專利名稱：固體物質(zhì)發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明構(gòu)思來源于″錐體上滾″現(xiàn)象，原理來源于″錐體上滾″現(xiàn)象中地″能量最小原理″和其它發(fā)電機組一樣，是一種將物質(zhì)所蘊含地各種能先轉(zhuǎn)化成動能，進爾又可以轉(zhuǎn)化成電能的能量轉(zhuǎn)化裝置。
背景技術(shù)：
我們通過分析風力發(fā)電站。水力發(fā)電站和火力發(fā)電站可以知道它們均是通過流體態(tài)媒介物的動能轉(zhuǎn)化成電能如風力發(fā)電---它是空氣流動時地動能通過風葉帶動發(fā)電機發(fā)電。又如水力發(fā)電---它是水的重力勢能由于落差(或重力壓力)轉(zhuǎn)化成動能，再通過水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。再如火力發(fā)電---它是先將化學能轉(zhuǎn)化成熱能，熱能再轉(zhuǎn)化成水蒸汽的動能來帶動蒸汽輪機及發(fā)電機來發(fā)電。
所以我們可以把這些通過流體態(tài)媒介物的動能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機組稱為流體物質(zhì)發(fā)電機組。
其特點是1.發(fā)電機組只是將其它各種形式地自然存在，客觀存在的能源先轉(zhuǎn)換成動能后再轉(zhuǎn)換成電能地一種能量轉(zhuǎn)化設(shè)備。
2.這些流體態(tài)物質(zhì)在發(fā)完電以后，無需再投入多地人力物力。
如風力發(fā)電---空氣動能轉(zhuǎn)化成電能后，風速減小，空氣即融入其它空氣中。而水力發(fā)電---水的重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，通過水輪機帶動發(fā)電機發(fā)出電以后，水流則由于重力勢能作用，流向下游?；鹆Πl(fā)電---高溫高壓水蒸汽氣流經(jīng)過蒸汽輪機以后，速度降低，水蒸汽經(jīng)冷凝降溫后重新利用。
它們存在缺點是或受地域限制或有污染。如果將其它形式地能轉(zhuǎn)化成流體態(tài)動能則需消耗一定地能，且有污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明構(gòu)思來源子″錐體上滾″現(xiàn)象。其應(yīng)用地原理即是″錐體上滾″現(xiàn)象中地″能量最小原理″.是一種將固體態(tài)物質(zhì)地重力勢能先轉(zhuǎn)化成動能，然后再轉(zhuǎn)化成電能地一種能量轉(zhuǎn)化裝置。
正因為它是一種將固體態(tài)體物質(zhì)所蘊含地重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，然后又轉(zhuǎn)化成電能，所以，它克服流體物質(zhì)發(fā)電機存在地域限制和污染地缺點。
和本發(fā)明最相近地是水力發(fā)電，因為它們都是利用物質(zhì)的重力勢能先轉(zhuǎn)化成動能，然后轉(zhuǎn)化成電能。區(qū)別在于一個利用地是流體態(tài)物質(zhì)---水，一個利用地是一定形狀地固體態(tài)物質(zhì)。正因為它們利用地物質(zhì)地不同，所以，在重力勢能地利用方式上才有著本質(zhì)地不同。因而，它才克服了流體物質(zhì)發(fā)電機存在缺點。
技術(shù)方案是本發(fā)明是利用雙錐體向上滾動中的″最小能量原理″，即在重力場中的物體，在地球引力作用下，重力有降低的趨勢。由于軌道是不平行的，它們之間有夾角，再加上雙錐體地頂角作用，使重心位置由高向低變化，直到軌道頂端，重力勢能最小。
如何讓這一過程不斷重復下去是解決這一部題的關(guān)鍵由于過雙錐體高度連線地垂直剖面是一個菱形，而雙錐體高度連線和菱形下邊兩邊組成一個倒三角形，即上寬下窄。我們正是利用其這一特點。
現(xiàn)在我們假設(shè)雙錐體處于轉(zhuǎn)道頂端，其勢能最小，如果此時沒有外力作用(即沒有任何阻擋物)，它將脫離軌道，做自由落體運動，如果此時我們在其下方恰當位置放置一個同樣地軌道(要求在俯視時，該軌道與前一軌道所成軌道夾角應(yīng)與倒三角形的二個錐面線所組成地角相同)，由于該軌道置后于前一個軌道，所以當雙錐體脫離前一軌道后，它將繼續(xù)沿該軌道向上移動(既由于其又處于不穩(wěn)定狀態(tài)，又由于它在前一運動過程中獲得動能)。當它移動至該軌道頂端時，我們?nèi)绻藭r在其下方恰當位置再放置一個同樣地軌道，那么如果此時沒有外力作用，它同樣將沿該軌道向上移動。同理，它將沿我們設(shè)置的一系列軌道不停地運動下去......
