专利名称：磁能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用永久磁极磁贮能产生电能的磁能发电机。
现有的永磁发电机是恒磁链系统，永久磁铁的磁贮能在工作过程中保持不变，磁铁磁贮能不向外释放，永久磁铁磁场仅仅是机械能转换为电能的媒介，永磁发电机中电枢线圈与永久磁铁间有相对运动，电枢线圈匝链的主磁通是交变的，故需外界输入机械能克服电枢电流与磁场间的互感力矩才能维持转子速度不变，可以证明输出电能与输入机械能相等，故永久磁铁磁贮能没有得到利用。
国际专利WO83/01353公开了一种转子装有永久磁铁，定子装有线圈的电磁步进电机带动一台普通发电机，步进电机定子线圈在产生与转子磁铁相斥力时通电，其目的是脉冲电流使永磁转子产生的机械功率比线圈消耗的电功率大得多，多出的机械功率用以带动普通发电机产生电能向外输出，为使步进电机定子线圈准时通电，系统设有检测转子位置和控制各相电流准时导通的驱动和控制电路。这种系统不足之处是电磁步进电机的定子线圈与永磁转子间有相对运动，其运行原理仍然与普通步进电机相同，因此输出的机械功率等于输入电功率，不会出现输出机械功率大于输入电功率，磁能不可能释放出来。
本发明的目的在于避免上述现有技术不能释放永久磁极磁贮能的不足之处，而提供一种能释放永久磁极磁贮能，并将磁贮能直接转换为电能和机械能输出的磁能发电机。
本发明是根据以下见解实现的根据相对论，如果一个物体放出能量ΔE，不管能量形式如何，其质量将减小ΔM＝ (△E)/(C2) (式中M-质量，C-光速)，ΔE可以是机械能、热能、光能、电能、磁能或任何其他形式能量，当设法使磁极放出磁能时，磁极质量将减小，即磁极的质量转换为能量。
本发明的目的可以通过以下措施来达到1、发电机磁系统应为恒磁势系统，永久磁极矫顽磁势为常值不变，永久磁极的磁通和内部磁储能随磁路磁阻变化而变化。
2、磁阻是周期变化的，在转子失调角θ＝±π点与θ＝0点处定、转子磁路的磁阻相差越大越好。为此要求定、转子铁芯的极数应相等、极距约略相等。
3、磁路内设有与磁通匝链的电枢线圈，电枢线圈匝链的主磁通方向不变，但大小随转子旋转周期变化，而产生感应电势，线圈与永久磁极间应无相对位移，以保证磁能转换为电能输出。
4、为得到受温升限制允许的最大输出电功率，电枢绕组经半波整流装置与电负载连接，连接极性使电枢电流方向为增磁方向，即只当磁阻由小变大的半周内(π＞θ＞0区间)才使电枢绕组内流过电流，磁极的磁能变为电能由线圈输出，而在(0＞θ＞-π)区间内电流方向仍为增磁方向并逐渐衰减为零，线圈继续输出电能，电流为零后线圈功率为零，磁极不吸收外能也不去磁。
5、电枢绕组不经整流装置直接向电负载供应交流电功率时，由于绕组在增磁、去磁两个方向皆有电流通过，绕组输出的电功率较额定值(带整流装置时允许的最大值)小得多，原因是磁能转换出的功率只是增磁方向与去磁方向功率之差值。
6、为使转子旋转平稳，驱动电机功率最小，定、转子可由m段铁芯组成，每段为磁能发电机的一相。m段定、转子铁芯的位置装配应力求达到当电枢线圈内电流为零时，转子轴上的合成力矩为零。当电枢线圈内有电流时，驱动电机只需克服电枢反应产生的不平衡力矩。单相磁能发电机为减小速度波动轴上可加装飞轮。
7、电枢线圈应置于磁路磁链变化最大处，其流过的电流产生的磁势越大越好，但以不使永久磁极产生永久性退磁为限。
8、电枢绕组输出电功率Pd与电枢反应产生的不平衡力矩产生的机械功率PJ，当电枢线圈与电负载间的接线方式和极性确定(避开不管速度如何变化总有Pd＜PJ的接线方式和连接极性)后主要随转速n变化而变化，Pd随n的升高而单调增大，PJ变化较复杂当转速n低于第一临界转速n1时有Pd＜PJ;当n1＜n＜n2(第二临界转速)时有Pd＞PJ＞0;当n＝n2时有Pd＞0，PJ＝0;当n＞n2时有Pd＞0，PJ＜0即此时磁能发电机既输出电功率又输出机械功率。第一临界转速n1，第二临界转速n2除与接线方式、连接极性有关外还与负载性质、阻值及磁极数(2P)等因素有关。
