專利名稱：利用單個(gè)磁通量路徑的發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本發(fā)明涉及這樣的方法和設(shè)備，其中一個(gè)或多個(gè)永磁體通過單 個(gè)通量路徑的磁通量的極性(方向)被反復(fù)地顛倒，繞該通量路徑纏繞 有導(dǎo)電線圈以便在線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電。
背景技術(shù)：
0003動生發(fā)電機(jī)(motional electric generators)和交流發(fā)電機(jī)中所涉
及的機(jī)電和電磁方法是公知的。交流發(fā)電機(jī)和動生發(fā)電機(jī)通常采用永磁 體，并通常具有轉(zhuǎn)子和定子以及一個(gè)或多個(gè)線圈，該線圈中感應(yīng)產(chǎn)生EMF
(電動勢)。發(fā)電所涉及的物理學(xué)有發(fā)電機(jī)等式r:f(vx巧J描述。
0004現(xiàn)在常見的是由具有高矯頑力、高磁通量密度、高磁動勢(mmf) 且磁強(qiáng)度隨時(shí)間無顯著退化的材料制成的永磁體。例子包括陶瓷鐵氧體 磁體(Fe203);釤鈷合金(SmCo5);鐵釹硼組合物；以及其他材料。
0005變壓器的磁路通常由層壓的含鐵材料構(gòu)造；感應(yīng)器通常采用鐵 氧體材料，其用于變壓器和感應(yīng)器的較高頻率的操作?，F(xiàn)在有用于磁電 路內(nèi)磁路的高性能磁性材料，該材料適于以最小的渦流(快速)開關(guān)磁 通量。 一個(gè)例子是日本Hitachi公司制造的納米晶體芯材料FINEMET 。
0006按照Moskowitz的"Permanent Magnet Design and Application Handbook" (1995，第52頁)，磁通量可以認(rèn)為總是以直角離開并進(jìn)入 鐵磁材料表面的通量線，但通量線絕對不能以真正的直角轉(zhuǎn)彎，其僅以直線或彎曲路徑行進(jìn)，并遵從最短的距離和最低磁阻的路徑。
0007"磁阻開關(guān)"是一種可以直接快速的方式顯著增加或降低(通 常是增加)磁路的磁阻(抵抗磁動勢)隨后以直接快速的方式將其恢復(fù) 到原始(通常較低)值的裝置。磁阻開關(guān)通常具有模擬特性。相比而言， 關(guān)/開電開關(guān)通常具有數(shù)字特性，原因在于不存在電"泄漏
(bleed-through)"。對于現(xiàn)有技術(shù)，磁阻開關(guān)具有磁通量泄漏。磁阻開 關(guān)可機(jī)械地執(zhí)行(如引起銜鐵(keeper)運(yùn)動從而產(chǎn)生空氣間隙)或者通 過幾個(gè)裝置或其他裝置電氣執(zhí)行。 一種電氣裝置是使用繞通量路徑的控 制線圈。另一種電氣裝置是將某些類型的材料設(shè)置在通量路徑中，該材 料在加電后改變(通常增加)其磁阻。另一種電氣裝置是使一定區(qū)域的 開關(guān)材料飽和以致通過將電線插入到該材料中磁阻增加至空氣的磁阻， 如Konrad禾卩Brudny在"An Improved Method for Virtual Air Gap Length Computation"，《正EE Transaction on Magnetics》，Vol. 41， No. 10， 2005 年10月中所述的。
0008專利文獻(xiàn)公開了大量結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)用來通過反復(fù)不均 勻地劃分來自交流通量路徑之間的一個(gè)或多個(gè)靜止永磁體的磁通量，從 而改變交流磁通量路徑中的磁通量以便發(fā)電。當(dāng)線圈纏繞路徑時(shí)， 一個(gè) 磁路中磁通量的增加和其他路徑中的相應(yīng)減小為感應(yīng)電提供基礎(chǔ)。由這 些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電所涉及的物理學(xué)由變壓器方程「 = -J"必/^.^描述。多種磁
阻開關(guān)裝置已經(jīng)用來使經(jīng)過特定交流路徑的磁通量增加/減小而在另一個(gè) 路徑產(chǎn)生相應(yīng)的減小/增加，并重復(fù)該過程。
0009沿永磁體的相對極之間的交流路徑開關(guān)磁通量的裝置包括R丄 Radus在1963年7月的《Engineers， Digest》中描述的磁通量轉(zhuǎn)移原理。
