專利名稱：一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源、電力系統(tǒng)，特別是一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電 機。
背景技術(shù)：
1821年法拉第發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線能繞永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，發(fā)明了永磁電機。1857年英國的 惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵，發(fā)明了電勵磁方式，開創(chuàng)了電勵磁電機的新紀元。但以上電 機都只是能量轉(zhuǎn)換的工具?，F(xiàn)有技術(shù)本人申請的“感應(yīng)式磁能發(fā)電機”，用機械的方法將轉(zhuǎn)子永磁體磁環(huán)或 電磁鐵磁環(huán)的恒定磁場轉(zhuǎn)換成交變磁場，轉(zhuǎn)子磁環(huán)與定子磁鐵相吸相斥，參照變壓器的電 磁感應(yīng)原理，將磁能轉(zhuǎn)換成電能。但該感應(yīng)式磁能發(fā)電機所采用的基于Halbach陣列的磁 環(huán)制造難度較高。本發(fā)明將一種由永久磁鐵和電磁鐵組成的混勵式磁環(huán)應(yīng)用于感應(yīng)式磁能發(fā)電機， 有利于降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，主要包括輸入 軸(1)、轉(zhuǎn)子軛(2)、轉(zhuǎn)子混勵式磁環(huán)(3)、定子磁鐵(4)、磁橋(5)、感應(yīng)繞組(6)、機殼(7) 和原動機，其特征是a.轉(zhuǎn)子磁環(huán)是由永久磁鐵和電磁鐵組成的S磁極和N磁極相間排列的四對極或四 對極以上的混勵式磁環(huán)，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)，磁環(huán)的磁極數(shù)量是4的公 倍數(shù)；4個或4個以上定子磁鐵對稱或平均分布在磁環(huán)的周圍，磁鐵的數(shù)量是2的公倍數(shù)， 其中，有一半磁鐵的S極向軸排列，另一半磁鐵的N極向軸排列；定子磁鐵與轉(zhuǎn)子磁環(huán)相對 而設(shè)且繞軸對稱或平均分布；b.磁橋作為定子磁鐵和/或轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁路，磁橋上設(shè)有感應(yīng)繞組；c.轉(zhuǎn)子由原動機帶動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于定子磁鐵是一個交變的磁 場，轉(zhuǎn)子磁環(huán)的S極與N極交替對定子磁鐵產(chǎn)生吸力和斥力，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁通發(fā) 生交替變化，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的恒定磁場變成脈動磁場，經(jīng)過磁橋的磁通交替發(fā)生改 變，感應(yīng)繞組感應(yīng)到電動勢且產(chǎn)生電流。由于轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁極數(shù)量是定子磁鐵的磁極數(shù)量的2倍，而且定子磁鐵的磁極有 一半S極對軸，另一半N極對軸，無論S極與N極相間排列的磁環(huán)轉(zhuǎn)到哪個角度，轉(zhuǎn)子磁環(huán) 受到的來自定子磁鐵的吸力和斥力是相互抵消的，理論上轉(zhuǎn)子磁環(huán)受到的吸力和斥力的合 力為零。因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動所需克服的只是磨擦力。但實際上轉(zhuǎn)子磁環(huán)和定子磁鐵的各個磁極 的磁通量難以做到完全一致，因此轉(zhuǎn)子仍會受到少量來自磁環(huán)與磁鐵的不能相互抵消的吸 力和斥力的影響。4對極的磁環(huán)相當(dāng)于磁環(huán)有4個S極向外、4個N極向外和4個S極向內(nèi)、4個N極向內(nèi)。所述定子磁鐵為永久磁鐵或電磁鐵。定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁極方向為徑向或切向或軸向。混勵式磁環(huán)由徑向和/或切向和/或軸向電磁鐵與徑向和/或切向和/或斜向和 /或軸向永久磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)?；靹钍酱怒h(huán)分為混勵式普通陣列結(jié)構(gòu)的磁環(huán)和混勵式Halbach陣列結(jié)構(gòu)磁環(huán)兩 大類。永久磁鐵與電磁鐵在混勵式普通陣列磁環(huán)中的組合模式為徑向永久磁鐵+徑向 電磁鐵或軸向永久磁鐵+軸向電磁鐵。永久磁鐵與電磁鐵在混勵式Halbach陣列磁環(huán)中的主要有以下5種組合(1)徑向永久磁鐵+切向電磁鐵(2)切向永久磁鐵+徑向電磁鐵(3)徑向電磁鐵+切向永久磁鐵+切向電磁鐵+切向永久磁鐵(4)徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜向永久磁鐵 (5)徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵+徑向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜 向永久磁鐵由于磁極方向為軸向的Halbach陣列磁環(huán)應(yīng)用較少，這里不再例舉含有軸向磁鐵 的磁環(huán)的各種組合。由于混勵式Halbach陣列磁環(huán)的磁場是一種趨向單邊的磁場，磁環(huán)外側(cè)的磁場增 強則磁環(huán)內(nèi)側(cè)的磁場減弱，磁環(huán)內(nèi)側(cè)的磁場增強則磁環(huán)外側(cè)的磁場減弱，磁橋和感應(yīng)繞組 只宜設(shè)在磁場增強的一側(cè)。而混勵式普通陣列結(jié)構(gòu)的磁環(huán)的外側(cè)和內(nèi)側(cè)都可以設(shè)磁橋及感
