專利名稱：電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明隸屬機電能源動力領域，主要涉及一種利用電磁作用產(chǎn)生機械運動能量的裝置與其方法。
背景技術：
我們現(xiàn)在使用的各類電動機既是一種利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，通過電流的通斷或換向在定子與轉子間形成定向磁力作用而驅動運轉的，其鐵芯電勵磁工作狀態(tài)一般在非線性區(qū)。在已有電力電子裝置中，普遍見有由勵磁繞組和鐵心組成的電磁設備等相近技術的應用如工業(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)；電氣開關中的繼電器是當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斷等操控；電氣裝置中所采用的旋轉電磁鐵、步進電機等亦是由鐵芯外部線圈中通入勵磁電流時驅動轉齒位移帶動機軸旋轉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，穩(wěn)定工作狀態(tài)或增強可調性，其目的是以達能量轉換、操縱運移或工況控制等。而本類裝置雖也是利用電流通過線圈激磁鐵芯產(chǎn)生大的電磁作用力，由磁力產(chǎn)生機械運動能量，但是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，回收反饋激磁繞組電感衰減能量，以大幅提高供電能量的輸出效益比，有鑒于此，它是與現(xiàn)有各類電機等原動機不同意義的一種機電能量產(chǎn)生裝置，其與既往裝置工作狀態(tài)與所達目的亦不同。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的電磁運動能量產(chǎn)生裝置與其方法即是采用以下技術過程來實現(xiàn)的。I工作原理眾所周知，自然界存在鐵磁相吸與同極相斥這種磁力作用并已被我們廣泛利用之。但磁場是位場，這種性質不因方向、位置的不同而改變，自然，想利用這種磁力使機器持續(xù)運轉，則必須提供某種外部條件，使其相對位置周而復始方可形成連續(xù)轉動。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機械裝置。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?，F(xiàn)有多數(shù)電機中都使用鐵磁材料構成鐵心，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強度可增大幾百甚至幾千倍。直流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換裝置，它由磁極產(chǎn)生磁場，通入電樞繞組的電流方向隨運動位置而變來產(chǎn)生單向持續(xù)磁力作用，其理論機電能量轉換方程式Ee(輸入電能量Π) = e-IY+IY2RY, Iy2Ry是電樞總電阻將電流動能轉化為熱量的部分，ε_Ιγ是轉化為機械能時由繞組中所謂感生反電動勢所消耗(抵減)的能量，輸入能量與輸出能量總量相等。其中電機的各種有功損耗均將變成熱量，使電機溫度升高。而本類所述運轉裝置是在類似于常規(guī)電機本體上，借助定子與轉子高磁導高磁飽和鐵芯工作極上所設勵磁繞組的電流激磁作用，在定子與轉子電磁運轉的一定相位區(qū)間，電激鐵芯進入磁飽和態(tài)相吸與或相斥推動轉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(功率)而利用鐵磁質間的磁力作用產(chǎn)生大的機械運動能量(功率)輸出，即(Em+IY2RY) > Ee(UI)。Em為裝置產(chǎn)生的機械運動能量，Iy2Ry為電樞電阻將輸入電流電子動能轉化為熱的部分，Ee(UI)為裝置輸入的總電量，因此，它是與現(xiàn)有各種原動機不同意義的一種機電能量產(chǎn)生裝置。磁動發(fā)電機則是把磁動機和發(fā)電機復合成一個工作系統(tǒng)，通過機電轉換及回輸維持磁動機的運轉，使其成為一種輸出大于輸入而自持運轉的機電能量產(chǎn)生裝置。I. I 一些基本概念在物理學中表述單位介質磁化程度的術語常用磁感應強度-簡稱磁強或磁感應密度-簡稱磁密或磁通密度來表示，本文中既稱磁感應強度-簡稱磁感或磁強。為了便于該類裝置工作原理及基本特征的說明，這里需要重申的兩個基本概念是(I)磁導率在激磁與傳導中的區(qū)別由物理實驗證明，通電線圈會產(chǎn)生激磁場，但相同電流線圈而不同介芯材料卻可產(chǎn)生不同的磁感應強度，表現(xiàn)為不同的磁力大小。例如在載流線圈中分別充入形狀大小相同的銅、鋁、鐵時其磁力作用并不同，原因是線圈電流磁場對其中心介質產(chǎn)生激發(fā)磁化H =B/ ( μ -I)，B = μ Λ^建立磁感應強度B = Β0+Β/，因鐵磁質具有很高的非線性激化磁導率μ，在同樣的磁場強度下，與空氣或弱磁材料相比，鐵磁質中磁感強度B要大得多，而顯示強的磁力作用。由此，激磁是在繞組電流作用下介質中所產(chǎn)生的磁化作用，其強度除與激磁安匝IN相關外，還與介質材料本身磁導率也稱導磁系數(shù)μ及介質磁飽和值Bs相關，真空磁導率μ^ = 4π X10_7(H/m)或(Wb/A ·ηι),介質磁導率μ = μ C1 μ 1 ,其值大小與相對磁導率μ ^成正比。在工程上一般用磁感應強度B和傳導電流產(chǎn)生的激磁場強度H的比值定義為磁導率μ或以某點微分磁導率Ud = dB/dH來表示點處狀態(tài)，它亦反映了給定磁場時產(chǎn)生磁感的難易程度。而導磁則是由別的磁勢源所產(chǎn)生經(jīng)傳導的磁強，其不同截面體中磁感B與面積S的乘積等于常數(shù)C，即磁路截面體中磁通不變B1S1 = B2S2，其最大值<磁勢源磁通。雖激磁與傳導的本質均是介質微觀運動電荷或狀態(tài)的一種屬性，但其區(qū)別在于激磁是電流磁場對介質微觀構態(tài)的直接激化(激磁電流+表面電流)，而傳導則是介質微觀對磁源極化力的感應傳遞(感應誘導電流方向)，其不同條件狀態(tài)的磁導率μ既有不同的意義。(2) 一個重要的基本概念即鐵磁飽和性鐵磁性物質由于磁化所產(chǎn)生的磁感應強度B并不隨外磁場H的無限增大而增大，Bpe H曲線隨H增強而趨向平緩，即微分磁導率μ d = dBFe/dH呈非線性減小，當外磁場達一定強度時，磁性物質的磁疇方向全部轉向與外磁場方向一致，其后的微分磁導率dy r =、1，磁感應強度不再增加時既達到該物質磁化感應強度的飽和值，這種狀態(tài)就稱為磁性材料的鐵磁飽和用Bs表示，如圖I所示。圖中1是磁場內(nèi)鐵磁性物質的磁導率μ r曲線；2是磁場內(nèi)鐵磁性物質磁感應強度BFe非線性曲線，其中O a段磁感應強度隨磁場H近似成正比增加，a b段磁感應強度的增加緩慢下來，b點以后磁感應強度呈直線增加很少，磁導率趨于μ『b為其鐵磁飽和點Bs，Hs為飽和磁場。實驗也證明，含有鐵磁介質內(nèi)芯的電流線圈深磁飽和時的感生行為特征同于相對磁導率 I的空心線圈，但不同于空心線圈的是其蘊有比空心線圈大的多的磁感應強度BSFe。永磁體的磁場及行為特征也完全等效為一個含有磁芯磁導為μ x的通電線圈，而不同于一般電磁體的是其可提供長期穩(wěn)定的磁勢而不需外加電源，但它是位場。由此，既可利用鐵磁介質所具有的這種有用的磁特性及其在磁場中的作用特征，用以組構其不同磁力運動特征的電磁運動能量產(chǎn)生裝置，本文即說明這種不同磁力運動特征的電磁運動能量產(chǎn)生裝置與其方法。I. 2基本工作原理 (I).運轉原理永磁直流無刷凸極電機是我們廣泛使用的一種電磁運轉裝置，當輸入電功率時，通過電機內(nèi)部的電磁作用產(chǎn)生電磁轉矩而驅動機械負載，為本原理敘述的便利，現(xiàn)以這種電機為模予以表述。設永磁直流電機電樞鐵芯極與外轉子鐵軛環(huán)上某一永磁體M兩物相對，Bm為磁體磁感，W為電樞激磁線圈繞組，BFe為其通電鐵芯的激磁感。設磁體磁導率μ r ^ I,相對電樞鐵芯，轉子鐵環(huán)在運轉過程中，可認為回路磁氣隙與磁導不變，因永磁體的存在僅有隨位置的表觀磁場不同，其反電動勢及抗磁阻力即與這種外磁變化相關，而與鐵芯本身磁化磁感Bf6狀態(tài)無關。如果我們在兩者鐵磁相吸趨近運動達近點有阻礙轉子遠離的阻力磁場區(qū)域時接通繞組供電開關，使之變?yōu)殡娂よF磁相斥，轉輪磁體將在斥力作用下做遠離運動，此時，因電激鐵磁抵減磁體M在鐵芯中的傳導及衍激磁感而有BFe，包括線圈電流本身磁感即有B = Bw+BFe,因鐵芯線圈的磁感大為增強，與磁體作用時亦有較大的磁相斥作用力F =BmBw · Sw/2 μ +BMBFe · SFe/2 μ及與其運動相對應的繞組感生反電勢ε _及抗磁阻力。只要我們不斷在所定位置對電磁線圈電流進行通斷控制，對轉子磁體施以間歇吸引或排斥，即可得到一種磁力作用的連續(xù)轉動。在理想線性過程，感生反電勢及抗磁阻力等比于磁體磁場在鐵芯中磁感變化的感抗作用，亦可認為產(chǎn)生的磁作用能Em與其反電勢所抵消褪減電能ε—I (以下將勵磁線圈中由感生反電勢抵消褪減的輸入電能量簡稱為反電勢褪電能)相等。