專利名稱：發(fā)電機及發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機和發(fā)電系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及利用其自身組成部分的 固有磁屬性來有效提升所產(chǎn)生的電流量的發(fā)電機。
背景技術(shù)：
在本說明書中，當(dāng)參考或討論相關(guān)知識的文件、法令或條款時，這種參考或討 論并不是承認(rèn)相關(guān)知識的文件、法令或條款或其任何組合在優(yōu)先權(quán)日是(i)公知常識的一部分；或( )已知與嘗試解決本說明書的任何相關(guān)問題有關(guān)。由于組分電場和磁場接近光速的速度，電磁能是電力傳輸?shù)囊环N有效模式。電 力通常在發(fā)電廠內(nèi)產(chǎn)生并借助下述傳輸設(shè)備中一個或多于一個的組合來傳輸給用戶升 壓變壓器；連接線路(作為各發(fā)電廠間的互聯(lián)線路)；輸電線路；降壓變壓器；子輸電 線路；高壓主配饋電線和配電變壓器；以及低壓輸電線路。在發(fā)電廠所產(chǎn)生的或傳輸期間的過剩能量通常不能被有效儲存并因此一般成為 熱損耗。服務(wù)于不同的電能需求且同時保持質(zhì)量和可靠性標(biāo)準(zhǔn)以及最小化過剩能量的產(chǎn) 生對于發(fā)電系統(tǒng)而言將是十分有利的。此外，如今大部分的電能是通過化石燃料(包括天然氣、煤炭、原油等)的燃燒 產(chǎn)生的?；剂系墓?yīng)當(dāng)然是有限的并且在其燃燒期間會將二氧化碳排放到大氣中， 眾所周知這會導(dǎo)致全球變暖。因此，提高發(fā)電效率以減少對化石燃料燃燒的依賴也是有利的。此外，許多發(fā)電廠通過連接線路被連接在一起，以形成一個傳輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。功 率穩(wěn)定性在傳輸電網(wǎng)中是至關(guān)重要的，以確保某一地方的額外需求不會破壞其它地方電 網(wǎng)的穩(wěn)定。因此，盡管對電能的要求不同，但保持端電壓和負(fù)載頻率對發(fā)電機來說也是 期望的。50Hz或60Hz的負(fù)載頻率的選擇取決于不同電網(wǎng)所采用的標(biāo)準(zhǔn)。50Hz系統(tǒng)中的 發(fā)電機、電動機和變壓器往往比60Hz系統(tǒng)中相應(yīng)的組件更大，而用于50Hz系統(tǒng)的輸電 線路和變壓器往往實現(xiàn)比60Hz系統(tǒng)更低的阻抗等級。本發(fā)明旨在克服或至少改進(jìn)上文所討論的現(xiàn)有技術(shù)的一個或多于一個缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供包括定子和轉(zhuǎn)子的發(fā)電機，該定子至少部分包括 具有變磁屬性的材料并且具有與外部電負(fù)載相連接的線圈裝置，而該轉(zhuǎn)子具有用于在其 中產(chǎn)生磁場的電磁鐵，轉(zhuǎn)子和磁場相對于定子的運動在線圈裝置中感生出電流，該電磁 鐵被配置為產(chǎn)生足夠強大的磁場以便與和外部電負(fù)載相關(guān)的磁場相互作用并且在定子的 變磁材料內(nèi)弓丨發(fā)變磁性，從而增大線圈裝置中的電流。變磁性是在狹窄的磁場范圍內(nèi)具有超線性磁化升高特征的物質(zhì)的物理狀態(tài)。本發(fā)明利用某些材料的變磁屬性來提高發(fā)電效率，并由此克服上述現(xiàn)有技術(shù)的一個或多于 一個缺陷。此外，電磁鐵被部署為轉(zhuǎn)子上的磁化裝置，其磁通量是可控及可調(diào)的，以便使 變磁互感能夠在轉(zhuǎn)子和定子間發(fā)生。永久磁鐵不能夠用于轉(zhuǎn)子以實現(xiàn)這一目的，因為其 磁通量是固定的且其強度往往不足以在定子的變磁材料中引發(fā)變磁性。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子至少部分包括具有非變磁屬性的另一材料。為了將轉(zhuǎn)子的剩余部 分與發(fā)生在電磁鐵和定子之間的深度變磁互感隔離開，這是必要的。通常，出于這些目 的，該另一材料具有比變磁材料更高的磁導(dǎo)率。與此相似，不論定子的變磁材料是否具有在其中所感生的變磁性，該另一材料 都可以具有完全飽和的磁通密度。這也用來提供轉(zhuǎn)子和定子間附加的磁隔離。包括透磁合金、硅鋼、純鐵、繼電器鋼或等效鐵在內(nèi)的多種材料適用于這一目 的。最理想的情況是，當(dāng)變磁性在其中被感生時，定子的變磁材料的磁通密度和磁 場強度超線性地提高。根據(jù)優(yōu)選實施例，變磁材料是響應(yīng)于外加磁場而進(jìn)入變磁狀態(tài)的磁性材料。諸如鋁鎳鈷合金V、Stelloy合金或等效Stelloy合金等材料適用于這一目的。通常，另一材料和變磁材料分別包括從下述分組中選擇的一對透磁合金和鋁 鎳鈷合金V;透磁合金和Stelloy合金；硅鋼和鋁鎳鈷合金V;硅鋼和Stelloy合金；純鋼 和鋁鎳鈷合金V;純鋼和Stelloy合金；繼電器鋼和鋁鎳鈷合金V;繼電器鋼和Stelloy合 金；以及等效鐵和等效Stelloy合金。電磁鐵可以包括第一和第二直徑上相對的磁極對。根據(jù)優(yōu)選實施例，這些磁極 具有橫截面積，當(dāng)在平面圖中對轉(zhuǎn)子進(jìn)行觀察時，該橫截面積適用于源自每個磁極的磁 通量的均勻束，而當(dāng)在正視圖中對轉(zhuǎn)子進(jìn)行觀察時，該橫截面積適用于均勻的平面束。定子可以采取實質(zhì)上為空心圓筒的形式，在其內(nèi)壁上(多個)被選擇位置處提供 線圈裝置。也可以在形成于空心圓筒的內(nèi)壁中的縱向延伸的狹縫內(nèi)提供線圈裝置。定子 可以包圍轉(zhuǎn)子以便最小化二者之間的磁漏。外部套體也可以包圍定子。根據(jù)優(yōu)選實施例，線圈裝置包括平行、絕緣、無捻的細(xì)圓形橫截面的多股金屬 線，這些金屬線以每股金屬線都承受均勻磁通量的方式位于縱向延伸的狹縫中。通常，線圈裝置被有效地連接，以便產(chǎn)生所選擇相位的交變電流，從而具有線 圈裝置的該部分提供完全三相交變電流(AC)輸出。尤其在優(yōu)選實施例中，盡管轉(zhuǎn)子與定子之間存在變磁互感，但轉(zhuǎn)子的角速度以 及所產(chǎn)生的電流頻率仍然基本保持恒定。這些實施例尤其適用于解決上文提到的傳輸電 網(wǎng)中的功率穩(wěn)定性問題。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的發(fā)電機；用于為電磁鐵提供磁能以及為轉(zhuǎn)子提供機械能的電源裝置，提供給發(fā)電機的所 述磁能及機械能獨立于發(fā)電機所產(chǎn)生的電流。該電源裝置可以包括電動機；以及
將轉(zhuǎn)子有效連接到電動機的傳動帶組件，電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過該傳動帶組件 傳遞給轉(zhuǎn)子?？蛇x地，該電源裝置可以包括電動機；以及將轉(zhuǎn)子有效連接到電動機的傳輸組件，電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過該傳輸組件傳遞 給轉(zhuǎn)子。可選地，該電源裝置可以包括電動機；將轉(zhuǎn)子有效連接到電動機的齒輪傳動組件，電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過該齒輪傳動 組件傳遞給轉(zhuǎn)子；由齒輪傳動組件驅(qū)動的直流電源；以及將電磁鐵有效地連接到直流電源的繼電器開關(guān)或開關(guān)裝置。該發(fā)電系統(tǒng)還可以包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器用于將傳動帶組件、齒輪傳動組件或 傳輸組件連接到電動機，以便克服可動部分在系統(tǒng)啟動期間的慣性。根據(jù)優(yōu)選實施例，該調(diào)節(jié)器是離合器，其被配置為使電動機選擇性地接合或脫 離傳動帶組件、齒輪傳動組件或傳輸組件。該發(fā)電系統(tǒng)還可以包括在傳動帶組件、齒輪傳動組件或傳輸組件中的配重，該 配重用于確?？蓜硬糠痔幱陟o態(tài)和動態(tài)平衡以及消除可動部分運動期間所遭遇的任何拉 緊或松弛。通常，電動機為交流(AC)電動機，而不是柴油發(fā)動機或類似的發(fā)動機。這使 得該發(fā)電系統(tǒng)能夠級聯(lián)。傳動帶組件或傳輸組件的使用確保電動機不會直接與發(fā)電機連 接。間接的連接使得電動機在與發(fā)電機連接前就能夠獲得所期望的旋轉(zhuǎn)速度和功率。換句話說，在系統(tǒng)啟動期間，發(fā)電機與電動機機械地或電氣地隔離。一旦連 接，傳動帶組件或傳輸組件中的齒輪齒數(shù)比/傳動比(gear-ratio)便提供一種途徑，以允 許電動機以高速旋轉(zhuǎn)，同時也能夠使發(fā)電機以25Hz或30Hz的頻率轉(zhuǎn)動(由于使用每次 回轉(zhuǎn)提供兩個電壓周期的四磁極轉(zhuǎn)子)。傳動帶組件的配重以及傳輸組件的齒輪傳動機構(gòu)分別提供電動機與發(fā)電機之間 的動態(tài)平衡。在穩(wěn)定狀態(tài)下，角動量的守恒使傳動帶組件的配重以及傳輸組件的齒輪傳 動機構(gòu)能夠消除可動部分可能遇到的任何拉緊或松弛。在包括齒輪傳動組件的發(fā)電系統(tǒng)的實施例中，這些齒輪通常被擰緊并且由鎖緊 螺母固定到電動機軸上。這些齒輪進(jìn)一步與被擰緊并且由鎖緊螺母固定到發(fā)電機軸上的 其他齒輪嚙合。該電動機可以被視為通過齒輪傳動鏈與發(fā)電機直接機械連接?？蛇x地，可以采用單片離合器來連接電動機軸和相應(yīng)的齒輪，以允許受限滑動 形式的時間延遲，從而使電動機能夠在系統(tǒng)啟動期間累積速度。當(dāng)繼電器開關(guān)(或開關(guān)裝置)處在未激活狀態(tài)時，沒有電源被提供給發(fā)電機的電 磁鐵，且因此法拉第電磁感應(yīng)定律不會生效。繼電器開關(guān)(或開關(guān)裝置)的未激活狀態(tài) 確保了發(fā)電機在系統(tǒng)啟動時被電氣地隔離，這樣電動機只需要克服發(fā)電機內(nèi)的轉(zhuǎn)子的慣 性。