0010提供具有大體類似的幾何構(gòu)型和磁導(dǎo)率的交流磁通量路徑的結(jié) 果是，在特定條件下，首先選擇的交流路徑或?yàn)榇磐恐黧w選擇的路徑 將保持為"優(yōu)選路徑"，因?yàn)樵撀窂奖绕渌窂奖３指啻磐?，盡管 這些路徑具有相等的磁阻。(在類似路徑之間不會自動均衡磁通量。) Moskowitz的"Permanent Magnet Design and Application Handbood"( 1995，
第87頁)討論了關(guān)于工業(yè)應(yīng)用永磁體提起和釋放鋼鐵的效果，該工業(yè)應(yīng) 用是經(jīng)磁阻開關(guān)通過導(dǎo)通和(幾乎)關(guān)閉永磁體實(shí)現(xiàn)的，該磁阻開關(guān)由繞磁通量路徑的線圈的電脈沖組成(磁阻開關(guān))。0011以正方形放置的四個(gè)鐵矩形條(相對磁導(dǎo)率二1000)的實(shí)驗(yàn)結(jié)
果表明移去和更換平行于條形磁體的端部條形體之一將導(dǎo)致約80%的磁
通量保持在仍保持接觸的條形體內(nèi)，其中條狀永磁體(一個(gè)磁極測量的
磁通量密度=5000高斯)在約位于中心位置的兩個(gè)相對條之間。該結(jié)果
進(jìn)一步表明在不均勻磁通量條件產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移到交流路徑前，優(yōu)選路徑
的磁阻必定增加約為可用交流路徑的10倍。
0012Flynn的美國專利6,246,561; Patrick等人的美國專利6,362,718; 和Pedersen的美國專利6,946,938都公開了開關(guān)(劃分)來自交流路徑之 間的一個(gè)或多個(gè)靜止永磁體的磁通量以便發(fā)生電(和/或原動力)的方法 和設(shè)備。它們提供一個(gè)路徑中磁通量的增加和另一個(gè)路徑中磁通量的相 應(yīng)減小?？傆兄辽賰蓚€(gè)路徑。
發(fā)明內(nèi)容
0013本發(fā)明涉及通過對基于單個(gè)磁通量路徑的電路的操作而產(chǎn)生電 的方法和設(shè)備。可磁化構(gòu)件提供磁通量路徑。 一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)線圈繞該 構(gòu)件纏繞，磁阻或通量開關(guān)設(shè)備被用來控制磁通量。開關(guān)設(shè)備在工作時(shí) 引起經(jīng)該元件的永磁體的磁通量的極性(方向)顛倒，因而在每個(gè)線圈 中感應(yīng)出交流電流。
0014按照本發(fā)明，磁通量開關(guān)設(shè)備可為靜止或旋轉(zhuǎn)的。在靜止實(shí)施 例中，四個(gè)磁阻并關(guān)由控制單元操作，引起第一對開關(guān)打開(增加磁阻) 而另一對開關(guān)閉合(減小磁阻)。然后第一對閉合同時(shí)另一對打開，如 此類推。該2X2開合周期重復(fù)，伴隨該過程，通過可磁化構(gòu)件的來自靜 止永磁體的磁通量的極性被顛倒，從而在導(dǎo)電線圈中產(chǎn)生電。可替換的 靜止實(shí)施例使用兩個(gè)磁阻開關(guān)和兩個(gè)空氣或其他材料的間隙。
0015在可替換實(shí)施例中，磁通量開關(guān)設(shè)備包括由高磁導(dǎo)率和低磁導(dǎo) 率材料組成的主體，以便在主體旋轉(zhuǎn)時(shí)，來自磁體的磁通量被依次顛倒 通過可磁化構(gòu)件。在優(yōu)選實(shí)施例中，該主體是具有中心軸的圓柱體，且 主體繞該軸旋轉(zhuǎn)。除了將圓柱體分成兩個(gè)半圓柱體的低磁導(dǎo)率材料段， 該圓柱體由高磁導(dǎo)率材料組成。至少一個(gè)導(dǎo)電線圈纏繞可磁化構(gòu)件，以便在主體時(shí)在線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電流。該主體可由機(jī)械力、機(jī)電力或其他 力而旋轉(zhuǎn)。
0016
一種發(fā)生電流的方法，其包括以下步驟提供纏繞有導(dǎo)電線圈 的可磁化構(gòu)件；和依次顛倒經(jīng)該構(gòu)件的來自永磁體的磁通量，因而在線 圈中感應(yīng)產(chǎn)生電流。