也就是說，雙錐體在某一軌道上運動的同時，實際上在某一時段內(nèi)也是在稍微置后于其的第二軌道上運行，甚至是第三軌道上運行(受軌道夾角，軌道與水平線之間地夾角以及錐面夾角等方面因素影響)?；蛘哒f，雙錐體在運動過程中(除去初始階段和制動后重新啟動階段)基本上每時每刻，都在二個或二個以上軌道上運行(二個以上只是在其某一時段)。正因為是這樣，才保證了其連續(xù)不斷地運行。
雙錐體在一系列軌道上地運動過程，實際上是″錐體上滾現(xiàn)象″地運動組合，或者是″錐體上滾現(xiàn)象″的延續(xù)，因為我們不可能把雙錐體造地非常大，軌道也不可能無限長，而本發(fā)明正好解決了這一難題。
如果需要，我們可以把軌道搞成一個環(huán)形，這樣它將不停地運動下去。
另一個問題就是發(fā)電的問題。
我們知道由于過雙錐體高度連線地垂直剖面是一個菱形，而雙錐體無論如何滾動這一菱形將永遠成立，且由于是滾動，而高度連線實際上成了軸心線。那么，如果我們在軸上安裝軸承，軸承上安上貨架，在貨架上安裝發(fā)電機，同時，再在軸上固定一個齒輪，這樣隨著雙錐體地運動，齒輪也將帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這樣就構(gòu)成了我們所需要的固體物質(zhì)發(fā)電機。
還有一個問題連結(jié)問題。
以上我們分析了一個雙錐體地運動情況，其實我們可以在軌道上放置多個同樣地雙錐體，同時為求同步，我們可以把這些雙錐體連結(jié)在一起。
為了求穩(wěn)，我們可以多做幾列這樣地軌道，并且可以把各列也連結(jié)在一起。
本發(fā)明著重解決了以上幾個問題，還有些問題將在下面具體實施方法中講述。
總之，固態(tài)物質(zhì)發(fā)電機利用地是一定外型地固體物質(zhì)，所以，它克服了流體物質(zhì)發(fā)電機地缺點，它與水力發(fā)電一樣是利用自然界地一種客觀存在，普遍存在地物質(zhì)的重力勢能，先轉(zhuǎn)換成動能，再轉(zhuǎn)化成電能。所以1.它沒有區(qū)域限制。
2.它環(huán)保，無污染。


下面將結(jié)合附例對本發(fā)明作進一步更樣盡地說明圖1(a)是錐體上滾側(cè)面圖。
圖1(b)是錐體上滾俯視圖。
圖2是雙錐體在各運動階段中運動軌跡側(cè)面示意圖。
圖3是過雙錐體高度連線地雙錐體垂直剖面圖。
圖4是雙錐體上貨架，發(fā)電機，軸承，齒輪安裝示意圖。
圖1(a).為錐體上滾地側(cè)面圖，9.為底面積，高度，頂角均相同且底部連接在一起地雙錐體(頂角度如圖1(b)中4所示。5為雙錐底所組成的角度)1.2.為有一定夾角地雙軌道(夾角如圖1(b)中6所示)。8.為水平面。
圖1(b)是錐體上滾俯視圖。其中6是軌道夾角。5是雙錐體二個錐面所形成地夾角。4是雙錐體的錐頂角。7是前后二個軌道間形在地夾角。
