专利名称：双磁环感应式磁能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能源、电力系统，特别是一种双磁环的感应式磁能发电机。
背景技术：
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“磁力能量放大器”、“永磁能原动机”、“流体传动的磁力 机”、“混合励磁磁能发生装置及其应用” “磁能发电系统”等。以上几种由磁能发生装置产 生的磁能都是借助流体传动系统或棘轮机构或独立的发电机输出能量。我们知道变压器是依据电磁感应原理，将交流电转变成交变磁场，再由交变磁场 转变成与输入交流电电压不同的交流电。而由于直流电产生的是恒定磁场，永磁铁的磁场 也是恒定磁场，恒定磁场不能直接转换成电能。本发明用机械的方法将恒定磁场转换成交变磁场，参照变压器的电磁感应原理， 将磁能转换成电能。
发明内容
本发明是这样实现的一种双磁环感应式磁能发电机，主要包括定子磁环(1)、转 子磁环⑵、转子轭⑶、输入轴⑷、感应绕组(5)、磁桥(6)、机壳(7)和原动机，其特征是a.转子磁环是S磁极和N磁极相间排列的三对极或三对极以上的磁环，磁环的磁 极数量是3的公倍数；定子磁环是S磁极和N磁极相间排列的六对极或六对极以上的磁环， 磁环的磁极数量是6的公倍数；定子磁环的磁极数量是转子磁环的磁极数量的2倍；或者，转子磁环是S磁极和N磁极相间排列的六对极或六对极以上的磁环，磁环的磁极 数量是6的公倍数；定子磁环是S磁极和N磁极相间排列的三对极或三对极以上的磁环，磁 环的磁极数量是3的公倍数；转子磁环的磁极数量是定子磁环的磁极数量的2倍；b.磁桥作为定子磁环和/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环是一个交变的磁 场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁环的S极和N极产生吸力和斥力，定子磁环和转子 磁环的磁通发生交替变化，定子磁环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。由于定子磁环的磁极数量是转子磁环的磁极数量的2倍或1/2，而且都是3的公倍 数，无论S极与N极相间排列的转子磁环转到哪个角度，转子磁环受到的来自S极与N极相 间排列的定子磁环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环的各个磁极的 磁通量难以做到完全一致，因此转子仍会受到少量来自转子磁环与定子磁环的不能相互抵消的吸力和斥力的影响。3对极的磁环相当于磁环有3个S极向外、3个N极向外和3个S极向内、3个N极 向内，6对极的磁环相当于磁环有6个S极向外、6个N极向外和6个S极向内、6个N极向 内。所述定子磁环和转子磁环是永磁体磁环或电磁铁磁环。定子磁环和转子磁铁的磁极方向为径向或切向或轴向。3对极或3对极以上的电磁铁磁环是由6个或6个以上电磁铁组成的、磁极设定为 S极与N极相间排列的磁环。6对极或6对极以上的电磁铁磁环是由12个或12个以上电 磁铁组成的、磁极设定为S极与N极相间排列的磁环。电磁铁由铁芯和励磁绕组组成，铁芯 一般由硅钢片叠压而成，励磁绕组为绕线型绕组或鼠笼型绕组。整个磁环的铁芯可以做成 一个整体，也可以做成一个个独立的个体。磁环的各个励磁绕组可以用串联或并联的方法 接线。3对极或3对极以上的永磁体磁环是由6块或6块以上S极和N极相间排列的永 久磁铁组成的磁环，或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的 夹具中进行充磁，采用该方法加工出的3对极或3对极以上的S极与N极相间排列的磁环。 6对极或6对极以上的永磁体磁环是由12块或12块以上S极和N极相间排列的永久磁铁 组成的磁环，或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中 进行充磁，采用该方法加工出的6对极或6对极以上的S极与N极相间排列的磁环。磁环 分为圆形和多边形两种。组成的磁环的永久磁铁为弧形、扇形或梯形。永磁体磁环包括普通阵列磁环和基于Halbach阵列的磁环。普通阵列磁环包括径 向阵列磁环、切向阵列磁环和轴向阵列磁环，磁极方向分别为径向、切向和轴向。Halbach阵 列磁环是由径向永磁体与切向和/或斜向永磁体组成的三对极或三对极以上的永磁体分 布形式的磁环，磁环的S极和N极相间排列。根据Halbach阵列，3对极的磁环至少由12块 磁钢组成，通常3对极的磁环由12块或18块或36块磁钢组成；6对极的磁环至少由24块 磁钢组成，通常6对极的磁环由24块或36块或72块磁钢组成。这种Halbach阵列磁环， 磁场增强的一边对着气隙或磁桥，这样工作磁通得到增加，非工作磁通减少，使磁能发电机 的功率密度相对得到了提高。