CN101807845A - 发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发电机，包括柱形机壳，其特征在于：所述机壳内壁上均匀设置有线圈，机壳内部相应设有与所述线圈相对的磁体，所述线圈与所述磁体之间设有可转动的磁路开关，所述磁路开关控制线圈内的磁通量变化产生感应电动势。本发明通过磁路开关控制线圈内的磁通量变化产生感生电动势完成能量转换，由于差效磁场效应，使得整个能量转换过程中能量损失降到最小，具有超效节能的特征，可以减少对煤炭石油等能源的依赖，是一种新型的能量转换技术，可有效缓解能源危机的影响。该发明可广泛应用于舰船、汽车、航天器、野外场地等场合，特别是用于风力发电机上其意义更加深远。

Description

发电机

技术领域

本发明涉及能源设备，尤其涉及一种发电机。

背景技术

现有的发电机的工作过程是由线圈与磁体作相对运动切割磁力线，使线圈内磁通量发生变化而产生感生电动势，此种工作方式产生的“逆变磁场效应”始终阻尼磁体与线圈的相对运动。即：当线圈运动接近磁体时线圈内的磁通量增加，此时线圈将产生逆向磁场排斥磁体；当线圈离开磁体时线圈内的磁通量减少，此时线圈将产生顺向磁场吸引磁体阻碍磁体离开，所以要消耗大量的能量来克服这些阻力。

发明内容

本发明提供一种发电机，改变现有的由电感线圈切割磁力线产生电动势的发电方式，利用“差效磁场效应”(后续详解)克服了现有技术逆变磁场效应损失能量较多的缺陷，达到高效节能的目的。

本发明提供的技术方案是，一种发电机，包括柱形机壳，其中，所述机壳内壁上均匀设置有线圈，机壳内部相应设有与所述线圈相对的磁体，所述线圈与所述磁体之间设有可转动的磁路开关，所述磁路开关控制线圈内的磁通量变化产生感应电动势。

如上所述的发电机，所述机壳内设有定子，所述磁体镶嵌于所述定子中，所述线圈在所述机壳内壁沿圆周方向设置，所述磁路开关包括壳体，设置在该壳体上接通或断开线圈磁路的磁路连通块以及将漏磁束缚在壳体中的磁屏蔽。

如上所述的发电机，所述磁体均匀设置在所述机壳内壁上，所述磁体与所述线圈沿轴向交错设置，所述磁路开关包括壳体，设置在该壳体上接通或断开线圈磁路的磁路连通块以及将漏磁束缚在壳体中的磁屏蔽。

如上所述的发电机，所述磁体位于所述机壳内壁上与所述线圈沿圆周方向设置，所述磁路开关包括接通或断开线圈磁路的磁路连通块。

如上所述的发电机，所述磁体位于所述机壳内壁上与所述线圈沿轴向交错设置，所述磁路开关包括接通或断开线圈磁路的磁路连通块。

如上所述的发电机，所述磁路连通块为柱形，其横截面面积与所述磁体及线圈的横截面积相当，其高度为所述磁体高度的1/3-3倍。

如上所述的发电机，所述磁屏蔽为多层，其厚度为所述磁路连通块高度的1/10-1倍。

如上所述的发电机，所述磁路连通块和磁屏蔽均采用铁磁质材料制成，所述壳体采用绝缘材料制成。

如上所述的发电机，所述磁屏蔽呈底部开孔的桶状，所述磁路连通块一端伸出所述开孔。

如上所述的发电机，所述磁路开关上设有飞轮。

本发明通过磁路开关控制线圈内的磁通量变化产生感生电动势完成能量转换，由于差效磁场效应，使得整个能量转换过程中能量损失降到最小，具有超效节能的特征，可以减少对煤炭石油等能源的依赖，是一种新型的能量转换技术，可有效缓解能源危机的影响。该发明可广泛应用于舰船、汽车、航天器、野外场地等场合，特别是用于风力发电机上其意义更加深远。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为本发明实施例二结构示意图；

图3为本发明实施例三结构示意图；

图4为本发明实施例四结构示意图；

图5为本发明实施例五结构示意图；

图6为本发明实施例六结构示意图；

图7为图1所示磁路开关结构示意图；

图8为图7所示A向视图；

图9为图2所示磁路开关结构示意图；

图10为图9所示B向视图；

图11为铁块受静态磁场引力作用实验受力图；

图12为铁块受交变磁场引力作用实验受力图。

图中，1、磁体；2、磁屏蔽；3、磁路连通块；4、壳体；5、线圈；6、机壳；7、定子；8、磁路开关；9、飞轮；n、旋转方向。

具体实施方式

首先解释差效磁场效应，差效磁场效应是两磁体的同名磁极相对立时形成的组合磁场对铁磁质性材料的吸引力，大于异名磁极相对立时形成的组合磁场的吸引力。为了进一步理解，现做实验如下：

