用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置。本实用新型专利技术装置包括：磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；能量收集单元，用于与磁场发生相对运动并在其南北极性交变区域产生交变的电势；能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；储能单元和/或负载，用于接收输出的能量。该装置实现对磁场发生极性变化的区域能量的收集和转换，大大提高了磁场利用率，且在发电效率和装置小型化方面更是显著优于普通发电机。

Realization device for collecting and converting magnetic field energy

The utility model discloses a device for collecting and converting the magnetic field energy. The utility model comprises: a magnetic field source generating device for generating a north-south alternating polarity region of the magnetic field; energy collecting unit for relative movement and the alternating potential in the north polar region and alternating magnetic field; energy conversion unit is used to realize in a magnetic field polarity current generated by electric the potential energy and magnetic energy collection, and in an opposite polarity of the magnetic field under the electric potential and magnetic field and magnetic polarity in collecting a power output current generated; the storage unit and / or load, for receiving the energy output. The utility model realizes the collection and conversion of the regional energy of the polarity change of the magnetic field, greatly improves the utilization rate of the magnetic field, and is more remarkable than the common generator in the power generation efficiency and the device miniaturization.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及发电领域，具体涉及用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置。
技术介绍
当今，先进的工业领域及能源领域需要更多体积更小却更高效的发电装置。现有的发电装置主要还是电机和发电机。对于一般交流电机而言，电机体积与电机转矩有关，而电机转矩取决于磁通和电流的乘积，因此，电机体积受到气隙磁密和导体允许的电流面密度的限制。而气隙磁密本身也是受到限制的，比如，常规交流电机的气隙磁场要求为正弦波，而永磁电机由于气隙主磁场由永磁体产生，其气隙磁密更是受到硅钢片最大磁密(如1.2T)的限制。对于径向磁通电机，绕组和磁通之间存在尺寸上的制约(通磁通的齿部和布置绕组的槽的尺寸直接影响电机定子直径)，要提高功率密度，一般采用提高绕组利用率实现，如采用分段铁芯和集中绕组的办法实现高的槽满率；对于横向磁通电机，一般采用提高绕组空间以提高功率密度，但这样的提高也很有限。此外，电机电流流过绕组的电流密度与损耗和绕组温升直接相关，在冷却方式和绝缘确定的情况下，电流密度也受到限制。总之，当前常规的电机或发电机的结构严重制约了其在效率提升和小型化的实现上的改进。因此，开发一种全新的高功率密度和小型化的发电装备具有重要的现实意义，以满足当前先进的工业领域及能源领域对于高功率密度的小型化的电机或发电机的迫切需要，尤其是满足在车载、机动场合的电源系统领域的迫切需要。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，改变了常规电机稳态磁场条件下的电机设计和运行理论，对于磁场发生极性变化的区域能量进行收集和转换，从而大大提高磁场利用率，在发电效率和装置小型化方面更是显著优于普通发电机。一种用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，包括：磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；能量收集单元，用于与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动，并在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；储能单元和/或负载，用于接收所述能量转换单元输出的能量。其中，所述磁场源产生装置的数量可以为一个，也可以为多个。所述磁场源产生装置可以为至少一对永久磁钢，也可以为至少一组通电线圈，均能产生具有不同极性(即南北极性)交变区域的磁场。在本技术的一具体实施例中，所述磁场源产生装置由若干对永久磁钢或多组通电线圈组成，并在空间方向按南北极交替的顺序排列，所产生的磁场中形成若干个交变磁场区域。所述能量收集单元设置在所述磁场源产生装置的下方，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度，小于所述交变磁场区域的宽度且大于所述交变磁场区域的宽度的1/3。进一步优选的技术方案中，所述交变磁场区域的宽度与所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度之比为1.1～1.6。在本技术的一具体实施例中，所述能量收集单元为导体和/或线圈。在本技术的一具体实施例中，所述能量收集单元为至少一个导体、至少一组导体或至少一组线圈。在本技术的一具体实施例中，所述能量收集单元由多个导体串联连接而成，当导体与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，各个导体在所述磁场中产生的电势方向一致，可以实现能量的连续收集。