專利名稱：磁能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源系統(tǒng)，特別是一種磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機相結(jié)合的磁能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1821年法拉第發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線能繞永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，發(fā)明了永磁電機。1857年英國的惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵，發(fā)明了電勵磁方式，開創(chuàng)了電勵磁電機的新紀(jì)元。但以上電機都只是能量轉(zhuǎn)換的工具?，F(xiàn)有技術(shù)本人申請的“磁力能量放大器”、“永磁能原動機”、“流體傳動的磁力機”、“混合勵磁磁能發(fā)生裝置及其應(yīng)用”等。以上幾種由磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁能都是借助流體傳動系統(tǒng)或棘輪機構(gòu)輸出能量。本發(fā)明將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁能直接轉(zhuǎn)化為電能，而無需借助流體傳動系統(tǒng)或棘輪機構(gòu)，可以大大降低能量轉(zhuǎn)化的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電動機(12)、磁能發(fā)生裝置、 緩沖限位器(10)、擺角放大器(7)和發(fā)電機(11)，其特征是a.磁能發(fā)生裝置主要由轉(zhuǎn)子(1)、磁環(huán)( 、磁鐵C3)、搖柄(4)、搖桿( 和聯(lián)動齒輪(6)組成，轉(zhuǎn)子四周設(shè)有四對極或四對極以上的永磁體分布形式的磁環(huán)，磁環(huán)的S磁極和 N磁極相間排列，磁環(huán)磁極的數(shù)量是4的公倍數(shù)；4個或4個以上設(shè)在搖柄上的磁鐵對稱或平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，磁鐵的數(shù)量是2的公倍數(shù)，其中，有一半磁鐵的S極向軸排列，另一半磁鐵的N極向軸排列；搖柄設(shè)在搖桿上，搖柄上的磁鐵與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸對稱或平均分布；搖桿上設(shè)有聯(lián)動齒輪，利用聯(lián)動齒輪將所有搖桿的動力集中于同一軸輸出；b.轉(zhuǎn)子固定在輸入軸上；原始動力由電動機從輸入軸輸入磁能發(fā)生裝置，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于設(shè)在搖柄上的磁鐵是一個交變的磁場，磁環(huán)的S極與N極交替對磁鐵產(chǎn)生吸力和斥力，一方面，磁環(huán)受到的吸力和斥力的合力為零或接近零，另一方面，磁鐵受到的吸力和斥力轉(zhuǎn)化為搖柄和搖桿回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置輸出的是機械回轉(zhuǎn)運動的動力；c.磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機之間設(shè)有緩沖限位器和擺角放大器，利用緩沖限位器限制搖桿的擺動角度，進而限制磁鐵的擺動范圍；利用擺角放大器將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的運動角度放大后輸出；利用往復(fù)式或回轉(zhuǎn)式發(fā)電機將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)化為電能，或者，利用可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)，將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動的動力，再通過旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能。4對極的磁環(huán)相當(dāng)于磁環(huán)有4個S極向外、4個N極向外和4個S極向內(nèi)、4個N 極向內(nèi)。磁環(huán)由8塊或8塊以上的磁瓦組成，如8塊、12塊、16塊等，都是4的公倍數(shù)?；蛘?，利用充模或壓模的方法制造一個完整的磁環(huán)，然后在一個特制的夾具中進行充磁，采用該方法加工出的4對極的陣列結(jié)構(gòu)。磁環(huán)分為圓形和多邊形兩種。