若為空心線圈狀態(tài)時，因其磁導率系數(shù) 1，通電的空心線圈磁感小，與磁體作用時只有較小的磁作用力F = BmBw*Sw/2 μ和與其相對應的感生反電勢ε w_及抗磁阻力。由于鐵芯的加入，過程中磁作用力與其相應的感生抗磁阻力均比空心線圈時顯著增大，滋長與衰減電感也較空心時增大許多，但鐵芯的存在使體積能量密度增高，此即為我們通常所見永磁電機或其它電機的工作特征。但如在鐵磁相吸過近點，電流線圈產(chǎn)生的反向激磁場使鐵芯磁化達磁飽和狀態(tài)后，其鐵芯磁導率將發(fā)生較大改變，深鐵磁飽和線性段的微分導磁系數(shù)CUr 1，近似為空心線圈的磁導率，此時即等效在其空心線圈中加入一個磁導I磁感為B的鐵心磁體。相對定子電樞線圈鐵芯，轉子磁體M在運轉過程中，這種外磁場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，因磁導率 1，其感生反電勢等效電流激磁感很小,或者說感抗很小,此時可認為回路磁導變化與繞組W中的運動感生反電動勢ε w=NS.dB2/dt=2NB2CV及抗磁運動阻力也等同于空心線圈，但由這電流線圈本身所產(chǎn)生的磁感應強度與鐵芯磁化產(chǎn)生的磁感應強度之和卻比空心線圈時大為增強，磁作用力F=BmBwSw/2 μ + *BMBSFeSFe/2y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。當然，這時鐵芯線圈較空心線圈有所不同的是電感增大許多，電磁暫態(tài)過渡時間延長，并因鐵磁作用狀態(tài)前后磁位勢的不同而使衰減能量小于反勵磁滋長能量。
圖2所示為通電空心線圈與鐵心線圈磁感強度/磁導率隨磁場變化的B、μ H關系曲線。圖中I為空心狀態(tài)時的變化曲線，磁感應強度為Bw ;3為線圈中有鐵磁介質時的變化曲線，磁感應強度為B* ;鐵芯磁化曲線2中，鐵芯的磁感應強度BFe，狀態(tài)處微分d μ或區(qū)間磁導率Λ μ = Λ B/Λ H，在初始區(qū)段磁導率Λ μΓ >> 1，而在磁飽和后Λ 1，C為磁飽和點，Bs為飽和磁感，Hs為其飽和磁場?？v坐標值Bw與Bf6相加即是鐵芯線圈B-H變化曲線。從圖中可看出，S1N Id1段磁導率與&(| Idci段磁導率近似相同 1，而其磁感強度卻不同，即兩點(狀態(tài))間存在一個較大差值。當所設裝置運行在圖中所示鐵芯磁化曲線的 匕區(qū)段時，其將具有似空心線圈的感生反電勢與抗磁阻力而有大為增高了的磁飽和鐵芯的磁力作用。當然，在上述電流線圈所產(chǎn)生的磁場中，若分別充填不同種類的鐵磁介質，則磁感應強度變化曲線隨著介質的不同而不同，取決于介質有效磁導率和磁飽和強度等特征。圖3所示為鐵心線圈之鐵心呈閉合與開隙回路時磁感應強度B及磁導率μ隨磁場強度H的變化關系曲線。圖中I為空心線圈的變化曲線，3為閉合鐵心線圈回路時的變化曲線，2為其閉合鐵芯本身的激磁感變化曲線與磁飽和點C，飽和磁場強度Hsi ;3'為開隙鐵心線圈時的變化曲線，2'為開隙鐵芯本身激磁感變化與磁飽和點c'，相應的飽和磁場強度HS2。雖相同的線圈與磁場強度H=NI/C，線圈中鐵心磁感應強度在有氣隙與閉合時卻不同，由于磁氣隙磁導率一般遠比鐵芯材料小，所以整個磁路的等效導磁率dy dy'變小，因材料的飽和磁感應強度Bs不變，反映在B-H曲線上是磁滯回線斜率變小，對應飽和磁感&的飽和磁場強度Hs變大。隨著鐵心開隙的增大回路磁導率呈函數(shù)漸變降低，鐵心磁飽和激磁場強度要求向橫軸H增大方向移動，要得到相等的磁感應飽和強度，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大，鐵心飽和磁感(通)/線圈磁感(通)的比值逐漸減小，但在一定條件值下其磁飽和鐵心磁感與線圈磁感間仍存有較大差值。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安匝，但這種增加因采用高磁導率鐵芯使其飽和磁場降低，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，總的輸入能量相比還是因為抗磁感的減小而大幅降低了，其能量效益比得到體現(xiàn)。由此，依其空心線圈與鐵芯線圈磁感與磁導之間的變化關系，使其在一定電轉角區(qū)間形成鐵磁相吸，而在過極后的另一轉角區(qū)間借助繞組電流產(chǎn)生的反激鐵磁飽和相斥，即可得到一種鐵磁相吸趨近和電激鐵磁飽和相斥遠離這種同向磁力作用而驅動，我們只要操縱供電開關分別在其一定轉角時的轉換接通與斷開，既可實現(xiàn)轉子連續(xù)轉動而產(chǎn)生機械運動能量。這種方式與通常電機類不同的是利用電激鐵磁飽和時感生作用過程之不同，抑制繞組感生反電動勢與 抗磁阻而產(chǎn)生大的運轉磁力作用，組構呈另一磁力運轉特征的能量產(chǎn)生裝置。(2).運轉過程圖4所示為一永磁型電激鐵芯磁飽和相斥運轉模型，r為環(huán)狀鐵軛外覆稀土永磁體的轉子，設Bm為磁體磁感；D為高磁導率電磁鐵芯的定子，W為其極上的激磁線圈繞組，當通電時鐵芯飽和磁感為BSFe，磁導率μ ^ I。轉子每轉過60°電度角(2P = 12極)為一工作周期，設以任意轉子磁極r1N為參照，如果我們觀察其定子鐵芯極的工作過程可有(I)轉子磁體極r1N與定子鐵芯極D1間電軸角Oto=Cpo O!區(qū)間時,轉子磁極r1N與定子Dp D1鐵芯極間有鐵磁相吸作用力f = SFe · Bin /2 μ 0, B0, B1分別為轉子磁極A與Γι在定子鐵芯D1極面處的運移變化感應磁感，因B1 > B0,在B1鐵磁相吸趨近漸強磁力作用下，由力矩有磁轉矩Ti = ω · (B1-B0) 2/2 μ 0,使轉樞極r1N向定子極D1軸O1趨近方向加速轉動，產(chǎn)生鐵磁相吸磁力運動能量；(2)當轉子磁極r1N與定子鐵芯極D1間相吸運轉達最近點極軸線重合a = O1位置時接通定子鐵芯線圈W的電源勵磁，產(chǎn)生一個反激鐵磁飽和磁場，即反激磁鐵芯中總磁感大于磁體在鐵芯中的傳導、衍激磁感而有飽和磁感BSFe = (BmFe-BM)，使工作鐵芯由鐵磁相吸轉為電激鐵磁飽和相斥，此時轉樞磁極r1N與所對定子磁化極Din極性相反，在Ci1 角區(qū)間，轉樞磁極r1N受定子磁化極Din排斥與磁化極D2s的吸弓丨，有磁作用力f=SFe · Bin(B1n+B2S) /2 μ o,T = ω ·Β^(Β1Ν+Β23)/2μ。，轉子在同向推和拉磁力作用下順時針向遠離定子磁化極Din轉角\增大方向運動。因磁體與氣隙磁導近于不變且與磁化鐵芯的磁導率均μ r ^ I，此時繞組中的感生反電動勢ε _w = SwN · d(B1N+B2S)/dt等于空心線圈時的感生反電動勢及抗磁作用特征，而其電磁力卻是鐵芯磁飽和之磁感+空心線圈磁感兩者共同的較強磁力作用。過程中部分電能以繞組電阻焦耳熱形式轉化為熱量Qe =(U-O It 釋放。當轉樞磁極r1N運轉達定子兩極間軸角α=φ,時，斷開繞組供電開關。(3)在軸角α=φι^，轉樞磁極r1N與定子鐵芯極重又發(fā)生鐵磁相吸，開始進入下一工作周期的鐵磁相吸。不同的是受主作用磁極D2鐵磁吸引，向軸O2趨近方向加速運動，在αο = φι O2轉角區(qū)間產(chǎn)生鐵磁相吸磁力運動能量；(4)當轉樞磁極r1N運行至與定子鐵芯極仏軸線重合電軸角α =02位置時，接通鐵芯極繞組上的切換式換向供電開關，重新建立激磁場，相對激磁電流方向，原鐵芯的磁體感應磁為相反狀態(tài)，將在反向激磁下使定子鐵芯又進入抗磁飽和相斥狀態(tài)，在αι=02 φ2轉角區(qū)間,轉樞磁極r1N受定子磁化極D2n排斥與主磁極D3s吸引，有作用力f =Spe · B1N(B2N+B3S)/2y磁轉矩 T = ω · B1N(B2N+B3S)/2 μ Q,轉樞磁極 r1N 向遠離定子磁極 D2n轉角α:增大方向連續(xù)轉動。產(chǎn)生磁力運動能量。其過程(4)與(2)所不同的僅是鐵芯磁化極性改變，而其運動過程基本相同。其后在ao=cp2 03區(qū)間即進入下一工作循環(huán)。上述過程的重復即可得到一種連續(xù)轉動。其總運動能量的產(chǎn)生亦是其各極之和。因此一個工作循環(huán)包括兩個極性不同的工作周期四個工作過程，即每個鐵芯極經(jīng)歷兩次極性不同的鐵磁相吸和相斥完成一個循環(huán)。通過這種間歇激磁作用方式即可拖動轉樞運轉，我們只需操縱供電開關分別在其a =Oi與(Pi轉角時開與關，即可得到一種鐵磁相吸趨近和相斥遠離的連續(xù)轉動而產(chǎn)生機械運動能量，通過控制繞組供電關斷角Oi與(Pi導通與關斷的時刻與大小即可得到不同功率的輸入輸出。由此，該種裝置是借助高磁導高飽和鐵芯上所設載流線圈，以反激鐵磁飽和完成換極和減少繞組感生電勢抗磁阻力，產(chǎn)生磁力機械運動能量。(3).過程特征 為了分析的便利，現(xiàn)將過程中運用的總電能量Ee (視在功率UI)與產(chǎn)生的總機械能量Em(機械功率Pm)進行分解分析其能量間的相關特征。因供入的總電能量包括從電磁滋長 斷電放出的整個工作過程,依其狀態(tài)的不同可分為電感滋長吸收、磁移運動感生、電感衰減放出這樣三個部分，按能量守恒之原理，包含電磁位勢的全過程總電能量應守恒。