[发明专利]用于交突变磁场能量的收集和转换的方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及磁场能量的收集和转换的方法及装置。

背景技术

当今，先进的工业领域及能源领域需要更多体积更小却更高效的发电装置。现有的发电装置主要还是电机和发电机。对于一般交流电机而言，电机体积与电机转矩有关，而电机转矩取决于磁通和电流的乘积，因此，电机体积受到气隙磁密和导体允许的电流面密度的限制。而气隙磁密本身也是受到限制的，比如，常规交流电机的气隙磁场要求为正弦波，而永磁电机由于气隙主磁场由永磁体产生，其气隙磁密更是受到硅钢片最大磁密(如1.2T)的限制。对于径向磁通电机，绕组和磁通之间存在尺寸上的制约(通磁通的齿部和布置绕组的槽的尺寸直接影响电机定子直径)，要提高功率密度，一般采用提高绕组利用率实现，如采用分段铁芯和集中绕组的办法实现高的槽满率；对于横向磁通电机，一般采用提高绕组空间以提高功率密度，但这样的提高也很有限。此外，电机电流流过绕组的电流密度与损耗和绕组温升直接相关，在冷却方式和绝缘确定的情况下，电流密度也受到限制。总之，当前常规的电机或发电机的结构严重制约了其在效率提升和小型化的实现上的改进。

因此，开发一种全新的高功率密度和小型化的发电装备具有重要的现实意义，以满足当前先进的工业领域及能源领域对于高功率密度的小型化的电机或发电机的迫切需要，尤其是满足在车载、机动场合的电源系统领域的迫切需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供用于交突变磁场能量的收集和转换的方法及其实现装置，改变了常规电机稳态磁场条件下的电机设计和运行理论，对于磁场发生极性变化的区域能量进行收集和转换，从而大大提高磁场利用率，在发电效率和装置小型化方面更是显著优于普通发电机。

一种磁场能量收集和转换的方法，包括以下步骤：

(1)产生具有南北极性交变区域的磁场；

(2)在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；

(3)进入所述磁场的南北极性交变区域，在一个磁场极性下将当前所产生的电势能和磁场能进行收集，在下一个相反的磁场极性下，将当前所产生的电势能和磁场能与在上一个磁场极性下所收集的能量共同输出；

(4)储存或使用所述输出的能量。

一种实现上述磁场能量收集和转换的方法的装置，包括：

磁场源产生装置，用于产生具有南北极性交变区域的磁场；

能量收集单元，用于与所述磁场源产生装置所产生的磁场发生相对运动，并在所述磁场的南北极性交变区域产生交变的电势；

能量转换单元，用于实现在一个磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能进行收集，并在下一个相反的磁场极性下将所述能量收集单元当前所产生的电势能和磁场能以及在上一个磁场极性下收集的能量输出；

储能单元和/或负载，用于接收所述能量转换单元输出的能量。

其中，

所述磁场源产生装置的数量可以为一个，也可以为多个。

所述磁场源产生装置可以为至少一对永久磁钢，也可以为至少一组通电线圈，均能产生具有不同极性(即南北极性)交变区域的磁场。

在本发明的一具体实施例中，所述磁场源产生装置由若干对永久磁钢或多组通电线圈组成，并在空间方向按南北极交替的顺序排列，所产生的磁场中形成若干个交变磁场区域。

所述能量收集单元设置在所述磁场源产生装置的下方，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度，小于所述交变磁场区域的宽度且大于所述交变磁场区域的宽度的1/3。

进一步优选的技术方案中，所述交变磁场区域的宽度与所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度之比为1.1～1.6。

在本发明的一具体实施例中，所述能量收集单元为导体和/或线圈。

在本发明的一具体实施例中，所述能量收集单元为至少一个导体、至少一组导体或至少一组线圈。

在本发明的一具体实施例中，所述能量收集单元由多个导体串联连接而成，当导体与所述磁场发生切割磁力线的相对运动时，各个导体在所述磁场中产生的电势方向一致，可以实现能量的连续收集。这里，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度为导体的直径(圆形)或宽度(方形)。

这里的每个导体也可以为同一槽内多根并联导体所替代。在这种情况下，同一槽内各导体直径之和接近槽口宽度，所述能量收集单元在磁场垂直面的投影宽度即为槽口宽度。