磁環(huán)包括普通陣列磁環(huán)和基于Halbach陣列的磁環(huán)(2. 1)。若采用普通陣列磁環(huán)， 轉(zhuǎn)子軛應(yīng)采用鐵磁性材料制造。Halbach陣列磁環(huán)是由徑向永磁體與切向和/或斜向永磁體組成的四對極或四對極以上的永磁體分布形式的磁環(huán)，磁環(huán)的S極和N極相間排列。根據(jù)Halbach陣列，4對極的磁環(huán)至少由16塊磁鋼組成，通常4對極的磁環(huán)由16塊或M塊或48塊磁鋼組成。這種Halbach陣列磁環(huán)，磁場增強的一邊對著氣隙，磁場減弱的一邊對著轉(zhuǎn)子軛，這樣氣隙磁通得到增加，轉(zhuǎn)子軛中的磁通減少，使磁能發(fā)生裝置的功率密度相對得到了提高。正是由于Halbach陣列磁環(huán)存在以上優(yōu)點，使轉(zhuǎn)子軛采用鐵磁性以外的材料制造成為可能。Halbach陣列磁環(huán)同樣可以制造成一個完整的磁環(huán)。
設(shè)在搖柄上的磁鐵為永久磁鐵和/或電磁鐵。磁能發(fā)生裝置為永磁能發(fā)生裝置或混合勵磁磁能發(fā)生裝置或多段式磁能發(fā)生裝置或并列式混合勵磁磁能發(fā)生裝置。永磁能發(fā)生裝置的磁環(huán)和搖柄磁鐵全部是永久磁鐵； 混合勵磁磁能發(fā)生裝置中的磁環(huán)為永久磁鐵環(huán)、搖柄磁鐵為電磁鐵；多段式磁能發(fā)生裝置的磁環(huán)有二段或二段以上，搖柄磁鐵有二段或二段以上，磁環(huán)為永久磁鐵環(huán)，搖柄磁鐵為永久磁鐵或電磁鐵；并列式混合勵磁磁能發(fā)生裝置的磁環(huán)為多段式永久磁鐵環(huán)，搖桿上并列設(shè)有搖柄永久磁鐵和搖柄電磁鐵。機器啟動時，電動機起動所需的電能由蓄電池提供或由外來電源提供。機器起動后，發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能可部分反過來提供給電動機，以維持機器持續(xù)運轉(zhuǎn)。電動機運轉(zhuǎn)所需的電能也可以一直由外來電源提供。與普通的電機一樣，電勵磁需要有一個接線盒，每個鐵心繞組都有兩條線接到接線盒。而且每個鐵心繞組都是設(shè)定了固定磁極的方向的。搖柄設(shè)有電磁鐵的磁能發(fā)生裝置需要加設(shè)風(fēng)扇或液體冷卻裝置。由于搖柄只做擺動運動，而且搖柄上的磁鐵與磁環(huán)的距離不能過大，必須對搖柄的擺動范圍作限制，以防止搖柄磁鐵與磁環(huán)相互碰撞。緩沖限位器的作用是限制搖柄磁鐵的擺動范圍，目的是防止搖柄磁鐵因為擺動的角度過大而與磁環(huán)碰撞。如果只是用簡單的擋塊限制搖桿的擺動角度，雖然成本低、簡單， 但機器的噪音和振動都很大，機件磨損大。雖然當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速時，搖柄磁鐵的擺動角度會變小，但仍宜采用無直接機械碰撞的緩沖限位器對搖動件的擺動范圍作出限制。以下例舉幾種無直接機械碰撞的緩沖限位器(1)流體緩沖限位器，包括液體緩沖限位器和氣體緩沖限位器。是利用擺動件移動到接近終點時，將擺動件和缸體之間的一部分流體封住，迫使流體從小孔或縫隙中擠出，從而產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件制動，避免擺動件和缸體的相互碰撞。(2)齒輪式磁力緩沖限位器(10)，主要包括固定的磁鐵(10a)、擺動桿(10c)、擺動磁鐵(IOd)、輸入齒輪(IOf)、大小齒輪副(IOg)、末級小齒輪(10b)、齒輪軸(IOh)、軸承 (101)和箱體(IOe)。輸入齒輪、一級或一級以上的大小齒輪副、末級小齒輪和設(shè)有擺動磁鐵的擺動桿分別通過齒輪軸依次定位于箱體，末級小齒輪和擺動桿固定于同一齒輪軸；固定磁鐵固定在箱體中，其位置在擺動磁鐵擺動的路線上；當(dāng)擺動桿向兩側(cè)擺動時，擺動磁鐵與固定磁鐵靠近，受斥力或吸力的作用制動；根據(jù)杠桿原理，力從輸入齒輪經(jīng)過一級或一級以上的大小齒輪副傳遞到末級小齒輪和擺動桿的過程是一個增距減力的過程，實現(xiàn)利用較小的磁力控制較大的機械回轉(zhuǎn)運動或機械往復(fù)運動或機械直線運動的力的運動范圍。磁鐵可以是永久磁鐵，也可以是電磁鐵。由于靠磁鐵的斥力實現(xiàn)緩沖限位，因此沒有直接的機械碰撞。擺動桿的擺動角度一般小于360度，若要求擺動的角度大于360度，可采用電磁控制的方法，擺動磁鐵和/或固定磁鐵為電磁鐵，當(dāng)擺動桿擺動到預(yù)定的角度，擺動磁鐵和固定磁鐵才產(chǎn)生相吸或相斥的磁力制動。利用傳感器，可以控制電磁鐵的磁力大小和產(chǎn)生制動磁力的時機。設(shè)在末極齒輪軸上的擺動桿有一條或一條以上，固定磁鐵有一個或一個以上， 擺動磁鐵有一個或一個以上，可根據(jù)設(shè)計需要確定數(shù)量。輸入齒輪與一個或一個以上的大小齒輪副的小齒輪嚙合，兩組大小齒輪副可對稱排列于輸入齒輪的兩側(cè)，擺動桿、擺動磁鐵和固定磁鐵也有兩組。根據(jù)制動方式可分為單級制動、多級制動和分級制動。多級制動的方式固定磁鐵有多級，依次排列在擺動磁鐵擺動的路線上，擺動磁鐵每經(jīng)過一級固定磁鐵， 擺動桿都要減少一部分動力，到末級固定磁鐵或接近末級固定磁鐵停止下來(擺動磁鐵也可以轉(zhuǎn)若干圈才停止下來，停止的位置不限于末級磁鐵)。分級制動的方式固定磁鐵有多級，每級磁鐵的磁力都不同，一般是逐級增大，目的是使制動更柔和。固定磁鐵也因此可分類為單級磁鐵和多級磁鐵。擺動磁鐵同樣也可分類為單級磁鐵和多級磁鐵。(3)杠桿式磁力緩沖限位器。將齒輪式磁力緩沖限位器的齒輪改為杠桿，即成為杠桿式磁力緩沖限位器。齒輪式磁力緩沖限位器具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、噪音小、成本低等優(yōu)點。流體緩沖限位器的成本較高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以承受較大的沖擊力。杠桿式磁力緩沖限位器的成本低，但較易磨損，體積稍大。