一种无旋转运动的磁粒流发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于：所述磁粒流发电系统与原动机直接耦合，所述磁粒流发电系统包括导流管、调制磁路、发电磁路和磁粒；所述导流管一端设置有所述调制磁路，所述导流管另一端设置有所述发电磁路；在所述导流管内部设置有所述磁粒，所述磁粒通过磁力和原动机内燃烧后膨胀气体的作用在所述导流管内部运动形成磁粒流，所述发电磁路利用所述磁粒流磁阻的变化实现磁路磁阻的变化，进而发电或电动；所述调制磁路沿垂直于所述导流管截面的方向做水平移动；所述发电磁路位置相对于所述导流管固定不动。本发明结构简单，能有效提高能量利用效率，并且无旋转部件，可以在发电系统中广泛应用。
【专利说明】一种无旋转运动的磁粒流发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电系统，特别是关于一种无旋转运动的磁粒流发电系统。
【背景技术】
[0002]燃气轮机以连续流动的气体作为工质，将热能转换为机械能，是一种旋转式动力机械。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平三大部件组成，压气机从外界吸入空气，空气经过压气机的多级压缩增压后，温度、压力都增大。压缩后的空气送入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气。燃气进入透平中膨胀做功，带动透平，同时透平驱动压气机和转子一起高速旋转，转子带动发电机旋转，实现气体或液体燃料的化学能转化为机械能，最终输出电能。上述过程连续进行形成循环，称为燃气轮机循环，大多数燃气轮机均采用这样的燃气轮机循环。
[0003]由于燃气轮机中有高速旋转部件，因此包含有燃气轮机的发电装置会产生噪声和震动。燃机轮机的涡轮叶片需要耐高温，材料要求较高，因此涡轮叶片的制造成本高，难度大。原动机的旋转运动，尤其是高速的旋转运动，给原动机带来了很大的限制，增大的原动机的制造难度，如果能够消除发电机对原动机的旋转需要，将给发电机制造带来极大的好处。
[0004]另外，现有电机的磁路米用铁心构成磁路，具有固定的形状，固定的形状对其运动形式有限制作用。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，能有效提高能量利用效率，并且无旋转部件的一种无旋转运动的磁粒流发电系统。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述磁粒流发电系统与原动机直接耦合，所述磁粒流发电系统包括导流管、调制磁路、发电磁路和磁粒；所述导流管一端设置有所述调制磁路，所述导流管另一端设置有所述发电磁路；在所述导流管内部设置有所述磁粒，所述磁粒通过磁力和原动机内燃烧后膨胀气体的作用在所述导流管内部运动形成磁粒流，所述发电磁路利用所述磁粒流磁阻的变化实现磁路磁阻的变化，进而发电或电动；所述调制磁路能沿垂直于所述导流管截面的方向做水平移动；所述发电磁路位置相对于所述导流管固定不动。
[0007]所述调制磁路包括第一调制磁路、第二调制磁路、第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈；所述第一调制磁路和第二调制磁路分别位于所述导流管管壁两侧，所述第一调制磁路上绕设有通电的所述第一调制磁路励磁线圈，所述第二调制磁路上绕设有通电的所述第二调制磁路励磁线圈。
[0008]所述调制磁路只由一个调制磁路构成，该调制磁路沿垂直于所述导流管截面的方向做水平来回移动起到调制作用。
[0009]所述调制磁路由第一调制磁路、第二调制磁路构成、第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈构成，所述第一调制磁路上绕设有能通电的所述第一调制磁路励磁线圈，所述第二调制磁路上绕设有能通电的所述第二调制磁路励磁线圈，所述第一调制磁路和第二调制磁路都相对于所述导流管静止不动；所述第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈中通入相位相差90度的交流电。
