2，为了便于电动机2启动，还设置了启动器3，如图4所示，所述的启动器3包括输入轴301及设置在输入轴301上的首磁体304，首磁体304与输入轴301固定连接、中间轴302及设置在中间轴302上的中间磁体305，中间磁体305与中间轴302转动连接、输出轴303及固定设置在输出轴303上的尾磁体306。

所述的输入轴301借助扭力限制器307与电动机2的动力输出端连接。

所述的输出轴303借助离合器与电动机2的动力输出端连接。

所述的首磁体304、中间磁体305、尾磁体306为磁性材质的片状体，所述的中间磁体305包括多组平行且间隔设置的片状体。

当启动器3所连接的电动机2启动时，输入轴301带动首磁体304转动，而此时输出轴303固定的尾磁体306不动，中间磁体305在首磁体304 的磁场吸引下逐渐转过一定角度，同时对首磁体304施加阻碍其运动的力，随着首磁体304的旋转，阻力逐渐增大，从而实现了启动器3的储能，当启动器3储能到扭力限制器307最大数值后，扭力限制器307出现滑动，使得输入轴301与电动机2之间的传动切断。

当需要电动机2转速下降或者电动机2启动时，自动离合器介入，将输出轴303接入到电动机2的动力输出端，即通过同步带轮传动等方式，将动力辅助输入到电动机2所在传动链中，实现对电动机2的推动，使其能够较为容易地达到预定转速，而当预定转速达到后，控制离合器断开，启动器3再次借助电动机2重复之前的储能步骤进行储能，以备下次使用。

所述的传动机构4为减速器，如可调式无级变速减速机或同步带轮传动，其传动比限制约为4：1，借助减速器增大扭矩，由于本实施例发电机为多极型，所以转速一般在400-600即可达到设计要求。

Claims (6)

1.一种新型高效、绿色节能动力源，包括发电机(1)、电动机(2)、启动器(3)，其特征在于：电动机(2)借助传动机构(4)驱动发电机(1)，所述的传动机构(4)设置有动力输出端，发电机(1)的电能输出端借助电流控制电路与电动机(2)的输入端电连接，所述的启动器(3)与电动机(2)的动力输出端动力连接；

所述的发电机(1)包括定子(101)、转子(102)、发电磁极(103)、发电线圈(104)；

每组发电线圈(104)的圈体跨度内所覆盖的磁极(103)的磁场排列方向与发电线圈(104)所切割磁感线方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种新型高效、绿色节能动力源，其特征在于：所述的启动器(3)包括

输入轴(301)及固定设置在输入轴(301)上的首磁体(304)，输入轴(301)具有绕自身轴线的旋转自由度；

中间轴(302)及设置在中间轴(302)上的中间磁体(305)，中间磁体(305)具有绕中间轴(302)轴线的旋转自由度；

输出轴(303)及固定设置在输出轴(303)上的尾磁体(306)，输出轴(303)有绕自身轴线的旋转自由度。

3.根据权利要求2所述的一种新型高效、绿色节能动力源，其特征在于：所述的输入轴(301)借助扭力限制器(307)与电动机(2)的动力输出端连接。

4.根据权利要求2所述的一种新型高效、绿色节能动力源，其特征在于：所述的输出轴(303)借助自动离合器与电动机(2)的动力输出端连接。

5.根据权利要求2所述的一种新型高效、绿色节能动力源，其特征在于：所述的首磁体(304)、中间磁体(305)、尾磁体(306)为磁性材质的片状体，所述的中间磁体(305)包括多组平行且间隔设置的片状体。

6.根据权利要求1所述的一种新型高效、绿色节能动力源，其特征在于：所述的传动机构(4)为传动比4:1的减速器。