聯(lián)動齒輪設(shè)在搖桿上，聯(lián)動齒輪數(shù)與搖柄的數(shù)量相同，也是偶數(shù)，相鄰的聯(lián)動齒輪相互嚙合，相鄰的聯(lián)動齒輪擺動(旋轉(zhuǎn))的方向必須相反。因此如果采用聯(lián)動齒輪，相鄰的搖柄鐵心繞組必須S極與N極相間排列，以使相鄰的搖柄擺動的方向相反。當(dāng)磁能發(fā)生裝置的尺寸較大時，為了減小聯(lián)動齒輪的尺寸，可以在相鄰的聯(lián)動齒輪之間加入橢輪，若兩個相鄰的聯(lián)動齒輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，則兩齒輪之間橢輪的數(shù)量為偶數(shù)，若兩個相鄰的聯(lián)動齒輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，則兩齒輪之間橢輪的數(shù)量為奇數(shù)。由于聯(lián)動齒輪擺動的角度較小(約10至15度左右)，因此要利用擺角放大器放大輸出的回轉(zhuǎn)角度，以適應(yīng)發(fā)電機的要求。擺角放大器其實就是一級或一級以上的大小齒輪副，其力傳遞的過程是一個增距減力的過程。緩沖限位器設(shè)在磁能發(fā)生裝置與擺角放大器之間，或者，擺角放大器設(shè)在磁能發(fā)生裝置與緩沖限位器之間。兩種設(shè)置方法對緩沖限位器要求是不同的，當(dāng)緩沖限位器設(shè)在磁能發(fā)生裝置與擺角放大器之間時，輸入緩沖限位器的力較大、擺動范圍較小，當(dāng)擺角放大器設(shè)在磁能發(fā)生裝置與緩沖限位器之間時，輸入緩沖限位器的力較小、擺動范圍較大。擺角放大器設(shè)在磁能發(fā)生裝置與緩沖限位器之間時，緩沖限位器的尺寸較小，成本較低。發(fā)電機為回轉(zhuǎn)式發(fā)電機或往復(fù)式發(fā)電機或旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機?；剞D(zhuǎn)式發(fā)電機和往復(fù)式發(fā)電機都可以將磁能發(fā)生裝置輸出的回轉(zhuǎn)運動的動力直接通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，而旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機需要先將回轉(zhuǎn)運動的動力通過可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動的動力，再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能。旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機是大家所熟知的一般交流發(fā)電機或直流發(fā)電機。下面介紹一種齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機。
一種齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機，主要包括齒輪(11a)、齒條桿(lib)、前端蓋(11c)、 定子繞組(lid)、定子鐵芯(lie)、動子鐵芯(lif)、動子繞組(lig)、動子軛(iih)、滑桿 (Ili)、后端蓋(Ilj)、風(fēng)扇(Ilk)、接線盒(111)、機殼(Ilm)和整流器。兩排由若干個定子繞組和定子鐵芯組成的直線型定子鐵芯繞組分別設(shè)置在機殼的底部和頂部；動子繞組為繞線型繞組或直線型繞組，兩排直線型動子鐵芯繞組分別設(shè)置在動子軛的底端和頂端；動子軛中設(shè)有一個或一個以上的滑槽，滑桿有一條或一條以上，滑桿穿過動子軛的滑槽，滑桿的兩端分別固定在前端蓋和后端蓋；前端蓋設(shè)有一個滑槽，齒條桿穿過前端蓋的滑槽與動子軛固定連接；齒輪固定在輸入軸上，齒輪與齒條桿嚙合。整流器為整流二極管或單向可控硅。發(fā)電機用風(fēng)扇或液體冷卻器冷卻，還可以考慮在機殼上增加散熱片散熱。接線盒設(shè)在機殼上。如果發(fā)電機的尺寸較大，可以考慮在機殼上設(shè)吊環(huán)，以方便移動。定子鐵芯和動子鐵芯用硅鋼片疊壓而成。動子軛用鐵磁性材料制成，一般為20以下的鋼。齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機的定子繞組和定子鐵芯改成永久磁鐵，其它設(shè)置不變，即成為齒輪齒條往復(fù)式永磁發(fā)電機。跟普通電機一樣，往復(fù)式發(fā)電機分為直流式和交流式兩大類，發(fā)電機又分為有刷和無刷發(fā)電機兩種類型，按相數(shù)分又為單相和三相發(fā)電機，按勵磁方式分為電磁式和永磁式發(fā)電機，按電磁感應(yīng)方法分為同步和異步發(fā)電機。排式直線型動子繞組的原理與普通電機中的籠型繞組的原理相同，只是造型有所區(qū)別，動子的排式直線型繞組就像火柴盒的外盒，有兩側(cè)是空的，可稱之為火柴盒繞組。由于動子在滑桿中往復(fù)擺動，存在一定的磨損，可以考慮在滑桿或定子的滑槽中加設(shè)滾子，以減少磨擦。為了進一步減少磨損，可以采用磁懸浮的辦法，在滑桿和動子軛中設(shè)相斥的磁鐵。同樣，在齒輪桿與前端蓋滑槽中設(shè)滾子或相斥的磁鐵，可以減少或消除磨擦。由于齒輪帶動動子高速擺動時，動子換向需要克服較大的慣性力，對齒輪的磨損較大，因此可以考慮在齒條桿或動子軛上設(shè)置緩沖磁鐵，在相應(yīng)的位置設(shè)置同極相對的固定磁鐵。