CN107872133B - 机械换相式磁阻发电机 - Google Patents
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Abstract
一种机械换相式磁阻发电机，包括一具有四个凸极的静子，其中两个相对的凸极末端形成数个第一齿槽，另两个相对的凸极末端形成数个第二齿槽，一绕设在静子的两个凸极间的第一激磁线圈，一绕设在静子的两个凸极间并与第一激磁线圈相对的第二激磁线圈，一绕设在静子的两个凸极间并位于第一激磁线圈与第二激磁线圈之间的第一输出线圈，一绕设在静子的两个凸极间并与第一输出线圈相对的第二输出线圈，一设于静子内且其周边朝静子方向形成数个第三齿槽的转子，该转子相对静子旋转时，所述第一齿槽及所述第二齿槽会轮流与所述第三齿槽对齐或错开，使得转子旋转时，静子将因持续反复地磁场换相而不断地产生涡电流并耦合至第一输出线圈及第二输出线圈。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机，特别是涉及一种机械换相式磁阻发电机。
背景技术
以往的开关磁阻发电机(SR发电机)是一种将机械能转换为电能的设备，该设备借由一开关电路控制绕组与储能装置的导接方式，以控制电能在电机与储能装置之间的流动方向。当作为发电机运转时，该设备透过开关电路与储能装置导接，以由储能装置提供电流流过绕组，随后开关电路改变电流的路径，使该设备从绕组回收电能并以电流源形式对储能装置充电。故，此种开关磁阻发电机必须配合一开关电路才能运作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不需开关电路的机械换相式磁阻发电机。
本发明一种机械换相式磁阻发电机包含：一静子，呈圆环形状并具有等距间隔且朝中心凸出的四个凸极，其中两个相对的凸极的末端形成数个第一齿槽，另外两个相对的凸极的末端形成数个第二齿槽，且该静子是由一硅钢片组及一非晶质铁芯组成的复合铁芯；一第一激磁线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间；一第二激磁线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间并与该第一激磁线圈相对；一第一输出线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间并位于该第一激磁线圈与该第二激磁线圈之间；一第二输出线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间并与该第一输出线圈相对；及一转子，设于该静子内，且其周边朝该静子方向形成数个第三齿槽，且该转子相对该静子旋转时，所述第一齿槽及所述第二齿槽会轮流与所述第三齿槽对齐或错开。
在本发明的一实施例中，该第一激磁线圈接受一直流电源供电而于其两端形成一第一磁场，该第二激磁线圈其接受该直流电源供电而于其两端形成一与该第一磁场互斥的第二磁场；且所述第三齿槽与所述第一齿槽对齐时，所述第三齿槽会与所述第二齿槽错开，此时该静子与该转子之间经由所述对齐的第三齿槽与第一齿槽形成一通过该第一输出线圈的第一磁路以及一通过该第二输出线圈的第二磁路，而所述第三齿槽与所述第二齿槽对齐时，所述第三齿槽会与所述第一齿槽错开，此时该静子与该转子之间经由所述对齐的第三齿槽与第二齿槽形成一通过该第一输出线圈且与该第一磁路反向的第三磁路，使得该静子因磁换相而产生涡电流并耦合至该第一输出线圈，且该静子与该转子之间经由所述对齐的第三齿槽与第二齿槽形成一通过该第二输出线圈且与该第二磁路反向的第四磁路，使得该静子因磁换相而产生涡电流并耦合至该第二输出线圈。
在本发明的一实施例中，该机械换相式磁阻发电机还包含一阻尼储能电路，其与该第一输出线圈及该第二输出线圈电耦接，以吸收耦合至该第一输出线圈及该第二输出线圈的涡电流，并将涡电流转换成直流电能后储存。
