專利名稱：一種電磁運動能量產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明隸屬機電能源動力領(lǐng)域，主要涉及一種利用電磁作用產(chǎn)生運動能量的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]我們現(xiàn)在使用的各類電動機既是一種利用電流通過鐵芯線圈產(chǎn)生磁場，通過電流的通斷或換向在定子與轉(zhuǎn)子間形成定向磁力作用而驅(qū)動運轉(zhuǎn)的，在已有電力電子裝置中， 亦普遍見有由勵磁繞組和鐵心組成的電磁設(shè)備等相近技術(shù)的應(yīng)用如工業(yè)裝置中的電勵起重器既是一種由電勵鐵芯磁性控制其完成吸力和脫放等不同工作狀態(tài)；電氣開關(guān)中的繼電器是當(dāng)線圈中通入勵磁電流時鐵芯激磁產(chǎn)生磁力吸引銜鐵完成電路的接通與關(guān)斷等操控； 電氣裝置中所采用的旋轉(zhuǎn)電磁鐵、步進電機等亦是由鐵芯外部線圈中通入勵磁電流時驅(qū)動轉(zhuǎn)齒位移帶動機軸旋轉(zhuǎn)一定角度而達到操控目的；電力電子器件中的磁飽和穩(wěn)壓器、磁飽和放大器是利用鐵磁臨界磁飽和點處磁導(dǎo)率的變化，以達減小次級輸出電壓變化或使控制信號電流產(chǎn)生大的變化增益。依此，所屬裝置是利用電激鐵磁變化特征，提供一種磁力作用或磁性控制，其目的是以達能量轉(zhuǎn)換、操縱運移或工況控制等。[0003]而本專利申請是其電磁運動能量產(chǎn)生裝置及方法發(fā)明專利申請201210147466. 5 基礎(chǔ)上的實用裝置，亦是利用電流通過線圈激磁鐵芯的電磁作用力產(chǎn)生運動能量，并以抑制或減小鐵芯繞組在運動磁場中的感生反電勢與抗磁阻力，回收反饋勵磁繞組電感衰減能量，以大幅提高其供電能量的輸出效益比。發(fā)明內(nèi)容[0004]為實現(xiàn)上述目的，本文所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。[0005]電機既是一種用來進行電能和機械能之間相互變換的電磁裝置。其作用原理基于法拉第-楞次與畢奧-薩伐爾電磁基本定律。能量形式的變換依賴于電機定子與轉(zhuǎn)子之磁相互作用的運動，即必須具有磁力和與之相對運動的兩個部分。現(xiàn)有多數(shù)電機中都使用鐵磁材料構(gòu)成鐵心，以便用較小的勵磁電流而獲得較大的磁通，在相同勵磁繞組匝數(shù)和電流條件下，鐵芯路徑中的磁感應(yīng)強度可增大幾百甚至幾千倍。其電動機即是我們常見并廣泛使用的一種利用磁力來做功的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，理論機電能量轉(zhuǎn)換方程式Ee(輸入電能量Π) = e_IY+IY2RY，Iy2Ry是電樞總電阻將電流動能轉(zhuǎn)化為熱量的部分，廠仁是轉(zhuǎn)化為機械能時由繞組中感生反電動勢所消耗(抵消)的能量，輸入能量與輸出能量總量相等。[0006]而本類所述運轉(zhuǎn)裝置是在類似于常規(guī)電機本體上，借助定子與轉(zhuǎn)子高磁導(dǎo)高磁飽和鐵芯工作極上所設(shè)勵磁繞組的電流激磁作用，在定子與轉(zhuǎn)子電磁運轉(zhuǎn)的一定相位區(qū)間， 電激鐵芯磁飽和態(tài)相吸與或相斥推動轉(zhuǎn)子以達抑制或減小運動感生反電動勢與抗磁阻力， 并反饋勵磁繞組電感衰減能量，以用較少的電激勵磁輸入而利用鐵磁質(zhì)間的磁力作用產(chǎn)生大的運動能量輸出，即(Em+IY2RY) > E6(UI)。EmS裝置產(chǎn)生的磁力運動能量，Iy2Ry為電樞電阻將輸入電流電子動能轉(zhuǎn)化為熱的部分，Ee(UI)為裝置輸入的總電量，因此它是與現(xiàn)有各種電機等動力機不同意義的一種機電能量產(chǎn)生裝置。[0007]磁動發(fā)電機則是把磁動和發(fā)電復(fù)合成一個工作系統(tǒng)，通過機電能量轉(zhuǎn)換及回輸維持磁動機的運行，使其成為一種輸出大于輸入而自持運轉(zhuǎn)的機電能量產(chǎn)生裝置。[0008]I裝置種類與工作特征[0009](I)工作機的舉例說明[0010]磁阻電機是我們廣泛使用的一種電磁運轉(zhuǎn)裝置，裝置的電機本體由定子電樞凸極鐵芯及其上的勵磁繞組W和轉(zhuǎn)子鐵芯所組成，當(dāng)輸入電功率時，通過電機定子與轉(zhuǎn)子極的電磁相吸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動運轉(zhuǎn)，為本裝置工作過程敘述的便利，現(xiàn)以這種電機為例予以說明。[0011]設(shè)有附圖2所示一雙凸寬極靴磁阻電機，當(dāng)定子電樞鐵芯勵磁極與轉(zhuǎn)子鐵芯某一凸齒兩極相對有轉(zhuǎn)角α = % Ci1區(qū)間時(α<φ/2，φ為兩極間距)，接通定子勵磁線圈供電開關(guān)電激鐵芯有激磁感BFe，包括電流線圈本身磁感即有B = Bw+BFe，鐵芯線圈的磁感大為增強，轉(zhuǎn)子凸極齒受鐵磁相吸向定子與轉(zhuǎn)子極對齊位置做趨近運動，當(dāng)其鐵磁相吸運動達近點時我們斷開繞組電流，轉(zhuǎn)子鐵芯將在慣性下越過近極位置向前遠離鐵芯極繼續(xù)運動， 只要我們操縱供電開關(guān)分別在其一定轉(zhuǎn)角位置時對勵磁線圈電流進行接通與斷開，對轉(zhuǎn)子極施以同方向的間歇吸引即可得到一種磁力作用的連續(xù)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生運動能量。其鐵芯線圈在通電過程中產(chǎn)生的感生反電動勢及抗磁阻力即與這種外磁變化相關(guān),在鐵芯磁導(dǎo)非線性磁化區(qū)段，有等比于鐵芯中感抗作用的與其運動相對應(yīng)的繞組感生反電勢ε _及抗磁阻力， 所產(chǎn)生的磁作用能Em與其反電勢所抵消褪減電能ε I相等，此即為我們通常所見磁阻電機的工作特征。[0012]但如在電激鐵磁相吸時，電流線圈產(chǎn)生的激磁場使鐵芯磁化達磁飽和狀態(tài)后，其鐵芯磁導(dǎo)率既發(fā)生較大改變 ，深鐵磁飽和時的微分導(dǎo)磁系數(shù)d μ ^ I，近似為空心線圈的磁導(dǎo)率，此時即等效在其空心線圈中加入一個磁導(dǎo) I磁感為B的鐵芯磁體。