如果是大、中型發(fā)電機組，則發(fā)電機中可以考慮加設(shè)齒輪式磁力緩沖限位器或流體緩沖限位器。由于發(fā)電機的動子在定子之間做往復(fù)運動，動子繞組感應(yīng)到的電動勢是交替變換方向的，因此發(fā)電機直接輸出交流電，是一種交流發(fā)電機。在交流發(fā)電機的基礎(chǔ)上增加整流二極管，將交流電轉(zhuǎn)換成脈沖直流電，即成為直流發(fā)電機。發(fā)電機為單相發(fā)電機或三相發(fā)電機。當(dāng)發(fā)電機采用普通的旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機時，磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的動力先通過一種特殊的曲柄連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動的動力，再由旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能。一種能將機械回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動動力的可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)，主要包括主動回轉(zhuǎn)擺桿(18)、上連桿(19)、活塞套00)、活塞、下連桿0 、活動框0；3)、曲柄(M)，活塞設(shè)在活塞套中，上連桿分別與主動回轉(zhuǎn)擺桿和活塞活動連接，下連桿分別與活塞和曲柄活動連接，活塞或曲柄與下連桿活動連接的地方設(shè)有活動框，下連桿與活塞或曲柄的連接點可以在活動框的范圍內(nèi)移位。該活動框?qū)τ谶@種特殊的曲柄連桿機構(gòu)而言是至關(guān)重要的，如果沒有這個活動框，當(dāng)上連桿與主動回轉(zhuǎn)擺桿和活塞的連接點有磨損時，下連桿就有可能不能下行到最低點，從而出現(xiàn)不可逾越的死點，曲柄連桿機構(gòu)就不能持續(xù)轉(zhuǎn)動下去。


圖1為本發(fā)明第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為第一-實施例永磁能發(fā)生裝置示意圖。
圖3為第一-實施例往復(fù)式發(fā)電機示意圖。
圖4為第一-實施例聯(lián)動齒輪示意圖。
圖5為第一-實施例齒輪式磁力緩沖限位器示意圖。
圖6為本發(fā)明第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為第二實施例基于Halbach陣列磁環(huán)的磁能發(fā)生裝置示意圖。
圖8為第二實施例齒輪式磁力緩沖限位器示意圖
圖9為第二實施例一種齒輪齒條往復(fù)式永磁直流發(fā)電機示意圖
圖10為本發(fā)明第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為第」三實施例并列式混合勵磁磁能發(fā)生裝置示意圖。
圖12、13為本發(fā)明第四實施例可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。第一實施例參見圖1，一種永磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括轉(zhuǎn)子⑴、磁環(huán)(2)、磁鐵(3)、搖柄⑷、 搖桿(5)和聯(lián)動齒輪(6)、擺角放大器(7)、輸入軸(8)、輸出軸(9)、緩沖限位器(10)、齒輪齒條式發(fā)電機(11)、電動機(12)、蓄電池(13)、軸承(14)和機殼(15)，其特征是轉(zhuǎn)子四周設(shè)有四對極永磁體分布形式的磁環(huán)，磁環(huán)的S磁極和N磁極相間排列；4個設(shè)在搖柄上的磁鐵平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，其中，有兩個磁鐵的S極向軸排列，另兩個磁鐵的N極向軸排列； 搖柄設(shè)在搖桿上，搖柄上的磁鐵與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸平均分布；搖桿上設(shè)有聯(lián)動齒輪，利用聯(lián)動齒輪將所有搖桿的動力集中于同一軸輸出；轉(zhuǎn)子固定在輸入軸上；輸入軸、搖桿、輸出軸通過軸承定位于機殼；原始動力由電動機從輸入軸輸入磁能發(fā)生裝置，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于設(shè)在搖柄上的磁鐵是一個交變的磁場，磁環(huán)的S極與N極交替對磁鐵產(chǎn)生吸力和斥力，一方面，磁環(huán)受到的來自4個磁鐵的吸力和斥力的合力為零或接近零，另一方面，磁鐵受到的來自磁環(huán)的吸力和斥力轉(zhuǎn)化為搖柄和搖桿回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置輸出的是機械回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機之間設(shè)有緩沖限位器和擺角放大器，利用單邊緩沖限位器限制搖桿的擺動角度，進而限制磁鐵的擺動范圍；利用擺角放大器將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的運動角度放大后輸出；利用齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)化為電能。