专利名称：太阳能热致磁转变磁力发电方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能热致磁转变磁力发电装置及方法，具体涉及一种利用太阳能等热源加热磁性材料，使其在居里温度点发生磁性转变，从而与固定永磁磁力耦合系统发生受力分布变化，产生机械转动扭矩，带动发电机发电的技术。
背景技术：
随着化石能源的日益枯竭，可再生能源的开发利用受到了越来越多的关注。太阳能作为一种储量巨大，分布广泛，清洁安全的新能源，在世界范围内引起了广泛的重视。目前太阳能发电主要有太阳能光伏发电和太阳能光热发电两种模式。其中太阳能光伏利用技术已经日益成熟并获得广泛应用。但是光伏发电仍存在硅材生产高能耗、高污染、发电成本较高等问题。太阳能光热发电技术包含槽式、塔式、碟式等模式，是利用光学系统聚集太阳辐射能，用以加热真空集热管中的导热油或熔融盐等工质，通过热交换产生蒸汽，驱动汽轮机发电。与光伏发电相比，光热发电具有效率高、结构紧凑、成本低等优点，但光热发电技术也存在热交换过程能量损失严重、汽轮机等系统装置结构复杂等缺点。所以探索其他太阳能光热利用技术仍然具有重要意义。公告号CN 2419739Y公开了一种热磁发动机。其存在的问题是该热磁发动机使用明火作为热源，燃料为石油液化气等频临枯竭的化石能源，燃烧尾气排放及安全性等问题都亟待进一步妥善解决。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种太阳能热致磁转变磁力发电方法。本发明的又一目的在于避免现有技术的不足提供一种太阳能热致磁转变磁力发电装置。本发电装置结构简单紧凑，运行中无需热媒介质等，成本低廉，即可多台并联于电厂发电，又可单机为偏远山区小规模用户独立供电。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种太阳能热致磁转变磁力发电方法，其主要特点在于步骤为:(I)将数条软磁铁芯设于磁力驱动转盘的圆周，固定永磁磁轭设于其中一个或不相邻的软磁铁芯的两端，与分布在转盘圆周上的软磁铁芯耦合；(2)热源加热被耦合的软磁铁芯，使其超过居里温度；(3)分布在转盘圆周上的被热源加热超过居里温度的软磁铁芯与固定永磁磁轭解耦后非平衡磁作用力使软磁铁芯移出热源，软磁铁芯温度自发降低或经过强制冷却，温度低于居里温度发生铁磁性回复，随磁力驱动转盘转动而循环；(4)非平衡磁作用力驱动转盘绕传动轴转动，产生转动扭矩并输出给传动轴。所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:
(5)磁力驱动转盘产生的转动扭矩经由传动轴和增速箱输出给发电机，驱动发电机发电。所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:步骤(2)所述的热源为高能光束；所述的高能光束为太阳能聚集光束，使铁磁性材料发生磁性转变产生非平衡磁作用力。所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:步骤(2)所述的高能光束的聚光包括菲尼尔透射聚光或碟式反射聚光。所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:步骤(2)所述的热源为收集锅炉尾气。一种太阳能热致磁转变磁力发电方法，其主要特点还在于可将多个聚光及磁力耦合系统通过内齿哨合棘轮机构共联于同一个传动轴上，实现大功率动力输出及高效率发电。一种太阳能热致磁转变磁力发电装置，包括有支撑系统，其主要特点还包括有在日光自动跟踪驱动系统上设有菲尼尔聚光透镜，太阳光线通过菲尼尔聚光透镜产生聚焦高能光束，数条软磁铁芯设于磁力驱动转盘的圆周上，固定永磁磁轭设于其中一个或不相邻的软磁铁芯的两端，磁力驱动转盘的圆心上设有传动轴，冷却装置设于磁力驱动转盘的端面上。所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，还包括有所述的传动轴通过内齿啮合棘轮机构与磁力驱动转盘连接，同时还与卷簧柔性联轴器连接，卷簧柔性联轴器的输出轴与增速箱的输入轴固连，增速箱的输出轴连接发电机，发电机的电力输出线输出电能。所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，所述的软磁铁芯为采用居里温度在5(T900°C的软磁材料。