一种新型高功率热磁发电机

本发明属于磁热材料与热磁发电，尤其涉及一种新型高功率热磁发电机。

背景技术：

1、能源短缺与环境问题是目前掣肘可持续发展面临的重大阻碍，将工业生产产生的废热进行再回收利用是一种十分具有前景的发展方向。利用工业废热进行发电的热磁发电技术对发展清洁能源、回收废弃能量、缓解能源不足等具有重要意义。

2、居里温度是磁热材料在磁场作用下发现相转变时的临界温度，在居里温度点以下时，软磁材料呈铁磁态，当温度超过居里温度点时，软磁材料转化为顺磁态。磁熵变越大的材料，在发生铁磁-顺磁相变时产生的磁通量变化越大，有利于产生更大的输出电压。

3、热磁发电是一种热源品位要求低，可利用不同温区热源的新型发电技术。热磁发电是通过软磁材料在其居里温度附近的温度改变引起材料磁性的变化来发电的。在居里温度点以下时，软磁材料呈铁磁态，当温度超过居里温度点时，软磁材料转化为顺磁态，材料的磁通量短时间内突变，在材料上缠绕感应线圈将会在线圈上产生感应电压。理想的热磁循环包括等磁场加热、等温去磁、等磁场冷却和等温磁化四个过程。为了扩大热磁发电机的工作温度区热磁发电机根据结构的不同可以分为静止式、旋转式和往复式三种类型。静止式热磁发电机是指铁磁材料固定不动、依靠水流换热的热磁发电机。相对于两外两种结构，静止式热磁发电机直接将热能转换为电能有更高的能量转换效率，在静止式热磁发电机的基础上，通过拓扑结构的设计，可以进一步增大感应电压，但是由于需要循环流通冷热流体，发电机的工作频率偏低。旋转式发电机环形软磁材料不同位置所受磁力不平衡产生扭矩带动环旋转，再将动能通过特定装置转化为电能的装置，相对于静止式热磁发电机，旋转式能量转换效率第但有更高的工作频率。往复式热磁发电机通过弹簧和永磁体的复合作用使得软磁材料能够在冷端和热端往复运动，再通过一定装置将动能转化为电能。与旋转式相同，往复式热磁发电机有更高的工作频率但能量转化效率低。

4、目前，研究者提出的热磁发电机都是在三类发电机类型的基础上进行改良，但是各自面临的主要问题没有解决，所以需要一种新的方案解决静止式热磁发电机因流体交替换热导致的低工作频率或旋转/直线式热磁发电机因二次能量转换导致的低能量转换效率。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本发明的目的在于，提供一种新型高功率热磁发电机。

2、本发明通过如下技术方案实现：

3、一种新型高功率热磁发电机，包括：导磁模块、永磁体组和开关模块；所述导磁模块为导磁材料，用于引导磁路且其中间缠绕有感应线圈，所述导磁模块的左右两端各设有一个所述开关模块；所述永磁体组固定于所述导磁模块上且所述感应线圈位于所述永磁体组的中间；所述开关模块包括磁热组件和换热组件，所述磁热组件固定于所述导磁模块，所述换热组件可在所述磁热组件上左右运动的套设于所述磁热组件上，所述换热组件和所述磁热组件之间设有驱动件，所述换热组件的左端设有热源件和永磁体，右端设有冷原件；当所述磁热组件处于铁磁态时，在所述永磁体的磁力作用下，所述换热组件向右运动使得所述磁热组件靠近所述热源件，所述热源件与所述磁热组件进行换热使得所述磁热组件逐渐处于顺磁态；当所述磁热组件处于顺磁态时，在所述驱动件的驱动下，所述换热组件向左运动使得所述冷源件靠近所述磁热组件，所述冷源件与所述磁热组件进行换热使得所述磁热组件逐渐处于铁磁态。

4、在一个实施例中，所述导磁模块包括两根相同的条型导磁材料，两根导磁材料上下间隔设置，所述感应线圈缠绕于上方的导磁材料上，所述永磁体组的n极和s极分别固定于上方的导磁材料下方的导磁材料，所述磁热组件的上下两端分别固定于上方的导磁材料下方的导磁材料。

5、在一个实施例中，所述永磁体组包括两根条形永磁体，两个条形永磁体横向间隔布置于所述感应线圈的左右两侧，每个条形永磁体的n极和s极分别固定于上方的导磁材料下方的导磁材料。

6、在一个实施例中，所述导磁材料为具有高磁导率的软磁材料。

7、在一个实施例中，所述换热组件包括呈矩形结构的主体框，所述主体框的左端内侧和右端内侧分别设有多个间隔排布的锯齿形换热片，多个锯齿形换热片从主体框的内侧壁向主体框的中心延伸，所述冷源件固定于所述主体框的右侧，所述热源件和所述永磁体固定于所述主体框的左侧，所述主体框套设于所述磁热组件上使得所述锯齿形换热片配合于所述磁热组件。

8、在一个实施例中，所述热源件固定于所述主体框的左侧壁上，所述永磁体固定于所述热源件的左侧。

9、在一个实施例中，所述磁热组件包括主体壳体以及固定于主体壳体中的多个片状的磁热材料，多个片状的磁热材料沿着前后方向间隔平行排列形成多个间隙，所述主体壳体横向穿设于所述多个锯齿形换热片使得所述多个锯齿形换热片配合于所述多个间隙中；所述上方的导磁材料固定于所述主体壳体的上端，所述下方的导磁材料固定于所述主体壳体的下端。