[0010]所述调制磁路由第一调制磁路、第二调制磁路构成、第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈构成，所述第一调制磁路上绕设有能通电的所述第一调制磁路励磁线圈，所述第二调制磁路上绕设有能通电的所述第二调制磁路励磁线圈，所述第一调制磁路和第二调制磁路都相对于所述导流管静止不动；所述第一、第二两个调制磁路励磁线圈中采用一个调制磁路励磁线圈通入直流电，而另一个调制磁路励磁线圈不通电。
[0011 ] 所述发电磁路包括第一发电磁路、第二发电磁路、第一发电磁路励磁线圈、第一发电磁路发电线圈、第二发电磁路励磁线圈和第二发电磁路发电线圈；所述第一发电磁路上绕设有所述第一发电磁路励磁线圈和第一发电磁路发电线圈，所述第二发电磁路上绕设有所述第二发电磁路励磁线圈和第二发电磁路发电线圈；所述第一发电磁路励磁线圈和第二发电磁路励磁线圈中通入直流电，在所述第一发电磁路中产生发电磁通，在所述第二发电磁路中产生发电磁通；当所述导流管中有或没有所述磁粒经过发电磁通的磁回路时，磁通经过的磁回路的磁阻发生变化，导致磁通变化，线圈交链的磁链发生变化从而产生感应电动势，即发出电，且集中的所述磁粒经过一次发电磁通回路，所述第一发电磁路发电线圈的感应电动势就会交变一次，即得到的是交流电。
[0012]所述第一发电磁路励磁线圈和第一发电磁路发电线圈能采用一个线圈实现励磁和发电，所述第二发电磁路励磁线圈和第二发电磁路发电线圈也能采用一个线圈实现励磁和发电。
[0013]所述磁粒采用具有导磁性质的颗粒、导磁材料原子或具有导磁性质的液体、流体。
[0014]所述原动机采用燃气机、蒸汽机或柴油机。
[0015]所述发电系统能作为电动机运行，与机械负载连接。
[0016]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明采用导磁的磁粒或者导磁的流体形成电机的磁路，取消了固定形状的铁心给电机磁路带来的限制，使发电机、电动机可以具有更为灵活的结构和布置，可以与原动机或机械负载更完美的结合。2、本发明由于无旋转运动，没有高速旋转部件，只有磁粒的直线运动，因此，使燃气轮机等原动机的结构变得简单、紧凑，不需要涡轮机等旋转部件，只需要燃气机等燃烧部件。3、本发明由于采用原动机与磁粒流发电系统直接耦合的方式进行发电，省去了以往燃气轮机-发电机系统中必须的涡轮机，该涡轮机是制约我国燃气轮机发展的瓶颈技术。没有制造难度高的涡轮机，也没有涡轮机叶片，因此降低了制造难度。4、本发明由于不需要将气体膨胀带动叶片旋转，能量转换的环节减少，因此，可以提高能量利用效率。5、本发明由于利用电磁铁对磁性物质的吸引力，对磁粒进行调制，因此可以实现磁阻的变化。6、本发明由于可以实现微粒发电，因此，可以将发电系统做到微型化。7、本发明由于没有高速旋转部件，只有磁粒的直线运动，因此可以大幅降低发电系统的噪声和振动。8、本发明由于省去了涡轮机等旋转部件，因此可以实现燃气机与发电机的紧密完美结合。本发明可以在发电系统中广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明磁粒流发电系统结构示意图；
[0018]图2是图1的C向视图；
[0019]图3是图1的俯视图；
[0020]图4是本发明磁阻效应调制磁路第一位置不意图，是图1的A-A截面图；
[0021]图5是本发明磁阻效应调制磁路第二位置不意图，是图1的A-A截面图；
[0022]图6是本发明磁阻效应调制段的一种实施例；
[0023]图7是本发明磁阻效应调制段的另一种实施例；
[0024]图8是本发明磁粒流发电过程示意图，是图1的B-B截面图；
[0025]图9是本发明燃气机部分的示意图；
[0026]图10是本发明磁粒在导流管中调制示意图。
【具体实施方式】
