[发明专利]一种电能变换系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种电能变换系统及其控制方法，电能变换系统包括励磁体、电动装置、磁矩轮、发电机和电源装置；电动装置的电动形式为往复运动，其电源输入端与电源装置连接；电动装置与励磁体机械固连并和磁矩轮相邻设置；磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，磁矩轮与发电机传动；励磁体与转磁体两者相对的磁极性相反；电动装置包括控制模块和位置传感器，位置传感器安装在靠近磁矩轮的固定部位；当磁矩轮旋转时，电动装置根据转磁体旋转的相对位置控制励磁体分别位于最小间隙或远离磁矩轮，使磁矩轮通过反磁极相吸作用驱动发电机旋转发电而实现电能变换。

技术领域

本发明涉及电源装置的系统设计领域，具体涉及一种基于永磁体之间反磁极相吸作用原理而设计的电能变换系统及其控制方法。

背景技术

电源装置一般泛指市网电源的装置或化学电源装置；化学电源装置一般分为一次电池和二次电池，其中一次电池为一次性使用的电池，包括但不限于锌锰电池、铝空气膜电池；二次电池为可重复多次充放电使用的电池，包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及锌空气二次电池。

电源装置的应用涉及交流电和直流电的电源性质变换，以及电源电压的变换，在具体应用中，无论是直流电变换交流电还是直流电升压/降压，技术主流是采用DC-AC或DC-DC电路，隐含了高频开关电路，当功率较大时所伴随产生的高频电磁辐射难以忽视。由此在不少领域中，业界希望寻求一种无需担心高频电磁辐射的电能变换装置。一种回归性的思路是采用直流电动机驱动发电机替代高频开关电路，但是这种技术应用思路的电能转换效率较低，为此业界提出过多种辅助机械能装置的构想，例如在发电机的转轴加飞轮。

本发明的设计思想，可以在中国古代普遍使用的水车获得启示，水车的工作原理并非在轴心设置旋转动力机，而是沿水车轮页外侧的切线方向在合适的时间给予一杯水(一份势能)，该杯水的下落势能转变成水车环绕轴心旋转的动力，该份能量尽管是”量子化”的，但通过水车的惯性消化可形成趋于均化的持续运转。这一古代水车做功的启发模型完全可以平移到电能变换领域设计，本申请正是基于一种在磁矩轮的轮沿运用永磁体反磁极相吸作用使其做功的原理，充分发挥永磁体中隐藏的能量，并利用磁矩轮的旋转惯性持续获得转矩增量，驱动磁矩轮和发电机旋转，从而通过发电机或附加的整流装置实现对所述电源装置的电能变换。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有电源装置进行电能变换流行于采用高频开关电路的设计缺陷，提供一种运用永磁体之间周期性反磁极相吸作用原理而设计、通过磁矩轮驱动发电机发电的技术方案，从而达到避免高频电磁辐射、方便调整输出电压的电能变换系统的设计目的，结构简单，工艺容易实现。

为实现上述的目标，本发明提供了一种电能变换系统，该电能变换系统包括励磁体、电动装置、磁矩轮、发电机和电源装置；所述磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，且磁矩轮的转轴与发电机的转轴同轴心固连或通过变速装置传动；励磁体面向磁矩轮的磁极性与转磁体面向磁矩轮外缘的磁极性相反；所述的发电机为旋转式；所述的励磁体、磁矩轮设置至少1个；

电动装置包括位置传感器和控制模块，其电源控制端与电源装置连接；位置传感器安装在靠近磁矩轮的固定部位，其信号输出端连接控制模块的工作逻辑信号输入端；电动装置与励磁体机械固连并和磁矩轮相邻设置；

当磁矩轮旋转时，由所述位置传感器获取转磁体时序旋转的相对位置信号，控制模块根据该位置信号以及设定的工作逻辑控制电动装置位移，使励磁体分别位于与磁矩轮的最小间隙或远离磁矩轮，通过励磁体和转磁体的周期性反磁极相吸作用使磁矩轮获得转矩，从而驱动发电机旋转发电实现所述的电能变换。

以上所述的励磁体和转磁体的材料为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁体，冠以不同称谓仅是为清晰表述其设置部位及运动特征；设置多个磁矩轮有利于增强发电机的惯性转矩，但对发电机的机械强度要求高；设置多对励磁体/电动装置有利于增强磁矩轮的转矩；所述的电能变换，包括交流电与直流电的可逆变换以及输出电压的变换。