由此，鐵磁飽和相斥運轉亦可分解為四個能量過程①在電轉角aQ = cp O區(qū)間，轉樞磁極受定子鐵芯鐵磁相吸有機械轉矩通過轉軸輸出機械運轉動能為Eml ；②過極瞬間接通激磁繞組電流使鐵芯反轉磁化，激磁感由-Bi +Bsi磁飽和，吸收電感滋長能量Eu = LzI2/2 ；③極后(X1=O φ轉角磁相斥區(qū)間，載流繞組以運動感生反電勢ε _ = d(B1N+Bls)/dt· S小抵減能量e_It和以電阻焦耳熱形式Qc= (U-ε_) It轉化輸入的電能，電阻在這里僅起一種限流與能量轉換，過程能量守恒。同時磁飽和鐵芯極與磁體相斥，由磁力作用產(chǎn)生運轉能量為Em2 ；④極間位φ = +α時斷開激磁繞組電源瞬間衰減磁感由+Bs2 Btl,放出電感衰減能量Els = LsI2/2回饋電源；雖環(huán)形轉樞與定子鐵芯間磁氣隙間距與回路磁導不變，但過程②與④因其磁位勢初末狀態(tài)不同，電感所蘊含能量亦不同，電磁過渡暫態(tài)的電感滋長與衰減能量差=I2(LZ_LS)/2，Lz > Ls。圖5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-驅動與自動控制，4-轉子位置感測,5-電感能量反饋,6磁動機本體，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)由圖虛線左側的電子驅動控制部分與右側的電機本體部分組成，屬電磁機械與微電控制技術的相結合。2裝置能量產(chǎn)生作用2. I能量產(chǎn)生特征定子與轉子之間的磁作用力由鐵磁極之間的磁感應強度與面積所限定，這種磁作用能量的轉變是通過磁氣隙在移動中所進行，而本文所述磁力運動能量產(chǎn)生裝置，亦是通過定子與轉子間氣隙磁場在相對運動中而完成電磁能至機械能量的增大。因磁作用力是兩者磁的相互作用，作用力大小與兩極磁狀態(tài)相關，而線圈感生反電動勢與繞組的匝數(shù)N和磁通變化率呈正比而與本身電激靜態(tài)磁感即鐵芯本身激磁感大小無關，但其感生反電勢與抗磁阻力卻與所耦鐵芯磁導率相關，當通電的鐵芯繞組激磁位勢增高并達磁飽和狀態(tài)之磁導率 I并運轉于其磁飽和區(qū)域時，磁導率的降低減小了外磁通變化通過鐵芯磁導的繞組感應反電勢及抗磁感-即運轉阻力，能量產(chǎn)生作用的基本點亦是在運轉中利用電激鐵芯磁飽和增大電磁作用力的同時而其感生反電動勢的抗磁阻力被抑制，形成具有鐵芯磁飽和較強磁感狀態(tài)這種增大許多的磁感作用力而享有近空心線圈時這種小的感生反電動勢抗磁阻力之作用，能量的產(chǎn)生即與電磁繞組磁飽和鐵芯的磁力作用與其感生反電動勢的抗磁作用兩者相關聯(lián)。例如在上述所示電激鐵磁飽和相斥運轉模型中因其相對運移中定子電樞鐵芯極與轉子環(huán)形鐵軛磁體極在運轉過程中回路磁氣隙磁導近于不變，遠點與近點電感與磁感的位勢絕對值，雖滋長電感低位勢激磁至鐵芯磁飽和所吸收的能量大于末態(tài)電感衰減放出的能量，由位勢能相等原理，末態(tài)電感所減少的能量，應等于此前鐵磁相吸磁位勢降低過程中所得到的能量，過程能量本身守恒。在等效移除鐵磁相吸作用與鐵芯線圈滋長電感與衰減電感磁位勢差兩者能量正負相等對沖這一關系對過程分析的影響后，理想過程時所供電能量與包含磁位勢能和感生反電勢抵減電能的總能量本身仍應相等。由此下來，就剩下鐵芯線圈磁力作用所產(chǎn)生的機械運動能量Em2與過程反電動勢褪電能ε-I這兩項之關系。增量大小既與鐵磁介質的作用特征與狀態(tài)直接相聯(lián)，由其過程中的磁作用能與所褪電能這兩者的比值所確定。在運轉過程中，因激磁至鐵芯磁飽和的感應反電勢(ε、NSdB/dt = 2NB2i)C)取決于
外磁的變化速率，而與鐵芯本身穩(wěn)靜磁感強度大小與狀態(tài)無關，而感生作用所產(chǎn)生的抗磁阻力卻與其鐵芯磁導率相關,鐵芯磁飽和態(tài)相比非飽和條件時的感生反電動勢及抗磁阻力減少，且與空心線圈時的感生作用相當，但此時的鐵芯線圈與空心線圈所不同的是存在著一個激磁感絕對值差，即達鐵芯磁飽和這種增大許多的磁感作用力而將有空心時那種小的感生反電動勢及磁阻力，鐵芯線圈的磁相互作用力是激磁線圈磁感與鐵芯飽和磁化磁感兩者相加后大大增強的磁感與其相對磁極的作用，比僅為空心線圈時增大多倍，磁相互作用能亦增大了。經(jīng)這種分解可知，其中激磁線圈本身磁感的磁作用能Ew =激磁線圈感生反電動勢的褪電能ε _1，而過程所產(chǎn)生的機械運動能量是通過磁氣隙由鐵芯的磁力作用所產(chǎn)生，故能量的增殖是由飽和磁化鐵芯的磁力作用所產(chǎn)生。由此，能量的增殖是由過程中的電磁力與繞組感生反電勢所致阻力這兩者之差所確定，其能量產(chǎn)生的機理既是運轉中利用鐵磁飽和增大磁感作用力的基礎上等效減少運動感生反電勢與抗磁阻力，是通過定子與轉子兩者之間的磁氣隙由力這特殊的東西在相對運動中所產(chǎn)生。2. 2各能量間的關系前以表述，所借助使用的電源其在運轉過程中，當把運移、傳遞、轉化等全部性質(包括電感能量變化將在磁位勢能中表現(xiàn)出來)考慮進去以后，電源能量從電流滋長 衰減放出包含磁位勢能的全過程中本身能量守恒。過程中利用了電流的起磁效應并抵抗運動感生反電勢維持這種磁狀態(tài)，電阻在這里也僅起限流與其能量轉化。而過程中由磁力作用所產(chǎn)生的機械運動能量在傳遞和轉換中本身亦守恒。即輸入電能和輸出機械能本身均保持其守恒性，守恒與破盈是系統(tǒng)能量變化的不同部分，兩者通過不同能態(tài)界面而分離。3其它工作裝置依據(jù)上述基本原理，由其磁極結構配制和工作方式及要求的不同，亦可形成不同的組構與工作方式，當將其磁極設置為永磁和電勵磁不同方式時，采用定轉子單側供電激、磁或同供電的相吸與相斥或鐵磁相吸與斷電慣性遠離的不同方式，可有相斥運轉工作方式、鐵磁相吸單極性供電工作方式及復合工作方式等。下面列舉一些不同組構種類予以描述如下電磁鐵是我們廣泛使用的一種電磁裝置。設有一組轉動銜鐵與電磁體兩物相對為旋轉電磁鐵，如果我們在兩者相距遠處時接通電磁繞組供電開關通以電流，銜鐵將在電磁相吸作用下做趨近運動，當其鐵磁相吸運動達近點時我們斷開繞組電流，轉動銜鐵將在慣性下越過近極位置向遠點繼續(xù)轉動，這種過程的重復進行即可得到一種連續(xù)轉動?，F(xiàn)有開關磁阻電機、感應子電機、步進電機等亦是這樣一種僅由定子電磁鐵吸引其轉子齒而形成的一種運動，因其結構簡單而被用于中小型電機中。
I.在這種感應磁作用方式下，這里假設相吸趨近時其銜鐵有電磁體傳導的鏡像感應磁與隨距離Ι/r4形式變化的電磁作用力和激磁繞組感應反電勢，其Ι/r4增量變化感生反電勢褪電能的增大將在末態(tài)電感增量中得到體現(xiàn)，包含始末態(tài)電感能量的全過程能量仍守恒。當采用高磁導鐵芯線圈也激磁達鐵磁飽和狀態(tài)后，在遠至近的相吸運移中，由于磁飽和鐵心磁導率 1，磁回路中線圈共耦磁芯感生反電勢抗磁作用等同于空心線圈狀態(tài)與銜鐵作用時，但這磁飽和鐵芯線圈卻比空心線圈時的磁感大為增強，磁相互作用過程中運動能與其反電勢褪電能的比值關系發(fā)生改變。雖回路運動磁阻磁導變化相比上述永磁體作用方式時明顯加大，且表現(xiàn)為運動近點的電感增量，但因其鐵芯磁飽和后，在運動遠點與近點的磁導變化減小，末態(tài)電感增量也相比變小。這種組構工作方式通過改變定轉子極結構形狀可減小運動磁氣隙而利于工作段鐵芯激磁至磁飽和。在類似磁阻電機或磁滯電機的定子鐵芯亦可設置為激磁至磁飽和。因其每個工作周期僅包括兩個工作過程，即經(jīng)歷一個電激鐵磁相吸和一個慣性遠離而形成一個循環(huán)，這種工作方式組構和驅動方式簡單，通過間歇磁力作用亦可拖動轉樞運轉，我們只需操縱供電開關分別在其φ = α。與a i轉角時開與關，即可得到一種鐵磁相吸趨近和慣性遠離的連續(xù)轉動而產(chǎn)生機械運動能量。2.當采用定子與轉子鐵芯均設置勵磁繞組雙向同步激磁至磁飽和相互作用方式時，相對上述組構方式，因其定子與轉子繞組均產(chǎn)生運動感生反電勢，運動感生反電勢褪電能亦增大，此時的運轉增殖比取決于激磁繞組輸入電能與所做磁力能的比值。實際中因定轉子極間有隙磁相鏈，改變鐵芯結構形狀和繞組可減小運動氣隙變化而利于激磁至工作段鐵芯磁飽和，并因定、轉子極由遠及近的運動為磁導率 I同隙運轉回路，激磁安匝與回路磁導和鐵芯本身飽和磁導相關，等效為雙線圈電磁移動耦合而使相吸時激磁安匝有所降低與相斥時反耦合激磁安匝增高的情況，且存在起始滋長和關斷衰減不同耦合度和距離的電感能量變化,其中電感變量可與過程磁導變化的感生反電動勢褪電能相對沖。在定子與轉子鐵芯線圈雙激磁飽和相吸或相斥的運轉過程中，電能仍可包括電感滋長吸收與電感衰減放出、磁移運動感生和磁導變化的感生這樣幾個相互電磁作用部分，同樣存在鐵磁運動做功與所供電能量兩者之關系。相應地，電感滋長吸收與衰減放出與過程中回路磁導變化感生補償總電能量仍應守恒。此時相比線性過程，在磁飽和態(tài)，由于磁飽和鐵心的磁導率 1，其過程的磁力運動與回路磁導變化特征均近于空心線圈，線圈的感生抗磁作用被抑制，初始至末態(tài)回路磁導改變引起的電感變化亦減少，與通電空心線圈時相比其初末態(tài)電感能量之差的絕對值基本不變，而定、轉子雙激磁飽和磁力過程中作用能與其反電勢褪電能的比值關系相比定子或轉子單側激磁飽和時又會發(fā)生改變，而由這增強的磁感所做功與感生反電勢褪電能亦發(fā)生變化(空心時要達到這樣的磁感強度則需很多安匝，其感生反電動勢自然也大)。在認為電感滋長能量和衰減能量與過程磁導變化產(chǎn)生的電能變化之和可以正負相抵本身平衡時，能量的產(chǎn)生亦可認為是由過程中磁相互作用能與其感生反電動勢褪電能的比值決定的。與前述類型相比，這種定子與轉子雙向同步激磁至鐵磁飽和作用方式的優(yōu)點是單體能量密度增高。

