雙磁環感應式磁能發電機的製作方法
2023-05-17 23:33:36
專利名稱：雙磁環感應式磁能發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能源、電力系統，特別是一種雙磁環的感應式磁能發電機。
背景技術：
1821年法拉第發現通電導線能繞永久磁鐵旋轉，發明了永磁電機。1857年英國的 惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵，發明了電勵磁方式，開創了電勵磁電機的新紀元。但以上電 機都只是能量轉換的工具。現有技術本人申請的「磁力能量放大器」、「永磁能原動機」、「流體傳動的磁力 機」、「混合勵磁磁能發生裝置及其應用」 「磁能發電系統」等。以上幾種由磁能發生裝置產 生的磁能都是藉助流體傳動系統或棘輪機構或獨立的發電機輸出能量。我們知道變壓器是依據電磁感應原理，將交流電轉變成交變磁場，再由交變磁場 轉變成與輸入交流電電壓不同的交流電。而由於直流電產生的是恆定磁場，永磁鐵的磁場 也是恆定磁場，恆定磁場不能直接轉換成電能。本發明用機械的方法將恆定磁場轉換成交變磁場，參照變壓器的電磁感應原理， 將磁能轉換成電能。
發明內容
本發明是這樣實現的一種雙磁環感應式磁能發電機，主要包括定子磁環(1)、轉 子磁環⑵、轉子軛⑶、輸入軸⑷、感應繞組(5)、磁橋(6)、機殼(7)和原動機，其特徵是a.轉子磁環是S磁極和N磁極相間排列的三對極或三對極以上的磁環，磁環的磁 極數量是3的公倍數；定子磁環是S磁極和N磁極相間排列的六對極或六對極以上的磁環， 磁環的磁極數量是6的公倍數；定子磁環的磁極數量是轉子磁環的磁極數量的2倍；或者，轉子磁環是S磁極和N磁極相間排列的六對極或六對極以上的磁環，磁環的磁極 數量是6的公倍數；定子磁環是S磁極和N磁極相間排列的三對極或三對極以上的磁環，磁 環的磁極數量是3的公倍數；轉子磁環的磁極數量是定子磁環的磁極數量的2倍；b.磁橋作為定子磁環和/或轉子磁環的磁路，磁橋上設有感應繞組；C.轉子由原動機帶動，轉子轉動時，轉動的磁環相對於定子磁環是一個交變的磁 場，轉子磁環的S極與N極交替對定子磁環的S極和N極產生吸力和斥力，定子磁環和轉子 磁環的磁通發生交替變化，定子磁環和轉子磁環的恆定磁場變成脈動磁場，經過磁橋的磁 通交替發生改變，感應繞組感應到電動勢且產生電流。由於定子磁環的磁極數量是轉子磁環的磁極數量的2倍或1/2，而且都是3的公倍 數，無論S極與N極相間排列的轉子磁環轉到哪個角度，轉子磁環受到的來自S極與N極相 間排列的定子磁環的吸力和斥力是相互抵消的，理論上轉子磁環受到的吸力和斥力的合力 為零。因此轉子轉動所需克服的只是磨擦力。但實際上轉子磁環和定子磁環的各個磁極的 磁通量難以做到完全一致，因此轉子仍會受到少量來自轉子磁環與定子磁環的不能相互抵消的吸力和斥力的影響。3對極的磁環相當於磁環有3個S極向外、3個N極向外和3個S極向內、3個N極 向內，6對極的磁環相當於磁環有6個S極向外、6個N極向外和6個S極向內、6個N極向 內。所述定子磁環和轉子磁環是永磁體磁環或電磁鐵磁環。定子磁環和轉子磁鐵的磁極方向為徑向或切向或軸向。3對極或3對極以上的電磁鐵磁環是由6個或6個以上電磁鐵組成的、磁極設定為 S極與N極相間排列的磁環。6對極或6對極以上的電磁鐵磁環是由12個或12個以上電 磁鐵組成的、磁極設定為S極與N極相間排列的磁環。電磁鐵由鐵芯和勵磁繞組組成，鐵芯 一般由矽鋼片疊壓而成，勵磁繞組為繞線型繞組或鼠籠型繞組。整個磁環的鐵芯可以做成 一個整體，也可以做成一個個獨立的個體。磁環的各個勵磁繞組可以用串聯或並聯的方法 接線。3對極或3對極以上的永磁體磁環是由6塊或6塊以上S極和N極相間排列的永 久磁鐵組成的磁環，或者，利用充模或壓模的方法製造一個完整的磁環，然後在一個特製的 夾具中進行充磁，採用該方法加工出的3對極或3對極以上的S極與N極相間排列的磁環。 