9、磁能发电机设计得当时，其额定转速高于第二临界转速n2，并匹配负载使输出机械功率PJ大于磁能发电机空载损耗功率时，磁能发电机〔1〕也可脱离驱动电机〔6〕(例如用电磁离合器连接〔1〕与〔6〕)独自持续运行，并向外供应电能。当输出的机械功率更大且大于系统空载损耗功率与驱动电机铜损之和时，磁能发电机除本身向外供应电能外，还可使驱动电机运行于发电状态也向外供应电能。
附图的图面说明如下
图1是本系统一种接线方式的方框图。
图2是本发明永久磁极径向布置结构的纵向剖面图。
图3是图2磁能发电机沿A-A线的剖视图。
图4是图2磁能发电机沿B-B线的剖视图。
图5是图2磁能发电机沿C-C线的剖视图。
图6是本发明永久磁极切向布置结构的横向剖面图。
图7是本发明一种接线方式的原理电路图。
图8是本发明盘式转子结构的纵向剖面图。
图9是图8磁能发电机的横向剖面图。
图10是本发明永久磁极轴向布置结构的纵向剖面图。
图11是图10磁能发电机的横向剖面图。
图12是本发明永久磁极径向布置双定子结构横向剖面图。
下面将结合附图和实施例对本发明进一步详细说明参照图1，〔6〕为驱动电机，驱动电机的作用有二一是将磁能发电机转子从静止加速到额定转速;二是维持磁能发电机转子速度恒定因磁能发电机向外输出电能时，负载电流将产生阻力矩，轴承摩擦和风损等机械损耗也产生阻力矩，必须由驱动电机输入机械能才能维持转子速度恒定。磁能发电机的驱动电机可以采用直流电动机(也可采用磁阻式同步电机，当有公用电源时，驱动电机也可采用同步电动机)。起动磁能发电机时，直流电动机〔6〕经切换控制装置〔4〕由蓄电池组〔5〕供电(有公用电源时可用整流装置代替蓄电池组)当转子速度达到额定速度后操纵切换控制装置〔4〕将驱动直流电动机〔6〕接向磁能发电机的半波整流装置〔2〕，驱动直流电动机〔6〕由磁能发电机〔1〕本身供电，消耗磁能发电机〔1〕的部分电能。
半波整流装置〔2〕由单向半导体功率器件组成，将磁能发电机电枢绕组产生的交流电整流变成直流电，保证每相电枢绕组只在使永久磁极增磁的方向流过脉冲电流，因此电负载〔3〕应接在整流装置〔2〕后。
切换控制装置〔4〕可用单向可控半导体功率器件(如可控硅、大功率晶体管、大功率场效应管、可关断可控硅等)或继电器-接触器组成。视使用场合和需要将切换控制装置〔4〕设计成手动操作或自动控制装置，必要时也可采用恒速调节装置。
在磁能发电机纵向剖面图2中，可见有三段环形定子铁芯〔10〕装配在机壳〔9〕内，永久磁极〔11〕则装在导磁铁芯〔12〕与定子铁芯〔10〕之间，电枢线圈〔13〕套装在导磁铁芯〔12〕处。转子铁芯〔14〕同样有三段装在转子轴〔15〕上，且分别与各段定子铁芯〔10〕对齐。轴〔15〕由两端端盖〔8〕上的轴承支承，联轴器〔7〕则将驱动电机〔6〕与转子轴〔15〕联在一起。
图3、图4、图5示出永久磁极径向布置结构，图6示出永久磁极〔11〕切向布置结构。定子铁芯〔10〕、永久磁极〔11〕、导磁铁芯〔12〕、电枢线圈〔13〕间的相互关系在图3、图4、图5、图6中进一步清楚示出。定子铁芯〔10〕和导磁铁芯〔12〕可用高导磁硅钢片冲制叠装而成。永久磁极〔11〕可用钕铁硼、稀土钴或其他高性能永磁材料制成。定子铁芯〔10〕，永久磁极〔11〕、导磁铁芯〔12〕三者之间可用高强度粘结剂粘结也可用机械方法固紧。
电枢线圈〔13〕用绝缘导线或新近出产的超导线材绕制。