相對定子電樞鐵芯線圈，轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中這種磁阻變化的感生作用是迭加在增高的鐵芯磁飽和區(qū)段的飽和磁感B上，因激磁飽和鐵芯在所述區(qū)間磁導(dǎo)率Λ 1，其感生反電勢等效激磁感很小，或者說感抗很小，且所設(shè)定子與轉(zhuǎn)子間運轉(zhuǎn)磁氣隙亦很小，此時可認為回路磁導(dǎo)變化與勵磁繞組中的運動感生反電動勢及運動抗磁阻力也等同于空心線圈，但由這電流線圈所產(chǎn)生的磁通與鐵芯磁化產(chǎn)生的磁通之和卻比空心線圈時大為增強，磁作用力亦增大了， 過程磁作用運動能與反電動勢褪電能的比值發(fā)生改變。當(dāng)所設(shè)裝置勵磁繞組激磁鐵芯運行在磁化曲線的磁飽和區(qū)段時，將具有似空心線圈的感生反電勢抗磁阻力而有大為增高了的磁飽和鐵芯的磁力作用。[0013]激磁繞組中同樣的鐵芯雖達鐵磁飽和比其非飽和時要增加激磁安匝，且隨著鐵心回路氣隙的增大磁導(dǎo)率呈函數(shù)降低而需要更大的激磁安匝才可使鐵芯磁飽和，其線圈本身磁感亦增加，但這種增加因采用高磁導(dǎo)易飽和鐵芯和減小磁氣隙使激磁場要求降低，此時既便也達普通鐵心非飽和狀態(tài)時的激磁安匝要求，但因這磁飽和鐵芯線圈有近空心線圈時的感生作用特征，反電勢抗磁阻力相比非飽和時大幅減小，總的輸入能量還是因為抗磁作用的減小而大幅降低，其能量效益比得到體現(xiàn)。此特征既為本類裝置所要求的基本工作狀態(tài)。[0014](2)其它工作類型[0015]由上述裝置工作特征，其磁極結(jié)構(gòu)配制方法和工作要求的不同，亦可形成不同的裝置與組構(gòu)，下面列舉一些不同組構(gòu)種類予以描述如下[0016]裝置中電磁運轉(zhuǎn)本體當(dāng)采用定子與轉(zhuǎn)子鐵芯均設(shè)置勵磁繞組雙向激磁至磁飽和相互作用方式時，相對上述組構(gòu)方式，這種定子與轉(zhuǎn)子雙向激磁鐵芯磁飽和相吸與或相斥作用方式的優(yōu)點是單體能量密度增高。因其定子與轉(zhuǎn)子勵磁繞組均產(chǎn)生運動感生反電勢， 其感生反電勢褪電能亦增大，此時的運轉(zhuǎn)效益比仍取決于激磁繞組輸入電能與輸出機械能之比。實際中因定轉(zhuǎn)子極間為有隙磁相鏈，改變鐵芯結(jié)構(gòu)形狀和供電方式及減小運動氣隙而有利于工作段鐵芯激磁至磁飽和，并因定、轉(zhuǎn)子極在鐵芯激磁飽和態(tài)運轉(zhuǎn)過程中磁導(dǎo)率 Δ I的同隙運轉(zhuǎn)回路，其過程的磁力運動與回路磁導(dǎo)變化特征均近于空心線圈，線圈的感生抗磁作用力被抑制，其磁力運動能量亦是由這種不平衡磁相互作用過程中飽和鐵芯磁力作用所產(chǎn)生。[0017]在類似磁滯電機這種組構(gòu)方式的定轉(zhuǎn)子鐵芯通過采用高磁導(dǎo)高磁飽和材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計上以減小運動磁氣隙而利于工作段鐵芯激磁至磁飽和。這種組構(gòu)方式和工作驅(qū)動亦比較簡單，我們只需操縱供電開關(guān)分別在其α。與Cii轉(zhuǎn)角時開與關(guān)，即可得到一種磁滯作用的連續(xù)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生機械運動能量。[0018]在類似雙極性反應(yīng)式電機中，將永磁體組構(gòu)于電機結(jié)構(gòu)中既為一種混合勵磁電磁運轉(zhuǎn)方式。當(dāng)以磁阻電機定子電樞鐵芯回路中設(shè)置有永磁體的高導(dǎo)磁軛鐵細凹頸部上纏繞有激磁線圈，在轉(zhuǎn)子鐵芯極遠離或趨近磁極區(qū)域時，利用通入繞組電流所產(chǎn)生的飽和激磁提供一種某極抵消降磁而另極增磁作用，轉(zhuǎn)子的不同磁極將被吸引或依慣性而運動，當(dāng)達另一磁極區(qū)域時轉(zhuǎn)換激磁繞組電流方向，轉(zhuǎn)子的不同鐵芯極將受定子磁體磁場作用繼續(xù)同向運動，依循重復(fù)，轉(zhuǎn)子被不斷驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，由不斷變換線圈激磁電流方向的抵磁形成了利用磁體的磁力作用。在運轉(zhuǎn)中，其激磁安匝與鐵芯回路磁導(dǎo)率成反比，與此過程相關(guān)的是鐵芯回路磁導(dǎo)變化產(chǎn)生的感應(yīng)反電勢，因激磁段工作鐵芯處于磁飽和狀態(tài)，勵磁鐵芯線圈將感生空心狀態(tài)時的反電勢磁阻作用力而由鐵芯磁極作用力產(chǎn)生增大的運動輸出。[0019]再如一種類似電磁振蕩器這種組構(gòu)的定子鐵芯通過采用高磁導(dǎo)高磁飽和材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計以減小運動磁氣 隙而利于工作段鐵芯激磁至磁飽和，我們只需對勵磁線圈通入一定頻率的矩形平頂間波電流使其相作用鐵芯微動而達驅(qū)動負載，即可得到一種振動能量的產(chǎn)生。[0020]當(dāng)然，除上述所舉種類外仍存在許多以其它方式不同組構(gòu)的工作機，這里不再一一列舉，雖相關(guān)組構(gòu)可以不同，但其激磁鐵芯基本工作狀態(tài)與特征仍相同。[0021]由此可知，采用高導(dǎo)磁鐵芯并減小磁氣隙宜于降低其激磁強度，不同種類中如以電磁代替永磁、由定子與轉(zhuǎn)子單向電勵磁轉(zhuǎn)而采用雙向電激磁即可提高單體功率密度。不同的組構(gòu)方式與工作過程僅是其功率密度或能量效益比不同而已。[0022](3)裝置種類[0023]前面描述了本類裝置中采用不同技術(shù)方案所組構(gòu)的工作機，除上述裝置種類外， 遵循其基本工作方法與特征，亦可組構(gòu)多種不同類型的工作裝置。這類裝置依其運動形式有平移與旋轉(zhuǎn)運動兩大類，不同的種類中，有些能量效益比較高而有些則單體功率密度較高。按其結(jié)構(gòu)形式與組合功能及用途，將會多種多樣，其組構(gòu)方式、控制特征等方面均有差異，但不同的僅是其組構(gòu)與控制方法以及制造難易程度和單體功率密度或能量效益比有所 區(qū)別而已。[0024]磁極可為電磁、永磁、超導(dǎo)磁或復(fù)合方式設(shè)置，或以抵消永磁體磁通方式形成作用 磁極，極性可交替分布，亦可呈雙體結(jié)構(gòu)、磁通平衡過極，以電磁代替永磁、定子與轉(zhuǎn)子雙向 電勵磁、全區(qū)、全程電磁作用方式可提高單體功率密度，雖其工作方式可多種不同，或其功 能用途及結(jié)構(gòu)方式、控制特征方面有所差異，由于其激磁鐵芯基本工作狀態(tài)與特征相同，本 技術(shù)方案能夠完全覆蓋所述內(nèi)容。[0025](4)裝置組構(gòu)[0026]本發(fā)明所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置是一種利用電激鐵芯磁飽和以達抑制或減小 鐵芯繞組運動感生反電動勢抗磁阻力而產(chǎn)生運動能量的裝置，裝置系統(tǒng)由電磁設(shè)備本體和 電流驅(qū)動控制兩部分所組成，電磁設(shè)備本體主要由電磁性材料所組構(gòu)，電流驅(qū)動控制部分 由電子元器件等所組成。