[0027]本发明涉及一种无旋转运动的磁粒流发电系统，该系统采用原动机与磁粒流发电系统直接耦合的方式进行发电，省去了涡轮机等旋转部件。原动机可以是燃气机、蒸汽机或柴油机等，以燃气机为例说明，其燃气机结构与以往燃气机类似，空气经过压气机压缩后进入燃气机的燃烧室与燃料混合燃烧，气体受热急剧膨胀。此时在燃烧室中喷入本发明中的磁粒，磁粒与气体混合，被气体带动高速运动，携带动能。大量磁粒形成磁粒流，在导管中高速运动，利用电磁铁对磁性物质的吸引力，对磁粒进行调制，使其进行集中，形成磁粒密集区和稀疏区，稀疏区可近似看成空气区。磁粒密集区和稀疏区的导磁效果具有差别，磁粒密集区导磁物质密集，磁阻小；而稀疏区近似为空气，磁阻大。当磁粒密集区和稀疏区经过发电段磁路时，引起发电段磁路磁通的变化，从而在交链该磁通的线圈中产生感应电动势，发出交流电，实现发电的目的。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0028]如图1?图3所示，本发明提供一种无旋转运动的磁粒流发电系统，该无旋转运动的磁粒流发电系统与原动机直接耦合进行发电，该系统无旋转运动。以燃气机与无旋转运动的磁粒流发电系统直接耦合的方式为例对本发明做进一步说明。本发明包括导流管1、调制磁路2、发电磁路3和磁粒4。导流管I 一端设置有调制磁路2，导流管I另一端设置有发电磁路3 ;在导流管I内部设置有磁粒4，磁粒4通过磁力和原动机内燃烧后膨胀气体的作用可以在导流管I内部运动形成磁粒流，磁粒流作为发电磁路3的组成部分，发电磁路3利用磁粒流磁阻的变化实现磁路磁阻的变化，进而发电或电动。其中，调制磁路2可以沿与导流管I截面垂直的方向做水平移动；发电磁路3位置相对于导流管I固定不动。
[0029]上述实施例中，导流管I可以采用任何形状的管状结构，本发明优选矩形管状结构的导流管1，仅以此为例，并不限于此。
[0030]上述各实施例中，如图4、图5所示，调制磁路2包括半环状第一调制磁路21、半环状第二调制磁路22、第一调制磁路励磁线圈23和第二调制磁路励磁线圈24。第一调制磁路21和第二调制磁路22分别位于导流管I管壁两侧，第一调制磁路21上绕设有能通电的第一调制磁路励磁线圈23，第二调制磁路22上绕设有能通电的第二调制磁路励磁线圈24。第一调制磁路励磁线圈23和第二调制磁路励磁线圈24之间可以用常规的连接方式连接，只要能够实现供电。调制磁路2的工作原理为电磁铁原理，将第一调制磁路励磁线圈23和第二调制磁路励磁线圈24中通入电流，通入电流后的第一调制磁路21与导流管I内的磁粒4或通入电流后的第二调制磁路22与导流管I内的磁粒4中产生由磁力线5构成的磁场(如图4、图5所示)。在外力作用下，第一调制磁路21和第二调制磁路22可以沿与导流管I截面垂直的方向做水平移动，实现了对磁粒4的调制。当第二调制磁路22靠近导流管1、第一调制磁路21远离导流管I时，为调制磁路2的第一位置(如图4所示)；当第一调制磁路21靠近导流管1、第二调制磁路22远离导流管I时，为调制磁路2的第二位置(如图5所示)。第一调制磁路21和第二调制磁路22在第一位置和第二位置之间来回移动，其移动的频率决定了发电磁路3中发电线圈的感应电动势频率。
[0031]其中，调制磁路2的结构可以有多种，例如，调制磁路2可以只由一个调制磁路21或22构成(如图6所示)，该调制磁路沿垂直于导流管I截面的水平方向来回移动起到调制作用。再如，调制磁路2还可以由第一调制磁路21和第二调制磁路22构成(如图7所示)，第一调制磁路21上绕设有能通电的第一调制磁路励磁线圈23，第二调制磁路22上绕设有能通电的第二调制磁路励磁线圈24，第一调制磁路21和第二调制磁路22都相对于导流管I静止不动。第一调制磁路励磁线圈23和第二调制磁路励磁线圈24中通入交流电，第一调制磁路励磁线圈23和第二调制磁路励磁线圈24中交流电的相位相差90度，也可以起到调制作用。本实施例还可以采用以下方式:第一调制磁路励磁线圈23通入直流电，而第二调制磁路励磁线圈24不通电；或第二调制磁路励磁线圈24通入直流电，而第一调制磁路励磁线圈23不通电，也可以起到调制作用。
[0032]如图8所示，发电磁路3包括第一发电磁路31和第二发电磁路32，第一发电磁路31上绕设有第一发电磁路励磁线圈33和第一发电磁路发电线圈35，第二发电磁路32上绕设有第二发电磁路励磁线圈34和第二发电磁路发电线圈36。第一发电磁路励磁线圈33和第一发电磁路发电线圈35可以采用一个线圈实现励磁和发电的功能，第二发电磁路励磁线圈34和第二发电磁路发电线圈36也可以采用一个线圈实现励磁和发电的功能。第一发电磁路励磁线圈33和第二发电磁路励磁线圈34之间、第一发电磁路发电线圈35和第二发电磁路发电线圈36之间都可以用常规的联接方式联接，只要实现发电。