正是由于Halbach阵列磁环存在以上优点，使转子轭采用铁 磁性以外的材料制造成为可能。Halbach阵列磁环同样可以利用充模或压模的方法制造成 一个完整的磁环。电磁铁磁环也包括普通阵列磁环和基于Halbach阵列的磁环。普通阵列磁环包括 径向阵列磁环、切向阵列磁环和轴向阵列磁环，磁极方向分别为径向、切向和轴向。3对极或 3对极以上的Halbach阵列电磁铁磁环是由12个或12个以上径向电磁铁与切向电磁铁和 /或三角形电磁铁组成的S极与N极相间排列的电磁环，6对极或6对极以上的Halbach阵 列电磁铁磁环是由24个或24个以上径向电磁铁与切向电磁铁和/或三角形电磁铁组成的 S极与N极相间排列的电磁环。若磁环的磁极方向为轴向，则定子磁环设在转子磁环的一侧或两侧，普通阵列的 轴向转子磁环的两侧都可以有轴向定子磁环，而Halbach阵列的转子磁环则在磁场增强的 一侧设定子磁环。同样，若转子磁环的磁极方向为径向或切向，定子磁环可以设在转子磁环 的外侧，也可以设在转子磁环的内侧，或转子磁环的内侧和外侧都设有定子磁环。
磁能发电机为双磁环感应式永磁能发电机或双磁环感应式电磁能发电机或双磁 环感应式混合励磁磁能发电机或双磁环感应式多段磁能发电机或双磁环感应式并列混合 励磁磁能发电机。永磁能发电机的转子磁环和定子磁环全部是永久磁铁；电磁能发电机的 转子磁环和定子磁环全部是电磁铁；混合励磁磁能发电机中的转子磁环为永磁体磁环、定 子磁环为电磁铁，或者，转子磁环为电磁铁磁环、定子磁环为永久磁铁；多段式磁能发电机 的转子磁环有二段或二段以上，定子磁环有二段或二段以上，转子磁环为永磁体磁环、定子 磁环为永久磁铁，或者，转子磁环为电磁铁磁环、定子磁环为电磁铁磁环；并列式混合励磁 磁能发电机的转子磁环为永磁体磁环和电磁铁磁环并列的多段式磁环，定子磁环为永久磁 铁磁环和电磁铁磁环并列的多段式磁环。磁桥用导磁性材料制成，一般用硅钢片叠压而成，感应绕组为绕线型绕组。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。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。电磁铁产生磁场所需的电源可由蓄电池提供，也可由外来电源提供。与普通的发电机一样，电励磁及电能的输出需要有接线盒。与普通的发电机一样， 磁能发电机的电磁铁和感应绕组在工作的过程中会产生热能，发电机需要加设风扇或液体 冷却装置。与普通发电机一样，磁能发电机的电励磁需要用整流二极管或单向可控硅整流， 将交流电转换成直流电输出也需要用整流二极管或单向可控硅整流。跟普通发电机一样，磁能发电机分为直流式和交流式两大类，按相数分又为单相 和三相发电机。
图1为本发明第一实施例截面结构示意图。图2为本发明第二实施例截面结构示意图。图3为本发明第三实施例截面结构示意图。图4为本发明第四实施例截面结构示意图。图5为本发明第五实施例截面结构示意图。图6为本发明第六实施例截面结构示意图。图7为本发明第七实施例截面结构示意图。图8为本发明第八实施例截面结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。第一实施例参见图1，一种双磁环感应式永磁能发电机，主要包括定子磁环(1)、转子磁环 (2)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、转子感应绕组(5. 1)、转子磁 桥(6. 1)、机壳(7)和原动机，其特征是转子磁环是由6块S磁极和N磁极相间排列的径 向永久磁铁组成的三对极永磁体磁环；定子磁环是由12块S磁极和N磁极相间排列的径向 永久磁铁组成的六对极永磁体磁环；定子磁桥有6个，一个定子磁桥的两端分别与定子磁
6环中两个相邻的S极与N极相间排列的磁铁连接，定子磁桥作为定子磁环的磁路，磁桥上设 有感应绕组；转子磁桥有3个，一个转子磁桥的两端分别与转子磁环中两个相邻的S极与N 极相间排列的磁铁连接，转子磁桥作为转子磁环的磁路，磁桥上设有感应绕组；定子磁环和 定子磁桥固定于机壳，转子磁环和转子磁桥固定于转子轭，转子轭固定于输入轴。转子由原 动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁环是一个交变的磁场，转子磁环的S极与 N极交替对定子磁环的S极和N极产生吸力和斥力，定子磁环和转子磁环的磁通发生交替变 化，定子磁环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。感应绕组产生的电流通过接线盒向外输出。第二实施例参见图2，一种双磁环感应式永磁能发电机，主要包括定子永磁体磁环(1)、转子 永磁体磁环(2)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、机壳(7)和原动 机。