專利名稱：磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，經(jīng)受半永久性磁力回轉(zhuǎn)驅(qū)動的馬達(dá)在回轉(zhuǎn)模式中執(zhí)行預(yù)定工作(例如，使風(fēng)扇回轉(zhuǎn)，或驅(qū)動機(jī)械軸)，并且同時該磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)具有用于進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電模式，其中輸出電力大于用于驅(qū)動該馬達(dá)的輸入電力，并且可以進(jìn)行電力回收。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，利用水力、風(fēng)力、熱力及核能作為能量轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)，由此獲得電力。就水力發(fā)電而言，必須建設(shè)用于轉(zhuǎn)動水輪機(jī)的水壩，從而造成了環(huán)境破壞。水量也非始終充足。此外，沉積物將淀積在水壩上，由此使水壩無法永久使用。就風(fēng)力發(fā)電而言，由于利用的是作為自然現(xiàn)象的風(fēng)力，所以只需安裝發(fā)電機(jī)的成本。不過，由于風(fēng)力發(fā)電依賴于自然現(xiàn)象，所以存在諸如不能穩(wěn)定保障能量的問題。此外，熱力發(fā)電會因油或煤的燃燒而污染空氣，并且存在包括熱效率低和促進(jìn)全球變暖的問題。核能發(fā)電需要相當(dāng)大的成本來建設(shè)設(shè)施，并且存在安全方面的問題。
如上所述，傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備需要相當(dāng)大的成本來建設(shè)設(shè)施，并且存在包括環(huán)境污染、空氣污染、產(chǎn)生熱量以及能量供應(yīng)不穩(wěn)定在內(nèi)的問題。
馬達(dá)通常接收直流或交流電以產(chǎn)生回轉(zhuǎn)磁力，并且通過能夠使轉(zhuǎn)子跟上該回轉(zhuǎn)磁力的磁吸引力來使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。因此，為了產(chǎn)生回轉(zhuǎn)磁力，向馬達(dá)提供對應(yīng)于輸出扭矩的電力。
已知的是，磁力回轉(zhuǎn)馬達(dá)在對馬達(dá)的供電停止并且通過外力來使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時將作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。即，同一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(硬件)用作馬達(dá)和發(fā)電機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)接收到電力以提供機(jī)械輸出時，其被稱為馬達(dá)；而當(dāng)它通過機(jī)械轉(zhuǎn)動力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動以在線圈內(nèi)產(chǎn)生電力時，其被稱為發(fā)電機(jī)。傳統(tǒng)上，同一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不能同時呈現(xiàn)馬達(dá)的功能和發(fā)電機(jī)的功能，并且在這兩種功能的呈現(xiàn)之間存在時間滯后。雖然傳統(tǒng)上單一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有作為馬達(dá)和作為發(fā)電機(jī)的功能，但其不能在呈現(xiàn)馬達(dá)功能的同時呈現(xiàn)發(fā)電機(jī)功能，反之亦然。為了同時獲得馬達(dá)的功能和發(fā)電機(jī)的功能，將馬達(dá)機(jī)械耦接至發(fā)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的就在于提供一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其不存在包括環(huán)境污染、空氣污染、產(chǎn)生噪聲和熱量在內(nèi)的問題，該馬達(dá)發(fā)電機(jī)是潔凈的而不需要增加的制造成本，其在呈現(xiàn)馬達(dá)功能的同時呈現(xiàn)發(fā)電機(jī)功能，并且，其中通過發(fā)電機(jī)獲得的輸出電力大于用于驅(qū)動馬達(dá)的輸入電力。