當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到所期望的旋轉(zhuǎn)速度時，繼電器開關(guān)(或開關(guān)裝置)被激活以通過“法 拉第電磁感應(yīng)定律”產(chǎn)生三相交流(AC)輸出。齒輪傳動鏈也提供電動機與發(fā)電機之間的動態(tài)平衡。在穩(wěn)定狀態(tài)下，角動量的 守恒使齒輪傳動鏈能夠消除與不同可動部分相關(guān)的任何拉緊或松弛。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種集成發(fā)電系統(tǒng)，該集成發(fā)電系統(tǒng)包括兩個或 多于兩個有效連接的根據(jù)本發(fā)明第二方面所述的發(fā)電系統(tǒng)，以便增大單個單元的電力輸出。這些發(fā)電系統(tǒng)可以按串聯(lián)、并聯(lián)或二者相結(jié)合的方式連接。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種配電網(wǎng)絡(luò)，該配電網(wǎng)絡(luò)包括一個或多于一個 根據(jù)本發(fā)明第二方面所述的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)被配置以便為配電網(wǎng)絡(luò)中所選擇的 部分提供功率穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種自動推進(jìn)發(fā)動機，該自動推進(jìn)發(fā)動機包括一 個或多于一個根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的發(fā)電機。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種船舶，該船舶包括根據(jù)本發(fā)明第五方面所述 的自動推進(jìn)發(fā)動機。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)包括兩個或多于兩個 有效連接的根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的發(fā)電機。
現(xiàn)在參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步解釋和說明，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的發(fā)電系統(tǒng)的透視圖；圖2為圖1所示系統(tǒng)中發(fā)電機部件的橫截面示意圖；圖3為顯示為按照Y形連接所連接的發(fā)電機的定子線圈的示意圖；圖4為圖1和圖2中所示的發(fā)電機在無負(fù)載或可忽略負(fù)載下運轉(zhuǎn)時的特寫視圖；圖5為圖1和圖2中所示的發(fā)電機在定子滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)而磁通量得以生成時的特寫 視圖；圖6為在發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子間發(fā)生變磁互感期間的磁通量分布的特寫視圖；圖7為定子的磁性材料內(nèi)的磁場受激放射的示意圖；圖8為旋轉(zhuǎn)進(jìn)入圓筒形定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子的等軸視圖(部分為橫截面圖)，其中定子 和轉(zhuǎn)子二者都包括薄的絕緣的磁性材料疊層；圖9顯示了非變磁材料和變磁材料的特殊共軛對的飽和曲線；圖10顯示了不具有薄的絕緣疊層的發(fā)電機磁性結(jié)構(gòu)中所感生的大渦電流的存 在；圖11顯示了當(dāng)發(fā)電機的磁性結(jié)構(gòu)分成薄的絕緣疊層時渦電流的減小；圖12為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的發(fā)電系統(tǒng)的正視圖(部分為橫截面圖)；圖13為顯示控制單元運行的流程圖，該控制單元具有適用于根據(jù)本發(fā)明第二實 施例的發(fā)電系統(tǒng)的觸摸屏顯示器；圖14為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的發(fā)電系統(tǒng)的透視圖；圖15為將原動機的軸與齒輪傳動鏈的單個齒輪相連接的單片離合器的正視圖16為圖15中所示離合器內(nèi)所用的摩擦片的圖解剖面圖；圖17為顯示控制單元運行的流程圖，該控制單元具有適用于根據(jù)本發(fā)明第三實 施例的發(fā)電系統(tǒng)的觸摸屏顯示器。
具體實施例方式下面參看附圖，其中相似的參考數(shù)字指示多個視圖中相同的或相應(yīng)的部分，而 且更具體地參看圖1，其中根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)10包括原動機20、傳送帶系統(tǒng)30、發(fā) 電機40、勵磁機50以及平臺60。發(fā)電機40采用的是變磁效應(yīng)直流發(fā)電機(Meta-magnetic Effect Dynamo)形式。原動機20為交流(AC)電動機。由外部電源所提供的交變電流(AC)被用來產(chǎn) 生機械扭矩，以使磁體在線圈中旋轉(zhuǎn)，或使線圈在強大的磁體中旋轉(zhuǎn)。在任一情況下， 所產(chǎn)生的機械扭矩都被用來旋轉(zhuǎn)原動機20的軸21。盡管只顯示一種類型的原動機20， 但原動機20也可以是單相交流(AC)電動機，或是具有用于轉(zhuǎn)換其電力輸入功率的DC/ AC轉(zhuǎn)換器的直流(DC)電動機。采用用于原動機20的AC電動機使得本發(fā)明的整個發(fā)電系統(tǒng)能夠級聯(lián)。原動機20的輸入電力線22、23、24可以被連接到外部發(fā)電機，諸如化石燃料燃 燒蒸汽渦輪機、天然氣燃燒蒸汽渦輪機、水力發(fā)電機、柴油機、汽油機、蒸汽機、燃料 電池發(fā)電機、使用可再生能源(諸如太陽能、風(fēng)能、水電能、波能或生物能(biomass)) 的AC或DC發(fā)電機以及能夠提供所需AC或DC電能以驅(qū)動本發(fā)明中所用的原動機20的 任何發(fā)電單元。傳送帶系統(tǒng)30利用傳送帶將轉(zhuǎn)動能從原動機20傳遞給變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40 和勵磁機50。傳送帶31將原動機20的軸21連接到中間軸34。傳送帶32將中間軸34 連接到變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41。傳送帶33將變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41連 接到勵磁機50的軸51。中間軸34確保了變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41在被原動機20 的軸21驅(qū)動時以25Hz或30Hz的頻率轉(zhuǎn)動(由于使用每次回轉(zhuǎn)提供兩個電壓周期的四磁 極轉(zhuǎn)子)。配重35確保傳送帶系統(tǒng)30的運轉(zhuǎn)在靜態(tài)和動態(tài)下都達(dá)到平衡。調(diào)節(jié)器36起到 離合器的作用。它被松開以使原動機20脫離傳送帶系統(tǒng)30，以便原動機20在其第一次 啟動時達(dá)到所需空載旋轉(zhuǎn)速度。它被拉緊以使原動機20在達(dá)到所需空載旋轉(zhuǎn)速度后接合 傳送帶系統(tǒng)30。勵磁機50是產(chǎn)生變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40所需的DC電能的交流發(fā)電機。該勵磁 機包括三個主要部件轉(zhuǎn)子、定子以及具有穩(wěn)壓器的整流器電橋。交流發(fā)電機中AC發(fā)電 的原理是磁力線之間的運動，并且導(dǎo)體將感生電壓(AC電壓)。在交流發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子 將提供磁力線，并且使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的傳送帶33將提供運動。所產(chǎn)生的AC電能被裝有穩(wěn)壓 器的整流器電橋轉(zhuǎn)換成DC電能。由勵磁機50所產(chǎn)生的DC電能通過輸出電力線53 (正 DC電壓)和輸出電力線52 (接地)提供給變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40。盡管僅示出一種類型的勵磁機50，但勵磁機50可以是包括電池或燃料電池的任 意DC電源。變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40是由傳送帶32驅(qū)動的同步機。它應(yīng)用變磁效應(yīng)來從其定子42的磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生電能。圖2顯示了變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40。同步機的兩個主體部分是磁性結(jié)構(gòu)。實 質(zhì)上為空心圓筒的固定部分被稱為定子42，其具有縱向的狹縫，在這些狹縫中存在定子 繞組的線圈。