6對極或6對極以上的永磁體磁環是由12塊或12塊以上S極和N極相間排列的永久磁鐵 組成的磁環，或者，利用充模或壓模的方法製造一個完整的磁環，然後在一個特製的夾具中 進行充磁，採用該方法加工出的6對極或6對極以上的S極與N極相間排列的磁環。磁環 分為圓形和多邊形兩種。組成的磁環的永久磁鐵為弧形、扇形或梯形。永磁體磁環包括普通陣列磁環和基於Halbach陣列的磁環。普通陣列磁環包括徑 向陣列磁環、切向陣列磁環和軸向陣列磁環，磁極方向分別為徑向、切向和軸向。Halbach陣 列磁環是由徑向永磁體與切向和/或斜向永磁體組成的三對極或三對極以上的永磁體分 布形式的磁環，磁環的S極和N極相間排列。根據Halbach陣列，3對極的磁環至少由12塊 磁鋼組成，通常3對極的磁環由12塊或18塊或36塊磁鋼組成；6對極的磁環至少由24塊 磁鋼組成，通常6對極的磁環由24塊或36塊或72塊磁鋼組成。這種Halbach陣列磁環， 磁場增強的一邊對著氣隙或磁橋，這樣工作磁通得到增加，非工作磁通減少，使磁能發電機 的功率密度相對得到了提高。正是由於Halbach陣列磁環存在以上優點，使轉子軛採用鐵 磁性以外的材料製造成為可能。Halbach陣列磁環同樣可以利用充模或壓模的方法製造成 一個完整的磁環。電磁鐵磁環也包括普通陣列磁環和基於Halbach陣列的磁環。普通陣列磁環包括 徑向陣列磁環、切向陣列磁環和軸向陣列磁環，磁極方向分別為徑向、切向和軸向。3對極或 3對極以上的Halbach陣列電磁鐵磁環是由12個或12個以上徑向電磁鐵與切向電磁鐵和 /或三角形電磁鐵組成的S極與N極相間排列的電磁環，6對極或6對極以上的Halbach陣 列電磁鐵磁環是由24個或24個以上徑向電磁鐵與切向電磁鐵和/或三角形電磁鐵組成的 S極與N極相間排列的電磁環。若磁環的磁極方向為軸向，則定子磁環設在轉子磁環的一側或兩側，普通陣列的 軸向轉子磁環的兩側都可以有軸向定子磁環，而Halbach陣列的轉子磁環則在磁場增強的 一側設定子磁環。同樣，若轉子磁環的磁極方向為徑向或切向，定子磁環可以設在轉子磁環 的外側，也可以設在轉子磁環的內側，或轉子磁環的內側和外側都設有定子磁環。
磁能發電機為雙磁環感應式永磁能發電機或雙磁環感應式電磁能發電機或雙磁 環感應式混合勵磁磁能發電機或雙磁環感應式多段磁能發電機或雙磁環感應式並列混合 勵磁磁能發電機。永磁能發電機的轉子磁環和定子磁環全部是永久磁鐵；電磁能發電機的 轉子磁環和定子磁環全部是電磁鐵；混合勵磁磁能發電機中的轉子磁環為永磁體磁環、定 子磁環為電磁鐵，或者，轉子磁環為電磁鐵磁環、定子磁環為永久磁鐵；多段式磁能發電機 的轉子磁環有二段或二段以上，定子磁環有二段或二段以上，轉子磁環為永磁體磁環、定子 磁環為永久磁鐵，或者，轉子磁環為電磁鐵磁環、定子磁環為電磁鐵磁環；並列式混合勵磁 磁能發電機的轉子磁環為永磁體磁環和電磁鐵磁環並列的多段式磁環，定子磁環為永久磁 鐵磁環和電磁鐵磁環並列的多段式磁環。磁橋用導磁性材料製成，一般用矽鋼片疊壓而成，感應繞組為繞線型繞組。機殼用 非導磁材料或導磁材料製成，當機殼為磁路的一部分時，機殼用鐵磁性材料製成。原動機通常為帶有蓄電池的電動機。機器起動後，磁能發電機產生的電能可部分 反過來提供給電動機，以維持機器持續運轉。電動機運轉所需的電能也可以由外來電源提 供。電磁鐵產生磁場所需的電源可由蓄電池提供，也可由外來電源提供。與普通的發電機一樣，電勵磁及電能的輸出需要有接線盒。與普通的發電機一樣， 磁能發電機的電磁鐵和感應繞組在工作的過程中會產生熱能，發電機需要加設風扇或液體 冷卻裝置。與普通發電機一樣，磁能發電機的電勵磁需要用整流二極體或單向可控矽整流， 將交流電轉換成直流電輸出也需要用整流二極體或單向可控矽整流。跟普通發電機一樣，磁能發電機分為直流式和交流式兩大類，按相數分又為單相 和三相發電機。