实验一，铁块受静态磁场引力

主要工具材料：130*110*5mm钢板1块，25*50*45mm磁钢2块，弹簧秤20kg1支，用轴承组、转盘、支架制作成简易实验器。

方法：将磁钢固定在支架上，钢板安装在带轴承组的转盘上，钢板与磁钢之间留有1.5mm缝隙，钢板可以转动，磁钢固定不动，用弹簧秤将钢板拉出，其最大值即为次吸力，其受力参考图11，图中示出三次实验受力图，图I为普通情况，其中磁钢为一块，图II中磁钢为两块，且两块磁铁的异名磁极相对，图III中磁钢也为两块，两块磁铁的同名磁极相对。

实验结果如下：F1＝7.7kg    F2＝3.9kg    F3＝16.3kg

所以：F3＞F1＞F2

F1＝2F2；F3＝2F1；F3＝4F2；

图II中由于异名磁极相吸使磁场强度减弱，所以对铁块的吸引力F2减小，图III中两块磁铁的同性磁极相对，磁场强度增强，所以对铁块的吸引力F3增大。

实验二、铁块受交变磁场引力

如图12所示，图中左图为铁块刚进入磁场时受力图，右图为铁块离开磁场时受力图，当铁块向右移动被吸入磁场时，由于铁块的磁导率大于空气的磁导率，此时线圈内的磁通量增加，由法拉第电磁感应定律可得，线圈随即产生逆变磁场，如左图所示同名磁极相对，磁场强度增强，对铁块的吸力增大；当铁块向右继续移动离开磁场，此时因线圈内磁通量减少产生的逆变磁场，当异名磁极相对时，磁场强度减弱，对铁块的吸引力减小，运动阻力减小。

从实验二中可以得出：当线圈加上负载或闭合时就能产生差效磁场效应，那么F1＞F2。由此原理设计的发电机，当发电量越多，负载越大，“差效磁场效应”越强，发电机愈省力。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

参考图1，本发明发电机包括机壳6，所述机壳6内壁上均匀设置有线圈5，机壳6内部相应设有与所述线圈5相对的磁体1，所述线圈5与所述磁体1之间设有可转动的磁路开关8，所述磁路开关8控制线圈5内的磁通量变化产生感应电动势。

本发明通过磁路开关控制线圈内的磁通量变化产生感生电动势完成能量转换，由于差效磁场效应，使得整个能量转换过程中能量损失降到最小，从而极大地节省了能源。

需要说明的是，发电机必然包括用于机器降温的冷却系统，用于控制线圈绕组输出能量和控制转速、电压频率的控制系统以及其他常规部件，由于本发明未对上述部件做出改进，故此处没有提及，也不做详述。

具体地讲，图1-图5给出了五种实施方式，下面逐一介绍。

实施例一，本实施例机壳6内设有定子7，磁体1镶嵌于定子中，线圈在所述机壳6内壁沿圆周方向设置，即每个线圈5对应一个磁体1，两者相对静止，在定子7与机壳6之间设有磁路开关8，所述磁路开关通过动力系统带动起旋转，其中动力系统图中未示出，磁路开关结构如图7、图8所示，包括壳体4，设置在该壳体4上接通或断开线圈磁路的磁路连通块3以及将漏磁束缚在壳体中的磁屏蔽2，磁路连通块3连通块3沿壳体4圆周方向设置，其中一部分镶嵌于壳体4中，一部分突出磁屏蔽2，磁路连通块3的与磁体及线圈之间的气息不易过大，为了提高能量转换效率，所述磁路连通块3为柱体，其横截面面积与所述磁体及线圈的横截面积相当，其高度为所述磁体高度的1/3-3倍，如此可保证磁路闭合后N极与S极导通，且闭合磁路后的气隙趋向于零。所述磁屏蔽2为多层，其厚度为所述磁路连通块高度的1/10-1倍。为了储存能量，可在磁路开关上设有飞轮。

每块磁体对应1个线圈为1个工作组，每1个工作层面为1个单元，每一个单元可以有1个至多个工作组，每台机器可以有1个至多个单元，各单元之间要有相位差，第一、使其自身受力均匀。第二、能够产生相差电动势，输出多项电源。

工作过程如下：磁路开关8转动，当磁路连通块3移动至磁体1与线圈5绕组的气隙空间位置时，将线圈5内的磁路接通；当磁路连通块3离开磁体1及线圈时，将线圈5内的磁路断开，同时由于磁屏蔽4的作用将线圈内的磁力线完全阻断。如此，使得穿过线圈的磁通量发生变化而产生感生电动势。

本实施例机壳6用于支撑零部件或形成磁路回路，由金属材料制成；定子7用于支撑磁体1及磁路开关8等部件；线圈5为由铁芯和线圈及接线端子组成的线圈绕组；磁体1为永磁体或励磁体，所述磁路连通块3和磁屏蔽2均采用铁磁质材料(如：钢、铁等合金)制成，所述壳体4采用塑料等绝缘材料制成。