這些繞組承載供應(yīng)到電負(fù)載的電流。轉(zhuǎn)子43是安裝在軸上的機器的一部 分，并且在空心定子42內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子43上的繞組被稱為場繞組，其由勵磁機50提供 DC電流。轉(zhuǎn)子43是單一的縱向磁塊，其具有如圖8所示的均勻的四磁極橫截面積。轉(zhuǎn)子43具有四個磁極，并且對于每次回轉(zhuǎn)在每個線圈中會產(chǎn)生兩個電壓周期。 由于每次回轉(zhuǎn)的周期數(shù)等于磁極對的數(shù)目，所以所產(chǎn)生電壓的頻率由下面的等式得出f = (P/2) * (N/60) = (P/2) *fm Hz其中f =電頻率，單位為HzP=磁極的數(shù)目N =轉(zhuǎn)子速度，單位為轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘(rpm)ftn = N/60,機械頻率，單位為轉(zhuǎn)數(shù)每秒(rps)，它是由傳送帶32驅(qū)動的軸41的頻率。因此，當(dāng)四磁極轉(zhuǎn)子43以25Hz的頻率(其中P = 4，N/60 = 25)轉(zhuǎn)動時，電 頻率f為f = 4/2*25 = 2*25 = 50Hz當(dāng)頻率為30Hz時，電頻率f為f = 4/2*30 = 2*30 = 60Hz如圖2所示，定子42的線圈的兩對邊分別處在a和與其相隔180度的a’中。 相似線圈分別處在狹縫b和b’以及c和c’中。處在狹縫a、b、c中的線圈各邊間相 隔60度。每一相的兩個線圈可以串行連接或并行連接。圖3顯示了定子42的繞組的Y 形連接，其中每一相的兩個線圈串行連接。定子42的繞組的Y形連接使得能夠產(chǎn)生三相 AC電能作為輸出。各狹縫中所示的導(dǎo)體指明了僅有一匝的線圈，但這樣的線圈可以具有 許多如圖8所示的線匝。磁通量(符號Φ)在任何時間都存在于主體或部件內(nèi)，這是由于磁場強度(符號 H)的存在，由下式給出H = U/1其中H =磁場強度[A/m]U =對部件[A]或[安培線匝]起作用的磁通勢(mmf)1 =部件長度[m]由此產(chǎn)生的磁通密度(符號B)由下式給出B = Φ/Α其中B=磁通密度[T]Φ =部件中的通量[Wb]
A =部件的橫截面積[m2]任意材料的磁通密度(符號B)與磁場強度(符號H)之間存在明確的關(guān)系。通 常，通過如圖9所示的材料的B-H曲線以圖像形式來表示這種關(guān)系。在圖4中，變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40在無負(fù)載下運轉(zhuǎn)。定子42的繞組中感生的 微量電流不會明顯影響源自磁極的通量Φ:。當(dāng)存在一個或多于一個電負(fù)載時，定子42承載其正常電流。它產(chǎn)生一個強大的 磁通勢，該磁通勢如果單獨作用則將會產(chǎn)生如圖5所示的通量Φ2。通過叫和Φ2的疊加，獲得如圖6所示的合成通量Φ3。通量Φ3的磁通密度 在區(qū)域A處增大并且在區(qū)域B處減小。因此，在區(qū)域A處建立強合成磁通量(或符號為 B的磁通密度)。在發(fā)電機40中存在與自發(fā)磁場發(fā)射相關(guān)的五個階段。階段1是由轉(zhuǎn)子43到定子 42的典型“法拉第電磁感應(yīng)定律”，并且磁通量如圖4所示由轉(zhuǎn)子43指向定子42。在 階段2中，源自定子42的線圈裝置中的電流的額外磁通量(由于外部負(fù)載的存在)如圖 5所示由定子42指向轉(zhuǎn)子43。在階段3中，源自階段1的磁通量與源自階段2的額外磁 通量互感，從而形成強合成磁通量(或符號為B的磁通密度)，該合成磁通量如圖6所示 由轉(zhuǎn)子43指向定子42。由于此強磁通量穿透定子42中的變磁材料，因此磁通密度與磁 場強度之間的明確關(guān)系引起非常強大的磁場強度(符號H)出現(xiàn)在定子42的變磁材料內(nèi)。 在階段4中，如圖7所示，這一入射磁場(符號H)引起磁性原子中兩個能級間的躍遷， 其中該躍遷是從El到Ε0，其輻射出額外的相同和相干磁場以觸發(fā)其它磁性原子。El和 EO之間的離散能級意味著，一個磁性原子只能吸收或發(fā)射一定量的不連續(xù)能量。這解釋 了為什么外加磁場必須是在某一狹窄的范圍內(nèi)。在階段5中，定子42內(nèi)的這些相干磁場 被瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ?2的線圈裝置中的強電流。定子42的繞組中的強電流與這些相干磁 場之間的關(guān)系可以通過應(yīng)用“安培定律”而建立。“安培定律”規(guī)定，圍繞一個部件的 閉合路徑的磁通勢(符號U)由下列線積分得出# CH · dl = i其中i =穿過閉合路徑所限定的面積的感生電流H=磁場強度H · dl = H的切線分量與沿路徑的增量距離dl的乘積換句話說，與增強磁場相關(guān)的磁能被定子42的繞組吸收并轉(zhuǎn)換成電能，其結(jié)果 是與提供給原動機20的輸入電能相比將產(chǎn)生更多的電能(存在多個電負(fù)載的情況下)。 由于受激磁場彼此相干，所以所產(chǎn)生的“額外” AC電能彼此同相并且具有相同的頻率 (50Hz或60Hz)。因此，所產(chǎn)生的AC輸出電能是干凈且無噪音的。此外，當(dāng)從發(fā)電機40的橫截面?zhèn)扔^察時，源自轉(zhuǎn)子43的每個磁極的強磁通量 (在階段3中生成)是細(xì)束，而當(dāng)從發(fā)電機40的延長側(cè)觀察時是均勻的平面束。由于定 子42的線圈裝置承受如此強大且均勻的磁通量，所以如圖8所示使用細(xì)小、無捻且彼此 平行的多股銅線。此外，與單股圓線或單股扁線相比，使用細(xì)小且圓形截面的金屬線具 有使用于AC電流傳輸?shù)谋砻娣e更大的優(yōu)點。每條金屬線借助搪瓷涂層進(jìn)行絕緣。在本發(fā)明中，定子42由磁性材料或相對于轉(zhuǎn)子43中所使用的磁性材料能夠被變磁效應(yīng)激勵的任何合金制成。變磁效應(yīng)是物質(zhì)的一種物理狀態(tài)(諸如定子42的磁性材 料)，其特征是磁化在外加磁場的狹窄范圍內(nèi)(圖6中區(qū)域A處磁通量。3引起)超線性 增加(該物質(zhì)內(nèi)磁場的受激發(fā)射)。定子42的磁性材料的這一特性是由于磁疇的存在。磁疇是結(jié)晶物質(zhì)的區(qū)域，其 體積可以在10_12m3到10_8m3之間且包含磁矩同向排列的原子。磁性原子的磁矩由原子的 未填充內(nèi)殼中的電子的自旋產(chǎn)生。磁疇的構(gòu)成取決于在包含磁性原子的晶格中有效的強 大原子相互作用力(交換力)。在定子42的樣本的未磁化體積內(nèi)，磁疇按照隨機方式排列，其磁軸指向所有方 向，因此該樣本不具有合成磁矩。在磁場的影響下，磁軸方向接近于磁場方向的那些磁疇以犧牲其相鄰磁疇為代 價而生長。在此過程中，相鄰磁疇的原子傾向于按磁場的方向排列，但不斷生長的磁疇 的巨大影響導(dǎo)致它們的軸平行于其磁軸進(jìn)行排列。這些磁疇的生長導(dǎo)致了合成磁矩和由 此產(chǎn)生的樣本在磁場方向上的磁化。然而，非常強的外加磁場會觸發(fā)定子42的樣本內(nèi)的受激發(fā)射。圖7顯示了受激 發(fā)射情況下磁性原子中兩個能級之間的躍遷，其中入射磁場(符號H)引發(fā)了由El到EO 的躍遷。在受激發(fā)射中，輻射磁場完全與入射磁場同相，所以其結(jié)果是相干磁場的增強 束以及這些相干磁場通過應(yīng)用“安培定律”而被瞬間轉(zhuǎn)換為定子42的繞組中的強電流。換句話說，與增強磁場相關(guān)的磁能被定子42的繞組吸收并轉(zhuǎn)換成電能，其結(jié)果 是與提供給原動機20的輸入電能相比(在存在電負(fù)載的情況下)將產(chǎn)生更多的電能。相干磁場的增強束使得本發(fā)明能夠被用作配電網(wǎng)絡(luò)或國家電網(wǎng)中穩(wěn)定電能的設(shè) 備。當(dāng)存在較大的負(fù)載需求時，增強磁場的相干性使得額外電能能夠在不改變相位角或 頻率(50Hz或60Hz)的情況下得以產(chǎn)生。以此方式，可以供應(yīng)非預(yù)期的輸出，并且同時 能夠避免由于電能不穩(wěn)定性而造成的意外能量路程(power trip)。在本發(fā)明中保持“能量守恒定律”，因為相對于原動機20處的輸入電能的“額 外”電能是從定子42的磁性材料內(nèi)生成的。電子和質(zhì)子間的電引力比它們之間的萬有引 力大約大1039倍。因此，由于相對運動造成的這些力的特性的細(xì)微變化(即磁力在本發(fā) 明中所表現(xiàn)的)就輸出電能而言可以具有重要的影響。此外，相干磁通量意味著所產(chǎn)生 的“額外” AC電能彼此同相且頻率相同(50Hz或60Hz)。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子43由對變磁效應(yīng)來說不變的磁性材料制成。定子42中的增 大磁通量促使在區(qū)域A的磁極頂端首先開始飽和。處于區(qū)域A，磁極左側(cè)下面的通量增 加僅是稍微多于當(dāng)變磁效應(yīng)不發(fā)生時的通量。因此，在處于區(qū)域A的定子42內(nèi)存在強磁 通量的情況下，磁通勢不會明顯增大，其結(jié)果是轉(zhuǎn)子43的轉(zhuǎn)速恒定，并不隨電負(fù)載而增長。圖9顯示了適用于發(fā)電機40的磁性材料的特殊共軛對的特性。用在磁化裝置中 的磁性材料相對于進(jìn)入變磁狀態(tài)的各區(qū)域必須是非變磁性的。非變磁性材料的特性表現(xiàn) 為采用磁性材料諸如具有高相對磁導(dǎo)率的“透磁合金”(具有與圖9相比起點更靠左的曲 線)，且其磁通密度必須在具有線圈裝置(使用鋁鎳鈷合金V)的其它部分進(jìn)入變磁狀態(tài) 之前和過程中被飽和。