圖1為本發明第一實施例截面結構示意圖。圖2為本發明第二實施例截面結構示意圖。圖3為本發明第三實施例截面結構示意圖。圖4為本發明第四實施例截面結構示意圖。圖5為本發明第五實施例截面結構示意圖。圖6為本發明第六實施例截面結構示意圖。圖7為本發明第七實施例截面結構示意圖。圖8為本發明第八實施例截面結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。第一實施例參見圖1，一種雙磁環感應式永磁能發電機，主要包括定子磁環(1)、轉子磁環 (2)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、轉子感應繞組(5. 1)、轉子磁 橋(6. 1)、機殼(7)和原動機，其特徵是轉子磁環是由6塊S磁極和N磁極相間排列的徑 向永久磁鐵組成的三對極永磁體磁環；定子磁環是由12塊S磁極和N磁極相間排列的徑向 永久磁鐵組成的六對極永磁體磁環；定子磁橋有6個，一個定子磁橋的兩端分別與定子磁
6環中兩個相鄰的S極與N極相間排列的磁鐵連接，定子磁橋作為定子磁環的磁路，磁橋上設 有感應繞組；轉子磁橋有3個，一個轉子磁橋的兩端分別與轉子磁環中兩個相鄰的S極與N 極相間排列的磁鐵連接，轉子磁橋作為轉子磁環的磁路，磁橋上設有感應繞組；定子磁環和 定子磁橋固定於機殼，轉子磁環和轉子磁橋固定於轉子軛，轉子軛固定於輸入軸。轉子由原 動機帶動，轉子轉動時，轉動的磁環相對於定子磁環是一個交變的磁場，轉子磁環的S極與 N極交替對定子磁環的S極和N極產生吸力和斥力，定子磁環和轉子磁環的磁通發生交替變 化，定子磁環和轉子磁環的恆定磁場變成脈動磁場，經過磁橋的磁通交替發生改變，感應繞 組感應到電動勢且產生電流。感應繞組產生的電流通過接線盒向外輸出。第二實施例參見圖2，一種雙磁環感應式永磁能發電機，主要包括定子永磁體磁環(1)、轉子 永磁體磁環(2)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、機殼(7)和原動 機。定子磁環是由12塊S磁極和N磁極相間排列的徑向梯形永久磁鐵組成的6對極磁環， 轉子磁環是由6塊S磁極和N磁極相間排列的徑向永久磁鐵組成的三對極永磁體磁環；定 子磁橋有12個，一個定子磁橋與定子磁環中相鄰的兩個磁鐵連接，定子磁環中的一個磁鐵 與相鄰的兩個定子磁橋連接。定子磁橋上設有感應繞組。轉子上不設磁橋和感應繞組。其 餘未述部分同第一實施例，不再重複。第三實施例參見圖3，一種雙磁環感應式永磁能發電機，主要包括定子永磁體磁環(1)、轉子 Halbach陣列永磁體磁環(2. 1)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、 機殼(7)和原動機。轉子磁環是由6塊徑向永久磁鐵與6塊切向永久磁鐵和24塊斜向永 久磁鐵組成的三對極Halbach陣列永磁體磁環，磁環的S極和N極相間排列。轉子Halbach 陣列永磁體磁環磁場增強的一邊對著定子磁環，磁場減弱的一邊對著轉子軛。由於轉子軛 的磁通較少，所以轉子上不設磁橋和感應繞組。其餘未述部分同第一實施例，不再重複。第四實施例參見圖4，一種雙磁環感應式永磁能發電機，主要包括定子永磁體磁環(1)、轉子 Halbach陣列永磁體磁環(2. 1)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、 機殼(7)和原動機。轉子磁環是由6塊徑向永久磁鐵和12塊斜向永久磁鐵組成的三對極 Halbach陣列永磁體磁環，磁環的S極和N極相間排列。其餘未述部分同第一、第三實施例，