0017圖1是按照本發(fā)明的磁路的示意圖；0018圖2是基于靜止磁通量開關(guān)的本發(fā)明實(shí)施例的透視圖；0019圖3是按照本發(fā)明的靜止磁通量開關(guān)的詳細(xì)圖；0020圖4是按照本發(fā)明的磁阻開關(guān)的詳細(xì)0021圖5是按照本發(fā)明利用空氣間隙或其他材料的可替換靜止磁通 量開關(guān)的詳細(xì)0022圖6是按照本發(fā)明使用旋轉(zhuǎn)磁通量開關(guān)的系統(tǒng)的示意圖；0023圖7是按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁通量開關(guān)的詳細(xì)圖；0024圖8是按照本發(fā)明利用兩個(gè)永磁體和單個(gè)磁通量路徑的電路的 示意0025圖9示出具有圖8的元件的設(shè)備的一種可能物理實(shí)施例，其包 括磁阻開關(guān)控制單元；以及
0026圖IO示出按照本發(fā)明的互連的發(fā)電機(jī)陣列。
具體實(shí)施例方式
0027圖1是按照本發(fā)明的利用靜止磁通量開關(guān)的磁路的示意圖。該 電路包括以下元件永磁體102，單個(gè)磁通量路徑104，導(dǎo)電線圈106， 108，和四個(gè)磁阻開關(guān)IIO， 112， 114， 116。在單元118的控制下，磁阻 開關(guān)110， 114打開(增加磁阻)，同時(shí)開關(guān)112， 116閉合(減小磁阻)。 然后磁阻開關(guān)IIO， 114閉合，而幵關(guān)112， 116打開，如此類推。重復(fù) 這個(gè)2X2開合周期，伴隨該過程，來自靜止永磁體102的磁通量的極性 被顛倒經(jīng)過單個(gè)磁通量路徑104，使得在導(dǎo)電線圈106， 108中產(chǎn)生電。
0028有效的永磁體102的形狀為"C"形，其中磁極彼此密切靠近并與磁通量開關(guān)嚙合。單個(gè)磁通量由可磁化構(gòu)件100攜帶，該可磁化構(gòu)件 也為"C"形，且端部彼此靠近并與磁通量開關(guān)嚙合。在這個(gè)實(shí)施例和其
他實(shí)施例中，2X2開關(guān)周期是同時(shí)執(zhí)行的。同樣地，控制電路118優(yōu)選
是以晶體控制的時(shí)鐘饋進(jìn)數(shù)字計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器、門電路等執(zhí)行的，從而
調(diào)整上升時(shí)間、下降時(shí)間、響鈴(ringing)和其他寄生效果。控制電路 的輸出級可以使用FET (場效應(yīng)開關(guān))從而按照需要將模擬或數(shù)字波形 傳送到磁阻開關(guān)。
0029圖2是使用圖1的元件的設(shè)備的一種可能物理實(shí)施例的透視圖， 其示出這些元件相對彼此的位置。磁阻開關(guān)110， 112， 114， 116可被不 同地執(zhí)行，如下面所述，但通常占據(jù)設(shè)備內(nèi)的同一相對位置。圖3是靜 止磁通量開關(guān)的詳細(xì)圖。連接段120， 122， 124， 126必須由高磁導(dǎo)率的 鐵磁材料制成。中央體積128可以是提供空氣間隙的穿孔或者可以填充 有玻璃、陶瓷或其他低磁導(dǎo)率材料。也可替代性地使用超導(dǎo)體或其他具 有Meissner效應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
0030在圖2和3所示的實(shí)施例中，磁阻開關(guān)IIO， 112， 114， 116是
用促進(jìn)靜止操作的固體結(jié)構(gòu)執(zhí)行的。當(dāng)前優(yōu)選的靜止磁阻開關(guān)是由東京 大學(xué)的Toshiyuki Ueno禾B Toshiro Higuchi于2004年在論文"Investigation on Dynamic Properties of Magnetic Flux Control Device composed of Lamination of Magnetostrictive Material Piezoelectric Material"中描述的，
該文章全部內(nèi)容包括在此以供參考。如圖4所示，該開關(guān)由GMM(巨磁 致伸縮材料42) 、 TbDyFe合金的層壓材料制成，該層壓材料兩邊粘接 PZT (壓電)材料44， 46，電被施加到該P(yáng)ZT材料上。將電施加到PZT 會在GMM上產(chǎn)生應(yīng)變，這會使得磁阻增加。