當(dāng)階段3中的合成磁通量(如圖6所示)導(dǎo)致強度在C點處的入射磁場時，它將觸發(fā)變磁效應(yīng)。能夠通過變磁互感而被激勵的磁場強度的范圍(或數(shù)量)處在C點和D 點之間。由于發(fā)射的磁場被瞬間轉(zhuǎn)換成電流，所以由該范圍(C點和D點之間)所激勵 的磁場量將取決于外部負(fù)載所需的電流量。由于“透磁合金”在C點和D點之間達(dá)到飽和，所以定子42內(nèi)的磁場的自發(fā) 和超線性增大不會影響轉(zhuǎn)子43，其結(jié)果是轉(zhuǎn)子43的轉(zhuǎn)速恒定，其不隨電負(fù)載增長。轉(zhuǎn) 子43被說成是“隔絕于”橫穿每個磁極與其相鄰定子的區(qū)域之間的狹窄氣隙的額外磁通 量。其它共軛對諸如“透磁合金和Stelloy合金”、“硅鋼和鋁鎳鈷合金V”、“硅鋼 和Stelloy合金”、“純鋼和鋁鎳鈷合金V”、“純鋼和Stelloy合金”在這一方面是適用 的。對于發(fā)電機40而言，減少渦電流是一個重要的考慮因素。在圖10中，轉(zhuǎn)子43 和定子42兩者的磁性結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成單一實心磁塊。當(dāng)磁通量Φ穿過這一磁塊時，它基 本等同于彼此接觸的矩形導(dǎo)體的密集填充組。渦電流沿著圖中所示路徑來回地旋轉(zhuǎn)到磁 塊內(nèi)。由于該磁塊的電阻較低，所以這些渦電流可能非常大。這些渦電流產(chǎn)生很大的 I2R(其中符號I是感生渦電流，而符號R是磁塊的電阻)損耗，這些損耗將被立即轉(zhuǎn)化為 熱量。該能量損耗與轉(zhuǎn)速的平方以及磁通密度(符號B)的平方成比例。因此，被磁通 量Φ穿透的大磁塊會變得非常熱(即使是以50Hz或60Hz的頻率)，其結(jié)果是導(dǎo)致過熱 (也被稱為渦流損耗)。通過將磁塊分割成圖11所示的薄絕緣疊層，能夠極大地減少渦電流。由于每個 疊層的截面都是整個未切割塊的一小部分，所以感生電壓也是整個磁塊中感生的電壓的 一小部分，這樣渦電流及相應(yīng)的損耗得以極大地減少。對于給定的磁塊，渦電流損耗與 疊層數(shù)量的平方成比例地減小。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子43和定子42兩者的磁性結(jié)構(gòu)由厚度 為零點幾毫米的堆積疊層構(gòu)成。環(huán)氧/樹脂是這些疊層使用的絕緣材料。參見圖1，傳送帶系統(tǒng)30作為一個整體確保了本發(fā)明的輸入電能與其輸出電能 電隔離。勵磁機50由來自變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41的傳送帶33機械地驅(qū)動。變 磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41進(jìn)而由傳送帶32機械地傳動。勵磁機50不使用定子42的 輸出電能。在變磁效應(yīng)期間每個磁極的頂端處首先開始磁性飽和的事實意味著除了旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子43所需要的磁通勢(magneto-motive force)夕卜，轉(zhuǎn)子43 “隔絕于”橫穿每個磁極與 其相鄰定子42的區(qū)域之間的狹窄氣隙的額外磁通量。因此，可以建立兩個電力參考系， 一個是用于生成轉(zhuǎn)子43所需的磁通勢的DC電路(其包括勵磁機50和轉(zhuǎn)子43)，另一個 是用于生成外部電負(fù)載所需的輸出電能的三相AC電路(其包括定子42的繞組和外部負(fù) 載)。本發(fā)明中兩個電力參考系的建立確保了在每個參考系中保持電荷守恒。否則，當(dāng) 轉(zhuǎn)子43的場繞組中的電荷少于(即不等于)定子42的繞組中的電荷時，會出現(xiàn)矛盾。建立兩個電力參考系所造成的電氣隔離的另一重要特征是使得能夠通過本發(fā)明 的電力線44(帶電的Li)、45(帶電的L2)、46(帶電的L3)和47 (不帶電)進(jìn)一步增大 電力輸出，所用的方式是通過以串聯(lián)方式級聯(lián)一組本發(fā)明來增大輸出電壓，通過以并聯(lián) 方式連接一組本發(fā)明來增大輸出電流，或通過采用串并聯(lián)混合連接方式的集成配置來增 大配電網(wǎng)絡(luò)所需的整體電壓和電流。建立兩個電力參考系所造成的電氣隔離也使得多個單一系統(tǒng)或集成系統(tǒng)能夠增 大電力供應(yīng)或者在配電網(wǎng)絡(luò)或國家電網(wǎng)的每一部分中提供供電穩(wěn)定性。
表格1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的發(fā)電系統(tǒng)的一組測量數(shù)據(jù)。步驟1到4 是為發(fā)電系統(tǒng)通電所需要的初始化步驟。步驟4到8顯示了發(fā)電機40的“供電穩(wěn)定區(qū) 域”。在此區(qū)域中，轉(zhuǎn)子43的角速度和所產(chǎn)生的電流頻率在不同負(fù)載條件下依然基本保 持恒定。重要的是要注意，在此區(qū)域中，不需要控制原動機20的速度來匹配與發(fā)電機 40的輸出電力線相連接的外部電負(fù)載的變化。事實上，在此區(qū)域中不需要外部控制，定 子42中的變磁互感直接響應(yīng)外部電負(fù)載的變化。此外，當(dāng)運轉(zhuǎn)在供電穩(wěn)定區(qū)域中時，不 再需要進(jìn)一步的冷卻，因為發(fā)電機40的原動機20和轉(zhuǎn)子43都以其正常和穩(wěn)定的速度運 轉(zhuǎn)。步驟9到11顯示了發(fā)電機40的“能量增大區(qū)域”。在此區(qū)域中，原動機20需 要額外的能量，以便相對于發(fā)動機40的輸出上增大的負(fù)載維持轉(zhuǎn)子43的角速度。如圖9所示，任何磁性材料的飽和曲線變得漸近于高H值的真空B-H曲線。真 空B-H曲線是直線。無論通量密度能達(dá)到多高，真空都永不飽和。非磁性材料如銅、 紙、橡膠和空氣具有幾乎與真空BH-曲線相同的BH-曲線。因此，原動機20在“能量 增大區(qū)域”需要額外能量以產(chǎn)生發(fā)電機40中所用的磁性材料接近該特殊區(qū)域中的真空特 性所需要的額外H。
步驟描述根據(jù)本發(fā)明的第一 實施例的額定5 HP 原動機20的輸入功 率根據(jù)本發(fā)明的第一 實施例的發(fā)電機 40的輸出功率1.勵磁機40關(guān)閉且調(diào)節(jié)器36完全 松幵的情況下激活原動機20。1.65 KWOKW2.逐漸鎖緊調(diào)節(jié)器36以使中間軸 34和配重35由0 rpm旋轉(zhuǎn)到剛 好不到1500 rpm,勵磁機40仍 關(guān)閉。1.65 KW 到 2.8 KWOKW3.當(dāng)中間軸34和配重35的轉(zhuǎn)速達(dá) 到1500 rpm時停止逐漸鎖緊調(diào) 節(jié)器36。勵磁機40仍關(guān)閉。1.65 KWOKW4.打開勵磁機40。1.65 KWOKW- “無負(fù)載” 情況5.發(fā)電機40輸出端有5KW負(fù)載。1.65 KW 到 1.7 KW5 KW6.發(fā)電機40輸出端有IOKW負(fù)載。1.65 KW 到 1.7 KWIOKW7.發(fā)電機40輸出端有15KW負(fù)載。1.65 KW 到 1.7 KW15 KW8.發(fā)電機40輸出端有20KW負(fù)載。1.65 KW 到 1.7 KW20 KW9.發(fā)電機40輸出端有25KW負(fù)載。2.5 KW 到 2.6 KW25 KW10.發(fā)電機40輸出端有30KW負(fù)載。3.2 KW 到 3.5 KW30 KW11.發(fā)電機40輸出端有35KW負(fù)載。3.7 KW 到 3.8 KW35 KW表 1參見圖12，其中所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的發(fā)電系統(tǒng)11。該系統(tǒng)包括原動 機20、傳動組件70、變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40形式的發(fā)電機、勵磁機50、平臺60以及具有觸摸屏顯示器的控制單元80。原動機20是AC (交流)電動機。由外部電源所提供的交變電流(AC)被用來通 過使磁體在線圈中旋轉(zhuǎn)或使線圈在強大的磁體中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生機械扭矩。在任一情況下， 所產(chǎn)生的機械扭矩都被用來旋轉(zhuǎn)原動機20的軸21。原動機20通過輸入電力線22(帶電 的Li)、23(帶電的L2)和24(帶電的L3)接收其AC輸入電能。盡管僅示出一種類型的 原動機20，但實際上，原動機20可以是單相交流(AC)電動機或是具有用于其輸入電能 的DC/AC轉(zhuǎn)換器的DC (直流)電動機。原動機20的輸入電力線22(帶電的Li)、23 (帶電的L2)和24 (帶電的L3)能 夠連接到外部發(fā)電機，諸如化石燃料燃燒蒸汽渦輪機、天然氣燃燒蒸汽渦輪機、水力發(fā) 電機、柴油機、汽油機、蒸汽機、燃料電池發(fā)電機、使用可再生能源(諸如太陽能、風(fēng) 能、水電能、波能或生物能)的AC或DC發(fā)電機以及能夠提供所需AC或DC電能以驅(qū) 動本發(fā)明中所用原動機20的任何發(fā)電單元。原動機20在低速運轉(zhuǎn)時不會發(fā)揮其滿功率。在發(fā)揮其最大功率和扭矩前，它必 須正在適度快速地運轉(zhuǎn)。因此，傳動組件70提供了一種手段，以便一方面允許原動機20 的軸21高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生所期望的功率，另一方面允許其輸出軸74以較低的速度旋轉(zhuǎn)以確 保變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41以25Hz或30Hz的頻率旋轉(zhuǎn)(由于使用每次回轉(zhuǎn)提供 兩個電壓周期的四磁極轉(zhuǎn)子)。