用于AC/DC发电机的固态多极和单极发电机转子制造技术

一种固态电磁转子，该固态电磁转子包括：多个凸极片，该多个凸极片围绕支撑结构布置，其中每个凸极片的第一端附接到支撑结构，并且每个凸极片的第二端远离支撑结构而向外指向；以及围绕每个凸极片缠绕的导线，其中当多个凸极片的导线由激励电路顺序地激励时，凸极片通电以提供所需的不同磁极形式的移动极性磁场来实现发电。

Solid State Multipole and Unipolar Generator Rotors for AC/DC Generators

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于AC/DC发电机的固态多极和单极发电机转子
系统和方法用于以减小的电磁阻力(通常称为反向扭矩)产生交流电(AC)或直流电(DC)，从而提高了发电机的运行效率。
技术介绍
地球化石燃料资源的迅速枯竭以及土地、空气和水的环境污染以及同时发生的气候变化使得显而易见的是，明确且迫切需要高效的、不需要化石燃料且无污染的替代能源供应。安全地解决地球人口对不断增加的能源消耗的需求的重大贡献是通过从旋转式发电机中消除反向扭矩来提高发电效率。从与将机械能转换成电能相关联的旋转式发电机中消除反向扭矩，可以为电动的、高效的发电设备提供机会。反向扭矩的消除使得AC或DC发电机运行到达4％至可能500％的效率增加，从而用较小电动机来驱动发电设备的发电机。世界上第一个已知的发电机是法拉第圆盘发电机。迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)在1831年至1889年间发现了电磁发电机的工作原理。他的观察发现后来被归纳为由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)所撰写的称为法拉第定律的原理。该定律简单地指出，在环绕变化的磁通量的电导体中产生电磁力。法拉第建造了称为法拉第圆盘的第一台磁旋转感应式发电机。该第一台机器是一种同极性发电机，使用了在马蹄形磁铁的两极之间旋转的铜盘。这台发电机产生的DC电压很小，但安培数很高。然而，由于其输出的性质，即在极高电流下非常低的DC电压，使得法拉第发电机或单极(或单极性)发电机自身不能很好地适用于实际的商业开发。然而，法拉第发电机自身确实很适合研究感应电机中的反向扭矩机制。当今所使用的传统发电机需要按一般定义的1马力(HP)的动能输入以产生746瓦特(W)的电能。这种机械马力与电瓦特的关系涉及从对物理机器和电机器(以及马)的观察和测量演变而来的功率的导出单位。术语“瓦特”是以苏格兰科学家詹姆斯·瓦特(JamesWatt)的名字命名的，原因是他在改良蒸汽机和量化蒸汽机的功率方面所做的工作。单位“瓦特”于1882年被英国科学促进协会的第二次代表大会认可，同时开始了商业发电。发电机是第一台能够为工业提供电力的发电机并且至今仍是所使用的重要的发电机。发电机使用特定的机器设计和电磁原理以将磁极的机械旋转转换成交流电流。于1870年在巴黎运营的第一批商业发电设备由泽诺布·格拉姆(ZenobeGramme)设计。发电机的使用使得需要建立用于电能的公用单位，以便使这种新发展的能源标准化。瓦特是功率的导出单位(即，基本单位的代数组合)。瓦特现在是国际单位制(SI)的核准单位。根据定义，1瓦特是当物体的速度保持恒定在1米/秒时相对于1牛顿的恒定反向力做功的速率。W＝J/S＝N·M/S＝Kg·M2/S3J＝焦耳M＝米N＝牛顿Kg＝千克焦耳＝当使1牛顿的力移动1米的距离时所做的功1焦耳＝1瓦特-秒，107尔格＝0.2390卡路里或0.738英尺-磅(ft-lb)。因此，如果1机械马力等于每秒550ft-lb(或每分钟33,000ft-lb)，那么根据定义，1瓦特等于每秒0.738ft-lb，1HP＝每秒550ft-lb/每秒0.738ft-lb＝745.257W，并且根据定义，电瓦特是当1安培(A)的电流流过1伏特(V)的电势差时做功的速率：W＝V×A745.257瓦特＝27.299V×27.299A或乘积等于745.257瓦特的安培和伏特的任意组合。因此，根据定义和推导，1HP＝746瓦特。这些单位所依赖的原始工作由詹姆斯·瓦特完成，詹姆斯·瓦特在他想要解释他的蒸汽机与马相比有多强大时引入了术语“马力”。经过一些试验(不是用发动机，而是用马)，他确定，平均而言，使用的马可以以每分钟22,000ft-lb的速率将煤炭提升到矿井上。无论出于何种原因，他决定将这个数字提高50％并得到一个通常被接受为每分钟33,000ft-lb的数字。因此，如果发动机或任何旋转式机器可以在1分钟内将33,000磅的某物推动1英尺，则该机器被认为是1HP发动机。