應(yīng)繞組。磁橋用導(dǎo)磁性材料制成，一般用硅鋼片疊壓而成。機殼用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧?制成，當(dāng)機殼為磁路的一部分時，機殼用鐵磁性材料制成。設(shè)計產(chǎn)品時，應(yīng)注意定子磁橋與轉(zhuǎn)子磁環(huán)之間要有適當(dāng)?shù)木嚯x，或者，在兩者之間 設(shè)置非導(dǎo)磁材料，以防止或減少定子磁橋?qū)Υ怒h(huán)磁場的干撓。原動機通常為帶有蓄電池的電動機。機器起動后，磁能發(fā)電機產(chǎn)生的電能可部分 反過來提供給電動機，以維持機器持續(xù)運轉(zhuǎn)。電動機運轉(zhuǎn)所需的電能也可以由外來電源提{共。與普通的發(fā)電機一樣，電勵磁及電能的輸出需要有接線盒。與普通的發(fā)電機一樣， 磁能發(fā)電機的電磁鐵和感應(yīng)繞組在工作的過程中會產(chǎn)生熱能，發(fā)電機需要加設(shè)風(fēng)扇或液體 冷卻裝置。與普通發(fā)電機一樣，磁能發(fā)電機的電勵磁需要用整流二極管或單向可控硅整流， 將交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸出也需要用整流二極管或單向可控硅整流。跟普通發(fā)電機一樣，磁能發(fā)電機分為直流式和交流式兩大類，按相數(shù)分又為單相 和三相發(fā)電機。


圖1、圖2為本發(fā)明第一實施例截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第二實施例截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。第一實施例參見圖1，一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，主要包括輸入軸(1)、轉(zhuǎn)子 軛(2)、轉(zhuǎn)子混勵式Halbach陣列磁環(huán)(3)、定子磁鐵(4)、定子磁橋(5)、定子感應(yīng)繞組(6)、 機殼(7)和電動機，其特征是轉(zhuǎn)子磁環(huán)是由8塊切向永久磁鐵和8個徑向電磁鐵組成的S 磁極和N磁極相間排列的四對極混勵式Halbach陣列磁環(huán)，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相 間而設(shè)；4個定子磁鐵固定在機殼上、平均分布在磁環(huán)的周圍，其中，左邊和右邊兩塊磁鐵 的S極向軸排列，上面和下面兩塊磁鐵的N極向軸排列；定子磁鐵與轉(zhuǎn)子磁環(huán)相對而設(shè)且繞 軸平均分布；4個磁橋分別作為轉(zhuǎn)子磁環(huán)4對磁極的磁路，磁橋上設(shè)有感應(yīng)繞組；轉(zhuǎn)子由電 動機帶動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子磁鐵相對于轉(zhuǎn)動的磁環(huán)是一個交變的磁場，定子磁鐵交替對轉(zhuǎn) 子磁環(huán)產(chǎn)生吸力和斥力，轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁通發(fā)生交替變化，轉(zhuǎn)子磁環(huán)的恒定磁場變成脈動磁 場，經(jīng)過磁橋的磁通交替發(fā)生改變，感應(yīng)繞組感應(yīng)到電動勢且產(chǎn)生電流。感應(yīng)繞組產(chǎn)生的電 流通過接線盒向外輸出。機殼作為定子磁鐵磁路的一部分，用鐵磁性材料制成。參見圖2，混勵式Halbach陣列磁環(huán)的主要磁力線方向，磁環(huán)內(nèi)側(cè)的磁場顯著增 強，磁場外側(cè)的磁場顯著減弱。第二實施例參見圖2，一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，主要包括輸入軸(1)、轉(zhuǎn)子 軛(2)、轉(zhuǎn)子混勵式普通陣列磁環(huán)(3. 1)、定子磁鐵(4)、轉(zhuǎn)子磁橋(5)、轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組(6)、 定子磁橋(5. 1)、定子感應(yīng)繞組(6. 