本發(fā)明涉及一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，并且本發(fā)明的前述目的是通過提供這樣一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，該磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)包括回轉(zhuǎn)部，由非磁性物質(zhì)制成，該回轉(zhuǎn)部的周緣按嵌入方式設(shè)有一組永磁體，該一組永磁體按一預(yù)定角度傾斜；一組電磁體，被按與所述一組永磁體相對的方式設(shè)置得鄰近所述回轉(zhuǎn)部；位置傳感器，用于檢測所述一組永磁體的位置；控制器，用于基于來自所述位置傳感器的檢測信號，向所述電磁體施加電流；以及發(fā)電部，用于獲得來自所述電磁體的線圈的電力。
本發(fā)明的前述目的是通過提供這樣一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，該磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)包括回轉(zhuǎn)部，由非磁性物質(zhì)制成，該回轉(zhuǎn)部的周緣按嵌入方式設(shè)有一組永磁體，該一組永磁體組按一預(yù)定角度傾斜；一組電磁體，被按與所述一組永磁體相對的方式設(shè)置得鄰近所述回轉(zhuǎn)部；位置傳感器，用于檢測所述一組永磁體的位置；控制器，具有一電池，該電池用于基于來自所述位置傳感器的檢測信號，向所述電磁體施加脈沖電流；以及發(fā)電部，用于獲得來自所述電磁體的線圈的電力，其中，回轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式重復(fù)進(jìn)行，以在呈現(xiàn)作為馬達(dá)的功能的同時執(zhí)行發(fā)電，并且將通過該發(fā)電獲得的電力提供給所述控制器以取代所述電池產(chǎn)生脈沖電流。


附圖中圖1是表示磁回轉(zhuǎn)裝置示例的示意外視圖；圖2是表示磁回轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)子示例的平面圖；圖3是表示磁回轉(zhuǎn)裝置的驅(qū)動系統(tǒng)的電路圖；圖4是表示磁回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)扭矩的狀態(tài)圖；圖5是用于說明本發(fā)明原理的截面機(jī)構(gòu)圖；圖6是用于說明本發(fā)明原理的截面機(jī)構(gòu)圖；圖7是用于說明本發(fā)明原理的截面機(jī)構(gòu)圖；圖8A-8G是用于說明本發(fā)明原理的圖；圖9是表示本發(fā)明一示例的連接圖；圖10是本發(fā)明的其它原理圖；圖11是表示本發(fā)明另一示例的連接圖；圖12是表示發(fā)電用線圈的結(jié)構(gòu)示例的外視圖；圖13是表示發(fā)電用線圈的另一結(jié)構(gòu)示例的外視圖；圖14是表示本發(fā)明一示例的圖；圖15是表示本發(fā)明另一示例的圖；圖16是表示本發(fā)明又一示例的圖；圖17是表示輸入波形(電壓和電流)的實(shí)際示例的曲線圖；以及圖18是表示輸出波形(電壓和電流)的實(shí)際示例的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的馬達(dá)磁極部中，在轉(zhuǎn)子上由電磁體產(chǎn)生的磁場與由一組永磁體產(chǎn)生的多個磁場相互排斥。一個永磁體所產(chǎn)生的磁場會受到其它相鄰永磁體及電磁體的磁場影響而畸變成平坦?fàn)睢Ｈ缓?，在永磁體與電磁體之間將產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的扭矩，從而使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)處于回轉(zhuǎn)模式，并且使轉(zhuǎn)子高效地轉(zhuǎn)動。在自轉(zhuǎn)子的永磁體通過馬達(dá)磁極部的電磁體至永磁體到達(dá)下一馬達(dá)磁極部的電磁體所經(jīng)過的時間中，永磁體對電磁體的線圈執(zhí)行電磁感應(yīng)，使得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)處于發(fā)電模式，并且從該電磁體的線圈輸出電力?；谟来朋w與電磁體之間的相斥作用的回轉(zhuǎn)模式和基于線圈及永磁體的電磁感應(yīng)的發(fā)電模式被重復(fù)交替。結(jié)果，單一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出作為發(fā)電機(jī)的功能和作為馬達(dá)的功能，反之亦然。
由于作為發(fā)電功能而輸出的輸出電力大于用于驅(qū)動馬達(dá)的輸入電力，所以本發(fā)明有助于節(jié)能。此外，通過回收輸出電力用于輸入電力，實(shí)現(xiàn)了半永久性驅(qū)動。