3.再如一種類似雙極性磁阻抵償(反應)式電機，將前述永磁結構與上述磁阻結構復合為一種，以標準六極轉子與四極定子回路中設置徑向充磁的永磁體的定子電樞高導磁軛鐵細凹徑上纏繞有激磁線圈，當轉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)生的飽和激磁場提供一種某極抵消降磁而另極增磁作用，轉子的不同磁極將被吸引或依慣性而運動，當達另一磁極區(qū)域時轉換激磁繞組電流方向，轉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，轉子被不斷驅動而旋轉。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。在運轉中，其激磁安匝與鐵芯回路磁導率成反t匕，滋長電感與衰減電感移動回路鏡位相同，其初末態(tài)回路磁導與電感相同，與此過程相關的改變是鐵芯磁移感應與回路磁導變化產(chǎn)生的感應反電勢。因激磁段工作鐵芯處于磁飽和狀態(tài)，線圈感生空心狀態(tài)時的反電勢與磁阻作用力。大致講，在抵償磁運轉過程中，通電去磁其初末態(tài)位置可以相同，電感始末能量的差值應相等，回路磁導變化產(chǎn)生的感應反電勢抵減的電能與鏡像磁移磁通變化感生反電勢成正比，產(chǎn)生過程感生反電勢褪電能。上述這類裝置的優(yōu)點是結構簡單，技術繼承性強，功率密度高，制造便宜，成本低，磁氣隙小，激磁飽和功率低，可長期穩(wěn)定。當然，除上述所舉種類外仍存在許多以其它工作方式不同組構種類的工作機，這里不再一一列舉，雖相關特征可以不同，但其遵循的基本工作原理與方法仍相同。由此可知，采用高導磁鐵芯并降低磁氣隙宜于減小其激磁強度，亦可知，不同種類中如以電磁代替永磁、由定子與轉子單向電勵磁轉變?yōu)殡p向電激磁既可進一步提高單體功率密度。如在上述鐵磁相吸運轉方式的裝置種類中，當以定子與轉子電激相吸或以外置定子多倍極繞組步進相吸方式所驅動亦可提高單體功率密度；再如在上述永磁-鐵磁相吸/電激鐵磁飽和相斥運轉方式中通過設置導磁間極亦可在不降低磁體磁感強度前提下減小磁路氣隙，在其基礎上定子與轉子鐵芯均激磁同供電方式既可增大單體功率；亦可在轉子磁體極間設置鐵芯間極的方式以增大單體功率密度與提高電感衰減能量回收以提高效益比；使用單極性電子開關可減少或避免鐵芯材料剩磁對鐵芯電感的影響并簡化電路。等等。不同的組構方式與工作特征僅是其功率密度或能量效益比不同而已。由此，利用鐵磁介質在激磁繞組作用下的非線性磁導變化之磁飽和磁力作用與其過程感生反電勢抗磁作用力的非等衡關系，由鐵芯磁力作用產(chǎn)生運動能量的同時抑制繞組感生反電勢抗磁阻力來組構與以往不同意義特征的磁力運動能量產(chǎn)生裝置。4裝置種類與組構方法4. I裝置種類文中公開了一種由電磁作用產(chǎn)生機械運動能量一簡稱磁動機的裝置與其方法，裝置系統(tǒng)由電磁機械本體和驅動控制部分所組成。其基本工作原理與方法是依據(jù)電磁相互作用中激磁鐵芯磁飽和時鐵芯中的等效感生抗磁作用大為降低，而鐵芯線圈本身卻存在著一個大的電磁作用力，本類裝置亦是利用了這一特征，在其定子與轉樞電磁運轉的一定相位區(qū)間，借助定子與轉子高磁導高磁飽和鐵芯工作極上共耦所設勵磁繞組的電流激磁作用，以使線圈工作區(qū)域鐵芯電激鐵磁飽和相吸與或相斥產(chǎn)生大的電磁作用力推動轉子并以其鐵芯磁飽和及所輔不同技術方法進一步抑制或降低鐵芯繞組在運動磁場中的感生反電動勢及抗磁阻力。這類裝置依其運動形式有平移與旋轉運動兩大類，不同的種類，有些能量效益比較高而有些則單體功率密度較高。若按其結構形式組合功能與用途，將會多種多樣，其作用方式、控制特征等方面均有差異。前面簡單描述了本類裝置中采用不同種類、不同技術方案所組構的工作機，除上述裝置方法外，遵循基本工作原理，亦可組構多種不同類型的工作裝置。不同的僅是其組構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。磁極可為電磁、永磁、超導磁或復合方式設置，或以抵消永磁體磁通方式形成作用磁極，極性可交替分布，亦可使其呈雙體結構、磁通平衡過極，以電磁代替永磁，定子與轉子雙向電勵磁、全區(qū)、全程電磁作用方式可提高單體功率密度，當然，在全鐵心結構中，采用環(huán)形隱極定轉子結構的特征是磁氣隙可以不變且回路中僅有很小的氣隙，有易于鐵芯激磁至磁飽和。采用磁阻-同步電機結構亦可以減小磁氣隙，降低激磁安匝。在定轉子雙供電方式中，因轉子側勵磁繞組與動生反電勢的存在，使效益比絕對值有所降低，但其單體功率密度可大幅提高。亦可采用多種不同的組合方式以增大單體功率密度增加效益比，雖其工作方式可多種不同，由于其基本工作原理仍相同，僅是功能及用途或作用方式、控制特征方面有所差異，本技術方案能夠完全覆蓋所述內(nèi)容。基本類型中以動能輸出的旋轉類為最重要應用類型，其結構與現(xiàn)有電機類相近似，至于裝置設計，制造方法等均為已知技術，故在此勿庸多敘。4. 2裝置組構與工作方法本發(fā)明所述磁動機是一種利用電激鐵磁飽和相吸與或相斥而產(chǎn)生機械運動能量的裝置與其方法，裝置系統(tǒng)可分為電磁機械本體和驅動控制兩大部分，主要由磁性、電磁性材料與電子器件等所組構。裝置的機械運動本體部分主要由定子電樞、轉子、支承機架與基座等所組織，電子驅動控制部分主要由電流驅動、位置感測、狀態(tài)控制等部件所組織，為電機與電子驅動技術的結合體。從某種意義上來說，我們現(xiàn)使用的不論直流電機(換流)或交流電機(變流)都是一種通過電流的通斷或轉換來使其過程重復而形成定向驅動運轉的。本類裝置能量產(chǎn)生系統(tǒng)的本體結構類似于通常永磁同步、感應式或磁阻電機的定子、轉樞中裝有電磁作用組件，工作極之間通過磁氣隙電磁相鏈，以旋轉或往復運動方式將磁作用力轉換為機械動力，用于直接輸出機械能量(功率)的裝置。所以，涉及到的裝置方法與組構特征和其它相關、形狀參數(shù)、工作磁場、運動方式、各種損耗、能量傳遞與電磁功率計算等基本相同，在現(xiàn)有技術中既以普遍應用，在此就不再予以贅述。然而與傳統(tǒng)電機所不同的是其工作狀態(tài)與方法的根本區(qū)別。(I).裝置組構 裝置系統(tǒng)由電磁機械本體和電流驅動控制部分所組成，其基本特征是在類似于常規(guī)電機本體結構的定子鐵磁基體具有多個延伸部的磁極單元與設置于各磁極單元區(qū)域外部周壁纏繞有若干可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的電勵磁繞組線圈組成的電樞體，和在其電樞體內(nèi)側或外側鐵磁極緣表面相隔一定距離留有氣隙設置與其構成磁力作用的裝設有鐵磁極齒或可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的電勵磁線圈繞組鐵磁極單元或若干不同排列的永磁體組構的電磁轉樞組合體，及使兩者保持其相對位置相連的支承機架與控制部件，所述轉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，電磁驅動控制部分包括對電磁機械本體工作磁極相互位置狀態(tài)進行感測的位相傳感、供電開關元件構成的饋電驅動、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，以旋轉或移動或旋線運動方式將磁力轉換為機械動力，輸出機械功率的裝置。(2).工作方法
經(jīng)前上說明可以看出，所述裝置其依據(jù)的基本工作條件即是通過磁氣隙能夠相對運動而磁導非線性變化鐵芯在相關電磁作用的不同，借助高磁導高飽和低剩磁低損耗之鐵芯工作極上所設激磁繞組與電流這種物介對鐵磁介質體的激磁作用，由包含轉子位置信息的驅動控制轉換供電開關的開啟、關閉時間與相位而控制其運行特征。在其定子與轉樞電磁運轉的一定相位區(qū)間，感測轉子位置，當轉子旋轉達所設位置時送出觸發(fā)信號開啟激磁繞組供電開關，電流激磁繞組便會對鐵芯產(chǎn)生飽和激磁作用，其電源所供起始電壓應滿足最大感生反電勢時的繞組激磁飽和安匝電流及其對電感滋長時間的要求。在每周期電磁運轉的所定相位區(qū)間，通過可控通電時間，由勵磁線圈形成的電磁鐵，有效地利用了磁極間同性排斥異性相吸的作用能，以使工作區(qū)域線圈鐵芯電激鐵磁飽和產(chǎn)生大的電磁作用力而使轉子處在拉力或推力同向交替作用或同時作用下轉動，并以其以電激鐵芯磁飽和或緩飽和產(chǎn)生大的電磁作用力而抑制或減小繞組感生反電動勢與抗磁阻力，以及所輔技術方法進一步抑制或降低鐵芯繞組在運動磁場中的感生反電動勢及抗磁阻力。其供電驅動可采用不同技術方法以使電流快速滋長達滿足激磁至鐵芯磁飽和，勵磁線圈鐵芯磁飽和激磁電流為可控穩(wěn)定直流電，以微電程控調制或數(shù)控擬合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，充分利用電源所供能量。