瞬時磁極轉換自發電裝置的研究

（中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

瞬時磁極轉換自發電裝置的研究

王興偉，潘雨昂，張彥澤

（中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

現如今，能源短缺是全世界面臨的一個問題。生活用電的來源存在諸多問題，傳統的火力發電高污染、低利用率，所以電能生產迫切需要一系列可廣泛應用于人類生活，并且低成本、零污染、無消耗的自發電裝置。

自發電裝置；瞬時磁極轉換；設計

瞬時磁極轉換自發電裝置從日常生活入手，利用瞬時對調磁極的原理將日常生活中產生的機械能轉化為電能，用于輔助解決生活中小規模的用電問題，以達到節能環保的目的。例如，將其安裝在人流量較大的公共場所的地表上，就能把人自身的重力勢能轉化為電能，從而達到節能發電的效果。

技術層面上，本裝置由磁通量變化產生感應電動勢。在閉合線圈面積不變條件下，本裝置通過改變磁場強度改變磁通量，發生電磁感應現象產生電能。在結構層面上，本裝置模塊由八個部分組成，當裝置由自然狀態轉化到壓板壓下時，“E”型鐵芯的中部的磁感線由于瞬時磁極轉換由出變為入，磁通量發生改變并生產出電能。整體結構設計靈活性強，適用性廣，使用方便。

經過拓展包裝，已經在自發電電子秤、一種針對于特殊人群的防出走裝置、安全環衛警示服等產品上進行運用。可以看出，本裝置能夠走進生活，開拓一個新的電能生產領域。

1 研制背景及意義

在發電層面，生活中常用的火力發電方式存在諸多應用限制條件以及使用弊端，它的運轉與維護困難，在用水、燃料輸送、環境保護等有很大的限制。同時，運用的成本高、融通性低。

在儲電層面，任何發電裝置都需要一個合適的儲電設備。各類電池在電能的存儲領域占主導地位，而其內部有毒物質可能造成的環境污染問題不可輕視。廢電池無論在大氣中還是深埋在地下，其重金屬成分都會隨滲液溢出，造成地下水和土壤的污染。綜上所述，目前迫切需要一種適用性高、成本低且零污染、無消耗的自發電裝置。

在解決傳統發電裝置不貼近生活、高污染、多限制、依賴原料的問題上，本裝置出現。

2 設計方案

本裝置有以下技術優點。

（1）高可塑性，可適用于日常生活中的多個領域。

（2）滿足低成本、零污染、無消耗，切合節能減排的特點。現階段占主導地位的火力發電消耗大量原料的同時也會產生難以估量的污染物質，因此電能生產迫切需要一系列低成本、零污染、低消耗的自發電裝置。

2.1 發電結構設計

本裝置的發電原理為瞬時變換磁極以產生最大的磁通量改變。核心模塊由底板、“E”型鐵芯、固定軸、控制磁鐵、壓板、支撐桿、彈簧、線圈共八個部分組成，如圖1。

圖1 各部分結構圖

當裝置處于自然狀態時，控制磁鐵4的兩極板塊的上表面分別與“E”型鐵芯上中板塊的下表面連在一起。當本裝置收到外部力量按壓時，壓板5被壓下，此時控制磁鐵4的兩極板塊上表面與鐵芯下表面分離，而兩級板塊的下表面分別與“E”型鐵芯的中下板塊上表面連在一起。假設控制磁鐵的上板塊為“S”極，下板塊為“N”級，則“E”型鐵芯中部板塊的磁感線方向由“E”型鐵芯指向磁鐵，而在按壓過程中，由于瞬時磁極轉換，鐵芯中部板塊的磁感線方向轉化為由指磁鐵向“E”型鐵芯，從而改變磁通量實現發電的目的。

2.2 執行電路設計

發電裝置產生的電壓為交流電，故第一步使用整流橋電路將交流電壓轉換為直流電壓；在儲電裝置的選擇上，由于電容的充放電特性，采用電容進行電量的儲存和釋放；同時加裝光敏電阻和繼電器電路，以適用于白天和黑夜的切換，如圖2。

圖2 電路部分設計思路

3 能源環境效益

發展低碳經濟是我國實現可持續發展，提高國際競爭力，降低環境成本的要求。2013年，我國五大發電集團完成供電煤耗314.5克/千瓦時。如果全部使用本改進裝置進行發電，則每年節省的燃煤重量可通過下面公式進行計算：

M=Q×a=3.63×108×314.5=1.14×1011克

=1.14×105噸

式中，M為每年可多節省的燃煤重量；Q為使用新型集熱器每年可增加的發電量；α為火力發電每千瓦時消耗標準煤耗質量。

按照每燃燒1噸標準煤就產生二氧化碳1620公斤，二氧化硫8.5公斤，氮氧化物7.4公斤計算，可多減排：

二氧化碳：1.14×105×1.620=1.85×105噸

二氧化碳：1.14×105×0.0085=969噸

氮氧化物：1.14×105×0.0074=844噸

從式中可以看出，如果全部使用本裝置改進槽式太陽能發電，則每年可以多節省標準煤1.14×105噸，減排二氧化碳1.85×105噸，二氧化硫969噸，氮氧化物844噸，具有重要的節能減排意義。

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