第一发电磁路励磁线圈33和第二发电磁路励磁线圈34中通入直流电，在第一发电磁路31中产生发电磁通回路6，在第二发电磁路32中产生发电磁通回路7。发电磁路3的发电原理:当导流管I中没有磁粒4经过发电磁通回路6和发电磁通回路7时，导流管I中为空隙，磁阻大，磁路中的磁通小，则第一发电磁路发电线圈35和第二发电磁路发电线圈36中通过的磁通小，第一发电磁路发电线圈35和第二发电磁路发电线圈36的磁链小。当磁粒流经过第一发电磁路31时，此时发电磁通回路6的磁阻小，磁通大，磁链变大，磁链的变化会在第一发电磁路发电线圈35中产生感应电动势，即发出电(如图8所示，图中发电磁通回路6用粗线表示)，且集中的磁粒4经过一次发电磁通回路6，第一发电磁路发电线圈35的感应电动势就会交变一次，即得到的是交流电，这样就实现了磁粒流的发电。而第二发电磁路32没有磁粒4经过，磁阻大，磁通小，发电磁通回路7用细线表示。
[0033]上述各实施例中，磁粒4的大小是可以任意变化的，磁粒4可以采用具有导磁性质的颗粒，例如磁粉；也可以为导磁材料原子，还可以为导磁的液体、流体等。导管I的大小和形状也可以相应地变化，其形状和大小的变化均不应排除在本发明的保护范围之外。
[0034]上述各实施例中，本发明的无旋转运动的磁粒流发电系统可以作为电动机运行，与机械负载连接。
[0035]综上所述，如图9所示，本发明采用与燃气机结合使用时，燃气机由压气机和燃烧装置组成，压气机由压气机进气口 81、压气机工作室82和压气机出气口 83组成，燃烧装置由燃烧室进气口 94、燃烧室91、喷油口 92、磁粒喷口 93和燃烧室出口 95组成。
[0036]该系统的发电过程是:空气由压气机进气口 81进入压气机，在压气机工作室82内进行压缩，形成高温高压的气体。压缩后的高温高压气体从压气机出气口 83喷出，喷入燃烧室进气口 94，进入燃烧室91。燃烧需要的燃油由喷油口 92进入燃烧室91，高温高压气体与燃油在燃烧室91内充分混合燃烧，高温高压气体受热体积急剧膨胀，经燃烧室出口 95向磁粒流发电系统的导流管I喷出。在膨胀气体进入导流管I之前，由磁粒喷口 93将磁粒4喷入燃烧室91与燃烧后的气体混合。磁粒4由高温高热气体带动在导流管I内高速流动，形成磁粒流，磁粒流在进入导流管I时磁粒4近似均匀的分布在整个导流管I的截面上(如图10所示)，直到进入调制磁路2，调制磁路2中产生的磁场对导流管I中的磁粒4产生吸力，使磁粒4的分布发生变化，磁粒4向调制磁路2 —侧靠近，集中在第二调制磁路22附近。磁粒4经过调制磁路2的调制后，集中分布在导流管I的一侧。由于惯性的作用，磁粒流沿导流管继续高速流动，进入发电磁路3。当经过调制后集中的磁粒4经过发电磁通回路6 (或发电磁通回路7)时，由于磁粒4由导磁材料构成，磁导率高，因此发电磁通回路6 (或发电磁通回路7)的磁阻大大减小，磁通变大，则第一发电磁路发电线圈35 (或第二发电磁路发电线圈36)中通过的磁通变大，磁链变大，磁链的变化会在第一发电磁路发电线圈35 (或第二发电磁路发电线圈36)中产生感应电动势，即发出电，且磁粒流每经过一次发电磁通回路6 (或发电磁通回路7)，第一发电磁路发电线圈35 (或第二发电磁路发电线圈36)的感应电动势就会产生一次交变，即得到的是交流电，这样就实现了磁粒流的发电。在发电的过程中，磁粒4由于受到电磁力的作用，动能减少，速度减慢。磁粒速度降低得越大，其动能的被利用率越高。
[0037]上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。本发明是以发电机为例进行介绍，由于电机的可逆原理:一台电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，因此以本发明为基础的电动机均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述磁粒流发电系统与原动机直接耦合，所述磁粒流发电系统包括导流管、调制磁路、发电磁路和磁粒；所述导流管一端设置有所述调制磁路，所述导流管另一端设置有所述发电磁路；在所述导流管内部设置有所述磁粒，所述磁粒通过磁力和原动机内燃烧后膨胀气体的作用在所述导流管内部运动形成磁粒流，所述发电磁路利用所述磁粒流磁阻的变化实现磁路磁阻的变化，进而发电或电动；所述调制磁路能沿垂直于所述导流管截面的方向做水平移动；所述发电磁路位置相对于所述导流管固定不动。