所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，所述的固定永磁磁轭为稀土永磁钕铁硼永磁材料，与分布在转盘圆周上的软磁铁芯耦合。所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，所述的磁力驱动转盘的材料为铝，在铝轮毂的端面外圆处设有绝热环；在软磁铁芯的下方设有散热块。所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，所述的冷却装置为风扇或冷气输出口。本发明的有益效果:本发明基于铁磁性材料温度变化产生铁磁性转变的物理本质，以太阳光聚焦高能光束作为热源对温度敏感型低居里温度软磁铁芯加热使其发生铁磁性向顺磁性转变，失去与固定永磁磁轭的耦合，非平衡磁作用力驱动转盘绕固定轴转动，带动发电机发电。本发明的装置，以聚光太阳能为热源，通过磁性材料之间的磁力耦合作用与热敏型软磁铁芯受热解耦产生转盘切向非平衡磁作用力，驱动转盘转动，带动发电机发电，将丰富的可再生绿色能源太阳能转化为电能。本发电装置结构简单紧凑，运行中无需热媒介质等，成本低廉，既可多台并联于电厂集中发电，又可单机为偏远山区小规模用户独立供电。
图1是本发明一种太阳能热致磁转变磁力发电装置的结构原理示意图。图2是本发明热致磁转变软磁铁芯及磁力耦合系统结构示意图。
图3是本发明软磁铁芯601温度低于居里温度时与固定永磁磁轭稱合的磁场回路示意图。图4是本发明软磁铁芯601温度高于居里温度、与固定永磁磁轭解稱时磁场回路及转盘受力示意图。图5是本发明太阳能热致磁转变磁力发电装置中将多个聚光及磁力耦合系统共联于同一传动轴9实现大功率动力输出及高效率发电的示意图。图中:1、菲尼尔聚光透镜；2、支撑系统；3、日光自动跟踪驱动系统；4、聚焦高能光束；5、固定永磁磁轭；6、软磁铁芯；600.已被加热铁芯(T彡Tc) ；601.正被加热铁芯；602.未被加热铁芯(T〈Tc);7.磁力驱动转盘；701.铝轮毂；702.绝热环；703.散热块；8、内齿啮合棘轮机构；9、传动轴；10、卷簧柔性联轴器；11、卷簧柔性联轴器输出轴；12、增速箱；13、增速箱输出轴；14、发电机；15、输出电线；16、冷却风扇。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1: 一种太阳能热致磁转变磁力发电方法,其步骤为:(I)将数条软磁铁芯设于磁力驱动转盘的圆周，固定永磁磁轭设于其中一个或不相邻的软磁铁芯的两端，与分布在转盘圆周上的软磁铁芯耦合；(2)热源加热被耦合的软磁铁芯，使其超过居里温度；(3)分布在转盘圆周上的被热源加热超过居里温度的软磁铁芯与固定永磁磁轭解耦后非平衡磁作用力使软磁铁芯移出热源，软磁铁芯温度自发降低或经过强制冷却，温度低于居里温度发生铁磁性回复，随磁力驱动转盘转动而循环；(4)非平衡磁作用力驱动转盘绕传动轴转动，产生转动扭矩并输出给传动轴。实施例2:所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:(5)磁力驱动转盘产生的转动扭矩经由传动轴和增速箱输出给发电机，驱动发电机发电。其余步骤同实施例1。其工作原理是:见图1，利用菲尼尔聚光透镜I (或碟式反射聚光镜)、将太阳光聚焦形成高能光束4汇聚于对温度敏感的低居里温度软磁铁芯6表面，该软磁铁芯以独立块状分布在磁力驱动转盘7的外圆柱面上，在吸收太阳能热量后温度上升超过居里温度，发生铁磁性向顺磁性转变，失去与固定永磁磁轭5的耦合力。位于软磁铁芯6后面的另一块软磁铁芯在非平衡受力作用下向永磁磁轭中心移动(同时进入高能光束焦斑中心)，驱动转盘7绕固定轴9转动，在内齿啮合棘轮机构8咬合作用下磁力驱动转盘7带动固定轴9同步转动。高于居里温度的软磁铁芯在移出高能光束焦斑之外后温度自发降低或经过风扇16强制冷却，低于居里温度而发生顺磁性向铁磁性转变，跟着转盘旋转一周，参与下一回合的磁力耦合。多个软磁铁芯在高能光束热作用下交替发生磁性转变，通过交替磁力耦合与解耦驱动转盘7连续转动,带动发电机14发电。实施例3:所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:步骤(2)所述的热源为高能光束；所述的高能光束为太阳能聚集光束，使铁磁性材料发生磁性转变产生非平衡磁作用力。
