專利名稱：一種往復式永磁直線發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種往復式永磁直線發電機。
背景技術：
車輛在道路行駛產生的振動，船在海面航行海浪的沖擊，及其他一些機械振動都是綠色能源；利用這類能量最直接有效的是往復式永磁直線發電機。但是盡管目前已出現了多種往復式永磁直線發電機設計，卻都沒有得到廣泛應用，效率低是其主要原因。在電磁感應現象的基礎研究(如中學物理課本)中，有這么一個例子，把一個線框的一個邊放進勻強磁場中，使其運動,線框產生電流；把這個邊的對邊放進勻強磁場中，使其運動，線框還產生電流。而把兩個對邊同時放進勻強磁場中，使其運動，而線框卻不產生電流。對這一現象的傳統解釋是穿過閉合電路的磁通量發生變化，電路中會產生感應電流；從而得出的結論只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，才有感應電流。那么穿過電路的磁場不發生變化，電路真的不感應電流嗎？實際上并非如此。從根本上看，只要導線在勻強磁場中做切割磁感線的運動，該導線就產生感應電流。一個線框的兩個對邊放進同一勻強磁場中，由于兩個對邊運動的方向，切割的磁力線的方向也一致， 產生電流的方向也是一致的，而兩個對邊在同一方向上是連在一起的，這樣就形成了兩個方向完全相反的電流，反向電流相互抵消，所以就測不到電流。假若把一個線框兩對邊分別放進兩個磁力線方向完全相反的勻強磁場中使其運動，就能測到線框產生的電流。無獨有偶，永磁體在螺線管內的運動也是反向電流相互抵消的例子，當螺線管的長度小于永磁體的長度，或者永磁體的運動幅度超出了螺線管的長度范圍，螺線管因永磁體的運動正常產生電流。當螺線管的長度大于永磁體的長度，而且永磁體的運動幅度在螺線管的長度范圍時，螺線管產生很小的電流，甚至不產生電流。原因在于，當螺線管的長度小于永磁體的長度時，螺線管只能切割永磁體一端的磁力線，產生一個方向的電流。而永磁體的運動幅度超出了螺線管的長度范圍時，螺線管因永磁體的一個磁極超出其范圍，另一個磁極的磁力線單獨被切割而產生一個單向電流。而當永磁體的長度小于螺線管的長度，而且永磁體的運動幅度在螺線管的長度范圍內時，螺線管同時切割永磁體的兩個磁極，即N極和S極的磁力線，由于N極S極的磁力線方向相反，而在螺線管上產生兩個方向完全相反的電流，兩個反向電流相互抵消，因此就沒有電流輸出。申請人:總結得到造成永磁直線發電機效率低的關鍵原因是反向電流的存在。目前，本領域技術人員在設計各種往復式永磁直線發電機時，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強度，這樣做，也許能增加發電量，但在增加正向電流的同時也增加了反向電流，無法從根本上提高發電效率。
發明內容
本發明旨在提供一種新的往復式永磁直線發電機，以期從根本上提高發電效率。為實現以上發明目的，本發明給出的基本技術方案如下
一種往復式永磁直線發電機，包括動力傳輸桿、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相對運動；其特殊之處在于螺線管線圈繞組在軸向上分為多個相互獨立的分繞組，多個分繞組的輸出通過倒相-整流電路整合輸出；每個分繞組的長度等于或小于永磁體的長度(理論上可以接近于O)。每個分繞組的長度等于永磁體的長度時，產生的反向電流的比例較小，基本滿足高效率的輸出；隨著其長度的減小，效率提高。上述螺線管線圈繞組總長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做往復運動)，可以保證機械做功能夠得到完全轉化。假設磁中性區為永磁體兩磁極之間的磁力線與永磁體長度方向的夾角小于30度的永磁體中部區域,則每個分繞組的長度等于或小于永磁體的磁中性區的長度。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產生、且相位相反電流的兩個分繞組反向串聯，并在這兩個分繞組的串聯回路的總輸出端接一個橋式整流電路；或者每一個分繞組的輸出端分別接一個橋式整流電路。當然，倒相-整流電路也可以采用其他各種公知的可實現整流和倒相功能的電路形式(模擬電路、數字電路均可)。上述整合輸出是將各個橋式整流電路的輸出端并聯或串聯輸出，尤以串聯效果更佳。所有的分繞組在同一線圈骨架上繞制而成較好。上述動力傳輸桿是與永磁體的一端剛性連接,這種以動力傳輸桿帶動永磁體做往復運動的方式較適宜。本發明具有以下技術效果 I、從根本上提高了往復式永磁直線發電機的發電效率。2、結構簡明、實現成本較低，便于推廣應用。