0031其他結(jié)構(gòu)也是可用的，包括在懸而未決的美國專利申請序列號 2006/0012453中公開的那些結(jié)構(gòu)，該專利申請的全部內(nèi)容包括在此以供 參考。這篇文獻(xiàn)中公開的這些開關(guān)都基于液晶材料的電磁效應(yīng)，即磁致 伸縮和壓電效應(yīng)。ME材料的屬性在以下文獻(xiàn)中說明，例如Ryu等人的
"Magnetoelectric Effect in Composites of Magnetorestrictive and Piezoelectric Materials" ， Journal of Electroceramics， Vol.8， 107—119
(2002) ， Filipov等人的"Magnetoelectric Effects at Piezoresonance inFerromagnetic-Ferroelectric Layered Composites" ， Abstract, American Physical Societv Meeting (2003年3月)禾tl Chang等人的"Magneto-band of Stacked Nanographite Ribbons" ， Abstract, American Physical Societv Meeting (2003年3月)。每篇這些論文的全部內(nèi)容包括在此以供參考。0032進(jìn)一步的替換材料包括，可在居里溫度上下依次被加熱并允許 冷卻(或者被冷卻并允許升溫或者動態(tài)加熱并冷卻)的材料，因而調(diào)節(jié) 磁阻。釓是一種候選材料，因?yàn)槠渚永稂c(diǎn)接近室溫。高溫超導(dǎo)體是其他 候選材料，該材料在隔離腔室中被冷卻至基本處于或接近居里點(diǎn)的溫度。 微波或其他能量源可結(jié)合控制單元使用從而實(shí)現(xiàn)該開關(guān)動作。根據(jù)開關(guān) 剛度，可以有或不必有進(jìn)一步的擴(kuò)展限制"束縛軛"纏繞裝置塊，圖4 中最佳地示出。
0033圖5是按照本發(fā)明利用空氣間隙或其他材料的可替換靜止磁通 量開關(guān)的詳細(xì)示圖。該實(shí)施例使用兩個(gè)電操作磁阻開關(guān)110， 114，和兩 個(gè)間隙113， 115，以便在開關(guān)以預(yù)定方式激活時(shí)，沿著含開關(guān)的開關(guān)段 阻斷來自磁體102的磁通量并使其經(jīng)過含間隙的段，因而顛倒經(jīng)可磁化 構(gòu)件100的磁通量。在激活兩個(gè)磁阻開關(guān)IIO， 114后，磁通量尋求磁阻 顯著低的路徑，彈回到含(未去激的)磁阻開關(guān)的原始路徑，因而顛倒 經(jīng)過元件100的磁通量。注意，磁通量開關(guān)也可以是電磁的從而飽和開 關(guān)的局部區(qū)域，以便磁阻增加至空氣(或間隙材料)的磁阻，產(chǎn)生虛間 隙(virtual gap)，如發(fā)明背景中Konrad和Brudny所描述的那樣。
0034更特別地，按照該實(shí)施例的磁通量開關(guān)設(shè)備使用永磁體，其具 有橫跨定義體積的間隙的相對北極"N"和南極"S"。具有端部"A" 和"B"的可磁化構(gòu)件相對地橫跨擁有該體積的間隙支撐，磁通量開關(guān)包 括在具有四條邊l一4的體積中的靜止塊，其中兩條相對邊分別與N和S 連接，而另兩條相對邊分別與A和B連接。該靜止塊由兩個(gè)電操作的磁 通量開關(guān)和兩個(gè)填充有空氣或其他材料的間隙所分段的可磁化材料組 成。與磁通量開關(guān)通信的控制單元可操作來
a) 被動地允許缺省磁通量路徑經(jīng)過邊l一2和3—4，然后
b) 主動建立經(jīng)過邊2 — 3和1—4的磁通量路徑，以及
c) 依次重復(fù)a)和b)。0035作為靜止磁通量開關(guān)的替換，旋轉(zhuǎn)磁通量開關(guān)可用來執(zhí)行2X2 交替序列。參考圖6和7，具有磁通量間隙132的圓柱體130由運(yùn)動裝置 134旋轉(zhuǎn)。這引起圓柱體130的兩半提供兩個(gè)同時(shí)并分開的磁通量橋(即
"閉合的"磁阻開關(guān)條件)，其中可磁化構(gòu)件136的給定端與靜止永磁 體138的一個(gè)極配對。同時(shí)，單個(gè)磁通量路徑載體136的另一端與靜止 永磁體138的相對極配對。