圖1所示即為其一工作系統(tǒng)模塊示意圖。圖中1-電源，2-逆變 與整流濾波，3-驅(qū)動與自動控制，4-轉(zhuǎn)子位置感測，5-電感能量反饋，6電磁設(shè)備本體，7-組 合的發(fā)電機，8-動能或電能輸出，9-發(fā)電能量回輸。系統(tǒng)由圖虛線左側(cè)的電子驅(qū)動控制部 分與右側(cè)的電磁動力發(fā)電設(shè)備本體組成，為電磁運轉(zhuǎn)與電子驅(qū)動技術(shù)的結(jié)合體。[0027]其基本特征是在電磁設(shè)備本體結(jié)構(gòu)的定子基體具有多個延伸部的磁極單元與 設(shè)置于各磁極單元區(qū)域外部周壁纏繞有若干可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的勵磁線圈組成 的電樞體，和在其電樞體內(nèi)側(cè)或外側(cè)鐵磁極緣表面相隔一定距離留有氣隙與其構(gòu)成磁力作 用的裝設(shè)有鐵磁極齒或可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的電勵鐵磁線圈繞組單元或由若干不 同排列的永磁體組構(gòu)的電磁轉(zhuǎn)樞組合體，及使兩者保持相對位置相連的支承機架與控制部 件，所述轉(zhuǎn)樞軸支承可以是機械的或磁懸浮或氣浮等不同方式或其組合，電流驅(qū)動控制部 分包括對電磁設(shè)備本體工作磁極相互位置狀態(tài)進行感測的位相傳感、饋電驅(qū)動、繞組電感 能量反饋、運行狀態(tài)控制以及電源變換電路所組構(gòu)，以旋轉(zhuǎn)或旋線或移動或振蕩微動方式 將磁力轉(zhuǎn)換為動力輸出。[0028]裝置采用易飽和磁化的高磁導(dǎo)率鐵芯材料并減小回路磁阻以降低勵磁線圈激磁 飽和電流或匝數(shù)而減小激磁強度，減少感生反電勢和抗磁阻力，降低輸入能量而得到大的 功率輸出。故其作為裝置組構(gòu)方法的首要即是以高磁導(dǎo)高磁飽和低飽和磁場低損耗低剩磁 飽和拐點明顯的鐵磁功能材料為工作鐵芯。[0029]所述工作鐵芯為鐵磁合金或金屬的不同種類材料以晶態(tài)、非晶態(tài)、微晶態(tài)的不同 薄片或微粉所組構(gòu)，本類裝置不僅利用其具有較大的磁化作用，更重要的是利用其非線性 磁化存在磁飽和這一特征，不論哪種類型或組構(gòu)，采用高磁導(dǎo)率高磁飽和低剩磁低損耗磁 飽和特征明顯的材料為工作鐵芯有利于減少勵磁繞組安匝而減小輸入功率，選用飽和磁場 與矯頑磁場小、磁致伸縮率低、電阻率高的鐵磁材料及減小磁氣隙提高鐵芯回路磁導(dǎo)率可 減小勵磁安匝而降低激磁強度要求。[0030]影響鐵芯激磁磁飽和的是材料特性、系統(tǒng)磁阻、工作磁場，以及實現(xiàn)磁飽和控制， 輸出極限電磁力。鐵芯磁飽和需要較多的激磁安匝，磁氣隙的增大亦需更多勵磁安匝，特別 是在退磁場和大氣隙下則更需增加較多的安匝，減小這種磁氣隙則可減小激磁安匝而降低 激磁強度要求。因此，合理選擇設(shè)計激磁鐵芯氣隙與工作狀態(tài)為磁飽和高效益比區(qū)段為宜。[0031]裝置電子驅(qū)動控制部分主要由饋電驅(qū)動、位置感測、狀態(tài)控制等部件所組織。其電子驅(qū)動與控制及組成在諸如無刷電機、步進電機、開關(guān)磁阻電機等中已廣泛應(yīng)用，亦有眾多 成熟技術(shù)方案可予借鑒。勵磁線圈鐵芯磁飽和激磁電流為可控直流電，以微電程控調(diào)制或 數(shù)控擬合回路磁阻與感生反電勢作用下的激磁電流大小以減少輸入電能損耗而經(jīng)濟運行。[0032](5)裝置工作特征[0033]經(jīng)以上說明可以看出，所述裝置其依據(jù)的基本物介特征即是鐵芯磁化之磁導(dǎo)非線 性變化在相關(guān)電磁作用中的不同，裝置的運行是在定子與轉(zhuǎn)子高磁導(dǎo)高磁飽和鐵芯工作極 上所設(shè)勵磁繞組的電流激磁作用，在電磁運轉(zhuǎn)的一定相位區(qū)間，使線圈工作區(qū)域鐵芯電激 飽和磁化產(chǎn)生大的電磁作用力相吸與或相斥而推移轉(zhuǎn)動，是以電激鐵芯磁飽和而達抑制或 減小其激磁鐵芯繞組在運移磁場中的感生反電動勢與抗磁阻力。[0034]其基本工作狀態(tài)是鐵芯激磁磁飽和，所述工作鐵芯磁飽和是指維持具有這個狀態(tài) 特征的一個區(qū)域范圍，磁飽和不同狀態(tài)其勵磁安匝與感生抗磁作用亦不同，設(shè)計勵磁工作 鐵芯與方式為飽和值高效益區(qū)段，以致其工作過程的綜合電磁作用能/反電動勢褪電能的 比最大為其優(yōu)化選擇。[0035]這些裝置它們的共同點是[0036]①由工作鐵芯、導(dǎo)磁鐵軛與磁氣隙所組成的回路鐵芯可為環(huán)形或多邊形且鐵芯的 極可為多數(shù)，工作極可以凸極、隱極、齒狀、爪狀或復(fù)合磁極，以有隙磁傳導(dǎo)、磁耦合方式組 成旋轉(zhuǎn)電樞而相互作用，磁極方向可軸向或徑向或平行以及混合方式布置，而構(gòu)成工作磁 極的勵磁繞組可以設(shè)置在定子、轉(zhuǎn)子或定子與轉(zhuǎn)子鐵芯上的不同區(qū)段，組成內(nèi)電樞或外電 樞。[0037]②包括可設(shè)于磁回路不同位置的工作在磁飽和區(qū)的激磁鐵芯截面積或飽和磁感 小于導(dǎo)磁鐵芯體的不等截面或磁感連接體，可將其中配置有勵磁線圈部分的軟磁鐵芯或 齒，替代性或補充性地由相對于普通軟磁材料具有更有利可磁化性和剩磁更少性能更好的 鐵磁材料經(jīng)一種合適的分段方式由不同材料來制造成組成體。[0038]③驅(qū)動控制部分是裝置的重要組成，由電子開關(guān)代替換向器與電刷呈無刷驅(qū)動， 可采用不同的非接觸位置感測和驅(qū)動控制，驅(qū)動控制與供電開關(guān)可以是電子器件或其集成 或其不同的組合，電子驅(qū)動饋電換流有利于提高裝置穩(wěn)定性與可靠性，使結(jié)構(gòu)簡化易于調(diào) 控運行。[0039]此類裝置單獨使用時可為一種超高效電機，把該類裝置與發(fā)電機以不同方式組合 或直接復(fù)合成一個工作系統(tǒng)，所產(chǎn)生的機械能量通過機電轉(zhuǎn)換與反饋回輸維持電機本體的 自身運轉(zhuǎn)，其成為一種輸出大于輸入而自持運轉(zhuǎn)的機電能量產(chǎn)生裝置；亦可以多組鏈級方 式形成復(fù)合能量機組，以降低啟動能量輸入而產(chǎn)生大的能量輸出。[0040]不論哪種類型，單體功率密度的提高均是通過提供全區(qū)、雙向、全程電磁相互作用 方式和速度的提高來達到的。