一种复合励磁双向磁通可控装置
阅读说明：本技术 一种复合励磁双向磁通可控装置 (Composite excitation bidirectional magnetic flux controllable device ) 是由 朱石柱 司雷明 戴珊珊 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种复合励磁双向磁通可控装置,其构成包括有励磁线圈、闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯、左侧C形永磁支路和右侧C形永磁支路,左侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右侧竖直边框的左侧面,右侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右侧竖直边框的右侧面,且左侧C形永磁支路上开口端呈S极,下开口端呈N极,而右侧C形永磁支路上开口端呈N极,下开口端呈S极,励磁线圈绕于该闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右侧竖直边框,且限于左侧C形永磁支路和右侧C形永磁支路的上下开口端之间。本发明装置用较小电流获得较高的复合磁通,高效、节能、环保,具有广泛的应用前景。(The invention relates to a composite excitation bidirectional magnetic flux controllable device, which comprises an excitation coil, a closed-loop soft magnetic core or an open-loop soft magnetic core, a left C-shaped permanent magnetic branch and a right C-shaped permanent magnetic branch, wherein the upper and lower opening end surfaces of the left C-shaped permanent magnetic branch are tightly attached to the left side surface of a right vertical frame of the closed-loop soft magnetic core or the open-loop soft magnetic core, the upper and lower opening end surfaces of the right C-shaped permanent magnetic branch are tightly attached to the right side surface of the right vertical frame of the closed-loop soft magnetic core or the open-loop soft magnetic core, the upper opening end of the left C-shaped permanent magnetic branch is S-pole, the lower opening end is N-pole, the upper opening end of the right C-shaped permanent magnet branch is an N pole, the lower opening end of the right C-shaped permanent magnet branch is an S pole, and the excitation coil is wound on a right vertical frame of the closed-loop soft magnet core or the open-loop soft magnet core and limited between the upper opening end and the lower opening end of the left C-shaped permanent magnet branch and the upper opening end of the right C-shaped permanent magnet branch. The device of the invention obtains higher composite magnetic flux with smaller current, is efficient, energy-saving and environment-friendly, and has wide application prospect.)
技术领域
本发明涉及一种电磁转换装置，尤其为一种具有复合励磁的且磁场方向可调的电磁转换装置。