圖2是雙錐體在各個運動階段側(cè)面示意圖。其中O為雙錐體重心，AB為水平線，1.為軌道1. 2為軌道2，3為軌道3，4為軌道4，A為軌道1的頂端，F(xiàn)為軌道2的頂端，G為軌道3的頂端，OC為過雙錐體重心地垂線，OA為重心降低軌跡。CD為固定各個軌道地水平連線，OB為重心下降高度(在1軌道上)。AC為軌道1雙軌道中地一條。HF是雙錐體脫離軌道1后在軌道2上地運動軌跡。
圖3是過雙錐體高度連線地雙錐體垂直剖面圖。其中XY為高度連線，角Z是由雙錐體的二個錐面組成，高度連線XY和二個錐面及其連線正好組成一個倒三角形XYZ。
圖4是貨架；發(fā)電機；齒輪；軸承安裝示意圖。其中A′和B′是錐體，C′是軸，D′和E′是軸承，F(xiàn)′是齒輪，G′是貨架，H′是發(fā)電機。
具體實施例方式為了便于理解，下邊我們先分析一下錐體上滾地原理。如圖1(a， b)。
錐體上滾地運動過程為當我們把雙錐體放在雙軌道頂角處，松開雙手后，雙錐體就會自動沿軌道向上滾動，直至軌道地寬度等于二倍地錐體高度，如果此時沒有外力作用，它將作自由落體運動(不計其獲得地動能)。
其原理是什么呢？其應(yīng)用是″最小能量原理″，即重力場中的物體在地球引力作用下，重力有降低的趨勢。由于軌道是不平行的，它們之間有夾角，再加上雙錐體地頂角作用，使雙錐體沿軌道由低向高運動，而重心則不斷降低，也就是說在這一過程中，重力勢能不斷轉(zhuǎn)換成動能。
那么，如何讓這種重力勢能連續(xù)不斷轉(zhuǎn)換成動能呢？請參看圖2。
我們假設(shè)軌道A處地寬度等于二倍錐體高度(即雙錐體二頂角間距離)，那么，雙錐體沿軌道向上移動到A處重心O降到最低(重心應(yīng)為錐體底面的圓心)，重心O降低地高度應(yīng)為OB的長度(AB為水平線)，雙錐體由軌道頂角C處向上滾動到A處即完成一個動運過程，那么如何讓這個過程能持續(xù)不斷地進行下呢？下面讓我們再研究一下雙錐體。
我們知道雙錐體過二個頂角和底面圓心所形成地垂直剖面是一個菱形(如圖3所示)，而以雙錐體的二個頂角X和Y的連線以及雙錐體的底錐面所形成地角Z正好組成一個倒三角形，且無論雙錐體如何滾動，倒三角永遠成立。而倒三角形有什么特點呢？那就是上寬下窄，而我們下邊利用的也正是它地這一特點。
我們假設(shè)軌道A處既是重心的最低點又是軌道地頂端，那么，此時雙錐體如果沒有外力作用，它將向下掉落，做自由落體動運，我們假設(shè)此時在下邊又有一個軌道夾角與前一個軌道夾角相同，且與前一個軌道平行排列但其軌道與前一個軌道所形成夾角(由于這一軌道置后于前一軌道，所以側(cè)面上看二軌道雖然平行，但正面看二組軌道之間必然存在夾角，請參看圖1b中角7)與雙錐體地二個錐面所形成地夾角相同(如圖1b中所示角5等于角7)地軌道，那么此時雙錐體由于又處于不平衡狀態(tài)(對于軌道2來說，其位置置后于軌道1，雖然雙錐體在軌道1地A處于軌道寬度等于二倍錐體高度，但對于軌道2卻不然)，它將由H處向F處動運。我們再假設(shè)F處為軌道2的頂端，又是二倍錐體高度處，那么，此時，雙錐體如果沒有外力作用，仍將做自由落體運動，假設(shè)此時在下邊又有一個同樣條件地軌道3，那么，雙錐體又處于不平衡狀態(tài)，那么它將重新向上滾動，依次類推，雙錐體將不斷重復前面地運動...