每台磁能发电机有m段定子铁芯〔10〕(m为发电机相数，图2实施例m＝3)，为减小驱动电机容量及转子速度波动值，各段定子铁芯磁极中心应相互错开 (360°)/(2Pm) (2P为磁极数)即相互错开 (360°)/(m) 电角度(由图3、图4、图5可见本实施例各相定子磁极中心相互错开7.5°机械角120°电角度)，使各段永久磁极产生的定位力矩相位相互错开 (360°)/(m) 电角度，m段定位力矩之和当电枢电流为零时必然为零，磁能发电机起动时驱动电机仅需克服机械损耗力矩。小功率磁能发电机当作成单相时，由于轴上转矩是脉动的，为减小转子速度波动应在转子轴上配置飞轮。
由图2可见转子也由m段铁芯组成，转子装配时应使m段铁芯的极中心落在同一平面内，转子铁芯〔14〕由高导磁硅钢片冲制叠装而成，转子铁芯极数2P、极距τ、极宽bt与定子相同，由上可见磁能发电机的定、转子和磁路结构类似多段式反应同步电机或步进电机或磁阻电机。为减小风损转子槽中可用不导磁、不导电材料充填，以得到光滑表面。
图7为三相(m＝3)磁能发电机一种接线方式的电原理图，由图可见，磁能发电机〔1〕的三相电枢绕组〔13〕与二极管组成的三相半波整流电路〔2〕相连，发电机经半波整流器向外供应直流电能，半波整流装置〔2〕与电枢绕组〔13〕连接时的极性应保证只在电枢绕组〔13〕内匝链磁通由大变小的半周内开始流过电流，即电枢电流产生的磁势是增磁的。切换控制装置〔4〕由主令开关LK、接触器1JC、2JC、3JC、4JC和起动电阻RQ1、RQ2组成(以最简单的手动切换控制为例)。当需要起动磁能发电机时，操作主令开关LK使1JC吸合，直流电动机经起动电阻RQ1，RQ2与蓄电池组〔5〕相连，随着转子速度逐渐升高，转动LK逐级闭合接触器2JC、3JC，逐级短接起动电阻RQ1，RQ2使转子加速到额定速度，然后切断接触器1JC，2JC，3JC接通接触器4JC，直流电动机〔6〕改由磁能发电机〔1〕本身供电而完成起动过程。
图8、图9是磁能发电机转子为盘式结构的纵向剖面图和横向剖面图，由图可见当定子铁芯有m段时，转子就有(m+1)个盘〔14〕。m段定子铁芯用不导磁、不导电的粘接材料〔18〕固定在机壳〔9〕内，为了拆装方便机壳〔9〕也可分为m段，各段之间用止口定位，法兰连接，螺钉固紧。永久磁极〔11〕充磁方向与轴向平行，每块永久磁极两侧皆有导磁铁芯〔12〕和电枢线圈〔13〕，电枢线圈轴线方向与转轴方向平行。转子上装有(m+1)个盘〔14〕，盘〔14〕可用不导磁不导电的树脂或塑料制成，但盘内等距镶有2P个用高导磁薄片材料制成的导磁幅，导磁幅宽度与定子导磁铁芯〔12〕宽度约略相等。可见幅的作用与图2磁能发电机的转子齿相同。为使磁路磁阻减小转轴上还有m个用高导磁薄片材料卷制的导磁筒〔16〕。导磁筒〔16〕和盘〔14〕皆用不导磁不导电零件〔17〕与轴〔15〕连成一个整体。由图8可见磁路磁链从永久磁极〔11〕的一个极(例如N极)出发经导磁铁芯〔12〕转子盘〔14〕和导磁筒，另一个转子盘〔14〕，另一个导磁铁芯〔12〕回到永久磁极另一个极(例如S极)，当转子旋转时，盘〔14〕上的导磁幅与导磁铁芯〔12〕重合时，磁路磁通最大，分离时磁通逐渐减小，因此其工作原理与图2、3结构相同，不再赘述。
图10、图11是永久磁极轴向布置结构磁能发电机的纵向、横向剖面图，由图10可见永久磁极充磁方向与转轴方向平行，与盘式结构不同的是电枢线圈轴线方向与转轴方向垂直，由图可见m段(图中m＝3)定子铁芯用不导磁不导电粘结材料〔18〕和〔20〕固定在不旋转的支撑轴〔19〕上，转子则为外筒式结构，转子筒上镶有2P个与定子导磁铁芯〔12〕宽度约略相等的转子导磁铁芯，(高导磁薄片材料制成)当转子导磁铁芯与定子导磁铁芯〔12〕对齐时，磁路磁链最大，二者分离时，磁链减小，转子导磁铁芯纵向剖面如果为虚线所示，则定、转子铁芯间构成多气隙结构这种多气隙结构可以提高发电机的输出功率，为了拆装方便，转子也要如图10虚线所示作成m段可拆卸结构，这种结构的工作原理也与图2结构相同不再赘述。