不再重複。第五實施例參見圖5，一種雙磁環感應式電磁能發電機，主要包括定子電磁環(1.1)、轉子 電磁環(2. 2)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、轉子感應繞組 (5. 1)、轉子磁橋(6. 1)、機殼(7)和原動機。轉子電磁環是由6個設定為S極與N極相間排 列的電磁鐵組成的3對極電磁環。定子電磁環是由12個設定為S極與N極相間排列的電 磁鐵組成的6對極電磁環。定子磁橋有6個，一個定子磁橋的兩端分別與定子電磁環中相 鄰的兩個電磁鐵連接，定子磁橋上設有定子感應繞組。轉子磁橋有3個，一個定子磁橋的兩 端分別與轉子電磁環中相鄰的兩個電磁鐵連接，定子磁橋上設有定子感應繞組。其餘未述 部分同第一實施例，不再重複。第六實施例
參見圖6，一種雙磁環感應式混合勵磁磁能發電機，主要包括定子電磁環(1. 1)、 轉子Halbach陣列永磁體磁環(2. 1)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋 (6)、機殼(7)和原動機。本例的定子磁環為電磁環，轉子磁環是Halbach陣列永磁體磁環， 是一種混合勵磁的磁能發電機。其餘未述部分同第一、第四和第五實施例，不再重複。第七實施例參見圖7，一種雙磁環感應式混合勵磁磁能發電機，主要包括定子電磁環(1. 1)、 轉子永磁體磁環(2)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、轉子感應繞 組(5. 1)、轉子磁橋(6. 1)、機殼(7)和原動機。本例的定子磁環為電磁環，轉子磁環是徑向 永磁體磁環，是一種混合勵磁的磁能發電機。其餘未述部分同第一、第五實施例，不再重複。第八實施例參見圖8，一種雙磁環感應式混合勵磁磁能發電機，主要包括定子永磁體磁環 (1)、轉子電磁環(2. 2)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、定子感應繞組(5)、定子磁橋(6)、轉子感應 繞組(5. 1)、轉子磁橋(6. 1)、機殼(7)和原動機。本例的定子磁環為徑向永磁體磁環，轉子 磁環是電磁環，是一種混合勵磁的磁能發電機。其餘未述部分同第一、第五實施例，不再重
Μ. ο
權利要求
一種雙磁環感應式磁能發電機，主要包括定子磁環(1)、轉子磁環(2)、轉子軛(3)、輸入軸(4)、感應繞組(5)、磁橋(6)、機殼(7)和原動機，其特徵是a.轉子磁環是S磁極和N磁極相間排列的三對極或三對極以上的磁環，磁環的磁極數量是3的公倍數；定子磁環是S磁極和N磁極相間排列的六對極或六對極以上的磁環，磁環的磁極數量是6的公倍數；定子磁環的磁極數量是轉子磁環的磁極數量的2倍；或者，轉子磁環是S磁極和N磁極相間排列的六對極或六對極以上的磁環，磁環的磁極數量是6的公倍數；定子磁環是S磁極和N磁極相間排列的三對極或三對極以上的磁環，磁環的磁極數量是3的公倍數；轉子磁環的磁極數量是定子磁環的磁極數量的2倍；b.磁橋作為定子磁環和/或轉子磁環的磁路，磁橋上設有感應繞組；c.轉子由原動機帶動，轉子轉動時，轉動的磁環相對於定子磁環是一個交變的磁場，轉子磁環的S極與N極交替對定子磁環的S極和N極產生吸力和斥力，定子磁環和轉子磁環的磁通發生交替變化，定子磁環和轉子磁環的恆定磁場變成脈動磁場，經過磁橋的磁通交替發生改變，感應繞組感應到電動勢且產生電流。
2.根據權利要求1所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是所述定子磁環和轉子 磁環是永磁體磁環或電磁鐵磁環。
3.根據權利要求1和2所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是3對極或3對極 以上的永磁體磁環是由6塊或6塊以上S極和N極相間排列的永久磁鐵組成的圓形或多邊 形磁環，或者，利用充模或壓模的方法製造一個完整的磁環，然後在一個特製的夾具中進行 充磁，採用該方法加工出的3對極或3對極以上的S極與N極相間排列的磁環；6對極或6 對極以上的永磁體磁環是由12塊或12塊以上S極和N極相間排列的永久磁鐵組成的磁環， 或者，利用充模或壓模的方法製造一個完整的磁環，然後在一個特製的夾具中進行充磁，採 用該方法加工出的6對極或6對極以上的S極與N極相間排列的圓形或多邊形磁環。