[0041]2所采用的一些相關(guān)輔助技術(shù)[0042]本類裝置的實施受一些過程因素的影響，其有益性能并不能自然完全體現(xiàn)，除優(yōu) 化結(jié)構(gòu)類型工作狀態(tài)與過程參數(shù)外，仍需采用一些輔助技術(shù)方法以提高其實用性。[0043]①電感過渡時間的抑制[0044]裝置運行過程中其繞組鐵芯磁飽和理想激磁電流波形是一種前后沿陡峭的擬合 電流。因勵磁繞阻電感的存在使通電起始的電流滋長與關(guān)斷過渡時間延滯，其轉(zhuǎn)速與實用性受到限制。根據(jù)電磁過渡關(guān)系，提高勵磁線圈供電壓可減少電感電流滋長過渡時間，因此，采用高壓電容放電、高低壓、擬控電壓方法縮短勵磁繞組電感工作電流滋長過渡時間， 并以電容高壓充電方法縮短勵磁繞組電感衰減電流回貯時間，使工作線圈電感貯存的電磁場衰減能量重新返回供電電容或電源之儲電設(shè)備中而循環(huán)利用。[0045]②磁滯與鐵磁過渡時間的抑制[0046]根據(jù)鐵磁過渡關(guān)系式，鐵芯中磁場的建立與衰減時間tn = I/Xi · (d/ 31 )2 · μ σ， 其時間常數(shù)h = (d/ 31 )2 · μ σ (d為回流厚度，μ為導(dǎo)磁系數(shù)，σ為導(dǎo)電系數(shù))，當(dāng)t = 3. St1時可認為暫態(tài)實際結(jié)束。當(dāng)采用厚度< O.1mm薄片及電阻率大的鐵芯材料時，其鐵磁過渡時間一般遠小于電感(電磁暫態(tài))過渡時間。[0047]③電勢補償[0048]為進一步抑制或降低電勵磁繞組中的運動感生反電動勢，可在激磁鐵芯回路導(dǎo)磁鐵軛磁通高變部位附加設(shè)置輔助繞組或另設(shè)獨立繞組以抵償感生反電勢方式反向串入勵磁繞組回路，為勵磁繞組的感生變化提供一種波動抵消而進一步降低，亦可以電壓負反饋方式抵消或降低勵磁繞組中這種感生反電動勢的作用，以致勵磁繞組的綜合感生反電勢最小。[0049]④裝置的啟動[0050]根據(jù)不同組構(gòu)類型，既可通過磁極的自身偏極、形狀極差、差極、變極、不等極或雙體設(shè)計等方式，使磁極外緣相對于其中心線兩側(cè)的區(qū)塊呈可使磁通發(fā)生偏移的不對稱狀結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生非對稱的磁交鏈而產(chǎn) 生起動轉(zhuǎn)矩建立自啟動能力或改善啟動死點的問題，亦可由公用電源或電池電磁輔助啟動，亦可采用外力起動。[0051]⑤必要時，也可以多組鏈級方式組成機組，以降低啟動能量輸入與產(chǎn)生大的能量輸出。[0052]因此，該類電磁能量產(chǎn)生裝置，通過不同相關(guān)輔助技術(shù)將顯著提高裝置性能及實用性。[0053]3本類裝置優(yōu)越性及有益效果[0054]經(jīng)檢索查詢，國內(nèi)外現(xiàn)有各類文獻資料中尚未見有該種裝置的公開報導(dǎo)與使用， 以及該種裝置的說明，故此應(yīng)屬機電能源領(lǐng)域的一項新型實用裝置。因該類裝置基于現(xiàn)行制造技術(shù)，以普通電磁材料及元器件為基礎(chǔ)，具有工藝簡單、技術(shù)成熟、成本較低，易于制造的特點，是現(xiàn)有技術(shù)中可有效產(chǎn)生機電能量輸出的一種理想裝置，因其具有綠色環(huán)保、安全可靠、使用方便、用途廣泛等特點，其不同種類將會在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、日常生活、航宇空間等方面得到廣泛應(yīng)用，如制成發(fā)電機組、功率鏈機、分布電源等，將能夠大量減少現(xiàn)有能源消耗，改善生態(tài)環(huán)境，成為一種用之不竭的能源動力。
[0055]圖1其工作系統(tǒng)模塊示意圖[0056]圖中1-電源，2-逆變與整流，3-驅(qū)動與控制，4-轉(zhuǎn)子位置感測，5-電感能量反饋，6電磁設(shè)備本體，7-組合的發(fā)電機，8-動能或電能輸出，9-發(fā)電能量回輸。系統(tǒng)由虛線左側(cè)的電子驅(qū)動控制部分與右側(cè)的電磁動力發(fā)電設(shè)備本體組成。[0057]圖2a與圖2b為一種開關(guān)磁阻電磁動機本體結(jié)構(gòu)平面與切面示意圖[0058]圖中1-電機轉(zhuǎn)軸,2-電機前端蓋,3-轉(zhuǎn)子鐵芯,4-定子鐵芯,5-電機外殼,6-定子 勵磁繞組，7-電機后端蓋，8-位置編碼器，9-電子驅(qū)動控制器，10-后外罩。[0059]圖3a與圖3b為一種定轉(zhuǎn)子雙勵電磁動機本體結(jié)構(gòu)正視與切面圖[0060]圖中1-電機轉(zhuǎn)軸,2-電機前端蓋,3-轉(zhuǎn)子鐵芯,4-定子鐵芯,5-電機外殼,6-定子 勵磁繞組，7-電機后端蓋，8-位置編碼器，9-電子驅(qū)動控制器，10-后外罩，11-轉(zhuǎn)子勵磁繞 組，12-轉(zhuǎn)子繞組供電刷。[0061]圖4a與圖4b為一種永磁共轉(zhuǎn)子電磁動發(fā)電復(fù)合機本體結(jié)構(gòu)平面與切面圖[0062]圖中1-電機外殼,2-電機上端蓋,3-電機中心轉(zhuǎn)軸,4-轉(zhuǎn)子招合金輪轂,5-轉(zhuǎn)子 鐵芯，6-轉(zhuǎn)子外磁體，7-轉(zhuǎn)子內(nèi)磁體，8-發(fā)電定子鐵芯，9-繞組支架，10-發(fā)電繞組，11-定 子激磁鐵芯，12-定子激磁繞組，13-位置檢測，14-轉(zhuǎn)子啟動鐵芯，15-定子啟動繞組，16-外 殼體上的通風(fēng)孔，17-輪輻上的自扇冷卻孔。
具體實施方式
[0063]本類工作機即以電激鐵芯磁飽和為其基本工作狀態(tài)，所述裝置除工作狀態(tài)與傳統(tǒng) 電機不同外，在裝置方法、結(jié)構(gòu)特征、運行過程、能量傳遞與電磁功率計算等方面基本相同。 既可在其基本類型的基礎(chǔ)上通過復(fù)合或以不同勵磁方式而變?yōu)椴煌N類，本說明書中業(yè)已 充分闡明。因其基本結(jié)構(gòu)與原理仍相似，或僅是其工作方式或組構(gòu)略有不同，在本具體實施 方案中予以選例說明。下面結(jié)合具體實施例以附圖2、3、4對不同機型予以詳細描述說明， 以便對本類裝置組構(gòu)與方法的充分公開和補充。[0064]例1:一種開關(guān)磁阻電磁動機[0065]作為一種結(jié)構(gòu)簡單的機型，本體電磁作用部分僅由定子電勵鐵芯極與其相對轉(zhuǎn)子 上的鐵芯作用極組成，定子激磁極通電后對轉(zhuǎn)子鐵芯極的電磁吸引而運轉(zhuǎn)，是現(xiàn)代電力電 子和微電控制技術(shù)的應(yīng)用，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，成本低廉，體積緊湊。