图12是永久磁极径向布置的双定子结构磁能发电机横向剖面图。由图可见与图2不同的是转子内部还有一个内定子、内定子上也有2P个永久磁极〔11′〕2P个导磁铁芯〔12′〕和2P个电枢线圈〔13′〕，转子为杯形结构镶有2P个用高导磁薄片材料制成宽与定子导磁铁芯〔12〕宽约略相等的转子铁芯，转子由驱动电机带动旋转，内定子装在不旋转的支撑轴〔19〕上，外定子装在机壳〔9〕上，内、外定子固定不动，这种双定子结构特别适合于大功率磁能发电机。
永久磁极切向布置的磁能发电机(如图6所示结构)也可以作成双定子结构。
同理永久磁极轴向布置的磁能发电机(如图10、图11所示结构)也可以作成双定子结构。这种双定子结构又可分成单气隙和多气隙两种型式。
下面叙述磁能发电机产生电能和维持转子持续运转的原理。
磁能发电机中，永久磁极的磁势为不变值，当转子磁极中心与定子磁极中心对齐时(转子失调角θ＝0稳定平衡点)磁路磁阻最小，磁通最大、磁极内储能最大、电枢绕组中匝链磁通最大。当转子槽中心与定子磁极中心对齐时，(θ＝±π，不稳定平衡点)磁路磁阻最大，磁通最小，磁极内储能最小，电枢绕组中匝链磁通最小。因此当转子旋转时，电枢绕组中匝链磁通虽然方向不变但大小将周期变化而产生感应电势。转子在(-π＜θ＜0)区间，永久磁极吸引转子对转子施加加速力矩T+(平均值);转子在(0＜θ＜π)区间永久磁极吸引转子对转子施加减速力矩T-(平均值)。当电枢电流为零时，因结构是对称的故有T+＝T-，转子旋转时轴上平均力矩为零。
由于磁能发电机是m相平衡系统，为简单计只考查三相磁能发电机A相中转子的一个极从θ＝0至θ＝π(严格说来为θ＝ (π)/6 至θ＝ (5π)/6 区间)区间的能量转换关系。θ＝0时，A相电枢线圈匝链的磁通为最大值，当转子向前旋转磁路磁阻逐渐增大、磁极内储能逐渐减小与电枢线圈匝链的磁通逐渐减小，在电枢线圈内产生感应电势We(W-每极匝数，e-匝电势)。此时若电枢线圈外部回路经过负载闭合则将产生电流i，根据楞次感应定律，电枢线圈电流的方向为阻止电枢线圈内磁通的减弱，即电枢电流所产生的磁势Wi为增磁磁势，它将使磁路内的磁通以高于没有电流时的值逐渐衰减，在此过程中有部分磁能转换为电能输出。同时定子磁极与转子极间的吸引力也因磁通有所增加而增大，减速力矩平均值增大为T′-(力矩增大程度与电流波形形状及大小有关)。由于是三相半波整流，当A相绕组流过电流时，B相、C相绕组中没有电流，因此B段和C段定子磁极对转子极产生的加速力矩和仍为T+(因没有电流时三相合成力矩为零)于是转子轴上力矩不再平衡，平均减速力矩T′-大于平均加速力矩T+，转子速度将降低，欲维持转子速度不变需由驱动电机向转子轴补充机械能WJ。
WJ＝(T′-+T+)ΔθM(1)
(1)式中ΔθM＝ (Δθ)/(2P) 为机械失调角而在(π＞θ＞0)区间，A相电枢绕组流过电流时产生电能Wdwd=∫0IIωwiedt=∫0πwiedθ---(2)]]>(2)式中ω为角频率电能Wd表达式(2)表明磁极磁通随转角θ变化的函数关系将决定Wd的大小，而磁通变化规律由磁阻变化规律决定，故可根据电机设计已有知识设计出符合给定变化规律的磁极、导磁铁芯及定、转子磁路各部分的几何形状及尺寸。
对有2P个磁极，每秒转数为fm，相数为m的磁能发电机，输出电功率Pd为Pd＝m(2P)2fmWd (3)对应的由电枢电流在转子轴上产生的不平衡力矩而产生的机械功率PJ为PJ＝m(2P)2fmWJ(4)根据磁能发电机的状态方程可以推出输出电功率Pd与输入机械功率PJ之差为Pd-PJ＝ (m)/2 (2P)2fm(WI)2d∧ (5)式中d∧-由电枢线圈确定的磁导的变化量由(5)式可见磁能发电机与普通发电机不同的是Pd-PJ≠0，欲使磁能发电机持续旋转并输出电功率，必须保证Pd/PJ＝N＞1，只有N＞1才有可能使系统的效率η大于1。