減速通過行星齒輪組73實現(xiàn)。原動機20的軸21與液力 變矩器71的軸72相連接。液力變矩器71起到液力耦合器的作用并提供了下列優(yōu)點[a]不存在驅(qū)動構(gòu)件和 從動構(gòu)件之間的直接機械接觸，從而最小化原動機20與傳動組件70之間的震動和扭轉(zhuǎn)振 動的傳播；[b]沒有主動的傳動脫離或接合，從而允許更平順的起動特性；[C]防止原動 機20在低速時的有害運轉(zhuǎn)，這是由于液力耦合將僅是滑動并且允許原動機20在超負(fù)載時 加速。輸出軸74與變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41耦連。動力釋放裝置(Power Take Off, PTO) 75與勵磁機50的軸51耦連。電子組件(EA) 77 (也被稱為傳動控制單元)是傳動組件70的核心部件。它通 過信號線76與傳動組件70相連接。盡管僅示出一種類型的傳動組件70，但實際上，傳 動組件70可以是手動、半自動或全自動的。傳動組件70也包括使用摩擦離合器取代液 力變矩器71的系統(tǒng)。傳動組件70在其構(gòu)造中也可以具有兩個或多于兩個PTO 75。勵磁機50是產(chǎn)生變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40所需的DC電能的交流發(fā)電機。該勵 磁機包括三個主要部件轉(zhuǎn)子、定子以及具有穩(wěn)壓器的整流器電橋。交流發(fā)電機中AC 發(fā)電的原理是磁力線之間的運動，并且導(dǎo)體將感生電壓(AC電壓)。在交流發(fā)電機中， 轉(zhuǎn)子將提供磁力線，并且使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的PTO 75將提供運動。所產(chǎn)生的AC電能被裝有穩(wěn) 壓器的整流器電橋轉(zhuǎn)換成DC電能。所產(chǎn)生的DC電能通過輸出電力線53 (EDC電壓) 和輸出電力線52 (接地)提供給變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40。盡管僅示出一種類型的勵磁機 50，但實際上，勵磁機50可以是任何DC電源如電池或燃料電池。變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40是由傳動組件70的輸出軸74驅(qū)動的同步機。它應(yīng)用變 磁效應(yīng)來在其定子42的磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生電能。圖2顯示了變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的透視橫截面示意圖。同步機的兩個主體部分是磁性結(jié)構(gòu)。實質(zhì)上為空心圓筒的固定部分被稱為定子42，其具有縱向的狹縫，在這 些狹縫中存在定子42的繞組的線圈。這些繞組承載供應(yīng)到電負(fù)載的電流。轉(zhuǎn)子43是安 裝在軸上的機器的一部分，并且在空心定子42內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子43上的繞組被稱為場繞 組，其由勵磁機50通過輸出電力線53 (正電壓)和輸出電力線52 (接地)提供DC電流。 在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子43是具有如圖8所示的均勻四磁極橫截面積的單一縱向磁塊。轉(zhuǎn)子43具有四個磁極并且每次回轉(zhuǎn)在每個線圈中產(chǎn)生兩個電壓周期。由于每次 回轉(zhuǎn)的周期數(shù)等于磁極對的數(shù)目，所以所產(chǎn)生電壓的頻率由下面的等式給出f = (P/2)*(N/60) = (P/2)*fmHz其中f =電頻率，單位為Hz(50Hz或60Hz)P=磁極的數(shù)目N =轉(zhuǎn)子速度，單位為轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘(rpm)fin = Ν/60,機械頻率，單位為轉(zhuǎn)數(shù)每秒(rps)，它是由傳動組件70的輸出軸74 驅(qū)動的軸41的頻率。通過變磁互感而產(chǎn)生的相干磁場的增大束被瞬間轉(zhuǎn)換成定子42的繞組中的強 電流。此瞬時強電流使得本發(fā)明能夠被用作配電網(wǎng)絡(luò)或國家電網(wǎng)中穩(wěn)定電力的設(shè)備。 當(dāng)存在較大的負(fù)載需求時，增強磁場的相干性使得額外電能能夠在不改變相位角或頻率 (50Hz或60Hz)并且不改變輸出電壓的情況下得以產(chǎn)生。以此方式，可以供應(yīng)非預(yù)期的 輸出，并且同時能夠避免由于電能不穩(wěn)定性而造成的意外能量路程。在本發(fā)明中，三相AC電能被產(chǎn)生并且能夠通過輸出電力線44(帶電的Li)、輸 出電力線45 (帶電的L2)、輸出電力線46(帶電的L3)和輸出電力線47 (不帶電)而被提 供給外部負(fù)載。具有觸摸屏顯示器的控制單元80是發(fā)電系統(tǒng)11的核心部分。它被用于控制本發(fā) 明的操作，諸如通電順序和停機順序。該控制單元具有兩個通信端口，其中每一個都支 持RS-232C或RS-485通信協(xié)議。一個端口通過將其與個人電腦或筆記本電腦連接而被用 來輸入控制序列。另一個端口被用來與傳動組件70的電子組件77通信，這需要通過額外 的通信協(xié)議，諸如 SAE J1708，SAE J1587，SAE J1939 和 CAN (ControllerArea Network, 控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線協(xié)議。圖13顯示了具有觸摸屏顯示器的控制單元80運行的流程圖。在步驟SlOO中通 電時，控制單元80在步驟SllO中執(zhí)行初始化設(shè)定并在步驟S120中等待來自其觸摸屏的 按鈕點擊。在步驟S120中接收到來自其觸摸屏顯示器的通電按鈕點擊時，它在步驟S130 中向電子組件77發(fā)送請求命令，以將傳動組件70變換到中性模式(Neutral Mode)。在 步驟S140中它等待成功中性接合的EA響應(yīng)信息。當(dāng)在步驟S140中接收到有效的響應(yīng) 時，它在步驟S150中發(fā)出離散信號以激活繼電器或開關(guān)裝置，從而為原動機20供電。 在步驟S160中它等待達(dá)到所需的rpm值。當(dāng)在步驟S160中所需rpm值得到核實時，控 制單元80在步驟S170中向電子組件77發(fā)送請求命令以將傳動組件70變換到驅(qū)動模式。 在步驟S180中它等待輸出軸74達(dá)到所需的rpm值(25Hz或30Hz，這是由于使用每次回 轉(zhuǎn)提供兩個電壓周期的四磁極轉(zhuǎn)子)。當(dāng)輸出軸74的所需rpm值得到核實時，它在步驟 S190中向電子組件77發(fā)送請求命令以與PTO 75接合，從而驅(qū)動勵磁機50。變磁效應(yīng)發(fā)電機11將在這一步驟后完全開始運轉(zhuǎn)。當(dāng)在步驟S120中從其觸摸屏顯示器接收到斷電按鈕點擊時，控制單元80在步驟 S200中向電子組件77發(fā)送請求命令以脫離PTO 75，從而使勵磁機50停止運轉(zhuǎn)。在步驟 S210中它等待成功脫離PTO的EA響應(yīng)信息。當(dāng)在步驟S210中接收到有效的響應(yīng)時， 它在步驟S220中將向EA77發(fā)送請求命令以將傳動組件70變換到中性模式并在步驟S230 中等待有效的響應(yīng)。當(dāng)在步驟S230中接收到有效的響應(yīng)時，它在步驟S240中發(fā)出離散 信號，以解除繼電器或開關(guān)裝置的激活狀態(tài)，從而切斷供給原動機20的輸入電源。用于斷電的更有效方法是在輸出電力線53和輸出電力線52 (圖中未顯示)之間 插入繼電器或開關(guān)裝置，以及在步驟S200中增加一個附加任務(wù)，即發(fā)送離散信號以在脫 離PTO 75的請求命令之前脫離繼電器或開關(guān)裝置。以此方式，在本發(fā)明中能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時 斷電?？刂撇考?0主要被用于系統(tǒng)啟動和停機。當(dāng)系統(tǒng)不是在能量穩(wěn)定區(qū)域中運轉(zhuǎn) 時，它也可以被用來匹配外部負(fù)載的變化。控制部件80通過用于輸出軸74的所需驅(qū)動模 式rpm值的變化來監(jiān)測外部負(fù)載的變化。在步驟S120中從其觸摸屏顯示器接收到負(fù)載變 化按鈕點擊時，它在步驟S300中針對輸出軸74的驅(qū)動模式rpm值向電子組件77發(fā)送請 求命令。在步驟S310中它等待針對驅(qū)動模式rpm值的EA響應(yīng)信息。如果在步驟S310 中獲得有效rpm值，則它將返回步驟S120以檢查負(fù)載變化是否依然處于激活狀態(tài)。如果 負(fù)載變化按鈕依然處于激活狀態(tài)，則重復(fù)步驟S120、S300和S310，以便對驅(qū)動模式rpm 值繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)在步驟S310中探測到變化時，它進(jìn)入步驟S320從而向與原動機20 的輸入電力線相連接的AC電源發(fā)送離散信號、模擬信號或命令，并響應(yīng)于負(fù)載變化指示 該AC電源增大或減小提供給原動機20的電力供應(yīng)。而后，它返回步驟S120以檢查負(fù) 載變化按鈕是否依然處在激活狀態(tài)。