[0066]該工作系統(tǒng)由磁阻電機本體和電子驅(qū)動控制兩大部分組成，驅(qū)動控制與能量反饋 部分為公知技術(shù)，這里從略。下面即對其工作機予以說明。[0067]1.磁阻電磁動機本體結(jié)構(gòu)[0068]圖2a與2b所示為本發(fā)明例I所述一種磁阻電磁動機本體部分結(jié)構(gòu)示意和橫切剖 視圖，結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有鐵磁相吸運轉(zhuǎn)方式的開關(guān)磁阻電機、步進電機等基本相同。其本體具有安 裝在固定支承部上的定子鐵芯(4)和定子勵磁繞組(6)，與裝在支架上的轉(zhuǎn)子鐵芯(3)兩端 通過支承部軸承支撐著自由旋轉(zhuǎn)的電機轉(zhuǎn)軸(I)組成剛性相連可一起旋轉(zhuǎn)的共轉(zhuǎn)子體。定 子與轉(zhuǎn)子呈8/6極凸極大極面結(jié)構(gòu)，極面外緣寬，在換極處轉(zhuǎn)子磁移交換磁通，保持定子激 磁磁導(dǎo)通路。對應(yīng)勵磁定子極內(nèi)緣與轉(zhuǎn)子外緣形成有一定的氣隙長度，在覆蓋定子和轉(zhuǎn)子 的外部裝有薄鋼板沖壓引伸而成具有加強筋的電機外殼(5)與其前端蓋(2)和后端蓋(7)， 后外罩(10)內(nèi)安置位置編碼器(8)和電子驅(qū)動控制器(9)。[0069]定子電樞與轉(zhuǎn)子勵磁鐵芯采用厚度< O. 2mm無取向高磁飽高磁導(dǎo)低飽和磁場低 矩比低損耗(高電阻以減少渦流損耗，零矩比磁回線小以減少磁滯剩磁對衰減能量的損 耗)磁飽和拐點明顯的鐵基非晶、微晶或超導(dǎo)磁鐵鎳合金電磁薄片材料制作。[0070]為了盡量降低激磁強度要求，亦減小磁氣隙，利用定轉(zhuǎn)子間鐵芯的導(dǎo)磁作用，采用 定轉(zhuǎn)子大極靴以降低運轉(zhuǎn)磁阻易激磁于磁飽和。[0071]2.電子驅(qū)動控制電路部分[0072]裝置驅(qū)動控制部分的電路包括電源、電壓變換與整流濾波、驅(qū)動與自動控制、轉(zhuǎn)子 位置感測、電感能量反饋等幾部分。在PWM開關(guān)電源電路的輸入端常以大電容的方式實現(xiàn) 大電流供給。由于高磁導(dǎo)率鐵芯與其激磁至磁飽和的線圈繞匝較多，通常勵磁線圈的電感 亦較大，本例采用高壓斬波擬流單極性電子臂驅(qū)動，電感衰減能量反饋采用電容高壓回貯 方式。本電路的驅(qū)動原理是由電源所提供的電能轉(zhuǎn)換為不同的直流電壓后供驅(qū)動控制等部 分使用。在一定轉(zhuǎn)角位由位置編碼器(8)輸出位置控制信號，電子驅(qū)動器根據(jù)傳感器測取 的轉(zhuǎn)子鐵芯相對于定子勵磁極的位置分相分別向定子電樞勵磁繞組通入一定相序的可控 激磁電流，供電相隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置而呈間歇周期性變化，轉(zhuǎn)子鐵芯極受勵磁定子電磁吸引 而旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)軸向外輸出機械功率。其工作過程以下僅予以大致說明。[0073]其基本工作過程是[0074]當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵芯極旋轉(zhuǎn)達某相序兩極中點位置時，位置編碼器輸出控制信號驅(qū)動功率 電路的開關(guān)管導(dǎo)通，上述高壓貯能電容C和供電源向作為電源負載的定子相勵磁繞組線圈 高低壓恒流斬波供電，以滿足繞組電感電流滋長與作用過程中對電壓的要求，激磁線圈的 電流在電感阻滯下呈指數(shù)上升，工作電流按其相位置設(shè)定值維持斬波勵磁電流擬流供電， 激磁線圈電流的磁化場使定子鐵芯磁化并維持運行在磁飽和狀態(tài)而使兩鐵磁極間磁相互 吸引而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，過程中通過取樣反饋控制電流按激磁鐵芯磁飽和要求擬合電流大 小，以降低輸入電功率，提高效益。[0075]當(dāng)轉(zhuǎn)子相旋轉(zhuǎn)達兩極所設(shè)最近位置時傳感器輸出控制信號驅(qū)動開關(guān)管關(guān)閉切斷 定子相勵磁線圈電流，激磁繞組電感衰減電流通過開關(guān)管并聯(lián)的續(xù)流二極管向高壓儲能電 容C反饋回貯電感衰減能量轉(zhuǎn)化為電位能，因有大的關(guān)斷時間間隔，可從容反饋回流電感 衰減能量，為下一供電相勵磁線圈電感的滋長提供電磁能。[0076]上述步驟的重復(fù)進行，每相繞組依次通入電流驅(qū)動轉(zhuǎn)子不斷位移而運轉(zhuǎn)，控制開 關(guān)依次循序邏輯運行而驅(qū)動，通過轉(zhuǎn)軸向外輸出動力。[0077]在實際裝置的試制中，除結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料選擇外，電源效率與電感衰減能量反饋 等也是影響裝置效益比的另一重要因素。采用功能檢測方法，以控制供電導(dǎo)通時間與狀態(tài) 控制，實現(xiàn)電機的穩(wěn)定運行。其過流、過壓、自動相位控制等功能均為共知技術(shù)，在此不予贅 述。[0078]例2 :—種定轉(zhuǎn)子雙勵電磁動機[0079]其本體結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有同步電機類基本相似，相互作用的定轉(zhuǎn)子極之齒槽通電時同相 雙勵磁至磁飽和而相互作用，其驅(qū)動電路與上例有所不同。[0080]1.雙勵電磁動機本體結(jié)構(gòu)[0081]圖3a與3b所示為本發(fā)明例2所述一種定轉(zhuǎn)子雙勵電磁動機本體部分結(jié)構(gòu)示意和 橫切剖視圖，結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有同步、異步電機基本相同，其本體具有安裝在固定支承部上采用整 體結(jié)構(gòu)的定子鐵芯(4)和勵磁繞組(6)，裝在轉(zhuǎn)子支架上的轉(zhuǎn)子鐵芯(3)和轉(zhuǎn)子勵磁繞組(11)，與兩端通過支承部軸承支撐可自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸(I)組成剛性相連可一起旋轉(zhuǎn)的共轉(zhuǎn) 子體。定子與轉(zhuǎn)子呈隱極結(jié)構(gòu)，對應(yīng)定子極內(nèi)緣與轉(zhuǎn)子外緣形成有一定的氣隙長度，后外罩(10)內(nèi)在轉(zhuǎn)軸端設(shè)置有轉(zhuǎn)子繞組供電刷(12)，位置編碼器(8)和電子驅(qū)動控制板(9)。