[發明專利]用于交突變磁場能量的收集和轉換的方法及其實現裝置

在審

• 申請號: 201610873090.4
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107453585A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 葛樺楠;蔣洪波
• 申請（專利權）人: 上海艾高實業有限公司
• 主分類號: H02K53/00
• 分類號: H02K53/00
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司31253
• 代理人: 周麗娟

技術領域

本發明涉及發電領域，具體涉及磁場能量的收集和轉換的方法及裝置。

背景技術

當今，先進的工業領域及能源領域需要更多體積更小卻更高效的發電裝置。現有的發電裝置主要還是電機和發電機。對于一般交流電機而言，電機體積與電機轉矩有關，而電機轉矩取決于磁通和電流的乘積，因此，電機體積受到氣隙磁密和導體允許的電流面密度的限制。而氣隙磁密本身也是受到限制的，比如，常規交流電機的氣隙磁場要求為正弦波，而永磁電機由于氣隙主磁場由永磁體產生，其氣隙磁密更是受到硅鋼片最大磁密(如1.2T)的限制。對于徑向磁通電機，繞組和磁通之間存在尺寸上的制約(通磁通的齒部和布置繞組的槽的尺寸直接影響電機定子直徑)，要提高功率密度，一般采用提高繞組利用率實現，如采用分段鐵芯和集中繞組的辦法實現高的槽滿率；對于橫向磁通電機，一般采用提高繞組空間以提高功率密度，但這樣的提高也很有限。此外，電機電流流過繞組的電流密度與損耗和繞組溫升直接相關，在冷卻方式和絕緣確定的情況下，電流密度也受到限制。總之，當前常規的電機或發電機的結構嚴重制約了其在效率提升和小型化的實現上的改進。

因此，開發一種全新的高功率密度和小型化的發電裝備具有重要的現實意義，以滿足當前先進的工業領域及能源領域對于高功率密度的小型化的電機或發電機的迫切需要，尤其是滿足在車載、機動場合的電源系統領域的迫切需要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供用于交突變磁場能量的收集和轉換的方法及其實現裝置，改變了常規電機穩態磁場條件下的電機設計和運行理論，對于磁場發生極性變化的區域能量進行收集和轉換，從而大大提高磁場利用率，在發電效率和裝置小型化方面更是顯著優于普通發電機。

一種磁場能量收集和轉換的方法，包括以下步驟：

(1)產生具有南北極性交變區域的磁場；

(2)在所述磁場的南北極性交變區域產生交變的電勢；

(3)進入所述磁場的南北極性交變區域，在一個磁場極性下將當前所產生的電勢能和磁場能進行收集，在下一個相反的磁場極性下，將當前所產生的電勢能和磁場能與在上一個磁場極性下所收集的能量共同輸出；

(4)儲存或使用所述輸出的能量。

一種實現上述磁場能量收集和轉換的方法的裝置，包括：

磁場源產生裝置，用于產生具有南北極性交變區域的磁場；

能量收集單元，用于與所述磁場源產生裝置所產生的磁場發生相對運動，并在所述磁場的南北極性交變區域產生交變的電勢；

能量轉換單元，用于實現在一個磁場極性下將所述能量收集單元當前所產生的電勢能和磁場能進行收集，并在下一個相反的磁場極性下將所述能量收集單元當前所產生的電勢能和磁場能以及在上一個磁場極性下收集的能量輸出；

儲能單元和/或負載，用于接收所述能量轉換單元輸出的能量。

其中，

所述磁場源產生裝置的數量可以為一個，也可以為多個。

所述磁場源產生裝置可以為至少一對永久磁鋼，也可以為至少一組通電線圈，均能產生具有不同極性(即南北極性)交變區域的磁場。

在本發明的一具體實施例中，所述磁場源產生裝置由若干對永久磁鋼或多組通電線圈組成，并在空間方向按南北極交替的順序排列，所產生的磁場中形成若干個交變磁場區域。

所述能量收集單元設置在所述磁場源產生裝置的下方，所述能量收集單元在磁場垂直面的投影寬度，小于所述交變磁場區域的寬度且大于所述交變磁場區域的寬度的1/3。

進一步優選的技術方案中，所述交變磁場區域的寬度與所述能量收集單元在磁場垂直面的投影寬度之比為1.1～1.6。

在本發明的一具體實施例中，所述能量收集單元為導體和/或線圈。

在本發明的一具體實施例中，所述能量收集單元為至少一個導體、至少一組導體或至少一組線圈。

在本發明的一具體實施例中，所述能量收集單元由多個導體串聯連接而成，當導體與所述磁場發生切割磁力線的相對運動時，各個導體在所述磁場中產生的電勢方向一致，可以實現能量的連續收集。這里，所述能量收集單元在磁場垂直面的投影寬度為導體的直徑(圓形)或寬度(方形)。

這里的每個導體也可以為同一槽內多根并聯導體所替代。在這種情況下，同一槽內各導體直徑之和接近槽口寬度，所述能量收集單元在磁場垂直面的投影寬度即為槽口寬度。