[发明专利]一种基于混励式磁环的感应式磁能发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源、电力系统，特别是一种基于混励式磁环的感应式磁能发电机。

技术背景

1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，发明了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，发明了电励磁方式，开创了电励磁电机的新纪元。但以上电机都只是能量转换的工具。

现有技术：本人申请的“感应式磁能发电机”，用机械的方法将转子永磁体磁环或电磁铁磁环的恒定磁场转换成交变磁场，转子磁环与定子磁铁相吸相斥，参照变压器的电磁感应原理，将磁能转换成电能。但该感应式磁能发电机所采用的基于Halbach阵列的磁环制造难度较高。

本发明将一种由永久磁铁和电磁铁组成的混励式磁环应用于感应式磁能发电机，有利于降低生产成本。

发明内容

本发明是这样实现的：一种基于混励式磁环的感应式磁能发电机，主要包括输入轴(1)、转子轭(2)、转子混励式磁环(3)、定子磁铁(4)、磁桥(5)、感应绕组(6)、机壳(7)和原动机，其特征是：

a.转子磁环是由永久磁铁和电磁铁组成的S磁极和N磁极相间排列的四对极或四对极以上的混励式磁环，磁环中的永久磁铁与电磁铁相间而设，磁环的磁极数量是4的公倍数；4个或4个以上定子磁铁对称或平均分布在磁环的周围，磁铁的数量是2的公倍数，其中，有一半磁铁的S极向轴排列，另一半磁铁的N极向轴排列；定子磁铁与转子磁环相对而设且绕轴对称或平均分布；

b.磁桥作为定子磁铁和/或转子磁环的磁路，磁桥上设有感应绕组；

c.转子由原动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁铁是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁铁产生吸力和斥力，定子磁铁和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁铁和转子磁环的恒定磁场变成脉动磁场，经过磁桥的磁通交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。

由于转子磁环的磁极数量是定子磁铁的磁极数量的2倍，而且定子磁铁的磁极有一半S极对轴，另一半N极对轴，无论S极与N极相间排列的磁环转到哪个角度，转子磁环受到的来自定子磁铁的吸力和斥力是相互抵消的，理论上转子磁环受到的吸力和斥力的合力为零。因此转子转动所需克服的只是磨擦力。但实际上转子磁环和定子磁铁的各个磁极的磁通量难以做到完全一致，因此转子仍会受到少量来自磁环与磁铁的不能相互抵消的吸力和斥力的影响。

4对极的磁环相当于磁环有4个S极向外、4个N极向外和4个S极向内、4个N极向内。

所述定子磁铁为永久磁铁或电磁铁。

定子磁铁和转子磁环的磁极方向为径向或切向或轴向。

混励式磁环由径向和/或切向和/或轴向电磁铁与径向和/或切向和/或斜向和/或轴向永久磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁相间而设。

混励式磁环分为混励式普通阵列结构的磁环和混励式Halbach阵列结构磁环两大类。

永久磁铁与电磁铁在混励式普通阵列磁环中的组合模式为：径向永久磁铁+径向电磁铁或轴向永久磁铁+轴向电磁铁。

永久磁铁与电磁铁在混励式Halbach阵列磁环中的主要有以下5种组合：

(1)径向永久磁铁+切向电磁铁

(2)切向永久磁铁+径向电磁铁

(3)径向电磁铁+切向永久磁铁+切向电磁铁+切向永久磁铁

(4)径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁+斜向永久磁铁

(5)径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁+径向永久磁铁+切向电磁铁+斜向永久磁铁

由于磁极方向为轴向的Halbach阵列磁环应用较少，这里不再例举含有轴向磁铁的磁环的各种组合。

由于混励式Halbach阵列磁环的磁场是一种趋向单边的磁场，磁环外侧的磁场增强则磁环内侧的磁场减弱，磁环内侧的磁场增强则磁环外侧的磁场减弱，磁桥和感应绕组只宜设在磁场增强的一侧。而混励式普通阵列结构的磁环的外侧和内侧都可以设磁桥及感应绕组。

磁桥用导磁性材料制成，一般用硅钢片叠压而成。机壳用非导磁材料或导磁材料制成，当机壳为磁路的一部分时，机壳用铁磁性材料制成。

设计产品时，应注意定子磁桥与转子磁环之间要有适当的距离，或者，在两者之间设置非导磁材料，以防止或减少定子磁桥对磁环磁场的干挠。

原动机通常为带有蓄电池的电动机。机器起动后，磁能发电机产生的电能可部分反过来提供给电动机，以维持机器持续运转。电动机运转所需的电能也可以由外来电源提供。