实施例4:所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:步骤(2)所述的高能光束的聚光包括菲尼尔透射聚光或碟式反射聚光。实施例5:所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，还包括有步骤为:步骤(2)所述的热源为收集锅炉尾气。实施例6: —种太阳能热致磁转变磁力发电装置，包括有支撑系统，2，还包括有在日光自动跟踪驱动系统3上设有菲尼尔聚光透镜1，太阳通过菲尼尔聚光透镜I产生聚焦高能光束4,数条软磁铁芯6设于磁力驱动转盘7的圆周上，固定永磁磁轭5设于其中一个软磁铁芯的两端，磁力驱动转盘7的圆心上设有传动轴9，冷却装置16设于磁力驱动转盘7的端面上。所述的传动轴9通过内齿啮合棘轮机构8与磁力驱动转盘7连接，同时还与卷簧柔性联轴器10连接，卷簧柔性联轴器10的输出轴11与增速箱12的输入轴固连，增速箱12的输出轴13连接发电机14,发电机14的电力输出线15输出电能。所述的软磁铁芯6为采用居里温度在5(T900°C的软磁材料。所述的固定永磁磁轭5为稀土永磁钕铁硼永磁材料,与分布在转盘圆周上的软磁铁芯6耦合。所述的磁力驱动转盘7的材料为铝，在铝轮毂701的端面外圆处设有绝热环702 ；在软磁铁芯6的下方设有散热块703。所述的冷却装置为风扇。聚光镜的固定支撑机构2及日光跟踪驱动系统3包含聚光镜仰角手动调节器和单轴日光自动跟踪仪，聚光镜仰角调节器用于按不同地域、不同时令阳光照射倾角定期手动调整至合适角度，单轴日光自动跟踪仪用于抛物面聚光镜跟踪日光移动，获得最大的光强聚集。卷簧柔性联轴器10将磁力驱动转盘7在磁力作用下的脉动式转动拟合为平滑转动输出给增速箱12主动齿轮，经过增速箱12增速后输出到发电机14进行发电，整流后输出。实施例7:选用开口直径0.5m的菲尼尔聚光透镜，日照强度为1.025^1.33KW/m2。磁力驱动转盘7直径420mm，软磁铁芯5沿圆周分布36个，铁芯材质为纯镍，居里温度为360°C。发电机为300W三相交流永磁电机，整流后输出电压15V，电流1.1 1.4A，系统转化效率达到8 11%。实施例8:选用开口直径Im的菲尼尔聚光透镜，日照强度为1.025^1.33KW/m2。磁力驱动转盘7直径1.2m,软磁铁芯5沿圆周分布108个，铁芯材质为软磁铁氧体，居里温度为230°C。发电机为1000W三相交流永磁电机，整流后输出电压36V，电流2.0 2.4A，系统转化效率达到10 12%。实施例9:选用3套聚光及磁力耦合系统共联于同一个传动轴上(如图5所示)。所用菲尼尔聚光透镜开口直径均为lm，磁力驱动转盘7直径均为1.2m，各磁力转盘上软磁铁芯5沿圆周分布个数均为108个，铁芯材质均为铁基非晶合金，居里温度为150°C。系统共用发电机为5000W三相交流永磁电机，日照强度为1.025^1.33KW/m2。整流后输出电压72V，电流
5.5 6.2A，系统转化效率达到16 18%。当太阳光照射菲尼尔聚光透镜I时，太阳光聚焦形成高能光束4汇聚于对温度敏感的低居里温度软磁铁芯601表面,601铁芯处于固定永磁磁轭5中心线处，由于601处于铁磁性状态，其内的磁通量密度最大(图3)，所以与固定永磁磁轭5的磁力耦合作用最强；随着高能光束对铁芯601的加热作用，材料温度上升超过居里温度时，发生顺磁性转变，磁导率急剧下降，失去与永磁磁轭的耦合作用。紧邻受热铁芯601后边的另一块铁芯602由于在未受到高能光束照射之前，温度仍低于居里温度，所以处于铁磁性状态，在固定永磁磁轭5的非平衡磁吸引力F作用下(图4)，铁芯602向磁轭中心移动，驱动着转盘7转动，同时将铁芯601转出高能光束焦斑之外。601铁芯在散热块703的促进下，温度逐渐降低，特别是当转动到底部，在风扇16的强制冷却作用下(图1)，温度降低到居里温度以下，材料发生铁磁性回复。该铁芯随着转盘旋转一周，参与下一回合的磁力耦合。多个软磁铁芯在高能光束热作用下交替发生磁性转变，通过交替磁力耦合与解耦驱动转盘7脉动式转动，带动发电机14发电。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种太阳能热致磁转变磁力发电方法，其特征在于步骤为: (1)将数条软磁铁芯设于磁力驱动转盘的圆周上，固定永磁磁轭设于其中一个或不相邻的软磁铁芯的两端，与分布在转盘圆周上的软磁铁芯耦合； (2)热源加热被耦合的软磁铁芯，使其超过居里温度； (3)分布在转盘圆周上的被热源加热超过居里温度的软磁铁芯与固定永磁磁轭解I禹后非平衡磁作用力使软磁铁芯移出热源，软磁铁芯温度自发降低或经过强制冷却，温度低于居里温度发生铁磁性回复，随磁力驱动转盘转动而循环； (4)非平衡磁作用力驱动转盘绕传动轴转动，产生转动扭矩并输出给传动轴。