雙錐體不可能無止境地向前一直滾下去，這就須要我們把它的運動軌道做成一個環(huán)形，這樣它就可在這個環(huán)形軌道上不停地滾動下去。
另外，我們可以多放置一些這樣地雙錐體，讓其在軌道上運行，但其個數(shù)最多不能超過軌道的個數(shù)減去一(僅對環(huán)形軌道上的雙錐體而言，對線形軌道則毫無意義，因為我們不可能有幾個軌道就在上面放幾個雙錐體，不讓其運動，這樣就失去這一研究地意義，在這里提及數(shù)量只是最大化利用其價值和能量)。
如果我們想使各雙錐體運行同步，我們可以把這些雙錐體串連在一起。另外，如果想使其更平穩(wěn)地運行，我們可以多做幾列這樣地軌道，二列；三列，甚至更多，并且在上放置許多雙錐體，且連在一起。
雙錐體在一系列軌道上地運動過程，實際上是″錐體上滾現(xiàn)象″地運動組合。
那么如何用來發(fā)電呢？既然雙錐體是在軌道上滾動，那么，滾動就肯定有一個軸，雙錐體的高度連線(即圖3中XY線)實際上就是其軸心線。無論雙錐體如何滾動，因軸僅只是在轉(zhuǎn)動，而我們利用地正是這一點。因為其僅僅是在轉(zhuǎn)動，我們可以在其軸上安上軸承，軸承上安裝上貨架，貨架上安裝上發(fā)電機，同時再在軸上固定一個齒輪(如圖四所示)，而齒輪是用來帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。就這樣，固體物質(zhì)發(fā)電機組組成了。
如果其帶動地是直流發(fā)電機，那么，它就是固體物質(zhì)直流發(fā)電機組。
如果其帶動地是交流發(fā)電機，那么，它就是固體物質(zhì)交流發(fā)電機組。
至于齒輪的大小可以根椐我們的意圖來決定(僅對于交流發(fā)電機而言)，因其必需重新調(diào)整其頻率(頻率視國情而定)。如果是為了調(diào)整頻率(僅對交流發(fā)電機而言)，我們可以在軸上安一個較大的齒輪，而在發(fā)電機上安一個較小的齒輪(因為雙錐體在運動時都有一個衡定地速度，這樣，我們也可以通過變速系統(tǒng)地齒輪比，來調(diào)整到我們所需要地頻率。但最好采用發(fā)出電流后再統(tǒng)一調(diào)整地方式)。
另外還需說明幾點1.固體物質(zhì)發(fā)電機最好在環(huán)形軌道上運行，這樣就可以源源不斷地得到電能。
2.從圖2中雙錐體在第2.3.4軌道上運行情況我們可以看出雙錐體在軌道上運行時使用地僅僅是雙錐體錐面地一部分，即圖3中三角形XYZ中XZ和YZ邊靠近XY邊地那部分。這就為我們更好地利用雙錐體又提供了一個條件，我們可以取二個錐體其靠近錐頂角地那部分，這樣，在連結(jié)在一起地二個雙錐體之間就有一個空隙，我們就可以做一個非常大的齒輪(至于大齒輪安在轉(zhuǎn)子上還是雙錐體的轉(zhuǎn)動軸上，根椐我們的目的而定)，在雙錐體的軸承下方安一個發(fā)電機(這個下方可以是軌道下方任何一個地方，只要我們的齒輪有足夠大，并且不影響雙錐體轉(zhuǎn)彎兒。這樣我們就可以達到我們所需要地齒輪比。如圖4所示。
3.速度地確定。
速度地快慢由五個方面因素決定(1).是重力勢能地大小。重力勢能越大，速度越快。
(2).是軌道夾角地大小。夾角越大，速度越快。但它又有一個限度，最好在30--90度之間(因為夾角一但成為180度，這一現(xiàn)象將不存在)。
(3).是雙錐體地二個錐面角度大小(即圖3中角XZY)。對于同樣重量地雙錐體而言其錐面夾角越小其重心越高，所以速度就越快。
(4).是水平線與軌道之間地夾角(見圖1a中1與8地夾角)。這個夾角越大，速度越小，所以其最好在20度左右(主要是由于重心降低高度變小引起，因為夾角越大，雙錐體上升到二倍體后，重心降低高度越小)。