定子磁环是由12块S磁极和N磁极相间排列的径向梯形永久磁铁组成的6对极磁环， 转子磁环是由6块S磁极和N磁极相间排列的径向永久磁铁组成的三对极永磁体磁环；定 子磁桥有12个，一个定子磁桥与定子磁环中相邻的两个磁铁连接，定子磁环中的一个磁铁 与相邻的两个定子磁桥连接。定子磁桥上设有感应绕组。转子上不设磁桥和感应绕组。其 余未述部分同第一实施例，不再重复。第三实施例参见图3，一种双磁环感应式永磁能发电机，主要包括定子永磁体磁环(1)、转子 Halbach阵列永磁体磁环(2. 1)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、 机壳(7)和原动机。转子磁环是由6块径向永久磁铁与6块切向永久磁铁和24块斜向永 久磁铁组成的三对极Halbach阵列永磁体磁环，磁环的S极和N极相间排列。转子Halbach 阵列永磁体磁环磁场增强的一边对着定子磁环，磁场减弱的一边对着转子轭。由于转子轭 的磁通较少，所以转子上不设磁桥和感应绕组。其余未述部分同第一实施例，不再重复。第四实施例参见图4，一种双磁环感应式永磁能发电机，主要包括定子永磁体磁环(1)、转子 Halbach阵列永磁体磁环(2. 1)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、 机壳(7)和原动机。转子磁环是由6块径向永久磁铁和12块斜向永久磁铁组成的三对极 Halbach阵列永磁体磁环，磁环的S极和N极相间排列。其余未述部分同第一、第三实施例，
不再重复。第五实施例参见图5，一种双磁环感应式电磁能发电机，主要包括定子电磁环(1.1)、转子 电磁环(2. 2)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、转子感应绕组 (5. 1)、转子磁桥(6. 1)、机壳(7)和原动机。转子电磁环是由6个设定为S极与N极相间排 列的电磁铁组成的3对极电磁环。定子电磁环是由12个设定为S极与N极相间排列的电 磁铁组成的6对极电磁环。定子磁桥有6个，一个定子磁桥的两端分别与定子电磁环中相 邻的两个电磁铁连接，定子磁桥上设有定子感应绕组。转子磁桥有3个，一个定子磁桥的两 端分别与转子电磁环中相邻的两个电磁铁连接，定子磁桥上设有定子感应绕组。其余未述 部分同第一实施例，不再重复。第六实施例
参见图6，一种双磁环感应式混合励磁磁能发电机，主要包括定子电磁环(1. 1)、 转子Halbach阵列永磁体磁环(2. 1)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥 (6)、机壳(7)和原动机。本例的定子磁环为电磁环，转子磁环是Halbach阵列永磁体磁环， 是一种混合励磁的磁能发电机。其余未述部分同第一、第四和第五实施例，不再重复。第七实施例参见图7，一种双磁环感应式混合励磁磁能发电机，主要包括定子电磁环(1. 1)、 转子永磁体磁环(2)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、转子感应绕 组(5. 1)、转子磁桥(6. 1)、机壳(7)和原动机。本例的定子磁环为电磁环，转子磁环是径向 永磁体磁环，是一种混合励磁的磁能发电机。其余未述部分同第一、第五实施例，不再重复。第八实施例参见图8，一种双磁环感应式混合励磁磁能发电机，主要包括定子永磁体磁环 (1)、转子电磁环(2. 2)、转子轭(3)、输入轴(4)、定子感应绕组(5)、定子磁桥(6)、转子感应 绕组(5. 1)、转子磁桥(6. 1)、机壳(7)和原动机。本例的定子磁环为径向永磁体磁环，转子 磁环是电磁环，是一种混合励磁的磁能发电机。其余未述部分同第一、第五实施例，不再重
Μ. ο
权利要求
一种双磁环感应式磁能发电机，主要包括定子磁环(1)、转子磁环(2)、转子轭(3)、输入轴(4)、感应绕组(5)、磁桥(6)、机壳(7)和原动机，其特征是a.转子磁环是S磁极和N磁极相间排列的三对极或三对极以上的磁环，磁环的磁极数量是3的公倍数；定子磁环是S磁极和N磁极相间排列的六对极或六对极以上的磁环，磁环的磁极数量是6的公倍数；定子磁环的磁极数量是转子磁环的磁极数量的2倍；或者，转子磁环是S磁极和N磁极相间排列的六对极或六对极以上的磁环，磁环的磁极数量是6的公倍数；定子磁环是S磁极和N磁极相间排列的三对极或三对极以上的磁环，磁环的磁极数量是3的公倍数；转子磁环的磁极数量是定子磁环的磁极数量的2倍；b.磁桥作为定子磁环和/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环是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁环的S极和N极产生吸力和斥力，定子磁环和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁环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。