當轉子旋轉達另設位置時發(fā)出位置信號關斷繞組電流，此時激磁繞組電感儲存的電能(除器件電阻消耗-部分外)返回儲能回路，電感能量本身為一種無功電磁過程而可反饋回流以提高電源利用率。其目的是以電激鐵磁飽和產(chǎn)生大的磁力作用并抑制其鐵芯繞組感生反電動勢抗磁阻力，以達用較少的電激勵磁輸入功率而利用鐵磁質間的磁力作用產(chǎn)生大的機械運動能量(功率)輸出，因此，其工作狀態(tài)與目的與已有電機類裝置完全不同。其基本工作方法既是利用鐵芯非線性飽和磁化作用特征，通過定子與轉樞高磁導高磁飽和鐵芯工作極上所設勵磁繞組的電流激磁作用，在電磁運行的一定相位區(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動，是以電磁作用鐵芯磁飽和態(tài)抑制或減小其激磁鐵芯繞組在運移磁場中的感生反電勢與抗磁阻力。作為裝置組構方法的首要是以高磁導高磁飽和低飽和磁場低損耗低剩磁拐點明顯的鐵磁功能材料為工作鐵芯，利用其以減少激磁工作安匝，因其相同激磁強度的高磁導高磁飽和鐵芯可以產(chǎn)生更大的磁作用力而相對更少的繞組與反電勢作用，以電激鐵芯磁飽和產(chǎn)生大的磁力作用并抑制或降低繞組運動感生反電動勢與抗磁阻力。影響鐵芯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。優(yōu)化設計包括磁路參數(shù)優(yōu)化，鐵磁線圈磁化曲線，工作狀態(tài)和材料的優(yōu)化。其中涉及一種用于工作在磁飽和區(qū)的激磁鐵芯與導磁鐵芯的不等截面或不等飽和磁感連接體，包括勵磁工作段和鐵軛 導磁段，用不等截面或磁感鐵心連接體組成的該兩者鐵心相連通過磁氣隙與相互作用極構成回路，因其鐵芯中磁感B = cj^/S，勵磁工作段鐵心的截面積或飽和磁感小于導磁鐵軛段。在高磁導不等截面或磁感鐵芯上共耦設制激磁繞組，激磁繞組可設計于其鐵芯的端部或中部等不同位置，在磁回路中，其所不同的是激磁鐵芯工作于磁飽和且截面積小于導磁體或飽和磁感小于導磁體。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，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，不論哪種類型或方式，采用高磁導率高磁飽和低矩比低鐵損磁飽和特征明顯的鐵磁材料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率可減小勵磁安匝而降低激磁強度要求。采用高磁導率鐵芯材料可以降低線圈激磁飽和電流或匝數(shù)，減少感生反電勢和抗磁阻力。在相同激磁條件而其磁導率和飽和磁感值愈大，愈使其激磁繞組安匝相對降低而減小運動感生反電動勢，亦可降低輸入能量功率得到大的輸出或減少體積重量。采用易磁化飽和的高磁導鐵芯材料并減小回路磁阻，利于使鐵心磁通達所設計的飽和度而減小激磁強度。為了進一步減小感生反電勢的作用，在導磁鐵軛上附加補償線圈，反向串入激磁回路以抵消電磁變化，使感生反電勢變小。基本工作狀態(tài)是鐵芯勵磁磁飽和，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。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要增加較多的安匝，減小這種磁氣隙則可減小激磁安匝，降低激磁強度要求。因此，合理選擇設計激磁鐵芯氣隙與工作方式為磁飽和高效益比區(qū)段為宜。減小工作過程中電感電流滋長與衰減時間，因其過渡時間是影響裝置性能與效益比的重要組成。過渡時間的減小以提高能量效益比與實用性。電感本身為一種無功能量過程，關斷繞組激磁電流時繞組電感衰減能量反饋回流可以提高電源利用率，使磁作用能相對增加而輸入電能減少，以達用較少的電激勵磁輸入功率而利用鐵磁質間的磁力作用產(chǎn)生大的機械運動能量輸出。感生反電動勢隨磁通的變化率成線性正比，隨轉速即頻率的提高而增大。而裝置輸出功率也近似有這種隨速率即頻率呈函數(shù)變化的關系。過程所耗能量隨轉速增高與反電動勢增大而加大，因此，這種反電動勢的增大與電感過渡時間以不至破壞所設工作條件為前提，一般應在標定工況下運行。裝置中所采用的電子驅動控制與組成元器件在諸如無刷電機、步進電機、開關磁阻電機等中已廣泛應用，其驅動控制方法很多，以不同機型使用效率高能量損耗小過程快而工作穩(wěn)定可靠為其基本原則。此類電子驅動電路亦有眾多成熟技術可予借鑒。這類裝置只要通過調控供電開關通斷占空比與時間即可達到功率頻率的可調輸出。這里我們要明了的一點傳統(tǒng)理論認為電機在運轉中是由繞組的感生反電勢消耗等效轉化為電磁機械輸出，是這種能量守恒的先念思維與電感的存在以及非線性介質的作用影響了對本質的判斷。而本原理卻是力求減少這種過程中反電勢及抗磁阻力的作用，以盡減小輸入能量而產(chǎn)生大的能量輸出。綜此，通過選取有效功能材料及器件，并以減少銅損、鐵損、風摩等雜散機械損耗，以求獲得較高效益比。
這些裝置它們的共同點是①由工作鐵芯、導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、爪狀或復合磁極，以有隙磁傳導、磁耦合方式組成旋轉電樞而相互作用，磁極方向可軸向或徑向或平行以及混合方式布置，而構成工作磁極的勵磁繞組可以設置在定子、轉子或定子與轉子鐵芯上的不同區(qū)段，組成內(nèi)電樞或外電樞。②包括可設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磁鐵芯的不等截面或磁感連接體，可將其中配置有激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，不等截面或磁感連接體組成的勵磁極經(jīng)氣隙與相互作用極組成磁回路。③驅動控制部分是裝置的重要組成，由電子開關代替換向器與電刷呈無刷驅動方式，可采用不同的非接觸位置感測和驅動控制，驅動控制與供電開關可以是電子器件或其集成或其不同的組合，電子驅動饋電換流有利于提高裝置穩(wěn)定性與可靠性，使結構簡化易于調控運行狀態(tài)。此類裝置單獨使用時可為一種超高效電機，而把該類裝置與發(fā)電機以不同方式組合或直接復合成一個工作系統(tǒng)，所產(chǎn)生的機械能量通過機電轉換與反饋回輸維持電機本體的自身運轉，其成為一種輸出大于輸入而自持運轉的機電能量產(chǎn)生裝置；亦可以多組鏈級方式形成復合能量機組，如采用包括由多層轉樞組件和多層定子組件組成的復合工作系統(tǒng)，以降低啟動能量輸入而產(chǎn)生大的能量輸出。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。5所采用的一些相關輔助技術方法本類裝置運轉過程的能量增殖比理論上較高，但具體實施受各種過程因素的限制，其有益性能并不能較好體現(xiàn)，除優(yōu)化結構類型工作狀態(tài)與過程參數(shù)外，仍需采用一些輔助技術方法以提高其實用性。①電感過渡時間的抑制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。并要求繞組激磁電流維持在最大感生反電勢或回路磁阻變化下的鐵芯激磁飽和狀態(tài)，以及減少過程中電源無益消耗以提高效益。因勵磁繞阻電感的存在使通電起始的電流滋長與關斷電源時電流衰減過渡時間延滯，雖通過采用高磁導鐵芯以減少安匝或激磁電流，因電感與鐵芯的磁導率與繞匝的多少相關，其過渡時間通常還是過長，轉速與實用性受到限制。根據(jù)電磁過渡關系，提高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，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，使線圈電感貯存的電磁場能量重新返回供電電容或電源之儲電設備中，工作線圈電感衰減能量的反饋循環(huán)利用亦是提高裝置效益的重要方法。并減少驅動轉換過程中的各種有源損耗以提高效益比。由此，縮短繞組電磁過渡時間與過程擬合電流模式供電及減少相應損耗是提高裝置性能的一項重要技術方法。②電感滋長儲能的反饋回流上述裝置類在運行期間將由電源供給作為負載的勵磁繞組電能，使其起磁變?yōu)殡姶盆F。從實踐與計算中可看出，在每工作周期輸入總能量的很大一部分由勵磁繞組電感所吸收，因這種能量為電磁場儲能，當每供電結束時，全部或大部分將在電磁過程中釋放出來，由于電感充放電能量轉移為無功電磁過程，讓這種線圈電感儲能重新返回蓄電設備中 使其循環(huán)利用，并縮短電感衰減過渡時間等輔助技術亦可降低實際耗電量以提高能量利用率而提高裝置效益比和實用性。電感衰減能量的反饋回收循環(huán)利用即是其提高裝置效益的一個重要方法。③磁滯與鐵磁過渡時間的抑制根據(jù)鐵磁過渡關系式，鐵芯磁場的建立與衰減時間tn= 1/n2 · (d/ )2 · μ σ，其時間常數(shù)t1= (d/π)2· μ σ (d為回流厚度，μ為導磁系數(shù)，σ為導電系數(shù))，當t = 3.5ti時可認為暫態(tài)實際結束。如d = O. 5mm, σ = IO7/ Ω · m, μ Fe 1000 μ Q的鋼片，此時間t ^ I. 11毫秒；一般合金薄帶(d<0. 