但仅有N＞1的关系存在，还不能保证磁能发电机持续旋转和有净输出电功率。因磁能发电机和驱动电机都存在轴承摩擦损、风损和铁损等组成的空载损耗功率PJF和PJD，还有绕组铜损PSF和PSD(包括驱动电机励磁绕组铜损)。磁能发电机要持续旋转并输出净功率Pdy还必须满足下式Pdy＝Pd-PSF-PJF-PJ-PJD-PSD＞0 (6)∵Pd＝NPJ由(6)式有Pd-PSF＞Pd/N+PJF+PJD+PSD求得系统效率ηη＝ (Pd- PSF)/(Pd/N + PJF+ PJD+ PSD) ＞1(7)可见只有功率足够大既满足N＞1又满足η＞1的磁能发电机才能作到持续运转并输出净功率，不满足(6)式的磁能发电机虽然N＞1的关系仍然成立，但因其效率与普通发电机一样小于1，故仍需外界输入能量才能持续旋转。
实验发现磁能发电机输出的电功率Pd随转速升高而单调增大，而与电枢电流对应的不平衡力矩产生的机械功率PJ当接线方式、连接极性和负载确定不变以后与转速的关系却较复杂。当转速较低时，有PJ＞Pd，转速升高后PJ下降，在某一转速n1时有PJ＝Pd的关系成立，定义n1为第一临界转速。当n继续升高PJ继续变小直到PJ＝0，定义此时的转速n2为第二临界转速。在n1＜n＜n2区间有Pd＞PJ＞0，当n＝n2时有Pd＞0，PJ＝0。转速n继续升高则有PJ＜0，即n＞n2时有Pd＞0，PJ＜0的关系存在。这时磁能发电机不但输出电功率，还输出机械功率PJ＝ (Pd)/(N) 。即相当于在电动状态却有电功率输出，磁能既转换为电能又转换为机械能输出。
n＞n2时，PJ＜0的现象很有意义，如果设计得当(磁能发电机的空载损耗PJF设计得较小，Pd较大)，当PJ＝ (Pd)/(N) ＞PJF时，而驱动电机与磁能发电机之间用电磁离合器连接时;则可将磁能发电机与驱动电机脱开，磁能发电机可独自持续运行并向外输出电功率。
如果磁能发电机功率较大，输出的PJ使PJ＝ (Pd)/(N) ＞PJF+PJD+PSD成立时，则会出现磁能发电机本身既输出电功率又输出机械功率带动驱动电机旋转并使驱动电机变为发电机运行也同时向外输出电能。
实验还发现当接线方式、连接极性和转速固定不变而只改变负载电阻阻值时，当负载阻值越小、负载电流越大，比值N＝Pd/PJ随阻值的减小而增大。负载阻值也影响临界转速n1和n2，负载阻值越小n1和n2值越低。负载性质也有影响。当电阻负载改为电感负载，在同样的负载电流下，电感负载时的N值较电阻负载要大一些，临界转速也低一些。
上述实验中发现的PJ和Pd/PJ比值随n或I的变化而变化现象，都可用电流波形峰值相对于定位力矩波形间的相位移动得到解释。例如n＝n2时，如果增磁方向脉冲电流上升和下降段的波形是对称的，而电流正好在定位力矩矩角特性的过零点达到峰值，则在0＜θ＜π区间使减速力矩增加值等于在π＜θ＜2π区间使加速力矩增加值。故平均力矩仍然为零，即PJ＝0。n＞n2时PJ＜0也不难得到解释，即此时电流峰值落在π＜θ＜2π区间因而在π＜θ＜2π区间使加速力矩增加值大于在0＜θ＜π区间使减速力矩增加值，平均力矩为加速电动力矩方向，故PJ＜0即输出机械功率，其余情况不再赘述。
实验发现永久磁极产生的定位力矩峰值一般不在 (π)/2 处出现，即力矩峰值角θm＜ (π)/2 ，因此采用m相定、转子铁芯很难使定位力矩平衡，大功率磁能发电机永久磁极产生的定位力矩很大，定位力矩要达到平衡理论上只在θm＝ (π)/(m) (m≥3)的条件满足时才能作到，这在工程上较难作到。故设计时除尽量作到θm≈ (π)/(m) 外，驱动电机上可加装飞轮，联轴器〔7〕改用电磁离合器，起动时先将驱动电机和飞轮起动到额定速度，然后控制电磁离合器使磁能发电机轴与驱动电机轴连结在一起而完成起动。由于驱动电机轴上装有飞轮，可利用飞轮的动能克服磁能发电机的不平衡力矩使大功率磁能发电机能用较小功率的驱动电机驱动。