如上文所述，根据定义，传统发电机需要1HP产生746瓦特，加上足够的额外马力使转子的物理机构以适当的速度转动，以保持所需的频率。在传统发电机中，使机构旋转所需的马力通常为约0.2HP以产生746瓦特，因此产生746瓦特总共需要1.2HP，尽管只有0.2HP的能量用于实际产生电能。需要剩余的1HP(等于746瓦特)来克服反向扭矩或所谓的“反电动势”(backEMF)。当今所使用的旋转式发电机的反电动势或反向扭矩可以参照“楞次定律”来最佳地描述。总之，该定律指出当磁通量的变化产生EMF时，根据法拉第定律，感应EMF的极性使得它产生其磁场与产生EMF的磁通量相反的电流。在任何导线回路内的感应磁场用于保持回路中的磁通量恒定。如果磁场B增加，则感应磁场沿着与磁场B相等且相反的方向作用；如果磁场B减小，则感应磁场以相等的力沿着施加场的方向作用。在传统发电机中，转子位于定子的线圈回路内并旋转以在定子中产生电流，该电流又会产生具有的力与磁场B相等且极性与磁场B相反的磁场。因此，反向转矩是传统发电机的设计或设计缺陷的结果。在本公开的发电机的情况下，转子不旋转。相反，磁极旋转，因此在转子和定子之间没有反向扭矩或极对极磁阻力。定子铁中的这种感应极由电流引起并且不是电流的原因，这可以通过发电机在电流进入电负载之前达到全电压的事实来证明。由于反向扭矩，使转子转动所需的机械能比发电所需的机械能多约85％。然而，在本公开的情况下，发电机仅需要能量来激励转子以产生旋转磁极。因此，该系统和方法获取所需的功率并使其循环回来以帮助驱动发电机，并且剩余的功率是可用的电功率，以用于所需的任何目的。如上文所述，楞次(Lenz)损耗与在转子直立极和定子感应极之间的电感耦合有关。关于减小反向扭矩所做的努力，尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)发表了一篇题为“关于单极发电机的注意事项”的文章，尼古拉·特斯拉，电气工程师，纽约，1891年9月2日。特斯拉报道了关于对法拉第发电机设计的修改。特斯拉的设计在两个主要方面不同：1、首先，他使用直径大于圆盘直径的磁铁，使得磁铁完全覆盖圆盘。2、其次，他将圆盘分成具有从外边缘的中心出来的螺旋曲线的部分。特斯拉的修改使电流围绕圆盘的外边缘进行一次完整的行程。因为电流在圆盘的边沿处以大圈流动，所以所产生的磁场对场磁铁不起作用。这种修改消除了发电的重大问题，即对每种作用的反应或者如通常所称的反向扭矩或反向EMF。这种设计变化及其对反向扭矩的影响通过将机器的直立极与机器的感应极几何隔离来实现。在本公开的情况下，转子静止即不旋转，并因此，反向扭矩不是问题。感应极由直立极所产生的电流引起。感应极不是感应线圈中的电流或发电的原因。这种设计变化消除了由在定子极和转子极之间的感应定子吸引极与排斥极耦合产生的楞次损耗。与具有旋转转子的传统发电机相比，本公开的固态转子由于四个设计变化而几乎没有反向扭矩：1、转子没有移动部件。2、转子在定子腔中不旋转。3、磁极以适当的频率和顺序旋转，以产生所需的电功率输出。4、转子可用于改造任何传统发电机(单相、两相或三相)。
技术实现思路
与本公开一致，提供了用于具有减小的反向扭矩的发电机的系统和方法。与本公开一致的实施例包括用于一个或多个发电机转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电磁转子，所述固态电磁转子包括：多个凸极片，所述多个凸极片围绕支撑结构布置，其中每个凸极片的第一端附接到所述支撑结构，并且每个凸极片的第二端远离所述支撑结构而向外指向；以及围绕每个凸极片缠绕的导线，其中，当所述多个凸极片的所述导线由激励电路顺序地激励时，所述凸极片通电以提供所需的不同磁极形式的移动极性磁场来实现发电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固态电磁转子，所述固态电磁转子包括：多个凸极片，所述多个凸极片围绕支撑结构布置，其中每个凸极片的第一端附接到所述支撑结构，并且每个凸极片的第二端远离所述支撑结构而向外指向；以及围绕每个凸极片缠绕的导线，其中，当所述多个凸极片的所述导线由激励电路顺序地激励时，所述凸极片通电以提供所需的不同磁极形式的移动极性磁场来实现发电。2.如权利要求1所述的固态电磁转子，其中，在任何给定时间以不同的极性激励转子凸极片。3.如权利要求1和2所述的固态电磁转子，其中，所述多个凸极片分成N个组，并且每个组内的每个所述凸极片顺序地激励持续预定时间量。4.如权利要求3所述的固态电磁转子，其中，激励每个组内的所述凸极片，每个凸极片从前一个凸极片延迟，每个凸极片激励持续预定时间量。5.如权利要求1至4所述的固态电磁转子，其中，所述固态转子为单极转子，并且所述多个凸极片在任何给定时间以单个极性激励。