由于本發(fā)明的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)能夠同時執(zhí)行作為馬達(dá)和作為發(fā)電機(jī)的功能，所以該磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)是一種傳統(tǒng)上尚未提供的創(chuàng)新裝置。本發(fā)明的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)不受諸如環(huán)境污染、空氣污染、產(chǎn)生噪聲及熱量的問題影響。其制造成本不增加。而且，該磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)是潔凈的，從而與污染無關(guān)。此外，由于不會產(chǎn)生熱量，所以該結(jié)構(gòu)可由合成樹脂制成，由此減輕了其重量并降低了其制造成本。
首先，說明充當(dāng)本發(fā)明前提的磁力回轉(zhuǎn)裝置(日本專利No.2968918B2，美國專利No.5,594,289 B1)的要點(diǎn)。圖1示意性地示出一磁力回轉(zhuǎn)裝置。參照圖1，回轉(zhuǎn)軸4通過軸承5以可轉(zhuǎn)動的方式固定至框架2。磁力轉(zhuǎn)子6和8固定至回轉(zhuǎn)軸4，它們產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力以可與回轉(zhuǎn)軸4一起轉(zhuǎn)動。另外，回轉(zhuǎn)體10固定至回轉(zhuǎn)軸4，在其周緣安裝有用于獲得作為能量的回轉(zhuǎn)力的桿狀磁體9，從而可以隨回轉(zhuǎn)軸4一起轉(zhuǎn)動。電磁體12和14被設(shè)置成分別對著磁力轉(zhuǎn)子6和8，并且在電磁體12、14與磁力轉(zhuǎn)子6、8之間設(shè)有磁隙，電磁體12和14被與磁力轉(zhuǎn)子6和8的轉(zhuǎn)動相同步地賦能。電磁體12和14固定至軛部16，該軛部16形成磁路。
如圖2所示，在每個磁力轉(zhuǎn)子6和8中，在盤24上設(shè)有多個板狀磁體22A到22H，其生成用于產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力的磁場；和多個配重部20A到20H，由非磁性物質(zhì)制成，用于對磁力轉(zhuǎn)子6和8進(jìn)行平衡。如圖2所示，每個板狀磁體22A到22H排列成，使其縱軸I相對于盤24的徑向軸線II形成一角度D。角度D可以通過盤24的半徑和置于盤24上的板狀磁體22A到22H的數(shù)量來確定。從有效利用磁場角度而言，磁力轉(zhuǎn)子6上的板狀磁體22A到22H優(yōu)選地排列成使它們的N極點(diǎn)朝外，而磁力轉(zhuǎn)子8上的板狀磁體22A到22H優(yōu)選地排列成使它們的S極點(diǎn)朝外。
電磁體12和14置于磁力轉(zhuǎn)子6和8的外部，分別對著磁力轉(zhuǎn)子6和8，而在電磁體12、14與磁力轉(zhuǎn)子6、8之間設(shè)有磁隙。當(dāng)被賦能時，電磁體12和14產(chǎn)生磁場，該磁場在極性上與面對電磁體12和14的各板狀磁體22A到22H相同，從而它們相互排斥。即，由于磁力轉(zhuǎn)子6上的板狀磁體22A到22H各自的N極點(diǎn)面朝外，所以對電磁體12賦能使其面對磁力轉(zhuǎn)子6的一側(cè)產(chǎn)生N極性。類似地，由于磁力轉(zhuǎn)子8上的板狀磁體22A到22H各自的S極點(diǎn)面朝外，所以對第二電磁體14賦能使其面對磁力轉(zhuǎn)子8的一側(cè)產(chǎn)生S極性。對由軛部16磁性耦合的電磁體12和14進(jìn)行磁化，從而將面對各板狀磁體22A到22H的各側(cè)磁化得彼此極性相反。這意味著，可以有效利用針對電磁體12和14的磁場。
磁力轉(zhuǎn)子6和8中的一個設(shè)有一檢測器30，該檢測器30用于檢測磁力轉(zhuǎn)子6或8的回轉(zhuǎn)位置。即，如圖2所示，在板狀磁體22A到22H的回轉(zhuǎn)方向32上，當(dāng)前導(dǎo)板狀磁體22A已通過檢測器30時，磁力轉(zhuǎn)子6和8便被賦能。換言之，在回轉(zhuǎn)方向32上，當(dāng)位于前導(dǎo)板狀磁體22A與緊隨的板狀磁體22B之間的起點(diǎn)S0與電磁體12或14的中心點(diǎn)R0重合時，電磁體12和14便被賦能。此外，如圖2所示，在板狀磁體22A到22H的回轉(zhuǎn)方向32上，當(dāng)尾端板狀磁體22H已通過檢測器30時，磁力轉(zhuǎn)子6和8被去賦能。在盤24上與起點(diǎn)S0相對稱地設(shè)置有終點(diǎn)E0。當(dāng)終點(diǎn)E0與電磁體12或14的中心點(diǎn)R0重合時，電磁體12和14被去賦能。當(dāng)轉(zhuǎn)子6和8開始轉(zhuǎn)動時，電磁體12或14的中心點(diǎn)R0位于起點(diǎn)S0與終點(diǎn)E0之間的任何位置處，并且使電磁體12和14對著相應(yīng)的板狀磁體22A到22H。