背景技术
永磁体静态能量利用的一种重要形式是采用复合励磁方式，将永磁体的静态磁势与励磁线圈产生的动态磁势复合叠加，从而在外回路中形成复合磁通。但由于永磁体的磁场方向及磁通大小是无法随机得到调控，使磁路的功能和设计受到极大的限制，也使永磁能无法得到充分 的开发和利用，尤其在永磁能与电能转换的变压器装置利用中，由于软磁铁芯的磁滞特性，铁芯中较高的剩磁致使单方向磁通是难以实现高效磁电转换效率的。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合励磁磁通双向可控装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是，一种复合励磁双向磁通可控装置，其构成包括有励磁线圈、闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯，其特征在于：其构成中还包括有左侧C形永磁支路和右侧C形永磁支路，所述左侧C形永磁支路和右侧C形永磁支路分别由永磁体和铁芯材料构成，左侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右侧竖直边框的左侧面，右侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右侧竖直边框的右侧面，且左侧C形永磁支路上开口端呈S极，下开口端呈N极，而右侧C形永磁支路上开口端呈N极，下开口端呈S极，励磁线圈绕于该闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右侧竖直边框，且限于左侧C形永磁支路和右侧C形永磁支路的上下开口端之间。
在上述技术方案中，所述左侧C形永磁支路由上方永磁体、下方永磁体、竖直段铁芯、上水平段铁芯、下水平段铁芯构成，上水平段铁芯和下水平段铁芯的一端紧贴于软磁铁芯右侧竖直边框的左侧面，上方永磁体N极紧贴竖直段铁芯上端右侧面，上方永磁体S极紧贴上水平段铁芯的另一端，下方永磁体S极紧贴竖直段铁芯下端右侧面，下方永磁体N极紧贴下水平段铁芯的另一端；所述右侧C形永磁支路由上方永磁体、下方永磁体、竖直段铁芯、上水平段铁芯、下水平段铁芯构成，上水平段铁芯和下水平段铁芯的一端紧贴于软磁铁芯右侧竖直边框的右侧面，上方永磁体S极紧贴竖直段铁芯上端左侧面，上方永磁体N极紧贴上水平段铁芯的另一端，下方永磁体N极紧贴竖直段铁芯下端左侧面，下方永磁体S极紧贴下水平段铁芯的另一端。左右两侧C形永磁支路四个永磁体的设置应满足以下条件，即，在静态（励磁线圈输入为零）时，四个永磁体经软磁铁芯构成闭合磁回路，并能形成一个磁通磁场方向一致的串联闭合回路。
在上述技术方案中，所述闭环软磁铁芯或开环软磁铁芯右竖直边框的左侧面上下设置有两个凸部、右侧面上下设置有两个凸部，竖直边框左右两侧的上下凸部相对设置或错开设置，所述左侧C形永磁支路的上方永磁体S极紧贴竖直边框左侧面上凸部，该上方永磁体的N极紧贴竖直段铁芯上端右侧面，所述左侧C形永磁支路下方永磁体的S极紧贴竖直段铁芯下端右侧面，该下方永磁体的N极紧贴竖直边框左侧面下凸部；所述右侧C形永磁支路上方永磁体的N极紧贴竖直边框右侧面上凸部，该上方永磁体的S极紧贴竖直段铁芯上端左侧面，所述右侧C形永磁支路下方永磁体的S极紧贴竖直边框右侧面下凸部，该下方永磁体的N极紧贴竖直段铁芯下端左侧面。
所谓竖直边框左右两侧的上下凸部相对设置或错开设置是指，竖直边框左右两侧的上下凸部两两呈水平设置，或者竖直边框左右两侧的上下凸部两两高低不同、错开设置。基于上述技术方案，所述闭环软磁铁芯为矩形软磁铁芯，所述左侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该矩形软磁铁芯右侧竖直段的左侧面，所述右侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该矩形软磁铁芯右侧竖直段的右侧面，且左侧C形永磁支路上开口端呈S极，下开口端呈N极，而右侧C形永磁支路上开口端呈N极，下开口端呈S极，励磁线圈绕于该矩形软磁铁芯右侧竖直段，且限于左右C形永磁支路的上下开口端之间，该矩形软磁铁芯左侧竖直段绕制有输出线圈。
基于上述技术方案，所述开环软磁铁芯为C形软磁铁芯，所述左侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该C形软磁铁芯竖直段的左侧面，所述右侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该C形软磁铁芯竖直段的右侧面，且左侧C形永磁支路上开口端呈S极，下开口端N极，而右侧C形永磁支路上开口端呈N极，下开口端S极，励磁线圈绕于该C形软磁铁芯竖直段，且限于左右C形永磁支路的上下开口端之间。
基于上述技术方案，所述开环软磁铁芯为U形软磁铁芯，所述左侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该U形软磁铁芯竖直段的左侧面，所述右侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该U形软磁铁芯竖直段的右侧面，且左侧C形永磁支路上开口端呈S极，下开口端N极，而右侧C形永磁支路上开口端呈N极，下开口端S极，励磁线圈绕于该U形软磁铁芯竖直段，且限于左右C形永磁支路的上下开口端之间。