0036圖7是圓柱體的詳細(xì)示圖。圓柱體每次旋轉(zhuǎn)90度都會引起第一 磁通量橋斷開("打開"磁阻開關(guān)條件)而產(chǎn)生第二組磁通量橋，其中 元件136的給定端與靜止永磁體138的相對極橋接。圓柱體130旋轉(zhuǎn)一 周引起四次這樣的顛倒。在單個(gè)磁通量橋2內(nèi)每次磁通量顛倒都會引起 在導(dǎo)電線圈140， 142中感應(yīng)產(chǎn)生電流。在該實(shí)施例中，隨著圓柱體130 旋轉(zhuǎn)時(shí)提供磁通量橋，相對永磁體138的磁極和磁通量路徑載體136的 端部，在(旋轉(zhuǎn))圓柱體130的兩半間保持精確一致的間隔是重要的。
0037旋轉(zhuǎn)圓柱體130由高磁導(dǎo)率材料制成，該磁導(dǎo)率材料完全由磁 通量間隙132劃分。優(yōu)選材料是納米晶體材料，如Hitachi公司制造的 FINEMET 。磁通量間隙132可以是空氣、玻璃、陶瓷或任何其他具有 低磁導(dǎo)率的材料。也可替代性地使用超導(dǎo)體或其他具有Meissner效應(yīng)的 結(jié)構(gòu)。
0038有效的可磁化構(gòu)件136的形狀是"C"，其中相對端以與圓柱體 130相同的半徑彎曲，并盡最大可能地靠近旋轉(zhuǎn)圓柱體130。永磁體138 也優(yōu)選為C形，其中相對極以與圓柱體130相同的半徑彎曲，并盡最大 可能地靠近旋轉(zhuǎn)圓柱體130。制造和組裝因素也可能規(guī)定其他形狀。
0039雖然這里所述的實(shí)施例至此都是利用單個(gè)永磁體，按照本發(fā)明 的其他實(shí)施例也可能利用多個(gè)永磁體，但產(chǎn)生單個(gè)磁通量路徑。圖8描 繪利用兩個(gè)永磁體和單個(gè)磁通量路徑的電路。圖9示出基于圖8的元件 的設(shè)備的一種可能物理實(shí)施例，其包括磁阻開關(guān)控制單元158。
0040在單元158的控制下，磁阻開關(guān)150， 152打開(增加磁阻)， 同時(shí)開關(guān)154， 156閉合(減小磁阻)。然后磁阻開關(guān)150， 152閉合， 而開關(guān)154， 156打開，如此類推。該2X2開合周期重復(fù)，伴隨該過程， 經(jīng)可磁化構(gòu)件的來自靜止永磁體160， 162的磁通量的極性被顛倒，使得在導(dǎo)電線圈166， 168中產(chǎn)生電。
0041在該實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式中，磁體的N極和S極顛倒設(shè)置。 可磁化構(gòu)件設(shè)置在兩個(gè)磁體之間，且有四個(gè)磁通量開關(guān)SW1 — SW4，兩 個(gè)在該構(gòu)件的每端和每個(gè)磁極之間。磁阻開關(guān)是以上面參考圖1到3所 述的結(jié)構(gòu)執(zhí)行的。
0042對于額外的特殊性，假定第一個(gè)磁體具有北極和南極，Nl和Sl， 而第二個(gè)磁體具有北極和南極，N2和S2，且該構(gòu)件具有兩個(gè)端部A和B。 假定SW1位于Nl和A之間，SW2位于A和S2之間，SW3位于N2和 B之間，SW4位于B和Sl之間，則控制電路可操作地激活SW1和SW4， 然后激活SW2和SW3，并依次重復(fù)該過程。對于這里所述的其他實(shí)施例， 因?yàn)樾实木壒?，開關(guān)是同時(shí)執(zhí)行的。
0043在這里所述的所有實(shí)施例中，用于永磁體的材料可以是磁組件 或單個(gè)磁化單元。優(yōu)選材料是陶瓷鐵氧體磁體(Fe203)、釤鈷合金(SmCo5) 或者鐵、釹和硼的組合。單個(gè)磁通量路徑由具有高磁導(dǎo)率并被構(gòu)造成具 有最小渦流的材料執(zhí)行。這類材料可以是層壓的鋼鐵組件或鐵氧體芯， 如用于變壓器中的鐵氧體芯。優(yōu)選材料是納米晶體材料如FINEMET 。 一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線圈纏繞攜帶單個(gè)磁通量路徑的材料的匝數(shù)按電壓、電 流或功率要求而定。常用的標(biāo)準(zhǔn)絕緣的銅磁線(馬達(dá)線)就可足夠接受。 也可使用超導(dǎo)材料。在導(dǎo)電線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的至少部分電可反饋回開關(guān) 控制單元中。在該操作模式中，根據(jù)需要，起動電脈沖可以由化學(xué)或太 陽能電池提供。