05mm) t< 10微秒，鐵氧體<2微秒，因此在采用厚度(O. Imm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，故通常在過渡時間計算中可不予考慮。激磁鐵芯在電磁轉換中存在磁疇磁化與磁滯對作用時間與能量的損耗以及因剩磁對電感衰減能量的影響，以選擇薄片電阻大的高磁導率高磁飽和低鐵損零矩比磁飽和拐點明顯的鐵磁材料以減少磁疇磁化與磁滯對過程能量的損耗及磁滯剩磁對衰減能量的影響。④電勢補償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磁鐵軛磁通高變部位附加設置輔助繞組或另設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，猶如鐵磁飽和穩(wěn)壓器中的補償繞組，以平衡鐵芯繞組中的運動感生反電勢，使感生反電勢進一步降低，因其磁通部位與磁飽和程度不同且匝數(shù)較少，對電磁滋長過渡和飽和磁通處的磁通擾動(鐵芯在該處的磁導率不同)影響較小，對輸出功率的影響亦較小。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。⑤裝置驅動控制與位置感測驅動電壓應滿足其電感滋長時間與最大感生反電勢時的基本磁飽和磁化電流狀態(tài)要求。速度的增加當達某一值時可能破壞其工作狀態(tài)，因此需要設定在一個合理的范圍內(nèi)。涉及本機的驅動換流類型很多，不同的機種亦可采用不同的驅動控制方式，電子開關有利于提高裝置的穩(wěn)定與可靠，可以橋、臂式或其它組合電子驅動開關，其位置感測與驅動采用非接觸感測(如光電、霍爾、磁膜、磁導等光控、磁控、程控電子轉換)控制和驅動饋電換流有利于提高裝置的穩(wěn)定性與可靠性，并使結構簡化易于調控運行狀態(tài)。
本類裝置驅動控制特征與無刷同步電機、開關磁阻電機等電子驅動控制部分基本相同。⑥裝置的啟動根據(jù)不同組構類型，既可通過磁極的自身偏極、形狀極差、差極、變極、不等極或雙體設計等方式，使磁極外緣相對于其中心線兩側的區(qū)塊呈可使磁通發(fā)生偏移的不對稱狀結構以產(chǎn)生非對稱的磁交鏈而產(chǎn)生起動轉矩建立自啟動能力或改善啟動死點的問題，亦可由公用電源或供電池電磁輔助啟動，亦可采用外力起動。⑦電源本類裝置磁動機可使用市電或直流電源，而磁動發(fā)電機依不同方式不同環(huán)境和目的的不同可使用蓄電池或儲能電容等，以利長期使用。
⑧鐵磁屏蔽鐵磁外殼屏蔽與防護是防止電磁泄漏干擾外界與安全的重要措施。⑨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。因此，該類電磁能量產(chǎn)生裝置，通過不同相關輔助技術將顯著提高裝置性能及實用性。6本類裝置優(yōu)越性及有益效果經(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方法的記載與說明，以及該種裝置的使用，故此裝置與方法應屬機電能源領域的一項基礎性發(fā)明，具有積極深遠的科技效果與現(xiàn)實意義。因該類裝置基于現(xiàn)行制造技術，以普通電磁材料及元器件為基礎，具有工藝簡單、技術成熟、成本較低，易于制造的特點，在目前所知基本作用范圍中，以這種電磁力作用方式為最易實現(xiàn)能量的回饋循環(huán)，是現(xiàn)有常溫下可有效產(chǎn)生機電能量輸出的一種理想裝置與方法，因具有綠色環(huán)保、安全可靠、使用方便、用途廣泛等特點，其不同種類動力裝置將會在工農(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用，如制成發(fā)電機組、功率鏈組、分布電源等，將能夠大量減少有源能質消耗，改善生態(tài)環(huán)境，成為一種用之不竭的能源動力。


圖I鐵磁質磁化特性B-H曲線中I-磁場內(nèi)鐵磁性物質的磁導率μ r曲線。2-磁場內(nèi)鐵磁性物質磁感應強度BFe非線性曲線，b-為鐵磁飽和點Bs，Hs-為其飽和磁場。圖2空心與鐵芯線圈磁特征對比圖中I為空心狀態(tài)時的變化曲線，磁感應強度為Bw ;3為線圈中有鐵磁介質時的變化曲線，磁感應強度為B* ;鐵芯磁化曲線2中，鐵芯的磁感應強度BFe，狀態(tài)處微分d μ或區(qū)間磁導率Λ μ = Λ B/Λ H，在初始區(qū)段的磁導率Λ μ^>> I，而在磁飽和后Λ 1，C為磁飽和點，Bs為飽和磁感，Hs為其飽和磁場。圖3閉合與開隙鐵芯線圈磁特征變化曲線中I為空心線圈磁感隨磁場的變化曲線，3為鐵心線圈閉合回路時的變化曲線，2為其閉合鐵芯的磁感曲線與磁飽和點C，飽和磁場強度Hsi ;3'為開隙鐵心線圈時的變化曲線，2'為開隙鐵芯磁感變化與磁飽和點c'，相應的飽和磁場強度HS2。圖4 一永磁型電激鐵芯磁飽和相斥運轉模型工作過程中r為環(huán)狀內(nèi)轉樞鐵軛外覆稀土永磁體M的轉子；D為高磁導率電磁鐵芯的定子，W為其極上的激磁線圈繞組。圖5其一工作系統(tǒng)模塊示意中1-電源，2-逆變與整流濾波，3-驅動與自動控制，4-轉子位置感測，5-電感能量反饋，6電機本體，7-發(fā)電機組合，8-電能或動能輸出，9-發(fā)電能量回輸。系統(tǒng)由虛線左側的電子驅動控制部分與右側的電機本體部分組成。圖6a與圖6b為一種永磁共轉子磁動發(fā)電復合本體結構平面圖與切面圖
圖中I-電機外殼,2-電機上端蓋,3-電機中心轉軸,4-轉子招合金輪轂,5-轉子鐵芯，6-轉子外磁體，7-轉子內(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-轉子啟動鐵芯，15-定子啟動繞組，16-外殼體上的通風孔，17-輪輻上的自扇冷卻孔。圖7a與圖7b為一種雙勵磁動機本體結構正視圖與切面中I-電機轉軸,2-電機前端蓋,3-轉子鐵芯,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-電子驅動控制器，10-后外罩，11-轉子勵磁繞組，12-轉子繞組供電刷。圖8a與圖8b為一種開關磁阻磁動機本體結構平面圖與切面中I-電機轉軸,2-電機前端蓋,3-轉子鐵芯,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-電子驅動控制器，10-后外罩。
具體實施例方式本類工作機即以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、結構特征、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上通過復合或以不同勵磁方式而變?yōu)椴煌瑱C種，本說明書中業(yè)已充分闡明。因其基本結構與原理仍相似，或僅是其工作方式或組構略有不同，在本具體實施方式
中予以選例說明。下面結合具體實施例以附圖6、7、8對不同機型予以詳細描述說明，以便對本類裝置組構與方法的充分公開和補充。例I :一種短軸立式永磁共轉子磁動發(fā)電復合機作為一種小型電源，通常的應用狀態(tài)特別是在室內(nèi)，要求結構緊湊體積小噪聲低，故采用一體化結構可達這種使用效果。下面即對一種短軸立式永磁共轉子型磁動發(fā)電復合工作機予以說明。該工作系統(tǒng)由磁動發(fā)電機本體和電子驅動控制器兩大部分組成，本體結構見示意圖6a、6b。電子驅動控制器與能量反饋部分為公知技術，這里從略。I.電磁機械本體結構圖6a與圖6b所示即為本發(fā)明例I所述一種短軸立式永磁共轉子磁動與發(fā)電復合組構的電磁機械本體結構示意圖，其構形采用立式短軸上單臂筒杯形雙支承飛輪共轉子體結構，其轉樞外圈與外側定子電樞構成發(fā)電主體，轉樞內(nèi)圈與內(nèi)置星形凸極式激磁電樞定子構成電激磁動主體。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)側工程塑料支架(9)上設有不同用途的發(fā)電線圈繞組(10);勵磁定子體的鐵心采用不等截面結構，該鐵心包括勵磁段和導磁段，其中勵磁段鐵心的截面積或磁通面積小于導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)個末端設有勵磁極的工作在磁飽和區(qū)的延伸部，外緣形成對應轉子鐵軛內(nèi)側弧徑的外凸極緣，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動方式；軸心樞設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的轉軸(3)，所述轉軸上同軸固定套接有有底圓筒狀轉樞體的轉轂和輪輻支架(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軛鐵芯(5)，沿轉軛鐵芯內(nèi)外圓周表面上固定有多極永磁體(7)和￠)，轉輞下壁設置有位置感測器(13)，沿邊部上下連接緊固孔由螺栓將轉子碟形鋁合金轉輻支架、轉軛輞體、環(huán)形鐵軛、相位感測器盤相連緊固在一起成轂輞復合體，和多極永磁體構成與轉軸剛性相連可一起旋轉的共轉樞體，其勵磁定子鐵芯(11)極緣和發(fā)電定子繞組支架(9)外緣與轉樞永久磁鐵出)、(7)間保持有一定的氣隙長度。