1)、機殼(7)和電動機，其特征是轉(zhuǎn)子磁環(huán)是由6塊徑 向永久磁鐵和8個徑向電磁鐵組成的S磁極和N磁極相間排列的六對極混勵式普通陣列磁 環(huán)，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)；6個定子磁鐵按S極和N極相間排列，平均分布 在磁環(huán)的周圍；定子磁鐵與轉(zhuǎn)子磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸平均分布；3個定子磁橋分別作為定 子磁鐵的3對磁極的磁路，磁橋上設(shè)有感應(yīng)繞組；6個轉(zhuǎn)子磁橋作為轉(zhuǎn)子磁環(huán)6對磁極的磁 路，磁橋上設(shè)有感應(yīng)繞組；轉(zhuǎn)子由電動機帶動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子磁鐵相對于轉(zhuǎn)動的磁環(huán)是 一個交變的磁場，定子磁鐵交替對轉(zhuǎn)子磁環(huán)產(chǎn)生吸力和斥力，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁通 發(fā)生交替變化，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的恒定磁場變成脈動磁場，經(jīng)過磁橋的磁通交替發(fā)生 改變，感應(yīng)繞組感應(yīng)到電動勢且產(chǎn)生電流。感應(yīng)繞組產(chǎn)生的電流通過接線盒向外輸出。
權(quán)利要求
一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，主要包括輸入軸(1)、轉(zhuǎn)子軛(2)、轉(zhuǎn)子混勵式磁環(huán)(3)、定子磁鐵(4)、磁橋(5)、感應(yīng)繞組(6)、機殼(7)和原動機，其特征是a.轉(zhuǎn)子磁環(huán)是由永久磁鐵和電磁鐵組成的S磁極和N磁極相間排列的四對極或四對極以上的混勵式磁環(huán)，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)，磁環(huán)的磁極數(shù)量是4的公倍數(shù)；4個或4個以上定子磁鐵對稱或平均分布在磁環(huán)的周圍，磁鐵的數(shù)量是2的公倍數(shù)，其中，有一半磁鐵的S極向軸排列，另一半磁鐵的N極向軸排列；定子磁鐵與轉(zhuǎn)子磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸對稱或平均分布；b.磁橋作為定子磁鐵和/或轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁路，磁橋上設(shè)有感應(yīng)繞組；c.轉(zhuǎn)子由原動機帶動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于定子磁鐵是一個交變的磁場，轉(zhuǎn)子磁環(huán)的S極與N極交替對定子磁鐵產(chǎn)生吸力和斥力，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁通發(fā)生交替變化，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的恒定磁場變成脈動磁場，經(jīng)過磁橋的磁通交替發(fā)生改變，感應(yīng)繞組感應(yīng)到電動勢且產(chǎn)生電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，其特征是所述混勵 式磁環(huán)由徑向和/或切向和/或軸向電磁鐵與徑向和/或切向和/或斜向和/或軸向永久 磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，其特征是所述混勵 式磁環(huán)為混勵式普通陣列結(jié)構(gòu)的磁環(huán)或混勵式Halbach陣列結(jié)構(gòu)磁環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，其特征是定子磁鐵 和轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁極方向為徑向或切向或軸向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，其特征是磁能發(fā)電 機為直流發(fā)電機或交流發(fā)電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，其特征是所述原動 機為帶蓄電池的電動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于混勵式磁環(huán)的感應(yīng)式磁能發(fā)電機，主要包括輸入軸(1)、轉(zhuǎn)子軛(2)、轉(zhuǎn)子混勵式磁環(huán)(3)、定子磁鐵(4)、磁橋(5)、感應(yīng)繞組(6)、機殼(7)和原動機，轉(zhuǎn)子磁環(huán)是由永久磁鐵和電磁鐵組成的S磁極和N磁極相間排列的四對極或四對極以上的混勵式磁環(huán)，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)；4個或4個以上定子磁鐵對稱或平均分布在磁環(huán)的周圍；定子磁鐵與轉(zhuǎn)子磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸對稱或平均分布；磁橋作為定子磁鐵和/或轉(zhuǎn)子磁環(huán)的磁路，磁橋上設(shè)有感應(yīng)繞組；用機械的方法使轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子磁環(huán)相對于定子磁環(huán)是一個交變的磁場，磁橋的磁通交替發(fā)生改變，感應(yīng)繞組感應(yīng)到電動勢且產(chǎn)生電流。
文檔編號H02K1/27GK101951102SQ20101024789
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月31日
發(fā)明者李貴祥 申請人:李貴祥