2.根据权利要求1所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是所述定子磁环和转子 磁环是永磁体磁环或电磁铁磁环。
3.根据权利要求1和2所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是3对极或3对极 以上的永磁体磁环是由6块或6块以上S极和N极相间排列的永久磁铁组成的圆形或多边 形磁环，或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行 充磁，采用该方法加工出的3对极或3对极以上的S极与N极相间排列的磁环；6对极或6 对极以上的永磁体磁环是由12块或12块以上S极和N极相间排列的永久磁铁组成的磁环， 或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采 用该方法加工出的6对极或6对极以上的S极与N极相间排列的圆形或多边形磁环。
4.根据权利要求1和2所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是3对极或3对极 以上的Halbach阵列永磁体磁环是由12块或12块以上径向永磁体与切向和/或斜向永磁 体组合而成的S极与N极相间排列的圆形磁环或多边形磁环，或者，利用充模或压模的方法 制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的3对极或3 对极以上的S极与N极相间排列的Halbach阵列圆形和多边形磁环；6对极或6对极以上 的Halbach阵列永磁体磁环是由24块或24块以上径向永磁体与切向和/或斜向永磁体组 合而成的S极与N极相间排列的圆形磁环或多边形磁环，或者，利用充模或压模的方法制造 一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的6对极或6对极 以上的S极与N极相间排列的Halbach阵列圆形和多边形磁环。
5.根据权利要求1和2所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是3对极或3对极 以上的电磁铁磁环是由6个或6个以上电磁铁组成的、磁极设定为S极与N极相间排列的 磁环，或者，3对极或3对极以上的电磁铁磁环是由12个或12个以上径向电磁铁与切向电 磁铁和/或三角形电磁铁组成的3对极或3对极以上的S极与N极相间排列的Halbach阵 列电磁铁磁环；6对极或6对极以上的电磁铁磁环是由12个或12个以上电磁铁组成的、磁 极设定为S极与N极相间排列的磁环，或者，6对极或6对极以上的电磁铁磁环是由24个 或24个以上径向电磁铁与切向电磁铁和/或三角形电磁铁组成的6对极或6对极以上的S极与N极相间排列的Halbach阵列电磁铁磁环。
6.根据权利要求1所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是磁能发电机为双磁环 感应式永磁能发电机或双磁环感应式电磁能发电机或双磁环感应式混合励磁磁能发电机 或双磁环感应式多段磁能发电机或双磁环感应式并列混合励磁磁能发电机。
7.根据权利要求1所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是所述原动机为带有蓄 电池的电动机。
8.根据权利要求1所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是电磁铁磁环的绕组为 绕线型绕组或鼠笼型绕组。
9.根据权利要求1所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是定子磁环和转子磁铁 的磁极方向为径向或切向或轴向。
10.根据权利要求1所述一种双磁环感应式磁能发电机，其特征是磁能发电机为直流 发电机或交流发电机。
全文摘要
本发明涉及一种双磁环感应式磁能发电机，主要包括定子磁环、转子磁环、转子轭、输入轴、感应绕组、磁桥、机壳和原动机。转子磁环和定子磁环是S磁极和N磁极相间排列的三对极或三对极以上的磁环；定子磁环的磁极数量是转子磁环的磁极数量的2倍或1/2；磁桥作为定子磁环和/或转子磁环的磁路，磁桥上设有感应绕组；转子由原动机带动，转子转动时，转动的磁环相对于定子磁环是一个交变的磁场，转子磁环的S极与N极交替对定子磁环的S极和N极产生吸力和斥力，定子磁环和转子磁环的磁通发生交替变化，定子磁环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。
文档编号H02N11/00GK101882901SQ20101023298
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者李贵祥 申请人:李贵祥