6.如权利要求1至5所述的固态电磁转子，其中，围绕每个凸极片缠绕的所述导线包括内导线和外导线，所述内导线更靠近所述支撑结构，所述外导线更远离所述支撑结构，其中激励所述内导线和所述外导线，使得所述凸极片形成偶极磁铁。7.如权利要求1至6所述的固态电磁转子，其中，所述多个凸极片包括由第一凸极片和与所述第一凸极片180°相对的第二凸极片组成的至少一对，其中所述导线围绕所述第一凸极片和所述第二凸极片缠绕，使得当所述导线被激励时，所述第一凸极片和所述第二凸极片形成两个完整的偶极。8.如权利要求7所述的固态电磁转子，所述固态电磁转子还包括位于所述第一凸极片和所述第二凸极片之间的屏蔽装置。9.如权利要求8所述的固态电磁转子，其中，所述屏蔽装置包含μ金属。10.一种系统，所述系统包括：如权利要求1所述的固态电磁转子；定子，其中所述转子放置在所述定子内部；以及电源引线，所述电源引线被配置为向存储装置提供输出功率的至少一部分，所存储的功率的一部分用于重新激励所述转子。11.如权利要求10所述的系统，其中，所述定子为传统发电机的定子。12.如权利要求10所述的系统，其中，所述定子包括专门建造的定子壳体。13.如权利要求12所述的系统，其中，所述定子具有多个转子腔。14.如权利要求10所述的系统，所述系统还包括将输出功率的至少一部分存储在能量存储装置中。15.如权利要求14所述的系统，其中，所述能量存储装置为一个或多个电池。16.如权利要求14所述的系统，其中，所述能量存储装置为电网。17.如权利要求14所述的系统，其中，所述能量存储装置为任何类型的合适存储技术。18.一种用于提供发电的组件，所述组件包括：发电机定子，所述发电机定子具有定子壳体；以及固态发电机转子，所述固态发电机转子放置在所述定子壳体中并附接到所述定子壳体，其中所述固态发电机转子保持静止并使用电子激励系统顺序地激励来产生旋转磁场，其中来自所述组件的输出功率的一部分反馈给所述激励系统。19.如权利要求18所述的组件，其中，所述固态转子由一系列相邻凸极构成，所述一系列相邻凸极附接到中心支撑轴。20.如权利要求18和19所述的组件，其中，所述固态转子通过切割叠层并将所述叠层组装成适当尺寸的转子的形式而构成。21.如权利要求19和20所述的组件，其中，所述固态转子由铁磁材料构成。22.如权利要求19和20所述的组件，其中，所述固态转子的所述凸极缠绕有磁导线。23.如权利要求22所述的组件，其中，所述磁导线连接到来自所述激励系统的激励引线。24.如权利要求19所述的组件，其中，所述凸极分成两个或四个或其它适当数量的N个组，并且绕组通过引线连接到所述激励系统。25.如权利要求24所述的组件，其中，所述激励系统包括多个通道，并且所述多个通道分别连接到每个组的所述凸极。26.如权利要求25所述的组件，其中，所述激励系统顺序地激励每个组内的所述凸极，使得离散的交流磁极以预定的速度和频率平行于所述固态转子的表面旋转。27.如权利要求18所述的组件，其中，所述电子激励系统包括受计算机控制的电子选通系统。28.如权利要求27所述的组件，其中，所述电子选通系统使用一个或多个MOSFET。29.一种发电机，所述发电机包括：定子，所述定子具有腔和定子导线，所述定子导线被配置为提供输出功率；静态转子，所述静态转子插入所述腔中并位于所述定子导线外部，其中所述静态转子包括：支撑结构；多个凸极片，所述多个凸极片围绕所述支撑结构成圆形地布置，其中每个凸极片的第一端附接到所述支撑结构，并且每个凸极片的第二端朝向所述腔的内圆周；以及围绕每个凸极片缠绕的导线，其中，当所述多个凸极片的所述导线由激励电路顺序地激励时，所述凸极片通电以提供由不同极组成的移动磁场。30.如权利要求29所述的发电机，其中，所述静态转子为固态转子。31.如权利要求29所述的发电机，其中，所述定子还包括位于所述腔中的导线槽，其中所述定子导线缠绕在所述导线槽中，使得在所述定子导线的第一部分中的电流在所有导线槽中沿着第一方向，并且在所述定子导线的第二部分中的电流在所有导线槽中沿着与所述第一方向相反的第二方向。32.如权利要求31所述的发电机，其中，所述定子还包括位于所述导线槽之间的屏蔽装置。33.如权利要求32所述的发电机，其中，所述屏蔽装置包含μ金属。34.如权利要求29所述的发电机，其中，所述静态转子为N极转子，并且所述多个凸极片分成N个组，其中在任何给定时间以不同的极性激励每个组的凸极片。35.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·雷·霍尔科姆，
申请(专利权)人：霍尔科姆科学研究有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE