專利名稱：一種往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
車輛在道路行駛產(chǎn)生的振動(dòng)，船在海面航行海浪的沖擊，及其他一些機(jī)械振動(dòng)都是綠色能源；利用這類能量最直接有效的是往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)。但是盡管目前已出現(xiàn)了多種往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，卻都沒有得到廣泛應(yīng)用，效率低是其主要原因。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)研究(如中學(xué)物理課本)中，有這么一個(gè)例子，把一個(gè)線框的一個(gè)邊放進(jìn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使其運(yùn)動(dòng)，線框產(chǎn)生電流；把這個(gè)邊的對(duì)邊放進(jìn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使其運(yùn)動(dòng)，線框還產(chǎn)生電流。而把兩個(gè)對(duì)邊同時(shí)放進(jìn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使其運(yùn)動(dòng)，而線框卻不產(chǎn)生 電流。對(duì)這一現(xiàn)象的傳統(tǒng)解釋是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；從而得出的結(jié)論只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，才有感應(yīng)電流。那么穿過電路的磁場(chǎng)不發(fā)生變化，電路真的不感應(yīng)電流嗎？實(shí)際上并非如此。從根本上看，只要導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，該導(dǎo)線就產(chǎn)生感應(yīng)電流。一個(gè)線框的兩個(gè)對(duì)邊放進(jìn)同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，由于兩個(gè)對(duì)邊運(yùn)動(dòng)的方向，切割的磁力線的方向也一致，產(chǎn)生電流的方向也是一致的，而兩個(gè)對(duì)邊在同一方向上是連在一起的，這樣就形成了兩個(gè)方向完全相反的電流，反向電流相互抵消，所以就測(cè)不到電流。假若把一個(gè)線框兩對(duì)邊分別放進(jìn)兩個(gè)磁力線方向完全相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中使其運(yùn)動(dòng)，就能測(cè)到線框產(chǎn)生的電流。無獨(dú)有偶，永磁體在螺線管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)也是反向電流相互抵消的例子，當(dāng)螺線管的長(zhǎng)度小于永磁體的長(zhǎng)度，或者永磁體的運(yùn)動(dòng)幅度超出了螺線管的長(zhǎng)度范圍，螺線管因永磁體的運(yùn)動(dòng)正常產(chǎn)生電流。當(dāng)螺線管的長(zhǎng)度大于永磁體的長(zhǎng)度，而且永磁體的運(yùn)動(dòng)幅度在螺線管的長(zhǎng)度范圍時(shí)，螺線管產(chǎn)生很小的電流，甚至不產(chǎn)生電流。原因在于，當(dāng)螺線管的長(zhǎng)度小于永磁體的長(zhǎng)度時(shí)，螺線管只能切割永磁體一端的磁力線，產(chǎn)生一個(gè)方向的電流。而永磁體的運(yùn)動(dòng)幅度超出了螺線管的長(zhǎng)度范圍時(shí)，螺線管因永磁體的一個(gè)磁極超出其范圍，另一個(gè)磁極的磁力線單獨(dú)被切割而產(chǎn)生一個(gè)單向電流。而當(dāng)永磁體的長(zhǎng)度小于螺線管的長(zhǎng)度，而且永磁體的運(yùn)動(dòng)幅度在螺線管的長(zhǎng)度范圍內(nèi)時(shí)，螺線管同時(shí)切割永磁體的兩個(gè)磁極，即N極和S極的磁力線，由于N極S極的磁力線方向相反，而在螺線管上產(chǎn)生兩個(gè)方向完全相反的電流，兩個(gè)反向電流相互抵消，因此就沒有電流輸出。申請(qǐng)人:總結(jié)得到造成永磁直線發(fā)電機(jī)效率低的關(guān)鍵原因是反向電流的存在。目前，本領(lǐng)域技術(shù)人員在設(shè)計(jì)各種往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)時(shí)，沒有考慮到反向電流這一因素，而往往只是一味地增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，這樣做，也許能增加發(fā)電量，但在增加正向電流的同時(shí)也增加了反向電流，無法從根本上提高發(fā)電效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種新的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，以期從根本上提高發(fā)電效率。[0009]為實(shí)現(xiàn)以上實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型給出的基本技術(shù)方案如下一種往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，包括動(dòng)力傳輸桿、螺線管線圈繞組和永磁體,永磁體在螺線管線圈繞組中能夠與螺線管線圈繞組沿軸向做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；其特殊之處在于螺線管線圈繞組在軸向上分為多個(gè)相互獨(dú)立的分繞組，多個(gè)分繞組的輸出通過倒相-整流電路整合輸出；每個(gè)分繞組的長(zhǎng)度等于或小于永磁體的長(zhǎng)度(理論上可以接近于O)。每個(gè)分繞組的長(zhǎng)度等于永磁體的長(zhǎng)度時(shí)，產(chǎn)生的反向電流的比例較小，基本滿足高效率的輸出；隨著其長(zhǎng)度的減小，效率提高。上述螺線管線圈繞組總長(zhǎng)度大于或等于永磁體的行程(即永磁體完全在螺線管線圈繞組的范圍內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng))，可以保證機(jī)械做功能夠得到完全轉(zhuǎn)化。假設(shè)磁中性區(qū)為永磁體兩磁極之間的磁力線與永磁體長(zhǎng)度方向的夾角小于30度的永磁體中部區(qū)域,則每個(gè)分繞組的長(zhǎng)度等于或小于永磁體的磁中性區(qū)的長(zhǎng)度。這樣可以使效率理論上近似于100%。上述的倒相-整流電路，具體可以采用將同時(shí)產(chǎn)生、且相位相反電流的兩個(gè)分繞組反向串聯(lián)，并在這兩個(gè)分繞組的串聯(lián)回路的總輸出端接一個(gè)橋式整流電路；或者每一個(gè)分繞組的輸出端分別接一個(gè)橋式整流電路。當(dāng)然，倒相-整流電路也可以采用其他各種公知的可實(shí)現(xiàn)整流和倒相功能的電路形式(模擬電路、數(shù)字電路均可)。上述整合輸出是將各個(gè)橋式整流電路的輸出端并聯(lián)或串聯(lián)輸出，尤以串聯(lián)效果更佳。所有的分繞組在同一線圈骨架上繞制而成較好。或者各個(gè)分繞組單獨(dú)繞制后組合
在一起。上述動(dòng)力傳輸桿是與永磁體的一端剛性連接,這種以動(dòng)力傳輸桿帶動(dòng)永磁體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式較適宜。本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果 I、從根本上提高了往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、實(shí)現(xiàn)成本較低，便于推廣應(yīng)用。

圖I :本實(shí)用新型原理示意圖；圖2 :傳統(tǒng)永磁直線發(fā)電機(jī)螺線管線圈繞組示圖；圖3 :本實(shí)用新型螺線管線圈繞組第一種倒相-整流結(jié)構(gòu)形式示意圖；圖4 :本實(shí)用新型螺線管線圈繞組第二種倒相-整流結(jié)構(gòu)形式示意圖；圖5 :永磁體的磁中性區(qū)和磁極劃分圖。附圖標(biāo)號(hào)說明I-線圈骨架，2-線圈繞組，3-永磁體，30-磁中性區(qū)，31-磁力線，4_動(dòng)力傳輸桿，5-中心軸，6-發(fā)電機(jī)護(hù)殼，7-(兩端的)護(hù)殼蓋，8-橋式整流電路，9、10-反向串聯(lián)接線，21、22、23、24-分繞組，al、a2、bl、b2、Cl、c2、dl、d2-分繞組輸出接線端子。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型采用兩組或多組短螺線管線圈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的長(zhǎng)螺線管線圈，把這些短螺線管線圈組合在一起或依次繞在同一線圈骨架上，每組線圈的輸出端接有倒相-整流電路。多個(gè)倒相-整流電路的輸出端可以并聯(lián)或串聯(lián)。當(dāng)永磁體在這樣的線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)磁極在同一線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離就會(huì)縮短，這樣就會(huì)減少反向電流的產(chǎn)生，即產(chǎn)生的電流被反向抵消就少了，輸出效率實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的提高。當(dāng)兩個(gè)磁極分別在兩組螺線管線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)螺線管線圈都產(chǎn)生電，由于兩個(gè)磁極的磁力線方向相反，兩個(gè)螺線管線圈產(chǎn)生的電流方向也相反，因此不能輸送到同一電路，否則就會(huì)產(chǎn)生相互抵消。為了使同時(shí)產(chǎn)生電流的兩組線圈產(chǎn)生的電流能同時(shí)輸送到同一電路，本實(shí)用新型在線圈的輸出端接有倒相-整流電路，分繞組產(chǎn)生的電流經(jīng)倒相、整流后就可輸送到同一電路輸出。關(guān)于倒相-整流電路，本實(shí)用新型給出以下兩種具體形式。一種是倒相、整流分別完成，即先把同時(shí)產(chǎn)生電流的兩個(gè)分繞組反向串聯(lián)，然后再將這兩個(gè)分繞組的串聯(lián)形成的輸出端接一個(gè)橋式整流電路。另一種是倒相整流一次完成，即在每組繞組的輸出端接一個(gè)橋式整流電路。前一種方法好處是節(jié)省整流電路，缺點(diǎn)是要求兩磁極進(jìn)出兩組繞圈時(shí)間要同步，否則，影響輸出效率。而且，該方法適宜2組、4組螺線管線圈繞組的發(fā)電機(jī)。若超過4組，由于永磁體只有兩個(gè)磁極，多組反向串聯(lián)只能同時(shí)使兩組線圈產(chǎn)生電流，而其余繞組由于不產(chǎn)生電流，就會(huì)成為產(chǎn)生電流線圈的負(fù)載，反而影響了輸出效率。后一種方法的好處是，由于每組螺線管線圈繞組接一個(gè)橋式整流電路，這樣螺線管線圈繞組相互獨(dú)立互不干擾，所以不要求磁極進(jìn)出線圈同步。而且組數(shù)多時(shí)沒有負(fù)載效應(yīng)。缺點(diǎn)是組要的整流電路多。經(jīng)倒相、整流的電流就可以輸送到同一電路。將所有的整流電路輸出端并聯(lián)或串聯(lián)，可成為發(fā)電機(jī)總輸出端。經(jīng)試驗(yàn)，串聯(lián)的輸出效果優(yōu)于并聯(lián)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采用同樣材料、直徑以及繞線密度的線圈、同樣的永磁體以及同等做功條件下，按照傳統(tǒng)方式，發(fā)電電壓為8-10V、電流為80-100 u A，本實(shí)用新型產(chǎn)生的發(fā)電電壓達(dá)至Ij 18-20V,電流150-200 u A。分繞組的長(zhǎng)度有兩個(gè)臨界，一是分繞組的長(zhǎng)度等于永磁體的長(zhǎng)度，此臨界值是純反向電流和反向電流減少臨界，另一個(gè)是分繞組的長(zhǎng)度等于永磁體的磁中性區(qū)長(zhǎng)度時(shí)，此臨界值是單向電流與反相電流增加臨界。在兩個(gè)臨界之間，即分繞組的長(zhǎng)度由等于永磁體長(zhǎng)度到等于永磁體的磁中性區(qū)長(zhǎng)度，在這個(gè)范圍內(nèi)，隨著分繞組的長(zhǎng)度增加，反向電流增力口，隨著分繞組的長(zhǎng)度減少，反向電流減少，當(dāng)分繞組長(zhǎng)度超過永磁體長(zhǎng)度時(shí)，超出部分不產(chǎn)生單向電流，只產(chǎn)生反向電流。當(dāng)每個(gè)螺線管(分繞組)長(zhǎng)度減小到永磁體的磁中性區(qū)長(zhǎng)度，螺線管不產(chǎn)生反向電流，效率能夠達(dá)到90% (電路的電阻等損耗計(jì)算在內(nèi))，如果繼續(xù)減小螺線管的長(zhǎng)度，效率不發(fā)生改變，例如，永磁鐵的磁中性區(qū)長(zhǎng)10厘米，用一個(gè)9厘米的螺線管和9個(gè)I厘米螺線管，如果永磁體在這兩個(gè)繞組中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)(做功)相同，那么這兩個(gè)繞組產(chǎn)生電量也近似相等。因此，每個(gè)螺線管的最佳長(zhǎng)度可以是在大于O、等于或小于永磁體的磁中性區(qū)之間。從圖I可以看出，當(dāng)永磁體向磁極S方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，N極的磁力線先被螺線管線圈繞組21切割，S極的磁力線螺線管線圈繞組23切割，螺線管線圈繞組22處于磁中性區(qū)。螺線管線圈繞組21、23同時(shí)產(chǎn)生電流，因21、23產(chǎn)生的電流方向相反，不能輸送到同一電路，否則21、23產(chǎn)生的電流就會(huì)相互抵消。因此要對(duì)21、23產(chǎn)生的電流進(jìn)行倒相，由于21、23兩線圈同時(shí)產(chǎn)生電流，即可以反向串聯(lián)倒相，也可以橋式整流電路倒相。反向串聯(lián)倒相，是把21、23兩個(gè)繞組一個(gè)順時(shí)纏繞，一個(gè)反時(shí)針纏繞。然后把兩組的線頭接在一起，線尾做為輸出端。如繞組21的al端與繞組23的Cl端連結(jié)，那么，繞組21的a2與繞組23的c2就是繞組21、23的總輸出端。在a2、c2端接一個(gè)橋式整流電路的輸入端。由于前面采取了反向串聯(lián)，21、23電流的反向達(dá)到一致，因此，橋式整流電路作用是把交變電流整成直流、和防止產(chǎn)生的電流在繞組間相互串流。如果用橋式整流電路倒相，就是在21的al、a2端接一橋式整流電路，在23的cl、c2端接一個(gè)橋式整流電路。橋式整流電路把倒相、整流、防電流互串的功能一次完成。當(dāng)永磁體繼續(xù)向S極方向運(yùn)動(dòng)N極又被螺線 管線圈繞組22切割，S極的磁力線被螺線管線圈繞組24切割，23處于永磁體的磁中性區(qū)。22、24產(chǎn)生的電流同樣是相反電流，因此也就經(jīng)過倒相、整流后輸送總輸出端。假如永磁體繼續(xù)向S極方向運(yùn)動(dòng)，可以在繞組24之外繼續(xù)增加分繞組；這主要取決于永磁體的運(yùn)動(dòng)行程。對(duì)于這種分繞組超過四組以上的情況，如果采取第一種倒相-整流方式，可以構(gòu)成多組反向串聯(lián)(此時(shí)就不一定是相鄰分繞組反向串聯(lián)了)，只是，此時(shí)在永磁體的每一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，將會(huì)有多余的繞組作為負(fù)載消耗電量，因負(fù)載效應(yīng)而影響電流的輸出效率。因此，對(duì)于這種分繞組超過四組以上的情況，最好采用第二種倒相-整流方式。
權(quán)利要求1.一種往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī),包括動(dòng)力傳輸桿、螺線管線圈繞組和永磁體，永磁體在螺線管線圈繞組中能夠與螺線管線圈繞組沿軸向做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；其特征在于螺線管線圈繞組在軸向上分為多個(gè)相互獨(dú)立的分繞組，多個(gè)分繞組的輸出通過倒相-整流電路整合輸出；每個(gè)分繞組的長(zhǎng)度等于或小于永磁體的長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，其特征在于螺線管線圈繞組總長(zhǎng)度大于或等于永磁體的行程。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，其特征在于假設(shè)磁中性區(qū)為永磁體兩磁極之間的磁力線與永磁體長(zhǎng)度方向的夾角小于30度的永磁體中部區(qū)域，則每個(gè)分繞組的長(zhǎng)度等于或小于永磁體的磁中性區(qū)的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一所述的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的倒相_整流電路米用 將同時(shí)產(chǎn)生、且相位相反電流的兩個(gè)分繞組反向串聯(lián)，并在這兩個(gè)分繞組的串聯(lián)回路的總輸出端接一個(gè)橋式整流電路； 或者每一個(gè)分繞組的輸出端分別接一個(gè)橋式整流電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，其特征在于所述整合輸出是將各個(gè)橋式整流電路的輸出端并聯(lián)或串聯(lián)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，其特征在于所有的分繞組是在同一線圈骨架上繞制而成，或者各個(gè)分繞組單獨(dú)繞制后組合在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，其特征在于所述動(dòng)力傳輸桿是與永磁體的一端剛性連接。
專利摘要本實(shí)用新型旨在提供一種新的往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)，以期從根本上提高發(fā)電效率，包括動(dòng)力傳輸桿、螺線管線圈繞組和永磁體，永磁體在螺線管線圈繞組中能夠與螺線管線圈繞組沿軸向做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；螺線管線圈繞組在軸向上分為多個(gè)相互獨(dú)立的分繞組，多個(gè)分繞組的輸出通過倒相-整流電路整合輸出；每個(gè)分繞組的長(zhǎng)度等于或小于永磁體的長(zhǎng)度。本實(shí)用新型從根本上提高了往復(fù)式永磁直線發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、實(shí)現(xiàn)成本較低，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02K35/02GK202513806SQ20122007369
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者張有權(quán) 申請(qǐng)人:張有權(quán)