(5).發(fā)電機功率的大小，由于發(fā)電機是由動能通過發(fā)電機的導線切割磁力線，克服安培力做功才發(fā)出電能，所以發(fā)電機的功率大小蔣直接影響速度的快慢，所以最好發(fā)電機發(fā)出的電能占重力勢能的80％---85％，這樣一方面能最大限度地利用重力勢能，另一方面也能保持一定動能(即速度)，保持能量轉(zhuǎn)化地連續(xù)性，同時也解決了雙錐體滾動時和連結(jié)以及變速時的能量消耗(由于摩擦產(chǎn)生地熱能)。
正是由于這幾方面因素地決定，所以給速度地確定增加了不確定地因素，我們必須通過測定這些連結(jié)在一起地雙錐體的衡定速率，然后再調(diào)整齒輪比。
4.制動我們可以采用讓各個軌道直立地方法，這樣就相當于讓雙錐體在二條平行線上滾動(把各軌道頂端看成二條平行線)，由于失去重力勢能轉(zhuǎn)換成動能的條件，也就失去了動力，同時由于各個軌道間存在一定地距離，雙錐體在直立地各軌道間運行也會消耗一部分動能，因此，其運行一段后就會自動停于來，但一般不采用這種方式，這是因為當使用軌道豎起這種方式來制動雙錐體時，無論是二個錐體錐面所形成地角XZY大于或小于軌道夾角，都會因接觸面積小而給錐面和軌道造成一定程度損壞，并且還會給下一步起動造成一定困難，所以最好不采用這種方式。
另外，可以采用如同車輛制動一樣，不讓其滾動地方法來制動。
把摩擦片安裝在連結(jié)各個雙錐體的連結(jié)物上。制動時，摩擦片壓緊雙錐體錐壁以制動。
5.圖3中雙錐體的二個錐面所組成地角XZY與軌道夾角以及軌道與水平面地夾角，這三者之間地關(guān)系首先分析一下軌道與水平面夾角(即圖二中角ACD)，根椐″能量守恒定律″，在圖二中AD的最大值是與OC相等(在一切條件都滿足地條件下，并且忽略由于摩擦產(chǎn)生的熱能)，在這一過程中重力勢能先轉(zhuǎn)化成動能，動能又轉(zhuǎn)化成勢能，失去了利用價值，所以軌道與水平面的夾角不可太大(90度時這一現(xiàn)象將不存在)，但卻不能為0度，因為一但為0度，重力勢能利用率雖然達到最大，但卻不能在該軌道下方放置軌道，不能保持該現(xiàn)象地連續(xù)性，所以該角度最好為20度左右。
雙錐體的二個錐面所組成地角XZY與軌道的夾角最好采用120度和45度或90度和30度這樣地組合關(guān)系。
另外，在圖二中OC的值至少應(yīng)是AD的二至三倍。
6.拐彎，可以采用慢慢地改變軌道方向，只要不使雙錐體脫軌即可。
7.在圖2中重心O由高處降至A處這一運動過程，只有初始啟動和制動后重新啟動時才會出現(xiàn)，而在運動過程中不會出現(xiàn)這種情況，僅僅作為示意圖而矣。
8.在圖1(b)中角5與角7的關(guān)系由前后二個軌道間的距離來決定。
9.功率的確定，功率的確定可以從二個方面來確定(1).從重力勢能方面判定。
由于雙錐體在一系列軌道上運行時使用地僅僅是雙錐體的一部分，所以雙錐體在一系列軌道上運行時地重心降低高度應(yīng)為雙錐體脫離前一軌道后并在后一軌道上運行至二倍雙錐體高度后重心降低的高度(如圖2中在軌道2上從H到F時重心降低的高度)，單位時間內(nèi)雙錐體下降地高度與雙錐體重力的乘積，再乘以85％即為單個發(fā)電機的功率(這里以利用率85％計算)。
(2).從速度方面確定。
在發(fā)電機未接通發(fā)電地情況下，測試雙錐體從靜止到某一時刻地即時速度及時間，根椐物體的動能等于它的質(zhì)量跟它的速度平方乘積的一半來計算出動能，再用動能除時間再乘以85％即為發(fā)電機地功率(動能實際上是重力在這一時段內(nèi)所做的功)。
10.如果采用加大齒輪來改變齒輪比的方式，則雙錐體的軌道應(yīng)改為倒″八″字軌道，即去掉原來雙軌道交叉連接形成夾角時，靠近夾角的那一部分，這樣形成空間才能使雙錐體運行。而連接各個軌道的軌道連線則變成相互平行地平行線。