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。起動轉子鐵心(14)則剛性相連套合于上述復合轉樞的轉軸上并與之一起旋轉。在覆蓋定子和轉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)，并起轉軸支承作用。使外殼體、定子部分和永磁飛輪共轉子體組構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流通的通風通氣孔(16)。電機本體采用自扇冷卻方式，在轉子輪輻上一體地設置多個呈放射狀延伸的自扇通風冷卻的槽孔(17)，這種結構既有利于飛輪平穩(wěn)運行，減少振動，利于通風散熱，又避免轉子支承剛性下降，同時能使工作機整體軸向長度設定得較短，結構緊湊。所述磁動發(fā)電機的發(fā)電定子結構槽內(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合功能繞組線圈，它們在電機機械上、電氣上獨立結構的繞組群，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。這種磁動機結構中所述共轉子內(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子結構，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。內(nèi)電樞勵磁鐵芯采用厚度< O. Imm無取向高磁飽高磁導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、微晶或超導磁鐵鎳合金電磁薄片材料制作。感生反電動勢輔助抵消繞組設置在激磁鐵芯導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。2.電子驅動控制電路部分裝置驅動控制部分的電路包括電源、電壓變換與整流濾波、驅動與微電控制、轉子位置感測、電感能量反饋與發(fā)電能量回輸?shù)葞撞糠郑姼心芰糠答伈捎秒娙莞邏撼滟A方式，供電采用高壓恒流雙極性電子橋驅動。因電子驅動控制電路等在現(xiàn)有各種無刷電機的驅動控制中被廣泛應用，均為已有共知技術，其成品在市場上既可購得，在此不予以詳細表述，僅對過程特殊要求予以大致說明。本電路的驅動原理是由電源所提供的電能轉換為不同的直流電壓后供驅動控制等部分使用。飛輪每旋轉一定角度由位置感測器件(13)輸出位置控制信號，電子驅動器根據(jù)傳感器測取的轉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換過極，通電方向隨轉子旋轉位置而呈間歇周期性變化，則轉子磁極因受到激磁定子電磁極的吸引和排斥力矩而驅動旋轉，同時外側的發(fā)電機繞組向外輸出電功率。其基本工作過程是當轉子鐵磁吸引旋轉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動功率電路的開關管Si、S3導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)，轉子與定子兩鐵磁極間相互排斥發(fā)生位移轉動，過程中通過取樣反饋PWM調制控制電流保持穩(wěn)定工作狀態(tài)。當轉子旋轉達所設位置時傳感器輸出信號控制驅動開關管Sp S3關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管并聯(lián)的單向導電的續(xù)流二極管向上述高壓儲能電容回貯電感衰減放電轉化為電位能，因有大的關斷時間間隔，可從容反饋回流電感衰減能量。此后轉子受前極鐵磁相吸繼續(xù)轉動至相吸低點位置a2時，位置編碼器按相序輸出控制信號驅動電子橋另臂開關管s2、S4導通，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化成電感電磁能。當運轉達所設轉子位置時傳感器輸出信號控制驅動開關管S2、S4關閉，此時繞組電感電流通過與開關管并聯(lián)續(xù)流二極管重新向儲能電容器充電，二極管的單向導電性阻止回流。此時一個循序換流過程完畢。此過程的重復循環(huán)，轉子不斷被驅動而得到連續(xù)轉動。在實際裝置的試制中，除結構參數(shù)與材料選擇外，電源效率與電感衰減能量反饋等也是決定裝置效益比的另一重要因素。例2 :—種定轉子同步雙勵磁動機其本體結構與現(xiàn)有同步電機類基本相似，相互作用的定轉子極之齒槽通電時同相同步雙勵磁至磁飽和而相互作用，其驅動電路有所不同。I.電磁機械本體結構圖7a與7b所示為本發(fā)明例2所述一種定轉子同步雙勵磁動機本體部分結構示意和橫切剖視圖，結構與現(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構的定子鐵芯(4)和勵磁繞組(6)，裝在轉子支架上的轉子鐵芯(3)和轉子勵磁繞組
(11)，與兩端通過支承部軸承支撐可自由旋轉的轉軸(I)組成剛性相連可一起旋轉的共轉子體。定子與轉子呈隱極結構，對應定子極內(nèi)緣與轉子外緣形成有一定的氣隙長度，后外罩
(10)內(nèi)在轉軸端設置有轉子繞組供電刷(12)，位置編碼器(8)和電子驅動控制板(9)。在覆蓋定子和轉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)。在覆蓋定子和轉子的外殼支架及轉子與定子端面開有散熱孔和設置有散熱部件，在轉子內(nèi)形成流動換熱。

定子電樞與轉子勵磁鐵芯采用厚度< O. Imm無取向高磁飽高磁導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、微晶或超導磁鐵鎳合金電磁薄片材料制作。定子與轉子鐵芯同相可以分布式或集中式繞制激磁繞組。2.電子驅動控制電路部分裝置驅動控制部分的電路包括電源、電壓變換與整流濾波、驅動與微電控制、轉子位置感測、電感能量反饋等幾部分。采用高壓斬波恒流雙勵磁單極性電子臂驅動，電感能量反饋采用電容高壓充貯方式。本電路的驅動原理是由電源所提供的電能轉換為不同的直流電壓后供驅動控制等部分使用。在一定角度由位置感測器件(8)輸出位置控制信號，電子驅動器根據(jù)傳感器測取的轉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，其電流方向隨轉子旋轉位置而呈間歇周期性變化，轉子勵磁極受定子電磁極吸引和排斥而驅動旋轉，通過轉軸向外輸出機械功率。其工作過程以下僅予以大致說明。其基本工作過程是當轉子鐵磁吸引旋轉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動功率電路的開關管導通向作為電源負載的定子和轉子勵磁繞組線圈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,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定值斬波恒流供電，激磁線圈電流的磁化場使定子與轉子鐵芯極磁化并維持磁飽和的電磁相互作用狀態(tài)，定轉子兩鐵磁極間磁相互作用驅動轉子發(fā)生位移轉動，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。當旋轉達所設轉子位置時傳感器輸出信號控制驅動開關管關閉切斷定子與轉子勵磁線圈電流，激磁繞組電感衰減電流通過與開關管并聯(lián)的單向導電續(xù)流二極管向上述高壓儲能電容回儲電感衰減放電轉化為電位能，為下一供電過程勵磁線圈電感的滋長提供電磁能。在實際裝置的試制中，除結構參數(shù)與材料選擇外，電源效率與電感衰減能量反饋等也是決定裝置效益比的另一重要因素。采用全功能檢測的方法，以控制供電導通時間與狀態(tài)控制，實現(xiàn)電機的轉速一頻率穩(wěn)定運行。其過流、過壓、自動相位控制等功能均為共知技術，在此不予贅述。例3 一種電勵磁阻磁動機作為一種簡易機型，本體磁作用部分僅由定子電勵鐵芯極與其相對轉樞上的鐵芯作用極組成，定子激磁極通電后對轉子鐵芯極的電磁吸引而運轉，是現(xiàn)代電力電子和微電控制技術的應用，它的特點是結構簡單，運行可靠，成本低廉，體積緊湊。該工作系統(tǒng)由磁阻磁動機本體和電子驅動控制兩大部分組成，驅動控制與能量反饋部分為公知技術，這里從略。下面即對其工作機予以說明。I.電磁機械本體結構