磁環(huán)和搖柄磁鐵都是永久磁鐵。參見圖2，一種永磁能發(fā)生裝置，主要包括轉(zhuǎn)子(1)、磁環(huán)( 、磁鐵C3)、搖柄(4)、 搖桿(5)。磁環(huán)由8塊S極與N極相間排列的永久磁鐵組成，是一種4對極磁環(huán)，4個設(shè)在搖柄上的磁鐵平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，其中，有左、右兩個磁鐵的S極向軸排列，上、下兩個磁鐵的N極向軸排列；搖柄設(shè)在搖桿上，搖柄上的磁鐵與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸平均分布；磁環(huán)設(shè)在轉(zhuǎn)子四周，轉(zhuǎn)子軛和搖柄用鐵磁性或部分用鐵磁性材料制成。參見圖3，一種齒輪齒條往復(fù)式交流發(fā)電機(11)，主要包括齒輪(11a)、齒條桿 (lib)、前端蓋(Ilc)、定子繞組(Ild)、定子鐵芯(lie)、動子鐵芯(Ilf)、動子繞組(Ilg)、動子軛(Ilh)、滑桿(Ili)、后端蓋(Ilj)、風(fēng)扇(Ilk)、接線盒(111)、機殼(Ilm)和整流二極管。兩排由若干個定子繞組和定子鐵芯組成的直線型定子鐵芯繞組分別設(shè)置在機殼的底部和頂部；兩排直線型動子鐵芯繞組分別設(shè)置在動子軛的底端和頂端；動子軛中設(shè)有一個滑槽，滑桿有一條，滑桿穿過動子軛的滑槽，滑桿的兩端分別固定在前端蓋和后端蓋，滑桿和動子軛中設(shè)相斥的磁鐵，以減少或消除磨擦；前端蓋設(shè)有一個滑槽，齒條桿穿過前端蓋的滑槽與動子軛固定連接，在齒輪桿與前端蓋滑槽中設(shè)有相斥的磁鐵；齒輪固定在輸入軸上，齒輪與齒條桿嚙合。發(fā)電機用風(fēng)扇冷卻。接線盒設(shè)在機殼上。定子鐵芯和動子鐵芯用硅鋼片疊壓而成。機殼作為定子繞組的背鐵，用鐵磁性材料制成，動子軛也是用鐵磁性材料制成。 排式直線型動子繞組的原理與普通電機中的籠型繞組的原理相同，只是造型有所區(qū)別，動子的排式直線型繞組就像火柴盒的外盒，有兩側(cè)是空的，是一種火柴盒繞組。由于齒輪帶動動子高速擺動時，動子換向需要克服較大的慣性力，對齒輪的磨損較大，因此在齒條桿設(shè)置緩沖磁鐵，在相應(yīng)的位置設(shè)置同極相對的固定磁鐵。參見圖4，聯(lián)動齒輪的數(shù)量與搖桿的數(shù)量相同，4個聯(lián)動齒輪的齒輪軸心在一個圓上，4個齒輪的大小相同，相鄰的齒輪相互嚙合。參見圖5，一種單邊齒輪式磁力緩沖限位器(10)，主要包括固定的磁鐵(10a)、擺動桿(IOc)、擺動磁鐵(IOd)、輸入齒輪(IOf)、大小齒輪副(IOg)、末級小齒輪(IOb)、齒輪軸 (IOh)、軸承(101)和箱體(IOe)。箱體中設(shè)有一個輸入齒輪、二級大小齒輪副，二極大小齒輪副都在輸入齒輪的一側(cè)，輸入齒輪與第一級大小齒輪副的小齒輪嚙合，第一級大小齒輪副的大齒輪與第二級大小齒輪副的小齒輪嚙合，第二級大小齒輪副的大齒輪與末級小齒輪嚙合。設(shè)有磁鐵的擺動桿與末級小齒輪固定于同一齒輪軸上，有兩個磁鐵分別設(shè)置在擺動桿的兩側(cè)、固定在箱體中。擺動桿上的磁鐵的兩個磁極分別與兩側(cè)的磁鐵同極相對，當(dāng)擺動桿向兩側(cè)擺動時，擺動桿上的磁鐵與兩側(cè)的磁鐵接近，受斥力的作用制動。根據(jù)杠桿原理， 力從輸入齒輪經(jīng)過二級大小齒輪副和末級小齒輪傳遞到擺動桿的過程是一個增距減力的過程，因此利用較小的磁鐵的斥力就可以實現(xiàn)制動。磁鐵是永久磁鐵。第二實施例參見圖6，一種混合勵磁磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括轉(zhuǎn)子(1)、基于Halbach陣列的磁環(huán)(2. 1)、勵磁繞組(3. 1)、搖柄鐵芯(4. 1)、搖桿(5)、聯(lián)動齒輪(6)、擺角放大器(7)、輸入軸(8)、輸出軸(9)、緩沖限位器(10)、齒輪齒條式永磁發(fā)電機(11)、電動機(12)、蓄電池 (13)、軸承(14)、機殼(15)、風(fēng)扇(16)和接線盒(17)，其特征是轉(zhuǎn)子四周設(shè)有一個四對極永磁體分布形式的Halbach陣列磁環(huán)，磁環(huán)的S磁極和N磁極相間排列；4個搖柄鐵芯繞組平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，其中，有兩個鐵芯繞組的S極設(shè)定為向軸排列，另兩個鐵芯繞組的N極設(shè)定為向軸排列；搖柄鐵芯設(shè)在搖桿上，搖柄鐵芯繞組與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸平均分布；搖桿上設(shè)有聯(lián)動齒輪，利用聯(lián)動齒輪將所有搖桿的動力集中于同一軸輸出； 轉(zhuǎn)子固定在輸入軸上；輸入軸、搖桿、輸出軸通過軸承定位于機殼；風(fēng)扇設(shè)在端蓋上，接線盒設(shè)在機殼上。原始動力由電動機從輸入軸輸入磁能發(fā)生裝置，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于設(shè)在搖柄上的鐵芯繞組是一個交變的磁場，磁環(huán)的S極與N極交替對鐵芯繞組產(chǎn)生吸力和斥力，一方面，4個鐵芯繞組對磁環(huán)的吸力和斥力的合力為零或接近零，另一方面，磁環(huán)對鐵芯繞組的吸力和斥力轉(zhuǎn)化為搖桿回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置輸出的是機械回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機之間設(shè)有雙邊緩沖限位器和擺角放大器，利用雙邊緩沖限位器限制搖桿的擺動角度，進而限制搖柄鐵芯的擺動范圍；利用擺角放大器將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的運動角度放大后輸出；利用齒輪齒條往復(fù)式永磁發(fā)電機將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)化為電能。參見圖7，一種基于Halbach陣列的混合勵磁磁能發(fā)生裝置，主要包括轉(zhuǎn)子(1)、多邊形Halbach陣列磁環(huán)(2. 1)、勵磁繞組(3. 1)、搖柄鐵芯(4. 1)和搖桿(5)。磁環(huán)是一種由 8塊徑向直線形永磁鐵和16塊斜向直線形永磁鐵組成的4對極多邊形Halbach陣列磁環(huán)， 磁環(huán)的S極與N極相間排列；4個搖柄鐵芯繞組平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，其中，上、下兩個鐵芯繞組的S極設(shè)定為向軸排列，左、右兩個鐵芯繞組的N極設(shè)定為向軸排列；搖柄鐵芯設(shè)在搖桿上，搖柄鐵芯繞組與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸平均分布；轉(zhuǎn)子軛用鐵磁性鐵磁性材料制成，搖柄鐵芯用鐵磁性材料和硅鋼片制成。參見圖8，一種雙邊齒輪式磁力緩沖限位器(10)，主要包括固定的磁鐵(10a)、擺動桿(10c)、擺動磁鐵(IOd)、輸入齒輪(IOf)、大小齒輪副(IOg)、末級小齒輪(10b)、齒輪軸(IOh)、軸承(101)和箱體(IOe)。箱體中設(shè)有一個輸入齒輪，兩個大小齒輪副分別設(shè)在輸入齒輪的兩側(cè)，輸入齒輪與兩側(cè)的大小齒輪副的兩個小齒輪嚙合，大小齒輪副的大齒輪與末級小齒輪嚙合。設(shè)有磁鐵的擺動桿與末級小齒輪固定在同一齒輪軸上，左側(cè)擺動桿有兩條、擺動磁鐵有兩個、固定磁鐵有兩個，右側(cè)擺動桿有兩條、擺動磁鐵有兩個、固定磁鐵有兩個。擺動磁鐵的兩個磁極分別與兩側(cè)的固定磁鐵同極相對，當(dāng)擺動桿向兩側(cè)擺動時，擺動磁鐵與兩側(cè)的磁鐵接近，受斥力的作用制動。根據(jù)杠桿原理，力從輸入齒輪經(jīng)過大小齒輪副傳遞到擺動桿的過程是一個增距減力的過程，因此利用較小的磁鐵的斥力就可以實現(xiàn)制動。磁鐵是永久磁鐵或電磁鐵。參見圖9，一種齒輪齒條往復(fù)式永磁直流發(fā)電機(11. 1)，主要包括齒輪(11a)、 齒條桿(lib)、前端蓋(lie)、永久磁鐵(110)、動子鐵芯(lif)、動子繞組(lig)、動子軛 (Ilh)、滑桿(Ili)、后端蓋(Ilj)、風(fēng)扇(Ilk)、接線盒(111)、機殼(Ilm)和整流二極管。機殼的底部和頂部設(shè)有一對極長方形永久磁鐵，磁鐵的充磁方向是沿磁鋼的徑向充磁，機殼用鐵磁性材料制成；兩排直線型動子鐵芯繞組分別設(shè)置在動子軛的底端和頂端；動子軛中設(shè)有二個滑槽，滑桿有二條，滑桿穿過動子軛的滑槽，滑桿的兩端分別固定在前端蓋和后端蓋，滑桿和動子軛中設(shè)相斥的磁鐵，以減少或消除磨擦；前端蓋設(shè)有一個滑槽，齒條桿穿過前端蓋的滑槽與動子軛固定連接，在齒輪桿與前端蓋滑槽中設(shè)有相斥的磁鐵；齒輪固定在輸入軸上，齒輪與齒條桿嚙合。發(fā)電機用風(fēng)扇冷卻。接線盒設(shè)在機殼上。動子鐵芯用硅鋼片疊壓而成。動子軛用鐵磁性材料制成。排式直線型動子繞組的原理與普通電機中的籠型繞組的原理相同，只是造型有所區(qū)別，動子的排式直線型繞組就像火柴盒的外盒，有兩側(cè)是空的，是一種火柴盒繞組。由于齒輪帶動動子高速擺動時，動子換向需要克服較大的慣性力， 對齒輪的磨損較大，因此在齒條桿設(shè)置緩沖磁鐵，在相應(yīng)的位置設(shè)置同極相對的固定磁鐵。第三實施例參見圖10，一種并列式混合勵磁磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括轉(zhuǎn)子(1)、磁環(huán)(2)、磁鐵(3)、搖柄(4)、勵磁繞組(3. 1)、搖柄鐵芯(4. 1)、搖桿(5)、聯(lián)動齒輪(6)、擺角放大器(7)、 輸入軸(8)、輸出軸(9)、緩沖限位器(10)、齒輪齒條式發(fā)電機(11)、電動機(12)、蓄電池 (13)、軸承(14)、機殼(15)、風(fēng)扇(16)、接線盒(17)。轉(zhuǎn)子四周設(shè)有一個四對極永磁體分布形式的磁環(huán)，磁環(huán)的S磁極和N磁極相間排列；一個搖柄磁鐵和一個搖柄鐵芯并列設(shè)在一條搖桿上，4條搖桿及設(shè)在搖桿上的搖柄鐵芯繞組和搖柄磁鐵平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，其中， 有兩條搖桿上的鐵芯繞組和磁鐵的S極設(shè)定為向軸排列，另兩條搖桿上的磁鐵和鐵芯繞組的N極設(shè)定為向軸排列；設(shè)在搖柄上的磁鐵和鐵芯繞組與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸平均分布；搖桿上設(shè)有聯(lián)動齒輪，利用聯(lián)動齒輪將所有搖桿的動力集中于同一軸輸出；轉(zhuǎn)子固定在輸入軸上；輸入軸、搖桿、輸出軸通過軸承定位于機殼；風(fēng)扇設(shè)在端蓋上，接線盒設(shè)在機殼上。