下面结合实施例具体参数，进一步说明磁能发电机的运行原理和性能。
图2实施例永久磁极径向布置，2∶17型钐钴永久磁极尺寸22×40×10mm永久磁极剩余磁通φr＝79200MX矫顽磁势Fc＝5750A，磁极数2P＝16，极宽bτ＝22mm，磁极长L＝40mm转子极外表半径R＝149mm，气隙g＝0.4mm，θ＝0时最大工作磁通φmax＝75500MX，θ＝±π时最小工作磁通φmin＝57000MX;(0＜θ＜π)或(0＞θ＞-π)区间磁通最大变化量Δφ＝18500MX，fm＝50〔1/S〕。
为计算出转子极从θ＝-π至θ＝0区间所生电能Wd和消耗的机械能WJ，设磁通φ按θ角的余弦规律变化，电枢线圈产生的电枢反应磁势幅值WI为永久磁极矫顽磁势Fc的0.36倍，即WI＝0.36Fc＝2070A。根据(2)式并根据实验考虑电枢反应对合成磁通值的影响计算得到Wd＝0.11458〔J〕。
根据实验可取N＝5，即WJ＝ (Wd)/5 ＝0.0229〔J〕由(3)式得到输出电功率PdPd＝3×(16)2×50×0.11458＝4400W由(4)式得到机械功率PJPJ＝3×(16)2×50×0.0229＝880W设计时使PJF＝800W，PSF＝700W，PJD＝600W PSD＝400W。则磁能发电机的净输出电功率Pdy由(6)式求出Pdy＝4400-700-800-880-600-400＝1020W系统效率η由(7)式求得η＝ (4400-700)/(880+800+600+400) ＝1.38＞1因N＝5＞1，η＝1.38＞1，磁能发电机持续旋转并向外净输出约1kW电功率。
图2实施例运转一年净输出磁能ΔE为
ΔE＝(4400-880)×365×24×3600＝1.1100672×1011〔J〕所消耗的磁极质量ΔM为ΔM＝ (△E)/(C2) ＝ (1.1100672×1011)/((2.998 ×108)2)＝1.23505419×10-6〔kg〕即图2实施例运转一年仅消耗1.235毫克磁钢，按1000元/公斤计算，其价值可忽略不计，足见磁能发电机所生电能的成本是最低的。
本发明相比现有技术具有如下优点1、本发明直接将磁能转换成电能输出，产生电能过程中不消耗机外物质也不产生污染物，将为人类提供一种既能避免产生“温室效应”酸雨、放射性残渣等污染又能提供电能的新发电设备。
2、本发明作为发电设备没有锅炉、汽轮机(水轮机)等中介环节，故功率超过一百千瓦的设备每千瓦造价远低于核能发电，也低于火力发电。
3、本发明是将磁能转换为电能，仅消耗磁钢质量，而每年消耗量又微不足道，加上没有中介环节，设备构成简单，维护费用低廉，因此其发电成本与现有发电技术相比也将是最低的。
4、本发明发电机负载电流越大产生的机械功率却越小，发电机不会因负载增加而降低转速，为维持转速恒定只需调节负载电流不需要复杂的调节励磁设备。
5、本发明设计得当，当转子转速高于n2时可以脱开驱动电机独自持续运转或带动驱动电机旋转使驱动电机处于发电状态。因而可以得到没有驱动电机的发电机或者可以得到两种不同频率的电能例如磁能发电机经整流装置供给直流电，驱动电机为同步电机时可供给50HZ交流电，也可以在磁能发电机轴上带上机械负载即磁能发电机既输出电能又输出机械能。
6、本发明还可用在螺旋浆飞机、轮船、火车、汽车、电车等交通工具上，使现有交通工具的续航能力增大到几乎“无限”，且不对周围环境产生污染。
权利要求