圖8a與8b所示為本發(fā)明例3所述一種磁阻磁動機本體部分結構示意和橫切剖視圖，結構與現(xiàn)有鐵磁相吸運轉方式的開關磁阻電機、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)，與裝在支架上的轉子鐵芯(3)兩端通過支承部軸承支撐著自由旋轉的電機轉軸(I)組成剛性相連可一起旋轉的共轉子體。定子與轉子呈8/6極凸極大極面結構，極面外緣寬，在換極處轉子磁移交換磁通，保持定子激磁磁導通路。對應勵磁定子極內(nèi)緣與轉子外緣形成有一定的氣隙長度，在覆蓋定子和轉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)和電子驅動控制器(9)。定子電樞與轉子勵磁鐵芯采用厚度< O. 2mm無取向高磁飽高磁導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、微晶或超導磁鐵鎳合金電磁薄片材料制作。為了盡量降低激磁強度要求，亦減小磁氣隙，利用定轉子間鐵芯的導磁作用，采用 定轉子大極靴以降低運轉磁阻易激磁于磁飽和。2.電子驅動控制電路部分裝置驅動控制部分的電路包括電源、電壓變換與整流濾波、驅動與自動控制、轉子位置感測、電感能量反饋等幾部分。在PWM開關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動，電感衰減能量反饋采用電容高壓回貯方式。本電路的驅動原理是由電源所提供的電能轉換為不同的直流電壓后供驅動控制等部分使用。在一定轉角位由位置編碼器(8)輸出位置控制信號，電子驅動器根據(jù)傳感器測取的轉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，供電相隨轉子旋轉位置而呈間歇周期性變化，轉子鐵芯極受勵磁定子電磁吸引而旋轉，通過轉軸向外輸出機械功率。其工作過程以下僅予以大致說明。其基本工作過程是當轉子鐵芯極旋轉達某相序兩極中點位置時，位置編碼器輸出控制信號驅動功率電路的開關管導通，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動轉子旋轉，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。當轉子相旋轉達兩極所設最近位置時傳感器輸出控制信號驅動開關管關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化為電位能，為下一供電相勵磁線圈電感的滋長提供電磁倉泛。上述步驟的重復進行，每相繞組依次通入電流驅動轉子不斷位移而運轉，控制開關依次循序邏輯運行而驅動，通過轉軸向外輸出動力。在實際裝置的試制中，除結構參數(shù)與材料選擇外，電源效率與電感衰減能量反饋等也是決定裝置效益比的另一重要因素。采用全功能檢測的方法，以控制供電導通時間與狀態(tài)控制，實現(xiàn)電機的轉速一頻率穩(wěn)定運行。其過流、過壓、自動相位控制等功能均為共知 技術，在此不予贅述。
權利要求
1.一種電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，裝置系統(tǒng)由電磁機械本體和電流驅動控制部分所組成，其基本特征是在類似于常規(guī)電機本體結構的定子鐵磁基體具有多個延伸部的磁極單元與設置于各磁極單元區(qū)域外部周壁纏繞有若干可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的電勵磁繞組線圈組成的電樞體，和在其電樞體內(nèi)側或外側鐵磁極緣表面相隔一定距離留有氣隙設置與其構成磁力作用的裝設有鐵磁極齒或可使電流通過產(chǎn)生激磁作用的電勵磁線圈繞組鐵磁極單元或若干不同排列的永磁體組構的電磁轉樞組合體，及使兩者保持其相對位置相連的支承機架與控制部件，所述轉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，電磁驅動控制部分包括對電磁機械本體工作磁極相互位置狀態(tài)進行感測的位相傳感、供電開關元件構成的饋電驅動、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，以旋轉或移動或旋線運動方式將磁力轉換為機械動力；其基本工作方法既是利用鐵芯非線性飽和磁化作用特征，通過定子與轉樞高磁導高磁飽和鐵芯工作極上所設勵磁繞組的電流激磁作用，在電磁運行的一定相位區(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動，是以電磁作用鐵芯磁飽和態(tài)抑制或減小其激磁鐵芯繞組在運移磁場中的感生反電勢與抗磁阻力。
2.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，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，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，不論哪種類型或方式，采用高磁導率高磁飽和低矩比低鐵損磁飽和特征明顯的鐵磁材料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率可減小勵磁安匝而降低激磁強度要求。
3.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，其特征在于基本工作狀態(tài)是鐵芯勵磁磁飽和，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。
4.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，其特征在于包括可設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磁鐵芯的不等截面或磁感連接體，可將其中配置有激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，不等截面或磁感連接體組成的勵磁極經(jīng)氣隙與相互作用極組成磁回路。
5.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，其特征在于由工作鐵芯、導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、爪狀或復合磁極，以有隙磁傳導、磁耦合方式組成旋轉電樞而相互作用，磁極方向可軸向或徑向或平行以及混合方式布置，而構成工作磁極的勵磁繞組可以設置在定子、轉子或定子與轉子鐵芯上的不同區(qū)段，組成內(nèi)電樞或外電樞。
6.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，其特征在于磁極可為電磁、永磁、超導磁或復合方式設置，或以抵消永磁體磁通方式形成作用磁極，極性可交替分布，亦可使其呈雙體結構、磁通平衡過極，以電磁代替永磁，定子與轉子雙向電勵磁、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，由于其基本工作原理仍相同，僅是功能及用途或作用方式、控制特征方面有所差異，本技術方案能夠完全覆蓋所述內(nèi)容。
7.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，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磁鐵軛磁通高變部位附加設置輔助繞組或另設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.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，其特征在于采用高壓電容放電、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，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，使線圈電感貯存的電磁場能量重新返回供電電容或電源之儲電設備中，工作線圈電感衰減能量的反饋循環(huán)利用亦是提高裝置效益的重要方法。
9.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，其特征在于勵磁線圈鐵芯磁飽和激磁電流為可控穩(wěn)定直流電，以微電程控調制或數(shù)控擬合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.權利要求I所述電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，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合成一個工作系統(tǒng)，所產(chǎn)生的機械能量通過機電轉換與反饋回輸維持電機本體的自身運轉，其成為一種輸出大于輸入而自持運轉的機電能量產(chǎn)生裝置；亦可以多組鏈級方式形成復合能量機組，以降低啟動能量輸入。
全文摘要
一種電磁運動能量產(chǎn)生裝置與方法，摘要附圖所示為其裝置鐵芯線圈(3)在其鐵芯(2)激磁飽和后與空心線圈(1)在B、μ～H坐標圖中的對比，此時兩者雖具有相同的感生抗磁阻力而其作用磁感強度卻大為不同，本類裝置即是通過在定子與轉子高磁導率高磁飽和鐵芯工作極上所設勵磁繞組，在所定相位與運轉區(qū)間，電激鐵芯磁飽和而達抑制或減小其運動感生反電動勢抗磁阻力，反饋回收繞組電感能量，以用較少的電勵磁輸入功率而利用鐵磁質的磁力作用產(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)，通過機電轉換與回輸維持磁動機的運轉，使其成為一種輸出大于輸入而自持運轉的機電能量產(chǎn)生裝置。
文檔編號H02N11/00GK102638202SQ20121014746
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權日2012年5月14日
發(fā)明者王世英 申請人:王世英