0044雖然在圖2和6的實(shí)施例中，磁體和磁通量攜帶材料是位于正 交平面上的平整元件，其中磁通量攜帶材料位于磁體描述的體積之外， 磁通量路徑可設(shè)置在磁體體積內(nèi)或以一定角度配置。元件的物理尺度也 可改變從而利用制造技術(shù)或其他優(yōu)點(diǎn)。例如圖10示為磁路陣列，根據(jù)電 壓或電流要求，每個(gè)磁路都具有串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組合的一個(gè)或多個(gè) 線圈。在每個(gè)情形中，磁體可用微電子工業(yè)中的普通技術(shù)來設(shè)置或制造。 如果使用機(jī)械磁通量開關(guān)，它們可用MEMS類技術(shù)來制造。如果使用靜 止開關(guān)，材料可以被設(shè)置和/或沉積。路徑優(yōu)選事先纏繞，然后拾取并設(shè) 置在圖示位置中。圖9所示的實(shí)施例也適于微型化和復(fù)制。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)電機(jī)，其包括產(chǎn)生磁通量的永磁體；可磁化構(gòu)件；繞該可磁化構(gòu)件的導(dǎo)電線圈；以及磁通量開關(guān)設(shè)備，其可操作地依次顛倒來自磁體的經(jīng)所述構(gòu)件的磁通量，因而在所述線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中所述磁通量開關(guān)設(shè)備包括多個(gè)靜 止的固體磁阻開關(guān)。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)電機(jī)，其中所述磁阻開關(guān)由巨磁致伸縮材料 和壓電材料組成。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中所述永磁體形成第一環(huán)路，其中北端"N"和南端"S"相對橫跨定義 體積的間隙；所述可磁化構(gòu)件形成第二環(huán)路，其中端部"A"和"B"相對橫跨擁有 同一體積的間隙；以及所述磁通量開關(guān)設(shè)備設(shè)置在所述體積中并可操作來a) 磁耦合N與A，以及S與B，然后b) 磁耦合N與B，以及S與A，禾口c) 依次重復(fù)步驟a)和b)。
5. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)，其中所述磁通量開關(guān)設(shè)備包括具有四條邊l一4的體積中的靜止塊，其中兩條相對邊分別與N和S 連接，而另兩條相對邊分別與A和B連接，該靜止塊由被四個(gè)電操作的磁 阻開關(guān)所分段的可磁化材料組成；以及與所述磁通量開關(guān)電通信的控制單元，所述單元可操作來a) 建立經(jīng)邊1一2和3—4的磁通量路徑，然后b) 建立經(jīng)邊2—3和1—4的磁通量路徑，和c) 依次重復(fù)a)和b)。
6. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)，其中所述磁通量開關(guān)設(shè)備包括.-具有四條邊1—4的體積中的靜止塊，其中兩條相對邊分別與N和S 連接，而另兩條相對邊分別與A和B連接，該靜止塊由被兩個(gè)電操作的磁 阻開關(guān)和兩個(gè)空氣或其他材料的間隙所分段的可磁化材料組成；以及與磁通量開關(guān)電通信的控制單元，所述單元可操作來a) 被動地允許缺省磁通量路徑經(jīng)過邊1—2和3—4，然后b) 主動建立經(jīng)過邊2—3和1 —4的磁通量路徑，以及c) 依次重復(fù)a)和b)。
7. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)，其中所述磁通量開關(guān)設(shè)備包括由高磁 導(dǎo)率和低磁導(dǎo)率材料組成的主體，以便在該主體旋轉(zhuǎn)時(shí)，來自磁體的磁通 量被依次顛倒經(jīng)過可磁化構(gòu)件。
8. 如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)磁通量開關(guān)設(shè)備，其中除了將圓柱體分成 兩個(gè)半圓柱體的低磁導(dǎo)率材料的部分外，所述圓柱體由高磁導(dǎo)率材料組成。