1.一种利用永久磁极贮能产生电能的磁能发电机，包括发电机[1]、驱动电机[6]、半波整流装置[2]、切换控制装置[4]蓄电池组[5]，本发明的特征是在类似磁阻式、反应式同步电机或步进电机的定子铁芯[10]上，放置永久磁极[11]，导磁铁芯[12]和电枢绕组[13]，转子铁芯[14]导磁部分用高导磁材料制作，电枢绕组[13]与永久磁极[11]间无相对运动，电枢绕组匝链的磁通方向不变，但大小随转子旋转周期变化，而产生感应电势，流过电流时产生的电能大于维持转子持续旋转的机械能，为得到允许的最大输出电功率，电枢绕组[13]经单向半导体功率器件组成的半波整流装置[2]与电负载[3]连接，连接极性使电枢绕组[13]只在增磁方向流过电流，电枢绕组[13]也可不经整流装置[2]直接向电负载[3]供应较额定值小得多的交流功率。
2.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是定、转子可由m段铁芯组成，每段为磁能发电机的一相。m段定、转子铁芯的位置装配应力求得到m相力矩平衡系统，单相磁能发电机为减小速度波动轴上可加装飞轮。
3.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是定、转子铁芯的极数相同，极距约略相等。
4.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是永久磁极矫顽磁势为常值不变。而定、转子磁路磁阻是转子失调角θ的函数即磁路磁链当转子旋转时是不断变化的，电枢绕组应置于磁路磁链变化最大处。
5.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是电枢绕组输出功率Pd随转子速度n升高而增大，对应的机械功率PJ也随转速升高产生变化当转速n低于第一临界转速n1时，0＜Pd＜PJ;当n1＜n＜n2(第二临界转速)时，Pd＞PJ＞0;当n＝n2时，Pd＞0，PJ＝0;当n＞n2时，Pd＞0，PJ＜0，即此时磁能发电机既输出电功率也输出机械功率。
6.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是驱动电机〔6〕可以是直流电动机、磁阻电机，当有公用电源时也可以是同步电动机，当设计得当时，磁能发电机额定转速高于第二临界转速n2时能同时输出电功率和机械功率PJ，且PJ值大于其空载损耗功率时，磁能发电机也可脱离驱动电机〔6〕独自持续运行并向外供应电能，当输出机械功率更大时，还可带动驱动电机发电。
7.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是永久磁极可径向布置如图3所示，或切向布置如图6所示，或轴向布置如图10、图11所示。
8.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是转子可以是盘式结构如图8、图9所示。
9.按权利要求1、7所述的磁能发电机，其特征是转子为杯形结构，定子可作成永久磁极径向置放的内、外两个如图12所示;或定子可作成永久磁极切向置放的内、外两个;或定子可作成永久磁极轴向置放的内、外两个。
10.按权利要求1所述的磁能发电机，其特征是为减小大功率磁能发电机驱动电机容量，驱动电机轴上可加装飞轮，联轴器〔7〕可用电磁离合器代替，起动时待驱动电机和飞轮已达额定转速时，电磁离合器才使磁能发电机与驱动电机连结在一起。
全文摘要
磁能发电机。它是一种利用磁极物质产生电能的装置。本发明在类似多段式反应同步电机、磁阻电机或步进电机的定子铁芯中装设永久磁极、导磁铁芯和电枢绕组，每段为其一相，定、转子极数、极距相等，转子由直流电动机、磁阻电机或同步电动机驱动，而驱动电机由磁能发电机本身产生的电能供电，电枢绕组产生的电能大于维持转子持续旋转的机械能。
文档编号H02N11/00GK1041672SQ8810578
公开日1990年4月25日 申请日期1988年10月6日 优先权日1988年10月6日
发明者袁刚之 申请人:袁刚之