本发明的优点：
1.装置用较小的电流获得较高的动态永磁磁通和励磁磁通叠加后的复合磁通，可在各种不同的应用场合获得显著的高效、大扭矩、节能、环保。
2.装置将恒定的永磁磁场方向变为可控方向的复合磁通，为开创性的磁路设计，提供一种具有广泛应用前景的、基础性的单元装置，将会促进永磁能应用新发展局面。
3.双向复合励磁磁通量连续无级可调功能，可实现高效的稳压、稳速、稳流、恒扭矩等等的远程闭环自动控制功能。
4.装置极大提升永磁体利用率，节能环保，并对我国战略物资稀土永磁保护具有重要意义。
5.装置结构巧妙、体积小、重量轻、成本低，有极高的性价比。
附图说明
图1是本发明矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置励磁线圈输入电流为零时的状态示意图。
图2是本发明矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置励磁线圈输入正向电流时的状态示意图。
图3是本发明矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置励磁线圈输入反向电流时的状态示意图。
图4是本发明C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置励磁线圈输入电流为零时的状态示意图。
图5是本发明C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置励磁线圈输入正向电流时的状态示意图。
图6是本发明C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置励磁线圈输入反向电流时的状态示意图。
图7是本发明实施例一，矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置应用于变压器，励磁线圈输入电流为零时的电路磁路示意图。
图8是本发明实施例一，矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置应用于变压器，励磁线圈输入正向电流时的电路磁路示意图。
图9是本发明实施例一，矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置应用于变压器，励磁线圈输入反向电流时的电路磁路示意图。
图10是本发明实施例二，C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置应用于电动机发电机实例的结构示意图。
以上附图中，11是矩形铁芯左侧竖直边框，12是矩形铁芯上水平边框，13是矩形铁芯下水平边框，14是矩形铁芯右侧竖直边框，21是上水平铁芯段，22是上永磁体，23是竖直铁芯段，24是下永磁体，25是下水平铁芯段，31是上水平铁芯段，32是上永磁体，33是竖直铁芯段，34是下永磁体，35是下水平铁芯段，41是励磁线圈，Φ永左是左侧C形永磁支路与矩形铁芯右侧竖直边框形成的永磁磁通，Φ永右是右侧C形永磁支路与矩形铁芯右侧竖直边框形成的永磁磁通，Φ永左右是右侧C形永磁支路经矩形铁芯右侧竖直边框与左侧C形永磁支路之间形成的永磁磁通，Φ永右左是左侧C形永磁支路经矩形铁芯右侧竖直边框与右侧C形永磁支路之间形成的永磁磁通，Φ励正是励磁线圈输入正向电流形成的励磁磁通，Φ永正是励磁线圈输入正向电流形成的永磁磁通，Φ励反是励磁线圈输入反向电流形成的励磁磁通，Φ永反是励磁线圈输入反向电流形成的永磁磁通。
101是矩形铁芯左侧竖直边框，102是矩形铁芯上水平边框，103是矩形铁芯下水平边框，104是矩形铁芯右侧竖直边框，105是上水平铁芯段，106是上永磁体，107是竖直铁芯段，108是下永磁体，109是下水平铁芯段，110是上水平铁芯段，111是上永磁体，112是竖直铁芯段，113是下永磁体，114是下水平铁芯段，115是励磁线圈，116是输出线圈。
201是C形软磁铁芯，202是上凸部，203是上永磁体，204是铁芯竖直段，205是永磁体，206是永磁体与转子座固定的定位孔。
具体实施方式
实施例一，本实施例是矩形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置在变压器中的具体应用，其结构如附图7-9所示。