在 覆蓋定子和轉(zhuǎn)子的外部裝有金屬板沖壓引伸而成具有加強筋的電機外殼(5)與其前端蓋(2)和后端蓋(7)。在覆蓋定子和轉(zhuǎn)子的外殼支架及轉(zhuǎn)子與定子端面開有散熱孔和設(shè)置有 散熱部件，在轉(zhuǎn)子內(nèi)形成流動換熱。[0082]定子電樞與轉(zhuǎn)子勵磁鐵芯采用厚度< O.1mm無取向高磁飽高磁導(dǎo)低飽和磁場低 矩比低損耗(高電阻以減少渦流損耗，零矩比磁回線小以減少磁滯剩磁對衰減能量的損 耗)磁飽和拐點明顯的鐵基非晶、微晶或超導(dǎo)磁鐵鎳合金電磁薄片材料制作。[0083]定子與轉(zhuǎn)子鐵芯同相以分布式或集中式繞制勵磁繞組。[0084]2.電子驅(qū)動控制電路部分[0085]裝置驅(qū)動控制部分的電路包括電源、電壓變換與整流濾波、驅(qū)動與微電控制、轉(zhuǎn)子 位置感測、電感能量反饋等幾部分。采用高壓斬波恒流雙勵磁雙極性電子橋驅(qū)動，電感能量 反饋采用電容高壓充貯方式。本電路的驅(qū)動原理是由電源所提供的電能轉(zhuǎn)換為不同的直流 電壓后供驅(qū)動控制等部分使用。在一定角度由位置感測器件(8)輸出位置控制信號，電子 驅(qū)動器根據(jù)傳感器測取的轉(zhuǎn)子鐵芯勵磁極相對于定子激磁鐵芯極的位置向定子電樞與轉(zhuǎn) 子電樞勵磁繞組按一定相序通入不同方向的激磁電流，其電流方向隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置而呈間 歇周期性變化，轉(zhuǎn)子勵磁極受定子電磁極吸引和排斥而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)軸向外輸出機械 功率。其工作過程以下僅予以大致說明。[0086]其基本工作過程是[0087]當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵磁吸引旋轉(zhuǎn)達兩極最近點位置時，位置編碼器按一定相序輸出控制信 號驅(qū)動功率電路的開關(guān)管導(dǎo)通向作為電源負載的定子和轉(zhuǎn)子勵磁繞組線圈直流高低壓斬 波擬流供電，以滿足繞組電感電流滋長與作用過程中對電壓的要求，供電中激磁線圈的電 流在電感阻滯下呈指數(shù)上升并達工作電流設(shè)定值斬波擬流供電，激磁線圈電流的磁化場使 定子與轉(zhuǎn)子鐵芯極磁化并維持磁飽和的電磁相互作用狀態(tài)，定轉(zhuǎn)子兩鐵磁極間磁相互作用 驅(qū)動轉(zhuǎn)子發(fā)生位移轉(zhuǎn)動，過程中通過取樣反饋控制電流按激磁鐵芯磁飽和要求，擬合電流 大小，以降低輸入電功率，提高裝置效益。[0088]當(dāng)旋轉(zhuǎn)達所設(shè)轉(zhuǎn)子位置時傳感器輸出信號控制驅(qū)動開關(guān)管關(guān)閉切斷定子與轉(zhuǎn)子 勵磁線圈電流，激磁繞組電感衰減電流通過與開關(guān)管并聯(lián)的單向?qū)щ娎m(xù)流二極管向上述高 壓儲能電容回儲電感衰減放電轉(zhuǎn)化為電位能，為下一供電過程勵磁線圈電感的滋長提供電 磁能。[0089]在實際裝置的試制中，除結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料選擇外，電源效率與電感衰減能量反饋 等也是影響裝置效益比的另一重要因素。采用功能檢測方法，以控制供電導(dǎo)通時間與狀態(tài) 控制，實現(xiàn)電機的穩(wěn)定運行。其過流、過壓、自動相位控制等功能均為共知技術(shù)，在此不予贅 述。[0090]例3 :—種永磁共轉(zhuǎn)子電磁動發(fā)電復(fù)合機[0091]作為一種小型電源，通常的應(yīng)用狀態(tài)特別是在室內(nèi)，要求結(jié)構(gòu)緊湊體積小噪聲低， 故采用一體化結(jié)構(gòu)可達這種使用效果。下面即對一種短軸立式永磁共轉(zhuǎn)子型電磁動發(fā)電復(fù) 合工作機予以說明。[0092]該工作系統(tǒng)由磁動發(fā)電機本體和電子驅(qū)動控制器兩大部分組成，本體結(jié)構(gòu)見示意 圖6a、6b。電子驅(qū)動控制器與能量反饋部分為公知技術(shù)，這里從略。[0093]1.電磁動發(fā)電復(fù)合機本體結(jié)構(gòu)[0094]圖4a與圖4b所示即為本發(fā)明例4所述一種短軸立式永磁共轉(zhuǎn)子電磁動與發(fā)電兩者復(fù)合組構(gòu)的電磁發(fā)電機本體結(jié)構(gòu)示意圖，其構(gòu)形采用立式短軸上單臂筒杯形雙支承飛輪共轉(zhuǎn)子體結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)樞外圈與外側(cè)定子電樞構(gòu)成發(fā)電主體，轉(zhuǎn)樞內(nèi)圈與內(nèi)置星形凸極式激磁電樞定子構(gòu)成電激磁動主體。其本體具有安裝在固定支承部上的發(fā)電定子鐵芯(8) 和勵磁定子鐵芯(11)，發(fā)電定子鐵芯內(nèi)側(cè)工程塑料支架(9)上設(shè)有不同用途的發(fā)電線圈繞組(10);勵磁定子體的鐵心采用不等截面結(jié)構(gòu)，該鐵心包括勵磁段和導(dǎo)磁段，其中勵磁段鐵心的截面積或磁通面積小于導(dǎo)磁段鐵心的截面積或磁通面積，鐵心周邊呈放射狀延伸有數(shù)個末端設(shè)有勵磁極的工作在磁飽和區(qū)的延伸部，外緣形成對應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵軛內(nèi)側(cè)弧徑的外凸極緣，且于各延伸部勵磁段上纏繞有勵磁線圈繞組(12)，勵磁繞組采用高壓恒流驅(qū)動方式； 軸心樞設(shè)于上述勵磁定子軛體中央空間，同軸兩端通過支承部上下軸承支撐著可自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸(3)，所述轉(zhuǎn)軸上同軸固定套接有有底圓筒狀轉(zhuǎn)樞體的轉(zhuǎn)轂和輪輻支架(4)和夾于內(nèi)外兩定子空間中其內(nèi)外圓表面與定子鐵心表面相對的轉(zhuǎn)軛鐵芯(5)，沿轉(zhuǎn)軛鐵芯內(nèi)外圓周表面上固定有多極永磁體(7)和￠)，轉(zhuǎn)輞下壁設(shè)置有位置感測器(13)，沿邊部上下連接緊固孔由螺栓將轉(zhuǎn)子碟形鋁合金轉(zhuǎn)輻支架、轉(zhuǎn)軛輞體、環(huán)形鐵軛、相位感測器盤相連緊固在一起成轂輞復(fù)合體，和多極永磁體構(gòu)成與轉(zhuǎn)軸剛性相連可一起旋轉(zhuǎn)的共轉(zhuǎn)樞體，其勵磁定子鐵芯(11)極緣和發(fā)電定子繞組支架(9)外緣與轉(zhuǎn)樞永久磁鐵出)、(7)間保持有一定的氣隙長度。