如果負(fù)載變化按鈕依然處在激活狀態(tài)，則重復(fù)步驟 S120、S300、S310和S320直到建立并維持所需驅(qū)動模式rpm值。傳動組件70作為一個整體確保了本發(fā)明的輸入電能與其輸出電能電的隔離。勵 磁機50由PTO 75機械地驅(qū)動。變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41進(jìn)而由輸出軸74機械地 驅(qū)動。勵磁機50不使用定子42的輸出電能。在變磁效應(yīng)期間每個磁極的頂端處首先開 始磁性飽和的事實意味著，除了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子43所需要的磁通勢(magneto-motive force)外， 轉(zhuǎn)子43 “隔絕于”橫穿每個磁極與其相鄰定子42的區(qū)域之間的狹窄氣隙的額外磁通量。 因此，可以建立兩個電力參考系，一個是用于生成轉(zhuǎn)子43所需的磁通勢的DC電路(其 包括勵磁機50和轉(zhuǎn)子43)，另一個是用于生成外部電負(fù)載所需的輸出電能的三相AC電路 (其包括定子42的繞組和外部負(fù)載)。本發(fā)明中兩個電力參考系的建立確保了在每個參 考系中保持電荷守恒。否則，當(dāng)轉(zhuǎn)子43的場繞組中的電荷少于(即不等于)定子42的 繞組中的電荷時，會出現(xiàn)矛盾。參見圖14，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的發(fā)電系統(tǒng)12。該系統(tǒng)包括原動 機20、齒輪傳動組件90 (具有三個齒輪91、92和93)、變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40形式的發(fā) 電機、勵磁機50、平臺60以及具有觸摸屏顯示器的控制單元80。原動機20是AC (交流)電動機。由外部電源所提供的交變電流(AC)被用來通 過使磁體在線圈中旋轉(zhuǎn)或使線圈在強大的磁體中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生機械扭矩。在任一情況下， 所產(chǎn)生的機械扭矩都被用來使原動機20的軸21旋轉(zhuǎn)。原動機20通過輸入電力線22 (帶電的Li)、23(帶電的L2)和24(帶電的L3)接收其AC輸入電能。盡管僅示出一種類型 的原動機20，但實際上，原動機20可以是單相交流(AC)電動機或是具有用于其輸入電 能的DC/AC轉(zhuǎn)換器的DC (直流)電動機。原動機20的輸入電力線22(帶電的Li)、23 (帶電的L2)和24 (帶電的L3)能 夠通過AC輸入電能開關(guān)盒25連接到外部發(fā)電機，諸如化石燃料燃燒蒸汽渦輪機、天然 氣燃燒蒸汽渦輪機、水力發(fā)電機、柴油機、汽油機、蒸汽機、燃料電池發(fā)電機、使用可 再生能源(諸如太陽能、風(fēng)能、水電能、波能或生物能)的AC或DC發(fā)電機以及能夠提 供所需AC或DC電能以驅(qū)動本發(fā)明中所用原動機20的任何發(fā)電單元。齒輪傳動組件90提供機械裝置以將原動機20的軸21連接到變磁效應(yīng)直流發(fā)電 機40的軸41。其齒輪齒數(shù)比使得原動機20的軸21能夠以高速旋轉(zhuǎn)，從而一方面產(chǎn)生所 希望的電能，另一方面允許變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41在25Hz或30Hz的頻率下以 較低速度旋轉(zhuǎn)(由于使用每次回轉(zhuǎn)提供兩個電壓周期的四磁極轉(zhuǎn)子)。在此實施例中，齒輪92被擰緊并且由鎖緊螺母固定到原動機20的軸21上。因 此，在系統(tǒng)啟動時，原動機20及其軸21必須足夠堅固，以直接無滑動地克服齒輪傳動鏈 90的慣性、勵磁機50的軸51的慣性以及變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41的慣性。為了 防止原動機20的軸21在啟動時被扭曲或斷裂，單片離合器100可以被配置為將軸21連 接到齒輪92上。如圖15所示，單片離合器100是用于在系統(tǒng)啟動期間接合平穩(wěn)相對運動的軸21 和齒輪92的設(shè)備。該單片離合器包括摩擦片101、壓力片102、彈簧103以及兩個防護(hù)裝 置104a和104b。兩個防護(hù)裝置安裝并穩(wěn)固地固定在軸21上。防護(hù)裝置104a被用來將 彈簧103保持在適當(dāng)位置，而防護(hù)裝置104b被用來將齒輪92保持在適當(dāng)位置。軸21起 到驅(qū)動構(gòu)件的作用，其永久地由原動機20驅(qū)動。壓力片102永久地隨軸21旋轉(zhuǎn)。它提 供另一個無紋理摩擦接觸面，并將彈簧103的夾緊力轉(zhuǎn)移給軸21。摩擦片101是從動構(gòu) 件。為了適應(yīng)有摩擦紋理的摩擦片101的磨損以及系統(tǒng)啟動期間的滑動，必須為齒輪92 提供一定數(shù)量的軸自由度。通過將齒輪92、摩擦片101和壓力片102分別通過襯套軸承 105c、105b和105a附連到軸21而實現(xiàn)此軸自由度，以便它們能夠在兩個防護(hù)裝置104a 和104b之間沿軸21浮動。壓力片102由鑄鐵制成并且有意地制成粗糙的結(jié)構(gòu)，它必須 既不能在加載彈簧103的情況下扭曲，又不能不具備吸收和導(dǎo)走齒輪接合/嚙合期間所產(chǎn) 生的熱量的能力。彈簧103被壓縮在壓力片102和防護(hù)裝置104a之間。其目的在于維持 單片離合器的各摩擦表面之間足夠的夾緊力，以便在沒有滑動發(fā)生的情況下將來自軸21 的最大扭矩傳輸給齒輪92。絕緣墊(圖15中未顯示)可以被用來減少從壓力片102到彈 簧103的熱傳遞。摩擦片101被夾在齒輪92的摩擦接觸表面和壓力片102之間。圖16顯示了摩擦片101的構(gòu)造。摩擦片101的每一側(cè)面對被稱為摩擦襯片IOlc 的摩擦材料環(huán)，該摩擦襯片通過鉚接固定到Borglite節(jié)段IOla上。扭轉(zhuǎn)減震彈簧IOlb被 提供用來允許光滑、分級的接合。參見圖15，裝配單片離合器的目的是提供下列益處[a]系統(tǒng)啟動時更好的接 合，完全接合之前的滑動形式的輕微延遲使得原動機20具有充分的時間來積累速度，從 而允許軸21與齒輪92之間的無振動連接；[b]摩擦襯片IOlc使得完全接合時從軸21到 齒輪92的最大扭矩傳輸成為可能。
參見圖14，齒輪91與勵磁機50的軸51耦連。勵磁機50是產(chǎn)生變磁效應(yīng)直流 發(fā)電機40所需的DC電能的交流發(fā)電機。該勵磁機包括三個主要部件轉(zhuǎn)子、定子以及 具有穩(wěn)壓器的整流器電橋。交流發(fā)電機中AC發(fā)電的原理是磁力線之間的運動，并且導(dǎo)體 將感應(yīng)電壓(AC電壓)。在交流發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子將提供磁力線，并且使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的齒輪 91將提供運動。所產(chǎn)生的AC電能被裝有穩(wěn)壓器的整流器電橋轉(zhuǎn)換成DC電能。所產(chǎn)生 的DC電能通過輸出電力線53 (正電壓)和輸出電力線52 (接地)提供給變磁效應(yīng)直流發(fā) 電機40。盡管僅示出一種類型的勵磁機50，但勵磁機50可以是例如電池或燃料電池的 任何DC電源。變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40是由齒輪傳動組件90的齒輪93驅(qū)動的同步機。它應(yīng)用 變磁效應(yīng)來從其定子42的磁結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生電能。圖2顯示了變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的透視橫截面示意圖。同步機的兩個主體部 分是磁性結(jié)構(gòu)。實質(zhì)上為空心圓筒的固定部分被稱為定子42，其具有縱向的狹縫，在這 些狹縫中存在定子42的繞組的線圈。這些繞組承載供應(yīng)到電負(fù)載的電流。轉(zhuǎn)子43是安 裝在軸上的機器的一部分，并且在空心定子42內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子43上的繞組被稱為場繞 組，其由勵磁機50通過輸出電力線53 (正DC電壓)和輸出電力線52 (接地)提供DC電 流。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子43是具有如圖8所示的均勻四磁極橫截面積的單一縱向磁塊。轉(zhuǎn)子43具有四個磁極并且每次回轉(zhuǎn)在每個線圈中產(chǎn)生兩個電壓周期。由于每次 回轉(zhuǎn)的周期數(shù)等于磁極對的數(shù)目，所以所產(chǎn)生電壓的頻率由下面的等式給出f = (P/2)*(N/60) = (P/2)*fmHz其中f =電頻率，單位為Hz(50Hz或60Hz)P=磁極的數(shù)目N =轉(zhuǎn)子速度，單位為轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘(rpm)fin = Ν/60,機械頻率，單位為轉(zhuǎn)數(shù)每秒(rps)，它是由齒輪傳動組件90的齒輪 93驅(qū)動的軸41的頻率，其為25Hz或30Hz。通過變磁互感而產(chǎn)生的相干磁場的增大束被瞬間轉(zhuǎn)換成定子42的繞組中的強 電流。此瞬時強電流使得本發(fā)明能夠被用作配電網(wǎng)絡(luò)或國家電網(wǎng)中穩(wěn)定電力的設(shè)備。 