专利名称：变控电磁感应发电技术设计方法
技术领域：
本发明属于未来理想能源及相关应用技术
背景技术：
能源是人类赖以生存的物质基础，与人类生活息息相关影响并不断改善我们的生 活。人类社会对于能源开发利用技术的不断发展，极大地促进了人类文明的进步与发展。目 前我们人类所掌握并在普遍应用的能源技术，都存在着这样或那样的难以克服的弊端。占 我们能源主导地位的煤发电、水力发电受限于长途的煤运输和电力传输，以及有限的资源 难以满足人类的需求问题的束缚，也面临着生态环境被破坏的代价。核能发电投资巨大，也 存在核资源有限、核废料和核污染的潜在威胁。风能、太阳能发电受限于巨大的投资和自身 技术的先天不足，难以主导并满足人类对能源的需求。被人类所寄语厚望的可控热核发电 技术上的突破尚待时日。人类获取能源的方式主要依赖化石燃料的燃烧方式，与能源开发 利用给人类带来物质文明的同时，也存在着严重的能源危机、环境污染问题。解决困扰人类 的上述问题就要找到具有足够丰富便宜、安全洁净和相关技术成熟的未来理想能源技术。
发明内容
本发明旨在解决未来理想能源及相关应用技术，将有效破解人类社会目前在能源 应用方面所存在的能源危机和环境污染瓶颈性问题所采用的技术方案1.变控电磁场感应发电技术方法的理论依据1820年奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，由此人们自然联想到能否利用磁效 应产生电流呢？ 1882年英国科学家法拉弟对这一问题进行有目的研究实验，试图揭示这 个问题的存在与否，经过多次失败，历经10年经过不懈努力探索终于在1831年取得了突 破性的进展，发现了电磁感应现象。经过反复不断的实验法拉弟领悟到磁生电是一种在变 化、运动的过程中才能出现的效应。经反复实验法拉弟把引起电流的原因概括总结为五类， 它们都与变化和运动相联系，这就是“变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁 铁、在磁场中运动的导体”。电磁感应的发现使人们对于电与磁内在联系的认识更加完善， 对于物质世界的认识得到更进一步的提升。这一发现促使电工技术得到长足的发展，也为 日后的人类社会生活的电气化奠定了基础。关于从变化的电流和变化的磁场同样可以产生感应电流现象，在中学教科书有模 仿法拉弟的实验[1]，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上， 把线圈A装在线圈B里面。观察在下面4种情况下线圈B中是否有电流产生。1开关闭合 瞬间、2开关断开瞬间、3开关闭合时，滑动变阻器不动、4开关闭合时，迅速移动滑动变阻器 的滑片。在这个实验中，由于开关的的闭合、断开或者由于迅速移动滑动变阻器的滑片，线 圈A中的电流迅速变化，产生的磁场的强弱也在迅速变化，又由于两个线圈套在一起，所以 通过线圈B磁场的强弱也在迅速变化，这种情况下线圈B中有感应电流产生。这也是被我 们所反复实验所验证的结果。
法拉弟亲自动手制作了世界第一台发电机，日后经众人的不懈努力发电机技术获 得日趋成熟的发展，但是发电机设计的思路还是基本沿袭了法拉弟圆盘发电机的设计原 理，利用法拉弟所概括的5类产生电流中的“运动的磁铁、在磁场中运动的导体”感应电流 的原理。这是纯粹的以物体宏观运动的方式产生感应电流进而实现能量转化的方法。由此 人们也总结出发电是必须是以等量的能量交换才能实现的能量守恒。而实际上法拉弟经 反复实验所总结得出的是5种方式产生感应电流的方法，它们都与物质的变化和运动相关 联。只是运动的形式上的极大不同。无论是摩擦起电还是感应起电，其本质上都是使微观带电粒子在物体之间或物体 内部转移，而不是创造出了电荷。大量的事实表明，电荷既不创生，也不会消灭，它只能从 一个物体转移到另一个物体或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的 总量保持不变。无论是变化的电流、变化的磁场，还是摩擦起电或者感应起电，其实质是物 质微观粒子的运动变化现象。法拉弟经实验所揭示的5类产生感应电流的现象，可以概括 总结为一种是以纯粹的物体宏观运动的方式，另一种是以微观粒子运动变化方式的控制变 化，所形成磁通量的变化进而产生感应电流的结果。