这里，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度为导体的直径(圆形)或宽度(方形)。这里的每个导体也可以为同一槽内多根并联导体所替代。在这种情况下，同一槽内各导体直径之和接近槽口宽度，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度即为槽口宽度。在本技术的又一具体实施例中，所述能量收集单元由多个线圈串联连接而成，每个线圈由两个导体构成，当与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，每个线圈中的两个导体在所述磁场中产生的电势方向一致，可以实现能量的连续收集。在本技术的再一具体实施例中，所述能量收集单元由多组导体串联连接而成，各组导体分别设置在所述磁场源产生装置下方的各个开口槽内，设置在同一槽内各导体并联且依次在圆周方向相差固定角度，设置在不同槽内的串联连接的导体在各自圆周方向上的位置相同；可以实现脉冲能量的连续收集。在本技术的又一具体实施例中，所述能量收集单元由多组导体串联连接而成，各组导体均设置在所述磁场源产生装置下方，各组导体在运动方向上相差固定距离，每组内各导体在运动方向上相差固定距离，设置在不同组内的串联连接的导体在各自组内的位置相同；可以实现脉冲能量的连续收集。所述能量转换单元与所述能量收集单元连接，所述能量转换单元包括：包括：二极管以及与所述二极管串联的电容；其中，所述二极管具有单向导通性，所述二极管的导通方向与截止方向相反，所述二极管导通方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的一个方向一致，所述二极管截止方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的另一个方向一致。优选的技术方案中，所述电容为高频电容。所述储能单元和/或负载，与所述能量转换单元连接，其中，所述储能单元和/或负载与所述能量转换单元中所述电容并联。所述的储能单元，可以为整流电路和电容，或者整流电路和电池组，即，所述能量转换单元输出能量在整流后接电容或电池组。优选的技术方案中，在将所述能量收集单元接入到所述能量转换单元并与所述储能单元连接后，再对偶连接一组相同的所述能量收集单元和所述能量转换单元。此外，在本技术的一具体实施例中，所述磁场源产生装置和能量收集单元的组合为发电机，其中，转子布置磁极(作为磁场源产生装置)，定子布置导体和绕组(作为能量收集单元)。为了增加交变磁场区域的交变频率，将所述发电机设计为多极多槽的发电机，优选转子为18对以上磁极，定子槽为36个以上；磁极的设置可参照前述的磁场源产生装置，定子槽内导体或线圈的设置可参照前述的能量收集单元，其中，电机槽口宽度(导体宽度接近槽口)小于相邻的N-S极之间间隙(交变磁场的区域)，大于相邻的N-S极之间间隙的1/3；优选相邻两个磁极的间隙(即磁场交变窗口)与定子槽口宽之比为1.1～1.6。也可将前述发电机设计为多极无槽的发电机，优选转子为18对以上磁极，磁极的设置可参照前述的磁场源产生装置，而无槽定子绕组的各导体的设置可参照前述的能量收集单元。本技术装置中，所述能量收集单元与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动并进入磁场交变区域时，所述能量收集单元产生交变电势和电流，将所述能量收集单元接入所述能量转换单元，所述能量收集单元的电势的一个方向与所述能量转换单元中二极管的导通方向一致，另一个方向与二极管的截止方向一致。当所述能量收集单元进入一磁极所产生的电势方向与所述能量转换单元中的二极管导通方向一致时，通过所述二极管向与所述二极管串联的电容充电，将磁场内运动产生的感应电势能和漏抗对应磁场能储存在电容，电容上电压方向与电势方向相反，由于所述能量收集单元上有感抗存在，电容上的电流连续变化；当所述能量收集单元与磁场继续发生相对运动并进入另一相反磁极时，所述能量收集单元所产生的电势方向发生改变，与二极管截止方向一致，与电容上的电压极性一致，二极管上电压(极性与二极管导通方向相反)为电容电压、磁感应电势及漏抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，包括：磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；能量收集单元，用于与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动，并在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；储能单元和/或负载，用于接收所述能量转换单元输出的能量。

【技术特征摘要】
1.一种用于交突变磁场能量的收集和转换的实现装置，包括：磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；能量收集单元，用于与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动，并在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；储能单元和/或负载，用于接收所述能量转换单元输出的能量。2.如权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述能量收集单元设置在所述磁场源产生装置的下方，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度，小于所述交变磁场区域的宽度且大于所述交变磁场区域的宽度的1/3。3.如权利要求2所述的实现装置，其特征在于，所述交变磁场区域的宽度与所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度之比为1.1～1.6。4.如权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述能量转换单元与所述能量收集单元连接，所述能量转换单元包括：二极管以及与所述二极管串联的电容；其中，所述二极管导通方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的一个方向一致，所述二极管截止方向与所述能量收集单元所产生的交变电势的另一个方向一致。5.如权利要求1～4中任一所述的实现装置，其特征在于，所述磁场源产生装置由若干对永久磁钢或多组通...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛桦楠，蒋洪波，
申请(专利权)人：上海艾高实业有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31