當(dāng)使用微動開關(guān)(microswitch)作為用于檢測回轉(zhuǎn)位置的檢測器30時，使該微動開關(guān)的接觸部沿著盤24的外周面滑動。為起點(diǎn)S0和終點(diǎn)E0設(shè)置了臺階部，以將微動開關(guān)的接觸部封擋在起點(diǎn)S0與終點(diǎn)E0之間。所述外周面在起點(diǎn)S0與終點(diǎn)E0之間的區(qū)域凸出超過盤24的其它外周區(qū)域。檢測器30可以是非接觸式傳感器。
如圖3所示，用于電磁體12和14的線圈經(jīng)由繼電器40的可動接觸部串聯(lián)連接到直流電源42。連接到直流電源42的還有一串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路包括采用微動開關(guān)形式的檢測器30和繼電器40的螺線管。出于節(jié)能的考慮，將充電器44(如，太陽能電池等)連接到直流電源42。從而可利用太陽能等對直流電源42不斷進(jìn)行充電。
當(dāng)轉(zhuǎn)動的盤24位于一預(yù)定位置處時，即，當(dāng)使電磁體12和14對著相應(yīng)的板狀磁體22A到22H中的任何一個時，檢測器30導(dǎo)通。隨后，從直流電源42經(jīng)由繼電器40向電磁體12和14提供電流。當(dāng)電流被提供至電磁體12和14時，電磁體12和14便產(chǎn)生磁場，從而使得盤24根據(jù)以下原理而轉(zhuǎn)動。
在磁力轉(zhuǎn)子6和8的各板狀磁體22A到22H與對應(yīng)的電磁體12及14之間設(shè)有圖4中所示的磁場分布。當(dāng)電磁體12和14被賦能時，鄰近電磁體12和14的板狀磁體22A到22H的磁場在對應(yīng)于回轉(zhuǎn)方向的縱向上發(fā)生畸變，并且在板狀磁體的磁場與電磁體的磁場之間形成斥力。該斥力的垂直于縱向分量由于磁場的畸變顯著而變得更大，從而產(chǎn)生如箭頭32所指示的回轉(zhuǎn)扭矩。類似地，順序進(jìn)入電磁體12和14的板狀磁體22A到22H的磁場被電磁體12和14的磁場畸變，并且指向已進(jìn)入電磁體12和14的磁場的板狀磁體22A到22H的相反極性。結(jié)果，磁場更加畸變且變得平坦。已進(jìn)入電磁體12和14的磁場的板狀磁體22A到22H與電磁體12和14之間的斥力大于隨后進(jìn)入電磁體12和14的磁場的板狀磁體22A到22H與電磁體12和14之間的斥力，使得如箭頭32所示的回轉(zhuǎn)力作用在轉(zhuǎn)動盤24上。即使在終點(diǎn)E0與電磁體12和14的中心點(diǎn)R0重合，并且電磁體12和14被去賦能時，接收到回轉(zhuǎn)力的轉(zhuǎn)動盤24仍因其慣性力而繼續(xù)轉(zhuǎn)動。慣性力愈大，轉(zhuǎn)動盤24的轉(zhuǎn)動愈平順。
圖5是示出本發(fā)明原理的截面機(jī)構(gòu)圖。在圖5中，提供了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100，該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100包括作為馬達(dá)和作為發(fā)電機(jī)的功能。由筒狀或盤狀的非磁性物質(zhì)制成的回轉(zhuǎn)部110安裝至回轉(zhuǎn)軸101。如上所述的永磁體111到114位于回轉(zhuǎn)部110的四個周緣部，并且按預(yù)定角度傾斜(如圖2中所示)。按預(yù)定定時接收脈沖電流的電磁體121到124被設(shè)置成鄰近對著各永磁體111到114。在電磁體121到124中產(chǎn)生的磁極分別與在永磁體111到114中產(chǎn)生的磁極相反。
當(dāng)回轉(zhuǎn)部110停止時，在永磁體111到114的磁極與用于電磁體121到124的軛部之間產(chǎn)生磁力吸引。因此，如圖5所示，永磁體111到114的磁極分別對著電磁體121到124。
在圖5所示的狀態(tài)中，永磁體111到114分別對著電磁體121到124。向電磁體121到124施加脈沖電流在電磁體121到124的磁場與永磁體111到114的磁場之間產(chǎn)生相斥作用，從而將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100置于回轉(zhuǎn)模式。隨后，回轉(zhuǎn)部110沿著箭頭“A”的方向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100經(jīng)由圖6所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)變至圖7所示的狀態(tài)。