4.根據權利要求1和2所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是3對極或3對極 以上的Halbach陣列永磁體磁環是由12塊或12塊以上徑向永磁體與切向和/或斜向永磁 體組合而成的S極與N極相間排列的圓形磁環或多邊形磁環，或者，利用充模或壓模的方法 製造一個完整的磁環，然後在一個特製的夾具中進行充磁，採用該方法加工出的3對極或3 對極以上的S極與N極相間排列的Halbach陣列圓形和多邊形磁環；6對極或6對極以上 的Halbach陣列永磁體磁環是由24塊或24塊以上徑向永磁體與切向和/或斜向永磁體組 合而成的S極與N極相間排列的圓形磁環或多邊形磁環，或者，利用充模或壓模的方法製造 一個完整的磁環，然後在一個特製的夾具中進行充磁，採用該方法加工出的6對極或6對極 以上的S極與N極相間排列的Halbach陣列圓形和多邊形磁環。
5.根據權利要求1和2所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是3對極或3對極 以上的電磁鐵磁環是由6個或6個以上電磁鐵組成的、磁極設定為S極與N極相間排列的 磁環，或者，3對極或3對極以上的電磁鐵磁環是由12個或12個以上徑向電磁鐵與切向電 磁鐵和/或三角形電磁鐵組成的3對極或3對極以上的S極與N極相間排列的Halbach陣 列電磁鐵磁環；6對極或6對極以上的電磁鐵磁環是由12個或12個以上電磁鐵組成的、磁 極設定為S極與N極相間排列的磁環，或者，6對極或6對極以上的電磁鐵磁環是由24個 或24個以上徑向電磁鐵與切向電磁鐵和/或三角形電磁鐵組成的6對極或6對極以上的S極與N極相間排列的Halbach陣列電磁鐵磁環。
6.根據權利要求1所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是磁能發電機為雙磁環 感應式永磁能發電機或雙磁環感應式電磁能發電機或雙磁環感應式混合勵磁磁能發電機 或雙磁環感應式多段磁能發電機或雙磁環感應式並列混合勵磁磁能發電機。
7.根據權利要求1所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是所述原動機為帶有蓄 電池的電動機。
8.根據權利要求1所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是電磁鐵磁環的繞組為 繞線型繞組或鼠籠型繞組。
9.根據權利要求1所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是定子磁環和轉子磁鐵 的磁極方向為徑向或切向或軸向。
10.根據權利要求1所述一種雙磁環感應式磁能發電機，其特徵是磁能發電機為直流 發電機或交流發電機。
全文摘要
本發明涉及一種雙磁環感應式磁能發電機，主要包括定子磁環、轉子磁環、轉子軛、輸入軸、感應繞組、磁橋、機殼和原動機。轉子磁環和定子磁環是S磁極和N磁極相間排列的三對極或三對極以上的磁環；定子磁環的磁極數量是轉子磁環的磁極數量的2倍或1/2；磁橋作為定子磁環和/或轉子磁環的磁路，磁橋上設有感應繞組；轉子由原動機帶動，轉子轉動時，轉動的磁環相對於定子磁環是一個交變的磁場，轉子磁環的S極與N極交替對定子磁環的S極和N極產生吸力和斥力，定子磁環和轉子磁環的磁通發生交替變化，定子磁環和轉子磁環的恆定磁場變成脈動磁場，經過磁橋的磁通交替發生改變，感應繞組感應到電動勢且產生電流。
文檔編號H02N11/00GK101882901SQ20101023298
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者李貴祥 申請人:李貴祥