磁能發(fā)生裝置由電動機帶動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于設(shè)在搖柄上的磁鐵和鐵芯繞組是一個交變的磁場，磁環(huán)的S極與N極交替對磁鐵、鐵芯繞組產(chǎn)生吸力和斥力， 一方面，磁環(huán)受到的4個磁鐵和4個鐵芯繞組的吸力和斥力的合力為零或接近零，另一方面，磁鐵和鐵芯繞組受到的磁環(huán)的吸力和斥力轉(zhuǎn)化為搖桿回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置輸出的是機械回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機之間設(shè)有雙邊緩沖限位器和擺角放大器，利用緩沖限位器限制搖桿的擺動角度，進而限制搖柄和搖柄鐵芯的擺動范圍；利用擺角放大器將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的運動角度放大后輸出；利用兩個齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)化為電能。參見圖11，一種兩段式混合勵磁磁能發(fā)生裝置，主要包括轉(zhuǎn)子(1)、磁環(huán)( 、磁鐵 (3)、搖柄G)、勵磁繞組(3. 1)、搖柄鐵芯(4. 1)和搖桿(5)。轉(zhuǎn)子周圍設(shè)有兩段4對極磁環(huán)；搖桿有4條，每條搖桿上并列設(shè)有一個搖柄和一個搖柄鐵芯，搖柄上設(shè)有永久磁鐵，搖柄鐵芯上設(shè)有勵磁繞組。轉(zhuǎn)子軛和搖柄用鐵磁性制成，搖柄鐵芯用硅鋼片和鐵磁性材料制成。4條搖桿及設(shè)在搖桿上的搖柄磁鐵、搖柄鐵芯繞組平均分布在轉(zhuǎn)子的四周，設(shè)在上、下兩條搖桿上的永久磁鐵的S極向軸排列、鐵芯繞組設(shè)定為S極向軸排列，設(shè)在左、右兩條搖桿上的永久磁鐵的N極向軸排列和鐵芯繞組設(shè)定為N極向軸排列。第四實施例參見圖12、13，一種能將機械回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動動力的可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)，主要包括主動回轉(zhuǎn)擺桿(18)、上連桿(19)、活塞套(20)、活塞(21)、下連桿(22)、活動框0；3)、曲柄(M)，其特征是活塞設(shè)在活塞套中，上連桿分別與主動回轉(zhuǎn)擺桿和活塞活動連接，下連桿分別與活塞和曲柄活動連接，活塞或曲柄與下連桿活動連接的地方設(shè)有活動框，下連桿與活塞或曲柄的連接點可以在活動框的范圍內(nèi)移位。磁能發(fā)生裝置與可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)相結(jié)合，磁能就可以通過普通旋轉(zhuǎn)式交流發(fā)電機或直流發(fā)電機轉(zhuǎn)化成電能。
權(quán)利要求
1.一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電動機(12)、磁能發(fā)生裝置、緩沖限位器(10)、擺角放大器(7)和發(fā)電機(11)，其特征是a.磁能發(fā)生裝置主要由轉(zhuǎn)子(1)、磁環(huán)O)、磁鐵(3)、搖柄、搖桿( 和聯(lián)動齒輪 (6)組成，轉(zhuǎn)子四周設(shè)有四對極或四對極以上的永磁體分布形式的磁環(huán)，磁環(huán)的S磁極和N 磁極相間排列，磁環(huán)磁極的數(shù)量是4的公倍數(shù)；4個或4個以上設(shè)在搖柄上的磁鐵對稱或平均分布在轉(zhuǎn)子的周圍，磁鐵的數(shù)量是2的公倍數(shù)，其中，有一半磁鐵的S極向軸排列，另一半磁鐵的N極向軸排列；搖柄設(shè)在搖桿上，搖柄上的磁鐵與轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)相對而設(shè)且繞軸對稱或平均分布；搖桿上設(shè)有聯(lián)動齒輪，利用聯(lián)動齒輪將所有搖桿的動力集中于同一軸輸出；b.轉(zhuǎn)子固定在輸入軸上；原始動力由電動機從輸入軸輸入磁能發(fā)生裝置，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的磁環(huán)相對于設(shè)在搖柄上的磁鐵是一個交變的磁場，磁環(huán)的S極與N極交替對磁鐵產(chǎn)生吸力和斥力，一方面，磁環(huán)受到的吸力和斥力的合力為零或接近零，另一方面，磁鐵受到的吸力和斥力轉(zhuǎn)化為搖柄和搖桿回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置輸出的是機械回轉(zhuǎn)運動的動力；c.磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機之間設(shè)有緩沖限位器和擺角放大器，利用緩沖限位器限制搖桿的擺動角度，進而限制磁鐵的擺動范圍；利用擺角放大器將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的運動角度放大后輸出；利用往復(fù)式或回轉(zhuǎn)式發(fā)電機將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)化為電能，或者，利用可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)，將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動的動力，再通過旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是磁環(huán)是由8塊或8塊以上永久磁鐵組成的4對極或4對極以上的圓形磁環(huán)或多邊形磁環(huán)；或者，利用充?；驂耗５姆椒ㄖ圃煲粋€完整的磁環(huán)，然后在一個特制的夾具中進行充磁，采用該方法加工出的4對極或4對極以上的圓形和多邊形磁環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是磁環(huán)是由16塊或16塊以上徑向永磁體與切向和/或斜向永磁體組合而成的4對極或4對極以上的Halbach陣列圓形磁環(huán)或多邊形磁環(huán)；或者，利用充?；驂耗５姆椒ㄖ圃煲粋€完整的磁環(huán)，然后在一個特制的夾具中進行充磁，采用該方法加工出的4對極或4對極以上的Halbach陣列圓形和多邊形磁環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是設(shè)在搖柄上的磁鐵為永久磁鐵和 /或電磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是磁能發(fā)生裝置為永磁能發(fā)生裝置或混合勵磁磁能發(fā)生裝置或多段式磁能發(fā)生裝置或并列式混合勵磁磁能發(fā)生裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述緩沖限位器是流體緩沖限位器或齒輪式磁力緩沖限位器或杠桿式磁力緩沖限位器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述擺角放大器由一級或一級以上的大小齒輪副組成，其力傳遞的過程是一個增距減力的過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機主要包括齒輪(11a)、齒條桿(lib)、前端蓋(lie)、定子繞組(lid)、定子鐵芯(lie)、動子鐵芯(Hf)、動子繞組(lig)、動子軛(Iih)、滑桿(IIi)、后端蓋(iij)、風(fēng)扇(ilk)、接線盒 (111)、機殼(Ilrn)和整流器；兩排由若干個定子繞組和定子鐵芯組成的直線型定子鐵芯繞組分別設(shè)置在機殼的底部和頂部；動子繞組為繞線型繞組或直線型繞組，兩排動子鐵芯繞組分別設(shè)置在動子軛的底端和頂端；動子軛中設(shè)有一個或一個以上的滑槽，滑桿有一條或一條以上，滑桿穿過動子軛的滑槽，滑桿的兩端分別固定在前端蓋和后端蓋；前端蓋設(shè)有一個滑槽，齒條桿穿過前端蓋的滑槽與動子軛固定連接；齒輪固定在輸入軸上，齒輪與齒條桿嚙合；整流器為整流二極管或單向可控硅；發(fā)電機用風(fēng)扇或液體冷卻器和/或散熱片冷卻； 接線盒設(shè)在機殼上；定子鐵芯和動子鐵芯用硅鋼片疊壓而成，動子軛用鐵磁性材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種齒輪齒條往復(fù)式發(fā)電機，其特征是發(fā)電機的定子繞組和定子鐵芯組改為永久磁鐵，使之成為齒輪齒條往復(fù)式永磁發(fā)電機。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)主要包括主動回轉(zhuǎn)擺桿(18)、上連桿(19)、活塞套(20)、活塞(21)、下連桿(22)、活動框0；3)、曲柄04)；活塞設(shè)在活塞套中，上連桿分別與主動回轉(zhuǎn)擺桿和活塞活動連接，下連桿分別與活塞和曲柄活動連接，活塞或曲柄與下連桿活動連接的地方設(shè)有活動框，下連桿與活塞或曲柄的連接點可以在活動框的范圍內(nèi)移位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電動機、磁能發(fā)生裝置、緩沖限位器、擺角放大器和發(fā)電機。磁能發(fā)生裝置由電動機帶動，磁能發(fā)生裝置內(nèi)的磁環(huán)和搖柄磁鐵相吸相斥產(chǎn)生機械回轉(zhuǎn)運動的動力；磁能發(fā)生裝置與發(fā)電機之間設(shè)有緩沖限位器和擺角放大器，利用緩沖限位器限制搖柄磁鐵的擺動范圍，避免磁環(huán)和磁鐵相碰撞，利用擺角放大器將磁能發(fā)生裝置產(chǎn)生的機械回轉(zhuǎn)運動的運動角度放大后輸出；利用往復(fù)式或回轉(zhuǎn)式發(fā)電機將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)化為電能，或者，利用可調(diào)式活塞曲柄雙連桿機構(gòu)，將磁能發(fā)生裝置輸出的機械回轉(zhuǎn)運動的動力轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)運動的動力，再通過旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能。
文檔編號H02N11/00GK102340266SQ20101022955
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者李貴祥 申請人:李貴祥