當(dāng)存在較大的負(fù)載需求時，增強磁場的相干性使得額外電能能夠在不改變相位角或頻率 (50Hz或60Hz)并且不改變輸出電壓的情況下得以產(chǎn)生。以此方式，可以供應(yīng)非預(yù)期的 輸出，并且同時能夠避免由于電能不穩(wěn)定性而造成的意外能量路程。在本發(fā)明中，三相AC電能被產(chǎn)生并且能夠通過輸出電力線44(帶電的Li)、輸 出電力線45 (帶電的L2)、輸出電力線46(帶電的L3)和輸出電力線47 (不帶電)而被提 供給外部負(fù)載。具有觸摸屏顯示器的控制單元80是發(fā)電系統(tǒng)12的核心部分。它被用于控制本 發(fā)明的操作，諸如通電順序和停機順序。該控制單元具有兩個通信端口，其中每一個都 支持RS-232C或RS-485通信協(xié)議。一個端口通過將其與個人電腦或筆記本電腦連接而 被用來輸入控制序列。另一個端口被用來與連接到原動機20的AC電源通信。此外，控 制單元80通過信號線81連接到DC輸出電能開關(guān)盒54。DC輸出電能開關(guān)盒54內(nèi)安裝 有繼電器開關(guān)(圖14中未顯示)。可選地，信號線81通過開關(guān)裝置連接到DC輸出電能開關(guān)盒54。此外，勵磁機50上安裝有RPM傳感器(圖14中未顯示)，以讀取軸51的 轉(zhuǎn)速。該rpm讀數(shù)可以通過DC輸出電能開關(guān)盒54從信號線81存取。控制單元80通 過信號線82連接到AC輸入電能開關(guān)盒25。AC輸入電能開關(guān)盒25內(nèi)安裝有繼電器開關(guān) (圖14中未顯示)和AC/DC電能轉(zhuǎn)換器(圖14中未顯示)?？刂茊卧?0也從AC/DC 電能轉(zhuǎn)換器接收來自信號線82的DC輸入能量，該轉(zhuǎn)換器安裝在AC輸入電能開關(guān)盒25 內(nèi)。圖17顯示了具有觸摸屏顯示器的控制單元80運行的流程圖。當(dāng)在步驟SlOO中 通電時，控制單元80在步驟SllO中執(zhí)行初始化設(shè)定并在步驟S120中等待來自其觸摸屏 的按鈕點擊。在步驟S120中從其觸摸屏顯示器接收到啟動按鈕點擊時，它在步驟S130中發(fā)送 離散信號，以便給AC輸入電能開關(guān)盒25中的繼電器開關(guān)通電，從而為原動機20提供電 能。在步驟S140中，它讀取軸51的RPM數(shù)據(jù)并通過傳動比轉(zhuǎn)換從所接收的rpm讀數(shù)中 推導(dǎo)出軸41的速度。在此步驟中，它也等待軸41的期望速度得以建立。當(dāng)獲得軸41的 期望速度時，它在步驟S150中通過信號線81發(fā)出離散信號以便為DC輸出電能開關(guān)盒54 中的繼電器開關(guān)(或開關(guān)裝置)通電，從而通過電力線53(正DC電壓)和電力線54(接 地)提供DC電能，以使得“法拉第電磁感應(yīng)定律”能夠在變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40內(nèi)發(fā) 生。變磁效應(yīng)發(fā)電機12將在這一步驟后完全開始運轉(zhuǎn)。在步驟S120中從其觸摸屏顯示器接收到斷電按鈕點擊時，則控制單元80在步驟 S200中通過信號線81向DC輸出電能開關(guān)盒54發(fā)送離散信號，以解除繼電器開關(guān)(或開 關(guān)裝置)的激活狀態(tài)，從而切斷DC供應(yīng)，這進(jìn)而使得變磁效應(yīng)直流發(fā)電機立即停用，因 為在該情況之后不能立即使“法拉第電磁感應(yīng)定律”生效。之后在步驟S210中，它通 過信號線82向AC輸入電能開關(guān)盒25發(fā)送離散信號以解除繼電器開關(guān)的激活狀態(tài)，從而 使原動機20斷電?？刂茊卧?0繼續(xù)從AC/DC轉(zhuǎn)換器接收其DC電能，該轉(zhuǎn)換器安裝在 AC輸入電能開關(guān)盒25內(nèi)?？刂茊卧?0主要被用于系統(tǒng)啟動和停機。當(dāng)系統(tǒng)不是在能量穩(wěn)定區(qū)域中運轉(zhuǎn) 時，它也可以被用來匹配外部負(fù)載的變化?？刂撇考?0通過所需用于輸出軸93的rpm 值的變化來監(jiān)測外部負(fù)載的變化。在步驟S120中從其觸摸屏顯示器接收到負(fù)載變化按鈕 點擊時，它在步驟S300中讀取軸51的RPM讀數(shù)并通過傳動比轉(zhuǎn)換從所接收的rpm讀數(shù) 中推導(dǎo)出軸41的速度。如果在步驟S300中獲得有效rpm值，則它將返回步驟S120以檢 查負(fù)載變化是否依然處于激活狀態(tài)。如果負(fù)載變化按鈕依然處于激活狀態(tài)，則重復(fù)步驟 S120和S300，以便對軸93的rpm值繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)在步驟S300中探測到變化時， 它進(jìn)入步驟S310從而通過附加的信號線(圖14中未顯示)發(fā)送離散信號、模擬信號或者 通過第二串行通信端口(圖14中未顯示)發(fā)送命令到與原動機20的輸入電力線相連接的 外部AC電源，并響應(yīng)于負(fù)載變化指示該AC電源增大或減小提供給原動機20的電力供 應(yīng)。而后，它返回步驟S120以檢查負(fù)載變化按鈕是否依然處在激活狀態(tài)。如果負(fù)載變 化按鈕依然處在激活狀態(tài)，則重復(fù)步驟S120、S300和S310直到建立并維持所需用于軸 93的rpm值。齒輪傳動組件90作為一個整體確保了本發(fā)明的輸入電能與其輸出電能電隔離。 勵磁機50由齒輪91機械地驅(qū)動。變磁效應(yīng)直流發(fā)電機40的軸41進(jìn)而由齒輪93機械地驅(qū)動。勵磁機50不使用定子42的輸出電能。在變磁效應(yīng)期間每個磁極的頂端處首先開 始磁性飽和的事實意味著除了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子43所需要的磁通勢(magneto-motive force)外，轉(zhuǎn) 子43 “隔絕于”橫穿每個磁極與其相鄰定子42的區(qū)域之間的狹窄氣隙的額外磁通量。 因此，可以建立兩個電力參考系，一個是用于生成轉(zhuǎn)子43所需的磁通勢的DC電路(其 包括勵磁機50和轉(zhuǎn)子43)，另一個是用于生成外部電負(fù)載所需的輸出電能的三相AC電路 (其包括定子42的繞組和外部負(fù)載)。本發(fā)明中兩個電力參考系的建立確保了在每個參 考系中保持電荷守恒。否則，當(dāng)轉(zhuǎn)子43的場繞組中的電荷少于(即不等于)定子42的 繞組中的電荷時，會出現(xiàn)矛盾。在隨附的各權(quán)利要求中，除了上下文有所要求外，由于語言表達(dá)或必然含義， 詞語“包括”或其變體被用作范圍廣泛的意思，即具體說明所述特征的存在但不排除存 在或附加本發(fā)明各實施例中的更多特征。對于本發(fā)明的修改或改進(jìn)對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言將是顯而易見的。這樣的修 改和改進(jìn)被確定為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機，所述發(fā)電機包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子至少部分包括具有變磁屬性 的材料并且具有與外部電負(fù)載相連接的線圈裝置，所述轉(zhuǎn)子具有用于在其中產(chǎn)生磁場的 電磁鐵，所述轉(zhuǎn)子和磁場相對于所述定子的運動在所述線圈裝置中感生出電流，所述電 磁鐵被配置為產(chǎn)生足夠強大的磁場以便與和所述外部電負(fù)載相關(guān)的磁場相互作用并且在 所述定子的變磁材料內(nèi)弓丨發(fā)變磁性，從而增大所述線圈裝置中的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其中所述轉(zhuǎn)子至少部分包括具有非變磁屬性的另一 材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機，其中所述另一材料具有比所述變磁材料更高的磁導(dǎo)率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機，其中不論所述定子的所述變磁材料是否具有在其中 感生的變磁性，所述另一材料都具有完全飽和的磁通密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其中當(dāng)在所述定子的所述變磁材料中感生變磁性 時，所述定子的所述變磁材料的磁通密度和磁場強度超線性地增大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的發(fā)電機，其中所述另一材料是透磁合金、硅 鋼、純鐵、繼電器鋼或等效鐵中的任意一種或多于一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的發(fā)電機，其中所述變磁材料是鋁鎳鈷合金V、 Stelloy合金或等效Stelloy合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的發(fā)電機，其中所述另一材料和變磁材料分別包 括從下述分組中選擇的一對透磁合金和鋁鎳鈷合金V;透磁合金和Stelloy合金；硅鋼 和鋁鎳鈷合金V;硅鋼和Stelloy合金；純鋼和鋁鎳鈷合金V;純鋼和Stelloy合金；繼電 器鋼和鋁鎳鈷合金V;繼電器鋼和Stelloy合金；以及等效鐵和等效Stelloy合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的發(fā)電機，其中盡管所述定子的所述變磁材料內(nèi) 感生出變磁性，但所述轉(zhuǎn)子的角速度以及所產(chǎn)生的電流頻率仍然基本保持恒定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的發(fā)電機，其中所述定子實質(zhì)上是空心圓筒， 在其內(nèi)壁上所選擇位置處提供所述線圈裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機，其中所述線圈裝置被提供在形成于所述空心圓筒 的所述內(nèi)壁中的縱向延伸的狹縫內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電機，其中所述線圈裝置被有效地連接，以便產(chǎn)生所選 擇相位的交變電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的發(fā)電機，其中所述線圈裝置包括平行、絕緣、無捻 的細(xì)圓形橫截面的多股金屬線，所述金屬線以每股金屬線都承受均勻磁通量的方式位于 所述縱向延伸的狹縫中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的發(fā)電機，其中所述電磁鐵包括第一和第二直 徑上相對的磁極對。