[0095]啟動電機定子繞組(15)內(nèi)置嵌合在勵磁電樞定子鐵芯內(nèi)圈并被固定在底盤上， 起動后自動斷開。起動轉(zhuǎn)子鐵心(14)則剛性相連套合于上述復(fù)合轉(zhuǎn)樞的轉(zhuǎn)軸上并與之一起旋轉(zhuǎn)。[0096]在覆蓋定子和轉(zhuǎn)子的外部裝有金屬薄板沖壓引伸而成具有加強筋的碗形外殼(I) 與上下端蓋(2)，并起轉(zhuǎn)軸支承作用。使外殼體、定子部分和永磁飛輪共轉(zhuǎn)子體組構(gòu)在一起形成有機連接整體。其殼體上下端面處開有多條能使冷卻風(fēng)流通的通風(fēng)通氣孔(16)。電機本體采用自扇冷卻方式，在轉(zhuǎn)子輪輻上一體地設(shè)置多個呈放射狀延伸的自扇通風(fēng)冷卻的槽孔(17)，這種結(jié)構(gòu)既有利于飛輪平穩(wěn)運行 ，減少振動，利于通風(fēng)散熱，又避免轉(zhuǎn)子支承剛性下降，同時能使工作機整體軸向長度設(shè)定得較短，結(jié)構(gòu)緊湊。[0097]所述磁動發(fā)電機的發(fā)電定子非金屬結(jié)構(gòu)絕緣槽內(nèi)嵌有2個以上且各自獨立用于不同目的向內(nèi)回輸充電與向外輸出電力多套復(fù)合功能繞組線圈，它們在電機機械上、電氣上獨立結(jié)構(gòu)的繞組群，因而能容易確保絕緣，互不干擾。其中有一個繞組群進行再生，將其變換整流后與外接電源或蓄電池連接用于回輸充電。另許繞組可進行控制作用和向外輸出電能。[0098]這種復(fù)合機結(jié)構(gòu)中所述共轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩層磁鋼的極性是相對的，發(fā)電磁體和磁動磁體磁通共用轉(zhuǎn)子鐵心磁路形成內(nèi)外層磁體兩極之間的兩個磁路獨立的雙層磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在磁鐵兩極之間的鐵軛截面的大小必須保證全磁通量時,而不會出現(xiàn)磁飽和。[0099]內(nèi)電樞勵磁鐵芯采用厚度< O.1mm無取向高磁飽高磁導(dǎo)低飽和磁場低矩比低損耗(高電阻以減少渦流損耗，零矩比磁回線小以減少磁滯剩磁對衰減能量的損耗)磁飽和拐點明顯的鐵基非晶、微晶或超導(dǎo)磁鐵鎳合金電磁薄片材料制作。[0100]感生反電動勢輔助抵消繞組設(shè)置在激磁鐵芯導(dǎo)磁鐵軛段磁通高變部位，反向串入勵磁繞組回路以輔助抵償繞組感生反電勢，利用這種輔助繞組為定子激磁繞組的感生電勢提供一種波動抵消，使定子激磁繞組中的感生反電勢進一步降低，因其匝數(shù)較少，對電磁滋長和鐵芯飽和磁通處的擾動較小，對輸出功率的影響也較小。[0101]2.電子驅(qū)動控制電路部分[0102]裝置驅(qū)動控制部分的電路包括電源、電壓變換與整流濾波、驅(qū)動與微電控制、轉(zhuǎn)子 位置感測、電感能量反饋與發(fā)電能量回輸?shù)葞撞糠?，電感能量反饋采用電容高壓充貯方式， 供電采用高壓恒流雙極性電子橋驅(qū)動。因電子驅(qū)動控制電路在現(xiàn)有各種無刷電機的驅(qū)動控 制中被廣泛應(yīng)用，均為已有共知技術(shù)，其成品在市場上既可購得，在此不予以詳細表述，僅 對過程要求予以大致說明。[0103]本電路的驅(qū)動原理是由電源所提供的電能轉(zhuǎn)換為不同的直流電壓后供驅(qū)動控制 等部分使用。飛輪每旋轉(zhuǎn)一定角度由位置感測器件(13)輸出位置控制信號，電子驅(qū)動器根 據(jù)傳感器測取的轉(zhuǎn)子磁極相對于激磁定子鐵芯極的位置向電樞激磁繞組按一定相序通入 不同方向的激磁電流而轉(zhuǎn)換過極，通電方向隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置而呈間歇周期性變化，則轉(zhuǎn)子 磁極因受到激磁定子電磁極的吸引和排斥力矩而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，同時外側(cè)的發(fā)電機繞組向外輸 出電功率。[0104]其基本工作過程是[0105]當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵磁吸引旋轉(zhuǎn)達兩極最近點位置時，位置編碼器按一定相序輸出控制信 號驅(qū)動功率電路的開關(guān)管S1、S3導(dǎo)通向作為電源負載的定子勵磁繞組直流高低壓斬波恒流 供電，以滿足繞組電感電流滋長與作用過程中對電壓的要求，激磁線圈的電流在電感阻滯 下呈指數(shù)上升并達工作電流設(shè)定值，激磁線圈電流的磁化場使定子鐵芯極磁化并維持磁飽 和的電磁鐵狀態(tài)，轉(zhuǎn)子與定子兩鐵磁極間相互排斥發(fā)生位移轉(zhuǎn)動，過程中通過取樣反饋PWM 調(diào)制控制電流保持穩(wěn)定工作狀態(tài)。[0106]當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)達所設(shè)位置時傳感器輸出信號控制驅(qū)動開關(guān)管Sp S3關(guān)閉切斷定子勵 磁線圈電流，激磁繞組電感衰減電流通過與開關(guān)管并聯(lián)的單向?qū)щ姷睦m(xù)流二極管向上述高 壓儲能電容回貯電感衰減放電轉(zhuǎn)化為電位能，因有大的關(guān)斷時間間隔，可從容反饋回流電 感衰減能量。[0107]此后轉(zhuǎn)子受前極鐵磁相吸繼續(xù)轉(zhuǎn)動至相吸低點位置a2時，位置編碼器按相序輸出 控制信號驅(qū)動電子橋另臂開關(guān)管s2、S4導(dǎo)通，開始與上周期相同而供電極性不同的激磁線 圈的供電過程，在這一供電過程，高壓儲能電容中的電能將重新進入供電線圈而轉(zhuǎn)化成電 感電磁能。[0108]當(dāng)運轉(zhuǎn)達所設(shè)轉(zhuǎn)子位置時傳感器輸出信號控制驅(qū)動開關(guān)管S2、S4關(guān)閉，此時繞組 電感電流通過與開關(guān)管并聯(lián)續(xù)流二極管重新向儲能電容器充電，二極管的單向?qū)щ娦宰柚?回流。此時一個循序換流過程完畢。[0109]此過程的重復(fù)循環(huán)，轉(zhuǎn)子不斷被驅(qū)動而得到連續(xù)轉(zhuǎn)動。[0110]在實際裝置的試制中，除結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料選擇外，電源效率與電感衰減能量反饋 等也是提高裝置效益比的另一重要因素。