2.如权利要求1所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述调制磁路包括第一调制磁路、第二调制磁路、第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈；所述第一调制磁路和第二调制磁路分别位于所述导流管管壁两侧，所述第一调制磁路上绕设有通电的所述第一调制磁路励磁线圈，所述第二调制磁路上绕设有通电的所述第二调制磁路励磁线圈。
3.如权利要求1所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述调制磁路只由一个调制磁路构成，该调制磁路沿垂直于所述导流管截面的方向做水平来回移动起到调制作用。
4.如权利要求1所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述调制磁路由第一调制磁路、第二调制磁路构成、第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈构成，所述第一调制磁路上绕设有能通电的所述第一调制磁路励磁线圈，所述第二调制磁路上绕设有能通电的所述第二调制磁路励磁线圈，所述第一调制磁路和第二调制磁路都相对于所述导流管静止不动；所述第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈中通入相位相差90度的交流电。
5.如权利要求1所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述调制磁路由第一调制磁路、第二调制磁路构成、第一调制磁路励磁线圈和第二调制磁路励磁线圈构成，所述第一调制磁路上绕设有能通电的所述第一调制磁路励磁线圈，所述第二调制磁路上绕设有能通电的所述第二调制磁路励磁线圈，所述第一调制磁路和第二调制磁路都相对于所述导流管静止不动；所述第一、第二两个调制磁路励磁线圈中采用一个调制磁路励磁线圈通入直流电，而另一个调制磁路励磁线圈不通电。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述发电磁路包括第一发电磁路、第二发电磁路、第一发电磁路励磁线圈、第一发电磁路发电线圈、第二发电磁路励磁线圈和第二发电磁路发电线圈；所述第一发电磁路上绕设有所述第一发电磁路励磁线圈和第一发电磁路发电线圈，所述第二发电磁路上绕设有所述第二发电磁路励磁线圈和第二发电磁路发电线圈；所述第一发电磁路励磁线圈和第二发电磁路励磁线圈中通入直流电，在所述第一发电磁路中产生发电磁通，在所述第二发电磁路中产生发电磁通；当所述导流管中有或没有所述磁粒经过发电磁通的磁回路时，磁通经过的磁回路的磁阻发生变化，导致磁通变化，线圈交链的磁链发生变化从而产生感应电动势，即发出电，且集中的所述磁粒经过一次发电磁通回路，所述第一发电磁路发电线圈的感应电动势就会交变一次，即得到的是交流电。
7.如权利要求6所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述第一发电磁路励磁线圈和第一发电磁路发电线圈能采用一个线圈实现励磁和发电，所述第二发电磁路励磁线圈和第二发电磁路发电线圈也能采用一个线圈实现励磁和发电。
8.如权利要求1至5任一项所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述磁粒采用具有导磁性质的颗粒、导磁材料原子或具有导磁性质的液体、流体。
9.如权利要求1至5任一项所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述原动机采用燃气机、蒸汽机或柴油机。
10.如权利要求1至5任一项所述的一种无旋转运动的磁粒流发电系统，其特征在于:所述发电系统能作为电动机运行，与机械负载连接。
【文档编号】H02K44/00GK104485797SQ201410478021
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】王善铭, 柴建云, 孙旭东, 王祥珩, 苏鹏声 申请人:清华大学