當(dāng)在圖7的狀態(tài)下類似地向電磁體121、122、123以及124施加脈沖電流時，在電磁體121、122、123以及124的磁場與永磁體114、111、112以及113的磁場之間將產(chǎn)生相斥作用，使得回轉(zhuǎn)部110沿著箭頭“A”的方向轉(zhuǎn)動。舉例來說，在自永磁體111位于圖5所示的電磁體121的位置處一直到它到達(dá)圖7所示的電磁體122的位置處所經(jīng)歷的時間中，永磁體111的磁力線作用在纏繞電磁體121的線圈上，以使得從線圈中產(chǎn)生電流。對于永磁體112到114會出現(xiàn)相同的作用。通過各永磁體111到114的電磁感應(yīng)，從電磁體122到124產(chǎn)生電流。結(jié)果，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100處于發(fā)電模式。當(dāng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100到達(dá)圖7所示的狀態(tài)時，向電磁體121、122、123以及124施加脈沖電流將對各永磁體114、111、112以及113產(chǎn)生相斥作用，使得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100處于回轉(zhuǎn)模式。然后，如上所述，產(chǎn)生了沿箭頭“A”方向的回轉(zhuǎn)力。在自永磁體114、111、112以及113位于各電磁體121、122、123以及124的位置處一直到它們分別到達(dá)電磁體122、123、124以及121的位置處所經(jīng)歷的時間中，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100處于發(fā)電模式。然后，從纏繞電磁體121到124的線圈輸出電流。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100，單一結(jié)構(gòu)可以具有回轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式，并且通過基于回轉(zhuǎn)模式的轉(zhuǎn)動來進(jìn)行發(fā)電。因此，與傳統(tǒng)示例不同的是，不需要將發(fā)電機(jī)機(jī)械耦接到馬達(dá)。此外，與傳統(tǒng)示例不同的是，馬達(dá)不需要停機(jī)以接收外部回轉(zhuǎn)驅(qū)動并輸出電力。根據(jù)本發(fā)明的馬達(dá)發(fā)電機(jī)的最佳特征在于，其能夠在利用小電力使馬達(dá)轉(zhuǎn)動的同時進(jìn)行發(fā)電。
圖8A-8G基于電磁體121到124與永磁體111到114之間的位置關(guān)來闡述上述操作。電磁體121到124處于如圖8A-8D中所示的位置關(guān)系。最初，永磁體111到114處于圖8E中所示的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，當(dāng)電磁體121到124由脈沖驅(qū)動時，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100受到磁力的排斥而處于回轉(zhuǎn)模式，從而處于圖8F的狀態(tài)，該狀態(tài)例如對應(yīng)于電磁感應(yīng)所導(dǎo)致的發(fā)電模式。由于回轉(zhuǎn)部110在發(fā)電模式期間繼續(xù)轉(zhuǎn)動，所以轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100最后處于圖8G的狀態(tài)。當(dāng)在圖8G的狀態(tài)下電磁體121到124受到脈沖驅(qū)動時，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100受到磁力的排斥而再次處于回轉(zhuǎn)模式，并更進(jìn)一步轉(zhuǎn)動。同時，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)100因電磁感應(yīng)而處于發(fā)電模式。通過交替重復(fù)回轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式，可同時實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和發(fā)電。
圖9表示本發(fā)明的連接圖。參照圖9，線圈121C到124C分別纏繞電磁體121到124，從而在接收到脈沖電流時產(chǎn)生磁場，以生成針對對著的永磁體111到114的磁力排斥。在回轉(zhuǎn)部110的周緣上，按對應(yīng)于各永磁體111到114的方式，設(shè)置有識別部件115A到115D，它們用于檢測永磁體111到114的位置。在外部且鄰近回轉(zhuǎn)部110設(shè)置有一非接觸式位置傳感器(例如，孔洞傳感器(hole sensor))130。