客观上宏观物体运动方式的目的也是 促使微观粒子产生相对运动而产生感应电流。因此，通过直接控制物质微观粒子运动变化 也同样能够获得感应电流，这些原理为创新设计新概念发电机提供了理论上的依据。2.变控电磁感应发电技术设计方案变控电磁场感应发电技术方法利用磁生电的原理，创新设计静止概念的发电机， 利用现代技术手段对物质微观粒子的运动变化实施控制，通过对自由电子一电流的运动变 化实行不间断的控制，运用对物质微观粒子运动的控制变化技术手段实现感应发电所需要 的变化磁通量的条件，从而实现静止电机能够发电的目的。传统发电机的基本构造是由转动的转子(旋转电枢式或旋转磁场式)和不动的定 子(磁场或发电线圈)所组成。创新设计的静止发电机与传统的发电机基本结构相类似， 同样也是由定子和转子所组成，不同之处是转子是不转动做功的静止转子。因此，没有相应 的动力传动及润滑机构。尽管转子在宏观上不转动是静止的，经过励磁电流变控能够实现 静止转子磁通量的变化而产生感应电流，实现静止不转动做功的静止电机同样也可以发电 的效果。变控电磁感应发电机装置构成1发电定子线圈、2不动的发电转子磁场、3冷却、 绝缘和电磁屏蔽装置、4磁场变化控制装置及电机整体控制系统。
变控电磁场感应发电装置示意图图中的1-7为变控电磁感应发电装置的横剖 面，图中的8-12为发电装置的纵剖面图。1.侧面感应发电线圈，2.定子线圈铁芯，3.上下 面感应发电线圈，4.定子线圈铁芯，5.静止转子铁芯，6.静止转子励磁线圈，7.静止转子通 风散热空间，8.片状的转子磁场单元极片，9.静止转子励磁线圈，10.静止转子单元极片的 通风散热、绝缘和屏蔽的间隔，11.上下面静止转子铁芯，12.上下面感应发电线圈。
具体实施例方式变控电磁感应发电方法属于创新的技术应用领域，其发电技术的实施还是在于产生感应电流原理方法的选择上。由于现代综合科学技术的不断提高，我们今天是站在巨人 的肩上，沿着前人走过的路径，有更多选择科学的方法创新设计发电装置。利用“变化的电 流、变化的磁场、运动的恒定电流”磁生电的原理设计感应发电装置的可行性是毋庸置疑 的。此项创新技术涉及诸多技术参数的确定，以及伴随新技术出理所形成的特定理论课题 的研究处理，要通过此项技术实施过程中不断的实践探索所最终确定。新概念发电机设计旨在充分提高发电机的工作效率。深入研究电磁感应发电原 理，研究探索提高发电机效率的途径是新概念发电机设计的理论基础。现代科技详尽的分 析表明[2]，导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，这些电荷在 运动，但有的流走了，另外又来补充，所以电荷的分布是稳定的，组成电源物质的多少又将 决定其积累电荷的多少。从无数的事例也可以看出，产生感应电流的条件与磁场的变化有 关系，与磁感应强度的变化也有关，另外，与闭合电路包围的面积也有关系。从实验及其它 事实表明，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。发电机的功率是由其电势能所决定的，发电机的磁场强度、磁场的感应作用面积 是影响其效能的主要因素，无论转子是转动的还是静止的，转子的磁通量是由其磁场强度 和电磁感应作用的面积所决定的。艮P，Φ = BS电源电路电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即电磁感应定 律。据此推导得出导线切割磁感线时的电动势为E = Blvsin θ在实际的应用中得知，电磁场的磁场强度受线圈的匝数、有无铁芯的影响是巨大 的。因此，电流强度和线圈的匝数决定电磁场的磁场强度。磁场感应作用所形成的面积和 磁通量变化率因素是直接影响发电机工作效能的高低，其本质还是发电机自身物质的多少 所决定。励磁电流强度的大小还是以最低能够激发产生感应电流为下限。励磁电流毕竟是 能量的直接消耗，所以提高发电效能的方法主要通过提高励磁线圈的匝数，增加磁场感应 作用的面积等物理形式的方法，是一劳永逸更为科学提高发电效能的方法。众所周知，发电机是通过原动机所驱动的转子转动做功机械能转化为电能的装 置。