10、在一个实施例中，所述驱动件设于所述磁热组件的右端与所述主体框的右端内侧之间为所述主体框向左运动提供驱动力。

11、在一个实施例中，所述驱动件为弹簧，所述弹簧的一端固定于所述磁热组件的右端，另一端固定于所述主体框的右端内侧壁上。

12、在一个实施例中，所述热源件的温度高于所述磁热组件的居里温度，所述冷源件的温度低于所述磁热组件的居里温度，位于导磁模块左右两端的两个开关模块在前后方向的朝向相同。

13、本发明的有益效果是：本发明的新型高功率热磁发电机，解决现有相关技术中现有的静止式热磁发电机主要采用高温/低温流体循环通过磁热材料进行换热，由于流体交替通过管道需要一定时间，导致热磁发电机工作频率受制于换热频率，降低了热磁发电机整体的输出功率等技术问题，实现有益效果：本发明的新型高功率热磁发电机改进了热磁发电机一次工作周期中的换热速度，将静止式与往复式热磁发电机各自的优点相结合，采用往复式的锯齿换热模块来代替传统的流体换热，大幅增加了换热的效率，提高了装置的工作频率，具有更高的输出功率。

技术特征：

1.一种新型高功率热磁发电机，其特征在于，包括：导磁模块、永磁体组和开关模块；所述导磁模块为导磁材料，用于引导磁路且其中间缠绕有感应线圈，所述导磁模块的左右两端各设有一个所述开关模块；所述永磁体组固定于所述导磁模块上且所述感应线圈位于所述永磁体组的中间；所述开关模块包括磁热组件和换热组件，所述磁热组件固定于所述导磁模块，所述换热组件可在所述磁热组件上左右运动的套设于所述磁热组件上，所述换热组件和所述磁热组件之间设有驱动件，所述换热组件的左端设有热源件和永磁体，右端设有冷原件；当所述磁热组件处于铁磁态时，在所述永磁体的磁力作用下，所述换热组件向右运动使得所述磁热组件靠近所述热源件，所述热源件与所述磁热组件进行换热使得所述磁热组件逐渐处于顺磁态；当所述磁热组件处于顺磁态时，在所述驱动件的驱动下，所述换热组件向左运动使得所述冷源件靠近所述磁热组件，所述冷源件与所述磁热组件进行换热使得所述磁热组件逐渐处于铁磁态。

2.根据权利要求1所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述导磁模块包括两根相同的条型导磁材料，两根导磁材料上下间隔设置，所述感应线圈缠绕于上方的导磁材料上，所述永磁体组的n极和s极分别固定于上方的导磁材料下方的导磁材料，所述磁热组件的上下两端分别固定于上方的导磁材料下方的导磁材料。

3.根据权利要求2所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述永磁体组包括两根条形永磁体，两个条形永磁体横向间隔布置于所述感应线圈的左右两侧，每个条形永磁体的n极和s极分别固定于上方的导磁材料下方的导磁材料。

4.根据权利要求2所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述导磁材料为具有高磁导率的软磁材料。

5.根据权利要求2所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述换热组件包括呈矩形结构的主体框，所述主体框的左端内侧和右端内侧分别设有多个间隔排布的锯齿形换热片，多个锯齿形换热片从主体框的内侧壁向主体框的中心延伸，所述冷源件固定于所述主体框的右侧，所述热源件和所述永磁体固定于所述主体框的左侧，所述主体框套设于所述磁热组件上使得所述锯齿形换热片配合于所述磁热组件。

6.根据权利要求5所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述热源件固定于所述主体框的左侧壁上，所述永磁体固定于所述热源件的左侧。

7.根据权利要求5所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述磁热组件包括主体壳体以及固定于主体壳体中的多个片状的磁热材料，多个片状的磁热材料沿着前后方向间隔平行排列形成多个间隙，所述主体壳体横向穿设于所述多个锯齿形换热片使得所述多个锯齿形换热片配合于所述多个间隙中；所述上方的导磁材料固定于所述主体壳体的上端，所述下方的导磁材料固定于所述主体壳体的下端。

8.根据权利要求5所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述驱动件设于所述磁热组件的右端与所述主体框的右端内侧之间为所述主体框向左运动提供驱动力。

9.根据权利要求8所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述驱动件为弹簧，所述弹簧的一端固定于所述磁热组件的右端，另一端固定于所述主体框的右端内侧壁上。

10.根据权利要求1所述的新型高功率热磁发电机，其特征在于，所述热源件的温度高于所述磁热组件的居里温度，所述冷源件的温度低于所述磁热组件的居里温度，位于导磁模块左右两端的两个开关模块在前后方向的朝向相同。

技术总结
本发明公开一种新型高功率热磁发电机，包括导磁模块、永磁体组和开关模块；所述导磁模块为导磁材料，用于引导磁路且其中间缠绕有感应线圈，所述导磁模块的左右两端各设有一个所述开关模块；所述永磁体组固定于所述导磁模块上且所述感应线圈位于所述永磁体组的中间；所述开关模块包括磁热组件和换热组件，所述磁热组件固定于所述导磁模块，所述换热组件可在所述磁热组件上左右运动的套设于所述磁热组件上，所述换热组件和所述磁热组件之间设有驱动件，所述换热组件的左端设有热源件和永磁体，右端设有冷原件。该新型高功率热磁发电机大幅增加了换热的效率，提高了装置的工作频率，具有更高的输出功率。

技术研发人员：沈俊,李振兴,高目其,刘俊,赵雅楠,刘峣,王俊
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15