電磁體121到124及位置傳感器130連接到控制器150?？刂破?50由(例如，24V)電池BT驅(qū)動。電池BT經(jīng)由二極管D1連接到電磁體121到124的線圈121C到124C。此外，電池BT經(jīng)由FET晶體管Tr和熔斷器F連接到供電開關(guān)SW，該FET晶體管Tr充當(dāng)開關(guān)裝置以產(chǎn)生脈沖電流。來自電池BT的電源也被提供給位置傳感器130。晶體管Tr由來自位置傳感器130的檢測信號導(dǎo)通/截止。在電源線與晶體管Tr的選通線之間連接有電阻器R1。在該電源線與晶體管Tr的輸出線之間連接有二極管D2。
輸出部160連接到控制器150，該輸出部160用于獲得由線圈121C到124C的電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電力輸出。輸出部160包括二極管D3和負(fù)載電阻器Ro，所述二極管D3用于防止所施加脈沖電流的輸入。
在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)供電開關(guān)SW處于導(dǎo)通狀態(tài)并且位置傳感器130檢測到識別部件115A到115D中的任何一個時，晶體管Tr便導(dǎo)通，電流經(jīng)二極管D1流到電磁體121到124的線圈121C到124C，并且從電磁體121到124產(chǎn)生磁力。電磁體121到124的磁力與永磁體111到114的磁力相互排斥。結(jié)果，所述裝置處于回轉(zhuǎn)模式，并且回轉(zhuǎn)部110沿著箭頭“A”所指示的方向轉(zhuǎn)動。該轉(zhuǎn)動使得永磁體111到114能夠從由電磁體121到124的相應(yīng)位置轉(zhuǎn)動至電磁體122、123、124以及121的相應(yīng)位置。在回轉(zhuǎn)過程中，所述裝置處于發(fā)電模式，以通過電磁感應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)永磁體111、112、113以及114分別抵達(dá)電磁體122、123、124以及121的位置時，所述裝置從發(fā)電模式轉(zhuǎn)換至回轉(zhuǎn)模式。隨后，回轉(zhuǎn)模式與發(fā)電模式交替重復(fù)進(jìn)行。
在此情況下，從輸出部160獲得電力。通過對施加至負(fù)載Ro的電壓和電流進(jìn)行測量來測量該電力。此外，還對施加至線圈121C到124C的輸入電力進(jìn)行測量。作為對輸入電力和輸出電力進(jìn)行測量的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)輸出電力較大。由于輸出電力大于輸入電力，所以用于輸入的輸出電力的回收實(shí)現(xiàn)了能量大大減少。此外，剩余電力用于其它的工作。
在上述示例中，以傾斜方式置于回轉(zhuǎn)部110的周緣上的每個永磁體111到114都由單一磁體制成。另選地，如圖10所示，可以通過布置多個磁體，如3個永磁體111A到111C、3個永磁體112A到112C、3個永磁體113A到113C或114A到114C，來提供永磁體。在此情況下，可以設(shè)置對應(yīng)數(shù)量的相對的電磁體。在上述說明中，4個永磁體(4極)置于回轉(zhuǎn)部上，并且4個電磁體置于外部且鄰近回轉(zhuǎn)部。不過，可以提供任何數(shù)量成對(任何極數(shù)的)的永磁體和電磁體，只要是永磁體的數(shù)量與電磁體的數(shù)量相同即可。
雖然在上述說明中電磁體通過接收脈沖電流而受到驅(qū)動，但本發(fā)明并不限于脈沖電流。
圖11表示本發(fā)明的另一實(shí)施例。參照圖11，發(fā)電用線圈170置于回轉(zhuǎn)部110的外部并與其鄰近。根據(jù)回轉(zhuǎn)部110A的回轉(zhuǎn)，在發(fā)電用線圈170與永磁體111到114之間會發(fā)生電磁感應(yīng)，從而在發(fā)電用線圈170的端部“a”與“b”之間產(chǎn)生電力。發(fā)電用線圈170是通過如圖12所示環(huán)繞圓柱芯171纏繞繞組172來形成的，或是通過如圖13所示的圓柱方式(cylindrical manner)纏繞繞組173來形成的。隨著繞組數(shù)的增加，所產(chǎn)生的電力變得越大。此外，隨著發(fā)電用線圈與回轉(zhuǎn)部110之間的距離越短，所產(chǎn)生的電力也變得越大。
示例下面說明通過利用一如圖9所示由4個永磁體和4個電磁體構(gòu)成的馬達(dá)發(fā)電機(jī)來轉(zhuǎn)動多翼式風(fēng)扇(sirocco fan)進(jìn)行發(fā)電的示例。用于4個電磁體的線圈的直徑φ為0.6mm，并且繞組數(shù)“n”為“600”。各具有12V的電池(Yuasa NP7-12)串聯(lián)連接，以提供24V的電壓。