圖I :本發明原理示意圖；圖2 :傳統永磁直線發電機螺線管線圈繞組示圖；圖3 :本發明螺線管線圈繞組第一種倒相-整流結構形式示意圖；圖4 :本發明螺線管線圈繞組第二種倒相-整流結構形式示意圖；圖5 :永磁體的磁中性區和磁極劃分圖。附圖標號說明I-線圈骨架，2-線圈繞組，3-永磁體，30-磁中性區，31-磁力線，4_動力傳輸桿， 5-中心軸，6-發電機護殼，7-(兩端的)護殼蓋，8-橋式整流電路，9、10-反向串聯接線，21、 22、23、24-分繞組，al、a2、bl、b2、Cl、c2、dl、d2-分繞組輸出接線端子。
具體實施例方式本發明采用兩組或多組短螺線管線圈代替傳統的長螺線管線圈，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。多個倒相-整流電路的輸出端可以并聯或串聯。當永磁體在這樣的線圈內運動時，兩個磁極在同一線圈內運動的距離就會縮短，這樣就會減少反向電流的產生，即產生的電流被反向抵消就少了，輸出效率實現了質的提高。當兩個磁極分別在兩組螺線管線圈內運動，兩個螺線管線圈都產生電，由于兩個磁極的磁力線方向相反，兩個螺線管線圈產生的電流方向也相反，因此不能輸送到同一電路，否則就會產生相互抵消。為了使同時產生電流的兩組線圈產生的電流能同時輸送到同一電路，本發明在線圈的輸出端接有倒相-整流電路，分繞組產生的電流經倒相、整流后就可輸送到同一電路輸出。關于倒相-整流電路，本發明給出以下兩種具體形式。一種是倒相、整流分別完成，即先把同時產生電流的兩個分繞組反向串聯，然后再將這兩個分繞組的串聯形成的輸出端接一個橋式整流電路。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橋式整流電路。前一種方法好處是節省整流電路，缺點是要求兩磁極進出兩組繞圈時間要同步， 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電機。若超過4組， 由于永磁體只有兩個磁極，多組反向串聯只能同時使兩組線圈產生電流，而其余繞組由于不產生電流，就會成為產生電流線圈的負載，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橋式整流電路，這樣螺線管線圈繞組相互獨立互不干擾，所以不要求磁極進出線圈同步。而且組數多時沒有負載效應。缺點是組要的整流電路多。經倒相、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或串聯，可成為發電機總輸出端。經試驗，串聯的輸出效果優于并聯。經實驗，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，按照傳統方式，發電電壓為8-10V、電流為80-100μ A，本發明產生的發電電壓達到 18-20V,電流 150-200 μ A。分繞組的長度有兩個臨界，一是分繞組的長度等于永磁體的長度，此臨界值是純反向電流和反向電流減少臨界，另一個是分繞組的長度等于永磁體的磁中性區長度時，此臨界值是單向電流與反相電流增加臨界。在兩個臨界之間，即分繞組的長度由等于永磁體長度到等于永磁體的磁中性區長度，在這個范圍內，隨著分繞組的長度增加，反向電流增加，隨著分繞組的長度減少，反向電流減少，當分繞組長度超過永磁體長度時，超出部分不產生單向電流，只產生反向電流。當每個螺線管(分繞組)長度減小到永磁體的磁中性區長度，螺線管不產生反向電流，效率能夠達到90% (電路的電阻等損耗計算在內)，如果繼續減小螺線管的長度，效率不發生改變，例如，永磁鐵的磁中性區長10厘米，用一個9厘米的螺線管和9個I厘米螺線管，如果永磁體在這兩個繞組中的往復運動(做功)相同，那么這兩個繞組產生電量也近似相等。