由于铁磁质材料进入磁场时受到的正向吸引力和离开磁场时受到的反向吸引力是近乎平衡，并且由于磁体与线圈形成了‘差效磁场’使磁路连通块进入磁场时受到的吸引力作用大于离开磁场时的阻力，由此实现高效节能的效果。

为证明本实施例发电机节能效果的可行性，试验如下：

按实施例一制作一部实验样机，用一部电机带动该发电机运转，测试在各状态下，电动机的电流大小，观测其节能性能。

该样机参数如下：

单元数量＝2；每单元工作组数量＝4；磁体尺寸25*50*50(高度)；连通块尺寸26*50*33(高度)；连通块横截面为矩形；磁路开关为单体型(无磁屏蔽)；线圈绕组匝数450；线圈连接为各对称面两组串联，共输出4路；动力电机1台，p＝180w；电动机调速器1件；无飞轮。

测试结果如下表所述：

分析：一、由上述数据可以看出随着发电机负载的不断增加，源动力电机的电流量逐渐减小，证明源动力电机的能耗与发电机输出能量的增减成反比例变化，即输出能量越大能耗越低。原因在于当线圈负载后，线圈内产生的逆变磁场与磁体块形成“差效磁场效应”，且线圈电感量越大，逆变磁场越强，差效磁场效应越明显，动力电机越省力。二、当源动力电机的转速不断提高时，其电流量越低，变化率也越大。电机1100转时下降率11.24％；1300转时下降率12.12％；1450转时下降率16.54％。因为转速越高转子的惯性越大吸收磁场正向能量越多，如果加上飞轮9储能，效果会更加显著。

实施例二，参照图2，与实施例一不同之处在于：磁体1与线圈5轴向对称，即：磁体1与所述线圈5沿轴向交错设置，磁体1和线圈5都固定在机壳6内壁上，没有设计定子，磁路开关结构参考图8及图9，为盘式磁路开关，所述磁屏蔽呈底部开孔的桶状，所述磁路连通块一端伸出所述开孔，工作原理如同实施例一，此不赘述。

实施例三，参考图3，本实施例发电机包括一个磁体1及一个线圈5，磁体1与线圈5相对固定在机壳6的内壁上，没有设计定子，磁路开关主要由轴和磁路连通块构成，没有磁屏蔽，轴转动带动磁路连通块进行工作。工作原理如同实施例一，本实施例主要适应于微型发电机。

实施例四，参考图4，本实施例类似实施例三，发电机包括两个磁体及两个线圈，磁体与线圈相对固定在机壳的内壁上，没有设计定子，磁路开关同样由轴和磁路连通块构成，没有磁屏蔽，轴转动带动磁路连通块进行工作。工作原理如同实施例三，本实施例也主要适应于微型发电机。

实施例五，参考图5，同一单元机壳内壁沿圆周上交错设有三个线圈及三个磁体，磁路连通块呈U形，用于选择连通相邻的线圈与磁体。工作原理类似上述实施例，此不赘述。

实施例六，参考图6，与实施例五的不同之处在于，同一单元机壳内壁沿轴向设有线圈及磁体，无定子，无磁屏蔽，转子8转动带动磁路开关工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种发电机，包括柱形机壳，其特征在于：所述机壳内壁上均匀设置有线圈，机壳内部相应设有与所述线圈相对的磁体，所述线圈与所述磁体之间设有可转动的磁路开关，所述磁路开关控制线圈内的磁通量变化产生感应电动势。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述机壳内设有定子，所述磁体镶嵌于所述定子中，所述线圈在所述机壳内壁沿圆周方向设置，所述磁路开关包括壳体、设置在该壳体上接通或断开线圈磁路的磁路连通块以及将漏磁束缚在壳体中的磁屏蔽。

3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述磁体均匀设置在所述机壳内壁上，所述磁体与所述线圈沿轴向交错设置，所述磁路开关包括壳体，设置在该壳体上接通或断开线圈磁路的磁路连通块以及将漏磁束缚在壳体中的磁屏蔽。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述磁体位于所述机壳内壁上与所述线圈沿圆周方向设置，所述磁路开关包括接通或断开线圈磁路的磁路连通块。

5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述磁体位于所述机壳内壁上与所述线圈沿轴向交错设置，所述磁路开关包括接通或断开线圈磁路的磁路连通块。

6.根据权利要求2-5任一项所述的发电机，其特征在于：所述磁路连通块为柱体，其横截面面积与所述磁体及线圈的横截面积相当，其高度为所述磁体高度的1/3-3倍。

7.根据权利要求2或3所述的发电机，其特征在于：所述磁屏蔽为多层，其厚度为所述磁路连通块高度的1/10-1倍。

8.根据权利要求7所述的发电机，其特征在于：所述磁路连通块和磁屏蔽均采用铁磁质材料制成，所述壳体采用绝缘材料制成。

9.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于：所述磁屏蔽呈底部开孔的桶状，所述磁路连通块一端伸出所述开孔。

10.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述磁路开关上设有飞轮。

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