(1)在如圖14所示的示例中，負(fù)載Ro為0.2Ω，輸入電壓為2.3V，輸入電流為0.57A。馬達(dá)發(fā)電機(jī)作為馬達(dá)執(zhí)行930rpm的轉(zhuǎn)動，并輸出2.0V的輸出電壓、0.83A的輸出電流。輸入電力Wi為“2.3V×0.57A＝1.31W”，而輸出電力Wo為“2.0V×0.83A＝1.66W”。這意味著輸出的電力大于輸入電力Wi。
(2)在如圖15所示的示例中，負(fù)載Ro為0.1Ω，輸入電壓為3.1V，輸入電流為0.65A。馬達(dá)發(fā)電機(jī)作為馬達(dá)執(zhí)行900rpm的轉(zhuǎn)動，并輸出2.7V的輸出電壓和1.24A的輸出電流。輸入電力Wi為“3.1V×0.65A＝2.01W”，而輸出電力Wo為“2.7V×1.24A＝3.35W”。這說明輸出的電力大于輸入電力Wi。
(3)圖16示出這樣的示例，其中輸出電力被回收并應(yīng)用于輸入側(cè)。根據(jù)該示例，使用各具有12V的4個電池來向線圈1到4施加48V的脈沖。由于回收需要比電池的48V高的電壓，所以串聯(lián)連接了8個馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其輸入電壓和輸出電壓如圖16的第1至第8號方框所示。這樣，獲得了比電池電壓48V高的53.6V電壓。所得電壓被回收用于輸入側(cè)，以充當(dāng)電池電源。即，在馬達(dá)轉(zhuǎn)動時不使用電池電源即可獲得電力。
在圖16所示的示例中，第1至第8號馬達(dá)發(fā)電機(jī)中的每一個都具有6.466W(6.1V×1.06A)的輸入電力和21.239W(6.7V×3.17A)的輸出電力，總額外電力為“118.184W”。
(4)圖17示出輸入波形(電壓與電流)和輸出波形(電壓與電流)的實(shí)際示例。圖17示出輸入電壓(上側(cè))和輸入電流(下側(cè))的波形。圖18示出輸出電壓(上側(cè))和輸出電流(下側(cè))的波形。在本示例中，輸入電力為“0.8174W”，而輸出電力為“3.045W”。
根據(jù)本發(fā)明，把要提供給電磁體的電流量限制得盡可能小，并且獲得永磁體的電磁能量作為回轉(zhuǎn)力。因此，使得要提供給電磁體的電能最小化，并且從永磁體有效地獲得了回轉(zhuǎn)能量。此外，在回轉(zhuǎn)的同時從電磁體(線圈)輸出了電力，并且該輸出電力大于用于驅(qū)動馬達(dá)的輸入電力。因此，本發(fā)明對于所有耗能設(shè)備(汽車、摩托車、火車、家電等)及工業(yè)(生產(chǎn)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等)相當(dāng)有用。
由于本發(fā)明的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)利用單一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同時獲得了作為馬達(dá)和作為發(fā)電機(jī)的功能，所以其實(shí)現(xiàn)了緊湊性，在噪聲和震動降低的情況下獲得了馬達(dá)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力，并且高效地獲得潔凈電力而不生成熱量。由于不會生成熱量，除了軸和軸承之外，其它零件可采用合成樹脂，從而獲得緊湊性和廉價的制造成本。
根據(jù)本發(fā)明，由于通過單一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)獲得了作為馬達(dá)和作為發(fā)電機(jī)的功能，所以實(shí)現(xiàn)了高性能的緊湊型馬達(dá)發(fā)電機(jī)。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械軸轉(zhuǎn)動的同時產(chǎn)生了電力。因此，本發(fā)明可以應(yīng)用于寬范圍的產(chǎn)業(yè)。而且，由于作為發(fā)電機(jī)輸出的電力大于驅(qū)動馬達(dá)所需的電力，所以勝于節(jié)能地，通過回收電力實(shí)現(xiàn)了馬達(dá)的半永久轉(zhuǎn)動。本發(fā)明將有效用于需要轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的所有產(chǎn)業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，包括回轉(zhuǎn)部，由非磁性物質(zhì)制成，該回轉(zhuǎn)部的周緣按嵌入方式設(shè)有一組永磁體，該一組永磁體按一預(yù)定角度傾斜；一組電磁體，被按與所述一組永磁體相對的方式設(shè)置得鄰近所述回轉(zhuǎn)部；位置傳感器，用于檢測所述一組永磁體的位置；控制器，用于基于來自所述位置傳感器的檢測信號，向所述電磁體施加電流；以及發(fā)電部，用于獲得來自所述電磁體的線圈的電力，其中，回轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式重復(fù)進(jìn)行，使得在呈現(xiàn)作為馬達(dá)的功能的同時執(zhí)行發(fā)電。