在本实施例中，左侧C形永磁支路上水平段铁芯105、上方永磁体106、竖直段铁芯107、下方永磁体108、下水平段铁芯109构成，上方永磁体106的N极紧贴竖直段铁芯107上端右侧面，上方永磁体106的S极紧贴上水平段铁芯105，下方永磁体108的S极紧贴竖直段铁芯107下端右侧面，下方永磁体108的N极紧贴下水平段铁芯109，且左侧C形永磁支路上开口端呈S极，下开口端N极，；右侧C形永磁支路上水平段铁芯110、上方永磁体111、竖直段铁芯112、下方永磁体113、下水平段铁芯114构成，上方永磁体111的S极紧贴竖直段铁芯112上端左侧面，上方永磁体111的N极紧贴上水平段铁芯110，下方永磁体113的N极紧贴竖直段铁芯112下端左侧面，下方永磁体113的S极紧贴下水平段铁芯114，右侧C形永磁支路上开口端呈N极，下开口端S极。左侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该矩形软磁铁芯右侧竖直边框104的左侧面，右侧C形永磁支路上下两个开口端面紧贴于该矩形软磁铁芯右侧竖直边框104的右侧面。励磁线圈115绕于矩形铁芯右侧竖直边框104的中段，且限于左右C形永磁支路的上下开口端之间，输出线圈116绕于该矩形铁芯的左侧竖直边框。
在本实施例中，左侧C形永磁支路上水平段铁芯105的位置低于右侧C形永磁支路上水平段铁芯110，相应的，左侧C形永磁支路下水平段铁芯109低于右侧C形永磁支路上水平段铁芯114。
当励磁线圈的输入电流为零时，参见附图7，变压器处于静态。矩形软磁铁芯左侧边框中没有励磁磁通。右侧C形永磁支路经矩形软磁铁芯右侧边框与左侧C形永磁支路之间形成一个磁通磁场方向一致的串联闭合回路，即永磁磁通Φ永右左和永磁磁通Φ永左右。同时，左侧C形永磁支路与矩形软磁铁芯右侧边框之间还形成永磁磁通Φ永左，而右侧C形永磁支路与矩形软磁铁芯右侧边框之间形成永磁磁通Φ永右。
当励磁线圈输入正向电流，参见附图8，在矩形软磁铁芯左侧边框中会形成励磁磁通Φ励正，与此同时，在励磁线圈正向电流作用下，右侧C形永磁支路中的原先闭合的永磁磁通永磁磁通Φ永右左、永磁磁通Φ永左右、Φ永右被打开，在矩形软磁铁芯回路中，形成Φ永右，此刻，输出线圈116中会感应出正向电动势。当输入到励磁线圈中正向电流发生大小变化，相应地，Φ励正与Φ永右的磁通之和也会发生大小变化。
同理，当励磁线圈输入反向电流，参见附图9，在矩形软磁铁芯左侧边框中会形成励磁磁通Φ励反，与此同时，在励磁线圈反向电流作用下，左侧C形永磁支路中的原先闭合的永磁磁通永磁磁通Φ永右左、永磁磁通Φ永左右、Φ永左被打开，在矩形软磁铁芯回路中，形成Φ永左，此刻，输出线圈116中会感应出反向电动势。当输入到励磁线圈中反向电流发生大小变化，相应地，Φ励反与Φ永左的磁通之和也会发生大小变化。
实施例二，本实施例为C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置在电动机中的应用，C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置的结构参见附图4-6。
当励磁线圈的输入电流为零时，参见附图4，装置处于静态。 C形软磁铁芯左侧开口端没有磁势形成，右侧C形永磁支路经C形软磁铁芯右侧边框与左侧C形永磁支路之间形成一个磁通磁场方向一致的串联闭合回路，即永磁磁通Φ永右左和永磁磁通Φ永左右。同时，左侧C形永磁支路与矩形软磁铁芯右侧边框之间还形成永磁磁通Φ永左，而右侧C形永磁支路与矩形软磁铁芯右侧边框之间形成永磁磁通Φ永右。
当励磁线圈输入正向电流，参见附图5，在励磁线圈正向电流作用下，会在C形软磁铁芯左侧开口端会形成励磁磁势，同时，右侧C形永磁支路中的原先闭合的永磁磁通Φ永右左、Φ永左右、Φ永右被打开，会在C形软磁铁芯左侧开口端会形成永磁磁势，此刻，励磁磁势与永磁磁势在C形软磁铁芯左侧开口端叠加形成复合励磁磁势，使开口上端口处呈现N极，下端口处呈现S极，当输入到励磁线圈中正向电流发生大小变化，相应地，C形软磁铁芯左侧开口端处复合励磁磁势的也会发生大小变化。
同理，当励磁线圈输入反向电流，参见附图6，在励磁线圈反向电流作用下，会在C形软磁铁芯左侧开口端会形成励磁磁势，同时，左侧C形永磁支路中的原先闭合的永磁磁通Φ永右左、Φ永左右、Φ永左被打开，会在C形软磁铁芯左侧开口端会形成永磁磁势，此刻，励磁磁势与永磁磁势会在C形软磁铁芯左侧开口端叠加形成复合励磁磁势，使开口上端口处呈现S极，下端口处呈现N极，当输入到励磁线圈中反向电流发生大小变化，相应地，C形软磁铁芯左侧开口端处复合励磁磁势的也会发生大小变化。
当励磁线圈中输入电流方向正反交替变化，C形软磁铁芯左侧开口端处的复合励磁磁势的磁极性也会作相应地交替变化。
如附图10所示，电动机定子由六个C形软磁铁芯复合励磁磁通双向可控装置作为复合励磁单元构成，该复合励磁单元的C形软磁铁芯201两侧设置有上凸部202和下凸部，且两侧的上凸部和两侧的下凸部相对水平状态设置，上永磁体203紧贴于上凸部202，铁芯竖直段204紧贴于上永磁体203和下永磁体，电动机转子由八个永磁体205环状设置而成，且八个永磁体磁极方向为径向，相邻两个永磁体的磁极性相异。定子上每一个具有复合励磁磁势的复合励磁单元与转子上每一个永磁体之间会产生“既吸又推”的磁作用力，实现电动机的高效运转。关于此类电动机的运转机制，请参见中国专利“交流永磁增效磁阻电动机”（专利号ZL 201310584450.5）。
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