最后，把這些直流或是交流發(fā)電機或并聯(lián)或串聯(lián)在一起，然后，再通過升降壓系統(tǒng)和調(diào)頻系統(tǒng)(僅指交流發(fā)電機組)后，再并入電網(wǎng)使用。
這些被我們并聯(lián)或者是串聯(lián)在一起地直流或者是交流發(fā)電機就組成了固體物質(zhì)直流發(fā)電機或者是固體物質(zhì)交流發(fā)電機組，我們統(tǒng)稱其為固體物質(zhì)發(fā)電機組。
由于其利用地是″能量最小原理″，其能量來源是固體物質(zhì)地重力勢能，其不源源不斷地轉(zhuǎn)化成動能，然后又轉(zhuǎn)化成電能，所以它解決了流體物質(zhì)發(fā)電機地域限制地缺點，并且無污染，環(huán)保，高效，節(jié)能。
權(quán)利要求
1.一種固體物質(zhì)發(fā)電機組，各種形式地能通過流體媒介物地動能帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)化成電能，其特征是本發(fā)明不通過流體媒介物，直接將固體物質(zhì)所蘊含地重力勢能通過本裝置轉(zhuǎn)化成電能。
2.根椐權(quán)利要求1所述的固體物質(zhì)發(fā)電機組，其特征是其構(gòu)思來源于″錐體上滾現(xiàn)象″，其原理是″錐體上滾″現(xiàn)象中的″能量最小原理″，其能量來源的是固體物質(zhì)的重力勢能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體物質(zhì)發(fā)電機組，其特征是其重點解決了讓″錐體上滾現(xiàn)象″不斷進行下去，讓重力勢能不斷轉(zhuǎn)化成動能，進爾又轉(zhuǎn)化成電能和發(fā)電的問題，不斷進行下去是由于過雙錐體高度連線地垂直剖面是一個菱形，而高度連線和錐面下二邊正好組成一個倒三角形，正是利用倒三角形地上寬下窄地特點，在該軌道下邊恰當位置一個與前一軌道一樣地軌道，這樣，當雙錐體落離前一軌道后，將沿這一軌道運行下去，若放置許多這樣地軌道，它將一停地運動下去，發(fā)電地問題是由于雙錐體在滾動，所以高度連線實際上就是其軸心線，在軸上安裝上軸承，軸承上安裝上貨架，貨架上固定發(fā)電機，同時在軸上固定上齒輪，以帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子來發(fā)電。
4.根椐權(quán)利要求1所述的固體物質(zhì)發(fā)電機組，其特征是其在一系列軌道上運行的過程實際上是″錐體上滾現(xiàn)象″的組合。
全文摘要
一種將固體物質(zhì)的重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，又轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機組。它利用的是“錐體上滾”過程中的“能量最小原理”。它解決了如何讓這一過程不斷進行下去及如何發(fā)電。由于過雙錐體高度連線的垂直剖面是一個菱形，而雙錐體高度連線和下面的錐面線組成一個倒三角形，特點是上寬下窄，利用這一特點，在前一軌道下方一恰當位置放置一個與前一軌道相同地軌道，當雙錐滾動到二倍雙錐體高度后，它將脫離前一軌道并沿這一軌道向上滾動。如果放置許多這樣地軌道，它將不停地滾動下去。也可把軌道組成環(huán)形。由于錐體是在滾動，高度連線就是其軸心線。可在軸上安裝軸承，并固定上齒輪，軸承上安裝貨架以固定發(fā)電機，齒輪來帶動轉(zhuǎn)子即可發(fā)電。
文檔編號F03G3/00GK1661230SQ20041006021
公開日2005年8月31日 申請日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月8日
發(fā)明者馮大威 申請人:馮大威