權(quán)利要求1.一種電磁運動能量產(chǎn)生裝置，裝置系統(tǒng)由電磁機械本體和電流驅(qū)動控制部分所組成，其基本特征是在電磁設(shè)備本體結(jié)構(gòu)的定子基體具有多個延伸部的磁極單元與設(shè)置于各磁極單元區(qū)域外部周壁纏繞有若干可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的勵磁線圈組成的電樞體，和在其電樞體內(nèi)側(cè)或外側(cè)鐵磁極緣表面相隔一定距離留有氣隙與其構(gòu)成磁力作用的裝設(shè)有鐵磁極齒或可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的電勵鐵磁線圈繞組單元或由若干不同排列的永磁體組構(gòu)的電磁轉(zhuǎn)樞組合體，及使兩者保持相對位置相連的支承機架與控制部件，所述轉(zhuǎn)樞軸支承可以是機械的或磁懸浮或氣浮等不同方式或其組合，電磁驅(qū)動控制部分包括對電磁設(shè)備本體工作磁極相互位置狀態(tài)進行感測的位相傳感、饋電驅(qū)動、繞組電感能量反饋、運行狀態(tài)控制以及電源變換電路所組構(gòu)，以旋轉(zhuǎn)或旋線或移動或振蕩微動方式將磁力轉(zhuǎn)換為動力輸出；裝置的運行是在定子與轉(zhuǎn)子高磁導(dǎo)高磁飽和鐵芯工作極上所設(shè)勵磁繞組的電流激磁作用，在電磁運轉(zhuǎn)的一定相位區(qū)間，使線圈工作區(qū)域鐵芯電激飽和磁化產(chǎn)生大的電磁作用力相吸與或相斥而推移轉(zhuǎn)動，是以電激鐵芯磁飽和而達抑制或減小其激磁鐵芯繞組在運移磁場中的感生反電動勢與抗磁阻力。
2.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于所述工作鐵芯為鐵磁合金或金屬的不同種類材料以晶態(tài)、非晶態(tài)、微晶態(tài)的不同薄片或微粉所組構(gòu)，本類裝置不僅利用其具有較大的磁化作用，更重要的是利用其非線性磁化存在磁飽和這一特征，不論哪種類型或組構(gòu)，采用高磁導(dǎo)率高磁飽和低剩磁低損耗磁飽和特征明顯的材料為工作鐵芯有利于減少勵磁繞組安匝而減小輸入功率，選用飽和磁場與矯頑磁場小、磁致伸縮率低、電阻率高的鐵磁材料及減小磁氣隙提高鐵芯回路磁導(dǎo)率可減小勵磁安匝而降低激磁強度要求。
3.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于其基本工作狀態(tài)是鐵芯激磁磁飽和，所述工作鐵芯磁飽和是指維持具有這個狀態(tài)特征的一個區(qū)域范圍，以致其工作過程的綜合電磁作用能/反電動勢褪電能的比最大為其優(yōu)化選擇。
4.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于包括可設(shè)于磁回路不同位置的工作在磁飽和區(qū)的激磁鐵芯截面積或飽和磁感小于導(dǎo)磁鐵芯體的不等截面或磁感連接體，可將其中配置有勵磁線圈部分的軟磁鐵芯或齒，替代性或補充性地由相對于普通軟磁材料具有更有利可磁化性和剩磁更少性能更好的鐵磁材料經(jīng)一種合適的分段方式由不同材料來制造成組成體。
5.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于由工作鐵芯、導(dǎo)磁鐵軛與磁氣隙所組成的回路鐵芯可為環(huán)形或多邊形且鐵芯的極可為多數(shù)，工作極可以凸極、隱極、齒狀、爪狀或復(fù)合磁極，以有隙磁傳導(dǎo)、磁I禹合方式組成旋轉(zhuǎn)電樞而相互作用，磁極方向可軸向或徑向或平行以及混合方式布置，而構(gòu)成工作磁極的勵磁繞組可以設(shè)置在定子、轉(zhuǎn)子或定子與轉(zhuǎn)子鐵芯上的不同區(qū)段，組成內(nèi)電樞或外電樞。
6.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于磁極可為電磁、永磁、超導(dǎo)磁或復(fù)合方式設(shè)置，或以抵消永磁體磁通方式形成作用磁極，極性可交替分布，亦可呈雙體結(jié)構(gòu)、磁通平衡過極，以電磁代替永磁、定子與轉(zhuǎn)子雙向電勵磁、全區(qū)、全程電磁作用方式可提高單體功率密度，雖其工作方式可多種不同，或其功能用途及結(jié)構(gòu)方式、控制特征方面有所差異，由于其激磁鐵芯基本工作狀態(tài)與特征相同，本技術(shù)方案能夠完全覆蓋所述內(nèi)容。
7.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于為進一步抑制或降低電勵磁繞組中的運動感生反電動勢，可在激磁鐵芯回路導(dǎo)磁鐵軛磁通高變部位附加設(shè)置輔助繞組或另設(shè)獨立繞組以抵償感生反電勢方式反向串入勵磁繞組回路，為勵磁繞組的感生變化提供一種波動抵消而進一步降低，亦可以電壓負反饋方式抵消或降低勵磁繞組中這種感生反電動勢的作用，以致勵磁繞組的綜合感生反電勢最小。
8.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于采用高壓電容、高低壓、擬控電壓方法縮短勵磁繞組電感電流滋長與衰減回貯過渡時間。
9.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于勵磁線圈鐵芯磁飽和激磁電流為可控直流電，以微電程控調(diào)制或數(shù)控擬合回路磁阻與感生反電勢作用下的激磁電流大小以減少輸入電能損耗而經(jīng)濟運行。
10.權(quán)利要求1所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置，其特征在于把該類裝置與發(fā)電機以不同方式組合或直接復(fù)合成一個工作系統(tǒng)，亦可以多組鏈級方式形成復(fù)合能量機組。
專利摘要一種電磁運動能量產(chǎn)生裝置，摘要附圖所示為其裝置系統(tǒng)組成，是在類似于常規(guī)電機本體結(jié)構(gòu)的定子與轉(zhuǎn)子高磁導(dǎo)率高磁飽和鐵芯工作極上所設(shè)勵磁繞組，電激鐵芯磁飽和以達抑制或減小其鐵芯繞組在運行中的感生反電動勢與抗磁阻力，反饋回收勵磁繞組電感能量，以用較少的電勵磁輸入功率而利用鐵磁質(zhì)的磁力作用產(chǎn)生大的機械運動能量輸出。磁動發(fā)電機則是將其和發(fā)電機組成一個工作系統(tǒng)，通過機電能量轉(zhuǎn)換與回輸維持其電磁設(shè)備本身的使用，使其成為一種輸出大于輸入而自持運轉(zhuǎn)的機電能量產(chǎn)生裝置。
文檔編號H02N11/00GK202841019SQ20122023362
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者王世英 申請人:王世英