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)電機，其中所述磁極具有橫截面積，當(dāng)在平面圖中對所 述轉(zhuǎn)子進(jìn)行觀察時，該橫截面積適用于源自每個磁極的磁通量的均勻束，而當(dāng)在正視圖 中對所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行觀察時，該橫截面積適用于均勻的平面束。
16.—種發(fā)電系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的發(fā)電機；用于為所述電磁鐵提供磁能以及為所述轉(zhuǎn)子提供機械能的電源裝置，提供給所述發(fā) 電機的所述磁能以及所述機械能獨立于由所述發(fā)電機產(chǎn)生的電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述電源裝置包括電動機；以及將所述轉(zhuǎn)子有效連接到所述電動機的傳動帶組件，所述電動機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)由所述 傳動帶組件傳遞給所述轉(zhuǎn)子。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述電源裝置包括電動機；以及將所述轉(zhuǎn)子有效連接到所述電動機的傳輸組件，所述電動機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)由所述傳 輸組件傳遞給所述轉(zhuǎn)子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述電源裝置包括電動機；將所述轉(zhuǎn)子有效連接到所述電動機的齒輪傳動組件，所述電動機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)由所 述齒輪傳動組件傳遞給所述轉(zhuǎn)子；由所述齒輪傳動組件驅(qū)動的直流電源；以及將所述電磁鐵有效地連接到所述直流電源的繼電器開關(guān)或開關(guān)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào) 節(jié)器用于將傳動帶組件、齒輪系或傳動組件連接到所述電動機，以便克服可動部分在系 統(tǒng)啟動期間的慣性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)器是離合器，所述離合器被配置 為使所述電動機選擇性地接合或脫離所述傳動帶組件、齒輪傳動組件或傳輸組件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述離合器是單片離合器。
23.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括在所述傳動帶組 件、齒輪傳動組件或傳輸組件中的配重，所述配重用于確保可動部分處于靜態(tài)和動態(tài)平 衡以及消除可動部分運動期間所遭遇的任何拉緊或松弛。
24.一種集成發(fā)電系統(tǒng)，其包括兩個或多于兩個有效連接的根據(jù)權(quán)利要求16至19中 任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，以便增大單個單元的電力輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的集成發(fā)電系統(tǒng)，其中所述發(fā)電系統(tǒng)串行級聯(lián)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的集成發(fā)電系統(tǒng)，其中所述發(fā)電系統(tǒng)并行連接。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的集成發(fā)電系統(tǒng)，其中所述發(fā)電系統(tǒng)按串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式 連接。
28.一種配電網(wǎng)絡(luò)，其包括一個或多于一個根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項所述的發(fā) 電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)被配置以便為所述配電網(wǎng)絡(luò)中所選擇的部分提供功率穩(wěn)定性。
29.一種自動推進(jìn)發(fā)動機，其包括一個或多于一個根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述 的發(fā)電機。
30.一種船舶，其包括根據(jù)權(quán)利要求29所述的自動推進(jìn)發(fā)動機。
31.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的發(fā)電機，其中所述定子的所述變磁材料內(nèi)所 感生的變磁性包括分為五個階段的瞬時過程，從而自發(fā)且相干地增大所述線圈裝置內(nèi)的 電流。＝＝
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)電機，其中，所述五個階段的瞬時過程包括第一階段，其包括所述轉(zhuǎn)子和所述定子間的典型法拉第電磁感應(yīng)定律，其中磁通量 由所述轉(zhuǎn)子指向所述定子；第二階段，其中由于所述外部電負(fù)載的存在，源自所述線圈裝置中的電流的額外磁 通量由所述轉(zhuǎn)子指向所述定子；第三階段，其中源自所述第一階段的磁通量與源自所述第二階段的額外磁通量互感 以形成強大的合成磁通量，該合成磁通量由所述轉(zhuǎn)子指向所述定子從而穿透所述定子；第四階段，其中源自所述第三階段的所述合成磁通量引發(fā)所述定子中具有變磁屬性 的材料進(jìn)入變磁狀態(tài)并且釋放額外的相干磁場，所述額外的相干磁場觸發(fā)所述材料內(nèi)的 磁性原子中的相似放射，其結(jié)果是所述材料內(nèi)立即產(chǎn)生相干磁場的強磁束；以及第五階段，其中階段4中所述定子的所述材料內(nèi)所產(chǎn)生的相干磁場的強磁束通過應(yīng) 用安培定律而被瞬間轉(zhuǎn)換成所述定子的所述線圈裝置中的強電流。
33.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電機，其中所述線圈裝置被有效地連接，以便響應(yīng)于兩 個或兩個以上的相應(yīng)外部電負(fù)載來獨立且同時產(chǎn)生兩個或兩個以上所選擇相位的交變電 流。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)電機，其中，通過停用繼電器或開關(guān)裝置來停止為電 磁鐵供電，即使所述轉(zhuǎn)子繼續(xù)運動，所述線圈裝置中的電流的自發(fā)和相干增大也瞬間停止。
35.根據(jù)權(quán)利要求16至27中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括控制單元，所述 控制單元用于系統(tǒng)的啟動和停機，以及當(dāng)系統(tǒng)不是在能量穩(wěn)定區(qū)域中運轉(zhuǎn)時，用于匹配 外部電負(fù)載的變化。
36.根據(jù)權(quán)利要求16至27所述的發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步分別包括所述傳動帶組件中的 附加傳動帶、所述傳動組件中的附加驅(qū)動軸以及所述齒輪傳動組件中的附加齒輪，從而 使得所述電動機能夠驅(qū)動兩個或兩個以上根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項所述的發(fā)電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(40)以及含有所述發(fā)電機的發(fā)電系統(tǒng)(10、11或12)。所述發(fā)電機包括固定部分(42)和可動部分(43)，二者之一(43)裝配有磁化裝置，另一個(42)裝配有線圈裝置，從而可動部件相對于固定部件的運動在線圈中感生出電流，固定部件(42)與可動部件(43)變磁性地相互作用以增大所述電流。
文檔編號H02K1/02GK102017364SQ200980116352
公開日2011年4月13日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者W·辛格特, 鄭文浩 申請人:W·辛格特, 鄭文浩