2.如权利要求1所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，其特征在于还包括有步骤为: (5)磁力驱动转盘产生的转动扭矩经由传动轴和增速箱输出给发电机，驱动发电机发电。
3.如权利要求1所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，其特征在于还包括有步骤为: 步骤(2)所述的热源为高能光束；所述的高能光束为太阳能聚集光束，使铁磁性材料发生磁性转变产生非平衡磁作用力。
4.如权利要求3所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，其特征在于还包括有步骤为: 步骤(2)所述的高能光束的聚光包括菲尼尔透射聚光或碟式反射聚光。
5.如权利要求1所述的太阳能热致磁转变磁力发电方法，其特征在于还包括有步骤为: 步骤(2)所述的热源为收集锅炉尾气。
6.一种太阳能热致磁转变磁力发电方法，其特征还在于可将多个聚光及磁力耦合系统通过内齿哨合棘轮机构共联于同一个传动轴上。
7.一种太阳能热致磁转变磁力发电装置，包括有支撑系统，其特征在于还包括有在日光自动跟踪驱动系统上设有菲尼尔聚光透镜，太阳光线通过菲尼尔聚光透镜产生聚焦高能光束，数条软磁铁芯设于磁力驱动转盘的圆周上，固定永磁磁轭设于其中一个或不相邻的软磁铁芯的两端，磁力驱动转盘的圆心上设有传动轴，冷却装置设于磁力驱动转盘的端面上。
8.如权利要求7所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，其特征在于还包括有所述的传动轴通过内齿啮合棘轮机构与磁力驱动转盘连接，同时还与卷簧柔性联轴器连接，卷簧柔性联轴器的输出轴与增速箱的输入轴固连，增速箱的输出轴连接发电机，发电机的电力输出线输出电能。
9.如权利要求7所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，其特征在于所述的软磁铁芯为采用居里温度在5(T900°C的软磁材料。
10.如权利要求7所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，其特征在于所述的固定永磁磁轭为稀土永磁钕铁硼永磁材料，与分布在转盘圆周上的软磁铁芯耦合。
11.如权利要求7所述的太阳能热致磁转变磁力发电装置，其特征在于所述的磁力驱动转盘的材料为铝，在铝轮毂的端面外圆处设有绝热环；在软磁铁芯的下方设有散热块。
12.如权利要求7所述的太阳能热 致磁转变磁力发电装置，其特征在于所述的冷却装置为风扇或冷气输出口。
全文摘要
本发明涉及一种热致磁转变磁力发电的方法。一种太阳能热致磁转变磁力发电方法为(1)将数条软磁铁芯设于磁力驱动转盘的圆周上，固定永磁磁轭设于其中一个或不相邻的软磁铁芯的两端，与分布在转盘圆周上的软磁铁芯耦合；(2)热源加热被耦合的软磁铁芯，使其超过居里温度；(3)分布在转盘圆周上的被热源加热超过居里温度的软磁铁芯与固定永磁磁轭解耦后非平衡磁作用力使软磁铁芯移出热源，软磁铁芯温度自发降低或经过强制冷却，温度低于居里温度发生铁磁性回复，随磁力驱动转盘转动而循环；(4)磁力驱动转盘的传动轴将动力输出，带动发电机进行发电的装置。同时本发明还提供一种太阳能热致磁转变磁力发电装置。
文档编号H02N11/00GK103117684SQ20121055137
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者田广科, 范多旺, 王成龙, 范多进, 陈虎, 夏荣斌, 张永林 申请人:兰州大成科技股份有限公司, 兰州交大国家绿色镀膜工程中心有限责任公司, 常州大成绿色镀膜科技有限公司