在本发明的一实施例中，上述该阻尼储能电路包括并联的一第一飞轮二极管组、一第二飞轮二极管组、一有极性电容及一二次电池，以及两个无极性电容，该第一飞轮二极管组具有串接于一第一接点的一第一飞轮二极管及一第二飞轮二极管，该第二飞轮二极管组具有串接于一第二接点的一第三飞轮二极管及一第四飞轮二极管，且该两个无极性电容的一端串接于一第三接点，另一端与该有极性电容并联，而该第一输出线圈及该第二输出线圈的一端分别与该第一接点及该第二接点对应电耦接，且该第一输出线圈及该第二输出线圈的另一端与该第三接点电耦接，借此，耦合至该第一输出线圈的涡电流会经由该第一飞轮二极管或该第二飞轮二极管对各该无极性电容充电，且耦合至该第二输出线圈的涡电流会经由该第三飞轮二极管或该第四飞轮二极管对各该无极性电容充电，再由该有极性电容对该二次电池释放电能。
本发明的有益效果在于：借由在静子的两个相对凸极末端形成数个第一齿槽，另两个相对凸极末端形成数个第二齿槽，并于两两凸极之间绕设相对的第一激磁线圈和第二激磁线圈，以及在第一激磁线圈和第二激磁线圈之间绕设在两两凸极之间且相对的第一输出线圈和第二输出线圈，并借由在转子的周边形成数个朝向静子的第三齿槽，且转子相对静子旋转时，所述第一齿槽及所述第二齿槽会轮流与所述第三齿槽对齐或错开，使得转子旋转时，静子将因持续反复地磁场换相而不断地产生涡电流并耦合至第一输出线圈及第二输出线圈，确实达成本发明不需使用开关电路即能将机械能转换成电能的功效与目的。
附图说明
图1显示本发明机械换相式磁阻发电机的一实施例的构造示意图。
图2显示本实施例的所述第一齿槽与所述第三齿槽对齐时，在静子与转子之间形成第一磁路与第二磁路的示意图。
图3显示本实施例的所述第二齿槽与所述第三齿槽对齐时，在静子与转子之间形成与第一磁路反相的第三磁路以及与第二磁路反相的第四磁路的示意图。
图4显示本实施例的第一输出线圈和第二输出线圈与一阻尼储能电路电耦接。
图5显示本实施例的阻尼储能电路的细部电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1与图2，本发明机械换相式磁阻发电机的一实施例主要包含一静子(或称换相器)1、一第一激磁线圈2、一第二激磁线圈3、一第一输出线圈4、一第二输出线圈5及一转子6；其中静子1概呈圆环形状并具有等距间隔地且朝中心凸出的四个凸极11～14，其中两个相对的凸极11、13的末端形成数个第一齿槽15，另外两个相对的凸极12、14的末端形成数个第二齿槽16，且较佳地做法是，凸极11、13的末端形成一弧形的扩大端部110、130，且所述第一齿槽15是形成在扩大端部110、130上，同样地，凸极12、14的末端形成一弧形的扩大端部120、140，且所述第二齿槽16是形成在扩大端部120、140上。而且静子1是由一硅钢片组17及一非晶质铁芯18重叠组成的复合铁芯，如图1所示，硅钢片组17设在静子1的外圈，而非晶质铁芯18设在静子1的内圈。此外，非晶质铁芯18设在静子1的外圈，而硅钢片组17设在静子1的内圈也是可以的。
第一激磁线圈2绕设在静子1上的两个凸极11、12之间形成的凹槽，第二激磁线圈3绕设在静子1上的两个凸极13、14之间形成的凹槽，并与第一激磁线圈2相对；第一输出线圈4绕设在静子1上的两个凸极11、14之间形成的凹槽，而位于第一激磁线圈2与第二激磁线圈3之间，且第二输出线圈5绕设在静子1上的两个凸极12、13之间形成的凹槽而与第一输出线圈4相对。
转子6设于静子1环绕的一中心区域内，且其周边朝静子1方向形成数个等距间隔的第三齿槽61，且转子6相对静子1旋转时，所述第一齿槽15及所述第二齿槽16会轮流与所述第三齿槽61对齐或错开，亦即当所述第三齿槽61与所述第一齿槽15对齐时，所述第三齿槽61会与所述第二齿槽16错开，而当所述第三齿槽61与所述第二齿槽16对齐时，所述第三齿槽61会与所述第一齿槽15错开。