9. 如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)磁通量開關(guān)設(shè)備，其中所述主體被機(jī)械地 旋轉(zhuǎn)。
10. 如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)磁通量開關(guān)設(shè)備，其中所述主體被機(jī)電 地旋轉(zhuǎn)。
11. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中在所述線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的至少 部分電流用于操作所述磁通量開關(guān)設(shè)備。
12. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步包括在相對的方向上產(chǎn)生磁通量的第一和第二永磁體；以及多個(gè)磁通量開關(guān)，其可操作來依次顛倒來自所述磁體的經(jīng)所述構(gòu)件的 磁通量，因而在所述線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電流。
13. 如權(quán)利要求12所述的發(fā)電機(jī)，其中 所述磁體被設(shè)置成其N和S極顛倒； 所述可磁化構(gòu)件設(shè)置在兩個(gè)磁體之間；以及有四個(gè)磁通量開關(guān)SW1—SW4，兩個(gè)磁通量開關(guān)位于該構(gòu)件的每端和 每個(gè)磁體的磁極之間。
14. 如權(quán)利要求12所述的發(fā)電機(jī)，其中 所述第一磁體具有北極和南極，N1和S1;所述第二磁體具有北極和南極，N2和S2;所述構(gòu)件具有兩端A和B;SW1在N1和A之間； SW2在A和S2之間； SW3在N2和B之間； SW4在B和S1之間；以及進(jìn)一步包括控制電路，其可操作來a) 激活SW1和SW4，然后b) 激活SW2和SW3，和c) 依次重復(fù)步驟a)和b)。
15. —種發(fā)生電流的方法，其包括以下步驟 提供纏繞其四周有電導(dǎo)線圈的可磁化構(gòu)件；和依次顛倒來自永磁體的經(jīng)所述構(gòu)件的磁通量，因而在所述線圈中感應(yīng) 電流。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟使用在所述 線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的至少一部分電流從而依次顛倒來自永磁體的經(jīng)所述構(gòu)件 的磁通量。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟依次顛倒來自多個(gè)永磁體的經(jīng)所述構(gòu)件的磁通量，因而在所述線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電流。
全文摘要
本發(fā)明公開的方法和設(shè)備通過對基于單個(gè)磁通量路徑的電路的操作進(jìn)行發(fā)電?？纱呕瘶?gòu)件提供磁通量路徑。一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)線圈纏繞該構(gòu)件，且磁阻或磁通量開關(guān)設(shè)備用來控制磁通量。該開關(guān)設(shè)備在操作時(shí)引起經(jīng)該構(gòu)件的永磁體的磁通量的極性(方向)顛倒，因而在每個(gè)線圈中感應(yīng)產(chǎn)生交流電流。該磁通量開關(guān)設(shè)備可以是靜止或旋轉(zhuǎn)的。在靜止實(shí)施例中，操作兩個(gè)或四個(gè)磁阻開關(guān)以便來自一個(gè)或多個(gè)靜止永磁體的磁通量被顛倒經(jīng)過可磁化構(gòu)件。在可替換實(shí)施例中，磁通量開關(guān)設(shè)備包括由高磁導(dǎo)率和低磁導(dǎo)率材料組成的主體，以便在主體旋轉(zhuǎn)時(shí)，來自磁體的磁通量經(jīng)被依次顛倒經(jīng)過可磁化構(gòu)件。
文檔編號H01F21/02GK101479815SQ200780022617
公開日2009年7月8日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者P·J·埃伯利, T·C·安妮斯 申請人:轉(zhuǎn)換能源設(shè)備有限責(zé)任公司