[發明專利]一種基于Halbach陣列的混合勵磁磁能發生裝置及其應用

無效

• 申請號: 201010213626.2
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN102299668A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 李貴祥
• 申請（專利權）人: 李貴祥
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種能源、動力系統，特別是一種基于Halbach陣列的混合勵磁的磁能發生裝置及能量轉換和輸出的系統。

技術背景

1821年法拉第發現通電導線能繞永久磁鐵旋轉，發明了永磁電機。1857年英國的惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵，發明了電勵磁方式，開創了電勵磁電機的新紀元。但以上電機都只是能量轉換的工具。

現有技術：本人申請的“磁力能量放大器”、“永磁能原動機”、“流體傳動的磁力機”、“一種陣列式永磁能發生裝置及其應用”等。以上都是基于永久磁鐵的永磁能機器。

本發明將電勵磁的方法引入磁能發生裝置，是一種基于Halbach陣列永磁環的混合勵磁的磁能發生裝置及其應用技術。磁能發生裝置中加入電勵磁的方法，可以通過改變勵磁繞組的電流，方便地調節氣隙磁場的強度，從而實現寬范圍的調速特性。

發明內容

本發明是這樣實現的：一種基于Halbach陣列的混合勵磁磁能發生裝置，主要由轉子(3)、Halbach陣列磁環(1)、搖柄鐵心(4)和勵磁繞組(2)組成，其特征是：轉子四周設有由徑向永磁體與切向和/或斜向永磁體組成的四對極或四對極以上的永磁體分布形式的Halbach陣列磁環，磁環的S磁極和N磁極相間排列；4個或4個以上設在搖柄鐵心上的勵磁繞組對稱或平均分布在轉子的周圍，鐵心繞組的數量是2的公倍數，其中，有一半鐵心繞組設定為S極向軸排列，另有一半的鐵心繞組設定為N極向軸排列；鐵心繞組與轉子上的磁環相對而設且繞軸對稱或平均分布。

混合勵磁磁能發生裝置是一種產生能量的裝置，其基本原理是：轉子由原動機帶動，轉子轉動時，搖柄鐵心繞組與轉子上的磁環交替產生吸力和斥力，對搖柄產生往復擺動的角動力，向外輸出機械往復運動的動力。由于作用于轉子上的吸力和斥力都是對稱抵消的，所以原動機消耗的只是磨擦力，而搖柄對外輸出的卻是磁的吸力和斥力，輸出的能量大于輸入的能量。

四對極的磁環相當于磁環有4個S極向外、4個N極向外和4個S極向內、4個N極向內。根據Halbach陣列，4對極的磁環至少由16塊磁鋼組成，通常4對極的磁環由16塊或24塊或48塊磁鋼組成。這種Halbach陣列磁環，磁場增強的一邊對著氣隙，磁場減弱的一邊對著轉子軛，這樣氣隙磁通得到增加，轉子軛中的磁通減少，使永磁能發生裝置的功率密度相對得到了提高。正是由于Halbach陣列磁環存在以上優點，使轉子軛采用鐵磁性以外的材料制造成為可能。

所述徑向永磁體、切向永磁體和斜向永磁體指的是磁力線方向(或充磁方向)在圓環中為徑向或切向或傾斜一定角度排列的永磁體。

根據相關Halbach陣列的資料顯示，Halbach陣列磁環是一個圓形的環。除了采用Halbach陣列的圓形磁環外，本磁能發生裝置還創造性地采用一種徑向永磁體與切向和/或斜向永磁體組成的四對極或四對極以上的永磁體分布形式的多邊形陣列磁環。多邊形陣列磁環比圓形陣列磁環更容易裝配，因此可以降低成本。

與普通的電機一樣，電勵磁需要有一個接線盒，每個鐵心繞組都有兩條線接到接線盒。而且每個鐵心繞組都是設定了固定磁極的方向的。

轉子上的磁環是由16個或16個以上弧形永磁鐵組成的圓形磁環，或者，轉子上的磁環是由16個或16個以上直線形永磁鐵組成的多邊形磁環，如16邊形、24邊形等。磁鐵的數量是8的公倍數，如24塊、48塊等。多邊形磁環以正多邊形為基礎，充許在磁極對稱或平均分布于磁環的前提下，做成非正多邊形，即組成磁環的部份磁鐵做大一點，部份磁鐵做小一點。

由于高性能磁鐵，如汝鐵硼等永磁體材料的尺寸較小(受充磁機械及技術的限制，目前希土磁性材料廠家普遍不能生產尺寸過大的希土高性能磁性材料)，如果要做功能強大的磁動機，往往需要把磁環做成多段再接合起來。多段磁環可采用同極對接或異極對接的方式接合起來。由于同極對接的斥力較大，需要專門的夾具才能對接，也可以通過加大兩段磁鐵或磁環之間的距離的方式安裝，使安裝不受斥力的影響，但會使機器的尺寸加大。

Halllach陣列磁環的制造方法：(1)、根據陣列的拓撲結構，使用磁體膠將預先已充磁的磁體段粘連在一起。因各磁體段之間的互斥力很強，所以在粘連的時候要使用模具進行夾緊。該方法制造效率較低，但較容易實現，比較適合實驗室研究階段使用。(2)、首先利用充模或壓模的方法制造一個完整的磁環，然后在一個特制的夾具中進行充磁，采用該方法加工出的陣列結構。這種方法加工效率高，比較容易實現批量化生產，但需要專門設計充磁夾具和制定充磁工藝。