[发明专利]永磁式压力电子发电机技术

说明书

技术领域

本发明揭示一种永磁式压力电子发电机技术方案。

该发明发电机核心主要由间隙很小，且分别安装有压电元件和永磁元件的定子和转子，以及整流电路组成。利用压电效应，将发电机内部永磁体的娇顽磁力转换成电能，无任何废弃物排放，无电磁辐射，重量轻，噪音低；转子转力矩与转换电能的磁力保持正交关系，互相影响很少，为机械内力和外驱动力共同做功发电，相对外驱动力做功而言，发电机能量转换效率可以远远大于1，使人类研制永动发电机的梦想变为现实。

背景技术

发电机的种类很多，就发电原理来说，主要有电磁感应式发电机、光电效应发电机和压电效应发电机等，它们的共同特点是将各种形式外部能源转换成电能，能量转换效率总小于1。

发明内容

本发明发电机属于一种压电效应发电机，它的核心主要由一个直径较大的定子(1′+2′+3′)和一个直径较少的转子(1+2+3+4+5)，以及整流电路组成。定子和转子分别以一个持力圆筒(1、1′)为基础，定子持力圆筒(1′)的内侧面和转子持力圆筒(1)的外侧面或为光滑圆柱面，或为齿形柱面。首先按均匀排列方式将若干厚度方向极化长条形压电元件(2、2′)的一个电极粘结在定子圆筒的内侧面和转子圆筒的外侧面，或镶嵌粘结在平直齿槽底，使发电机定子和转子上压电元件的极化方向均与所在位置的径向方向重合；然后将相同数量厚度方向磁化的长条形永磁元件(3、3′)按照N-S相间排列形式粘结在定子和转子上压电元件的另一个电极上，粘结在一起的压电元件和永磁元件构成一个压力发电单元，呈放射状、均匀分布在定子和转子上；最后用绝缘材料将所有空隙填实、粘牢、整平，使定子圆筒内侧面和转子圆筒外侧面成为N-S相间、光滑圆柱形磁极面，以及各压电元件的电极间相互绝缘。发电机定子和转子的磁极面间的间隙(距离)很小，且转子转动时又不互相碰触，即定子内径大于和趋于转子外径。根据磁库伦定律，当外力驱动转子转动时，使定子和转子上的磁体相互产生强大吸引力或排斥力(F_磁力＝cm₁m₂/r²，c为常数，真空中等于1，m₁、m₂分别为两个磁性体的磁荷量，r为它们间的距离)，尤其是周期性变化的径向磁力传递到压电元件上，使压电元件的两个电极间产生相同频率的交变电势能。经过整流滤波电路输出直流电，外部再经过稳压、逆变电路输出为满足人们需要的直流电或交流电。

上述压电元件涉及的压电材料类型不限。只要其压电转换效率高，机械强度大，韧性好，不易被压坏，均可用于本发明电发机。其次，压电材料本身是很好的绝缘体，因此，定子和转子上全体压电元件可由一个包含相同数量电极对的径向极化压电圆筒来代替。

压电单元的电极与整流器联接方法主要有三种：(1)各压电单元的电极完全分开，分别与整流器输入端连接；(2)相间的多个同步压力发电单元并联或串联后再与整流器的输入端连接；(3)其中之一同性电极并联在一起，而另一电极互相分开，再各自与整流器的输入端连接。

基本整流电路，实际由若干个输出端并联的桥式整流电路组成。整流电路主要由相同参数的二极管组成，非常利于制造成环形集成电路，然后安置在定子和转子的两端或转子圆筒内，使发电机结构更为紧凑、简洁。也可以采用其它类型整流方式。

本发明发电机一个重要特点是：转子磁极面上的每个磁元所受的斥力或引力都可以分解为径向和切向两个分力，任何状态下整个转子所受全部磁力的合力都等于或趋于0；而真正转换电能的磁力主要为径向磁力，它与转子转力矩方向相互垂直成正交关系，即二者相互影响很少或几乎没有影响，外力F_外主要作用是抵消转子轴承的转动摩擦阻力F_摩，而轴承转动摩擦系数μ很少，|F_外|可能会远远小于|F_压|，故本发明发电机为机械内力和外驱动力共同做功发电，相对施加外力做功而言，能量的转换效率就可能远远大于1。

任何形式的外动力都可驱动本发明发电机发电，从能源循环利用和绿色环保角度出发，着重利用非碳能源做驱动力。如：(1)配置专用电动机和相应的启动蓄电池，共同组成一个无源永动发电机；(2)利用外部用电设备的转动部件来驱动，共同组成一个无源永动设备；(3)利用自然的风力、水力等动力来驱动，构成一个无碳环保型高效发电机或发电机组等。