且如图1所示，第一激磁线圈2接受一直流电源Vdc持续供电而于其两端形成一第一磁场，第二激磁线圈3接受直流电源Vdc持续供电而于其两端形成一与该第一磁场互斥的第二磁场；借此，如图2所示，当转子6转动而使所述第三齿槽61与所述第一齿槽15对齐时，所述第三齿槽61与所述第二齿槽16错开，此时静子1与转子6之间经由所述对齐的第三齿槽61与第一齿槽15形成一通过第一输出线圈4的第一磁路M1以及一通过第二输出线圈5的第二磁路M2，而接着下一刻转子6转动至使所述第三齿槽61与所述第二齿槽16对齐，且所述第三齿槽61与所述第一齿槽15错开时，如图3所示，此时静子1与转子6之间经由所述对齐的第三齿槽61与第二齿槽16形成一通过第一输出线圈4且与该第一磁路M1反相的第三磁路M3，使得静子1因磁场换相(magnetic shunt)而产生涡电流并耦合至第一输出线圈4，同时，静子1与转子6之间经由所述对齐的第三齿槽61与第二齿槽16形成一通过第二输出线圈5且与第二磁路M2反相的第四磁路M4，使得静子1因磁场换相而产生涡电流并耦合至第二输出线圈5。借此，当转子6持续转动，静子1将因持续反复地磁场换相而不断地产生涡电流并耦合至第一输出线圈4及第二输出线圈5。
因此，为了将耦合至第一输出线圈4及第二输出线圈5的交流涡电流转换成直流电能并储存起来，如图4所示，本实施例还包含一阻尼储能电路7，其与第一输出线圈4及第二输出线圈5电耦接，以吸收耦合至第一输出线圈4及第二输出线圈5的涡电流，并将涡电流转换成直流电能后储存。
更确切地说，如图5所示，本实施例的阻尼储能电路7包括并联的一第一飞轮二极管组71、一第二飞轮二极管组72、一有极性电容Cp及一二次电池(可充电电池)，例如阻尼电池Db，以及两个无极性电容Cs。其中第一飞轮二极管组71具有串接于一第一接点73的一第一飞轮二极管D1及一第二飞轮二极管D2，第二飞轮二极管组72具有串接于一第二接点74的一第三飞轮二极管D3及一第四飞轮二极管D4。
有极性电容Cp可以是例如超级电容、电解电容等，而该两个无极性电容Cs的一端串接于一第三接点75，另一端与有极性电容Cp并联，且无极性电容Cs为一高频电容，因此该两个无极性电容Cs与有极性电容Cp共同组成一能够吸取大量电能的阻尼电容器。且有关上述阻尼电容器的特性、功能及细节可以参见中国台湾第M477033号「在系统电路中用于阻尼功能的电容器」专利。
且如图4与图5所示，第一输出线圈4及第二输出线圈5的一端a、d分别与第一接点73及第二接点74对应电耦接，且其另一端b、c与第三接点75电耦接。借此，耦合至第一输出线圈4的涡电流会经由第一飞轮二极管D1(当涡电流由第一输出线圈4的端a输出)或第二飞轮二极管D2(当涡电流由第一输出线圈4的端b输出)对各该无极性电容Cs充电，且耦合至第二输出线圈5的涡电流会经由第三飞轮二极管D3(当涡电流由第二输出线圈5的端d输出)或第四飞轮二极管D4(当涡电流由第二输出线圈5的端c输出)对各该无极性电容Cs充电。因此，当与该两个无极性电容Cs并联的有极性电容Cp两端的电位(即该两个无极性电容Cs加总的电位)高于阻尼电池Db时，有极性电容Cp即向阻尼电池Db释放电能，而将电能储存在阻尼电池Db中。
此外，本实施例的阻尼电池Db还与直流电源Vdc并联，且阻尼电池Db的电位通常高于直流电源Vdc，因此阻尼电池Db能优先提供电力给第一激磁线圈2及第二激磁线圈3，以延长直流电源Vdc的续航力。
值得一提的是，本实施例的转子6是被一驱动装置，例如马达带动运转，且较佳地，该驱动装置使用中国台湾第104132133号专利申请案揭露的「共振型态飞轮储能及动力装置」可以达到最佳的效果。
因此，由上述说明可知，本发明借由在静子1的两个相对凸极11、13末端形成数个第一齿槽15，另两个相对凸极12、14末端形成数个第二齿槽16，并于两两凸极(11、12)、(13、14)之间绕设相对的第一激磁线圈2和第二激磁线圈3，以及在第一激磁线圈2和第二激磁线圈3之间绕设在两两凸极(11、14)、(12、13)之间且相对的第一输出线圈5和第二输出线圈6，并借由在转子6的周边形成数个朝向静子1的第三齿槽61，且转子6相对静子1旋转时，所述第一齿槽15及所述第二齿槽16会轮流与所述第三齿槽61对齐或错开，借此，当转子6旋转时，静子1将因持续反复地磁场换相而不断地产生涡电流并耦合至第一输出线圈4及第二输出线圈5，再由阻尼储能电路7吸收耦合至第一输出线圈4及第二输出线圈5的涡电流，并将涡电流转换成直流电能后储存，确实达成本发明不需使用开关电路的功效与目的。