2.如權(quán)利要求1所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，所述一組永磁體被按如下方式來設(shè)置，即，在多個位置處設(shè)置了多個永磁體套件，每個永磁體套件包括多個板狀永磁體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，當(dāng)所述一組永磁體與所述一組電磁體相對時，提供所述回轉(zhuǎn)模式。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，當(dāng)所述一組永磁體位于所述一組電磁體之間時，提供所述發(fā)電模式。
5.如權(quán)利要求1所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，來自所述一組電磁體的輸出電力大于施加給該一組電磁體的輸入電力。
6.如權(quán)利要求1所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，所述回轉(zhuǎn)部被形成為圓盤狀或圓柱狀。
7.如權(quán)利要求1所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，一太陽能電池連接到所述控制器。
8.如權(quán)利要求1所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，一脈沖電流被施加給所述電磁體。
9.如權(quán)利要求1所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，一發(fā)電用線圈被設(shè)置成鄰近所述回轉(zhuǎn)部，并且根據(jù)所述回轉(zhuǎn)部的轉(zhuǎn)動，從該發(fā)電用線圈獲得電力。
10.如權(quán)利要求9所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，設(shè)有多個發(fā)電用線圈。
11.一種磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，包括回轉(zhuǎn)部，由非磁性物質(zhì)制成，該回轉(zhuǎn)部的周緣按嵌入方式設(shè)有一組永磁體，該一組永磁體組按一預(yù)定角度傾斜；一組電磁體，被按與所述一組永磁體相對的方式設(shè)置得鄰近所述回轉(zhuǎn)部；位置傳感器，用于檢測所述一組永磁體的位置；控制器，具有一電池，該電池用于基于來自所述位置傳感器的檢測信號，向所述電磁體施加脈沖電流；以及發(fā)電部，用于獲得來自所述電磁體的線圈的電力，其中，回轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式重復(fù)進(jìn)行，以在呈現(xiàn)作為馬達(dá)的功能的同時執(zhí)行發(fā)電，并且通過該發(fā)電獲得的電力被提供給所述控制器以取代所述電池產(chǎn)生脈沖電流。
12.如權(quán)利要求11所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，所述發(fā)電的電壓高于所述電池的電壓。
13.如權(quán)利要求11所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，一發(fā)電用線圈被設(shè)置成鄰近所述回轉(zhuǎn)部，并且來自該發(fā)電用線圈的輸出電力被單獨(dú)獲得。
14.如權(quán)利要求13所述的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)，其中，設(shè)有多個發(fā)電用線圈。
全文摘要
本發(fā)明的磁力回轉(zhuǎn)式馬達(dá)發(fā)電機(jī)包括回轉(zhuǎn)部，由非磁性物質(zhì)制成，該回轉(zhuǎn)部的周緣按嵌入方式設(shè)有一組永磁體，該一組永磁體按一預(yù)定角度傾斜；一組電磁體，被按與所述一組永磁體相對的方式設(shè)置為鄰近所述回轉(zhuǎn)部；位置傳感器，用于檢測所述一組永磁體的位置；控制器，用于基于來自所述位置傳感器的檢測信號，向所述電磁體施加電流；以及發(fā)電部，用于獲得來自所述電磁體的線圈的電力?；剞D(zhuǎn)模式和發(fā)電模式重復(fù)進(jìn)行，以在呈現(xiàn)作為馬達(dá)的功能時執(zhí)行發(fā)電。
文檔編號H02N11/00GK1661892SQ20051005248
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者湊弘平, 湊延江 申請人:湊弘平, 湊延江