因此，每個螺線管的最佳長度可以是在大于O、等于或小于永磁體的磁中性區之間。從圖I可以看出，當永磁體向磁極S方向運動時，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。螺線管線圈繞組21、23同時產生電流，因21、23產生的電流方向相反，不能輸送到同一電路，否則21、23產生的電流就會相互抵消。因此要對21、23產生的電流進行倒相，由于21、23兩線圈同時產生電流，即可以反向串聯倒相，也可以橋式整流電路倒相。反向串聯倒相，是把 21、23兩個繞組一個順時纏繞，一個反時針纏繞。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，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端接一個橋式整流電路的輸入端。由于前面采取了反向串聯，21、23電流的反向達到一致，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。當永磁體繼續向S極方向運動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。22、24產生的電流同樣是相反電流，因此也就經過倒相、整流后輸送總輸出端。假如永磁體繼續向S極方向運動，可以在繞組24之外繼續增加分繞組；這主要取決于永磁體的運動行程。對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，可以構成多組反向串聯(此時就不一定是相鄰分繞組反向串聯了)，只是，此時在永磁體的每一次往復運動周期內，將會有多余的繞組作為負載消耗電量，因負載效應而影響電流的輸出效率。因此，對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。
權利要求
1.一種往復式永磁直線發電機,包括動力傳輸桿、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相對運動；其特征在于螺線管線圈繞組在軸向上分為多個相互獨立的分繞組，多個分繞組的輸出通過倒相-整流電路整合輸出；每個分繞組的長度等于或小于永磁體的長度。
2.根據權利要求I所述的往復式永磁直線發電機，其特征在于螺線管線圈繞組總長度大于或等于永磁體的行程。
3.根據權利要求I所述的往復式永磁直線發電機，其特征在于假設磁中性區為永磁體兩磁極之間的磁力線與永磁體長度方向的夾角小于30度的永磁體中部區域，則每個分繞組的長度等于或小于永磁體的磁中性區的長度。
4.根據權利要求I至3任一所述的往復式永磁直線發電機，其特征在于，所述的倒相_整流電路米用將同時產生、且相位相反電流的兩個分繞組反向串聯，并在這兩個分繞組的串聯回路的總輸出端接一個橋式整流電路；或者每一個分繞組的輸出端分別接一個橋式整流電路。
5.根據權利要求4所述的的往復式永磁直線發電機，其特征在于所述整合輸出是將各個橋式整流電路的輸出端并聯或串聯輸出。
6.根據權利要求4所述的的往復式永磁直線發電機，其特征在于所有的分繞組是在同一線圈骨架上繞制而成，或者各個分繞組單獨繞制后組合在一起。
7.根據權利要求4所述的的往復式永磁直線發電機，其特征在于所述動力傳輸桿是與永磁體的一端剛性連接。
全文摘要
本發明旨在提供一種新的往復式永磁直線發電機，以期從根本上提高發電效率，包括動力傳輸桿、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相對運動；螺線管線圈繞組在軸向上分為多個相互獨立的分繞組，多個分繞組的輸出通過倒相-整流電路整合輸出；每個分繞組的長度等于或小于永磁體的長度。本發明從根本上提高了往復式永磁直線發電機的發電效率，結構簡明、實現成本較低，便于推廣應用。
文檔編號H02K35/02GK102594083SQ201210051380
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者張有權 申請人:張有權