Claims (6)
1.一种机械换相式磁阻发电机，其特征在于：
该机械换相式磁阻发电机包括：
一静子，呈圆环形状并具有等距间隔且朝中心凸出的四个凸极，其中两个相对的凸极的末端形成数个第一齿槽，另外两个相对的凸极的末端形成数个第二齿槽，且该静子是由一硅钢片组及一非晶质铁芯组成的复合铁芯；
一第一激磁线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间；
一第二激磁线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间并与该第一激磁线圈相对；
一第一输出线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间并位于该第一激磁线圈与该第二激磁线圈之间；
一第二输出线圈，绕设在该静子上的两个凸极之间并与该第一输出线圈相对；及
一转子，设于该静子内，且其周边朝该静子方向形成数个第三齿槽，且该转子相对该静子旋转时，所述第一齿槽及所述第二齿槽会轮流与所述第三齿槽对齐或错开。
2.根据权利要求1所述的机械换相式磁阻发电机，其特征在于：该第一激磁线圈接受一直流电源供电而于其两端形成一第一磁场，该第二激磁线圈其接受该直流电源供电而于其两端形成一与该第一磁场互斥的第二磁场；且所述第三齿槽与所述第一齿槽对齐时，所述第三齿槽会与所述第二齿槽错开，此时该静子与该转子之间经由所述对齐的第三齿槽与第一齿槽形成一通过该第一输出线圈的第一磁路以及一通过该第二输出线圈的第二磁路，而所述第三齿槽与所述第二齿槽对齐时，所述第三齿槽会与所述第一齿槽错开，此时该静子与该转子之间经由所述对齐的第三齿槽与第二齿槽形成一通过该第一输出线圈且与该第一磁路反向的第三磁路，使得该静子因磁换相而产生涡电流并耦合至该第一输出线圈，且该静子与该转子之间经由所述对齐的第三齿槽与第二齿槽形成一通过该第二输出线圈且与该第二磁路反向的第四磁路，使得该静子因磁换相而产生涡电流并耦合至该第二输出线圈。
3.根据权利要求2所述的机械换相式磁阻发电机，其特征在于：该机械换相式磁阻发电机还包含一阻尼储能电路，其与该第一输出线圈及该第二输出线圈电耦接，以吸收耦合至该第一输出线圈及该第二输出线圈的涡电流，并将涡电流转换成直流电能后储存。
4.根据权利要求3所述的机械换相式磁阻发电机，其特征在于：该阻尼储能电路包括并联的一第一飞轮二极管组、一第二飞轮二极管组、一有极性电容及一二次电池，以及两个无极性电容，该第一飞轮二极管组具有串接于一第一接点的一第一飞轮二极管及一第二飞轮二极管，该第二飞轮二极管组具有串接于一第二接点的一第三飞轮二极管及一第四飞轮二极管，且该两个无极性电容的一端串接于一第三接点，另一端与该有极性电容并联，而该第一输出线圈及该第二输出线圈的一端分别与该第一接点及该第二接点对应电耦接，且该第一输出线圈及该第二输出线圈的另一端与该第三接点电耦接，借此，耦合至该第一输出线圈的涡电流会经由该第一飞轮二极管或该第二飞轮二极管对各该无极性电容充电，且耦合至该第二输出线圈的涡电流会经由该第三飞轮二极管或该第四飞轮二极管对各该无极性电容充电，再由该有极性电容对该二次电池释放电能。
5.根据权利要求4所述的机械换相式磁阻发电机，其特征在于：该二次电池与该直流电源并联。
6.根据权利要求4或5所述的机械换相式磁阻发电机，其特征在于：该二次电池是一阻尼电池。
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Granted publication date: 20190705 Termination date: 20210923 |
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