从第一台发电机诞生到目前为止，发电机设计最大的技术进步莫过于转子的励磁创新 设计，因为励磁电流也参与了发电机的能量交换，而不仅仅是转子本身的转动做功所形成 的机械能转化为电能，所以发电机的工作效能得以大幅提升。传统发电机设计利用了法拉 弟所揭示的5类之中的“运动的磁铁、在磁场中运动的导体”产生感应电流的原理。传统发 电机工作通过转动的转子运动变化实现磁通量变化从而感应产生电流。新概念静止发电机 其构造、原理与现有传统发电机基本相同。不同之处在于利用了法拉弟所揭示的5类之中 的“变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流”产生感应电流原理的具体应用，新概念电机 的核心技术在于对转子运动方式的转变的创新设计，通过对励磁电流的变化控制而实现转 子磁通量的变化。在于新概念发电机设计背后所隐藏重要规律的揭示。到目前为止，人类对于自然的认识未必十分的透彻。尽管我们已经认识到了世间 万物五彩缤纷、千变万化，它们的存在和变化却遵从一定的规律，为数不多的客观规律支配 着自然界的一切，能量守恒规律就是其中之一。无序的能量转化是物质运动的主要和普遍 的形式，人类需求使得有序的能量转化成为客观存在，也影响和打破了原有物质自然变化的秩序与平衡。也许，能量交换的对称守恒规律的认识仅仅是揭示了自然物质运动变化规 律的大半，那一小半又会是什么呢？传统转动做功的发电机，依靠其转子的转动实现发电机磁通量的变化。转动做功 发电是物体宏观形式的运动，耗能在客观上存在等量对称守恒的能量交换。电流现象的实 质是微观粒子一自由电子的定向移动，感应发电是通过变化的磁场激发产生自由电子的定 向移动。不论是宏观形式转子的转动做功还是对于微观形式粒子运动的变化控制，目的只 有一个实现闭合导体磁通量的变化产生从而形成感应电流的条件。新概念发电机提高效能 最重要的途径是通过对转子磁通量变化方式转变的创新设计，从而达到充分减少耗能的目 的。然而自然界中的万物并非都具有对称性，物质运动所遵循的规律也并不总是守恒 的，自然界存在着各种各样的对称性破缺，正是这些不对称构成了丰富多彩的大千世界。新 概念发电机设计人为地利用了能量交换方式上的对称性破缺态势，通过对静止转子微观粒 子的运动变化，即励磁电流的变化控制从而实现对发电机磁通量变化的速度、频率的变化 控制。微观形式的励磁电流的变化控制耗与宏观形式的旋转运动所产生的耗能结果是天壤 之别。对于励磁电流的控制的耗能几乎是可以忽略不计的损耗。相比宏观运动做功要远远 低于其做功内耗的损失。新概念静止发电机自身就是一个自我循环的动力系统，其能量交 换形式揭示了自然界的不等量、不对称守恒的能量转化规律的客观存在。技术发明所要解决的是增大可变控电磁感应作用的物理空间，把这些提高发电机 效能的理论问题，如何通过创新的技术手段变成实际的应用技术。变控电磁场感应发电机 的核心技术是静止转子的创新设计，长方体形状的电磁场转子由多层相对独立的彼此之间 相互留有一定间隔的片状正方体磁场单元极片组合成一体的长方体静止转子，间隔的作用 主要是起到散热、绝缘和电磁屏蔽，也便于片状的单元极片磁场各自独立发挥作用，以及相 邻的磁场单元极片组合发生作用。发电线圈绕组的设置是围绕着静止长方体转子能够充分 拓展磁场感应作用空间的布置，能够设置四组各自独立的发电线圈绕组。长方体的组合式静止转子磁场的电磁变控，可以通过逻辑电路的电传、电动的电 子智能控制对正方体磁场单元极片励磁电流的交变形式、大小和电流的通断变化实施控 制，从而实现其沿着长方体静止转子的纵向逐次变换磁极、磁场强弱、电磁场的通电间隔和 众多磁场单元极片组合的渐变强弱等多种形式的变化控制，从而形成循环的磁通量变化的 技术目的。而实际上“变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流”所产生的是瞬间电流，新 概念静止发电机通过技术手段对静止转子的励磁电流实施不间断的变化控制，把感应出的 瞬间电流转变为源源不断的持续电流。通过确定转子的磁极数即可确定变控电磁场的变控 速度和频率，实现产生工频感应电流。静止转子的励磁线圈亦可采用超导体线圈发电效能 更高，但对于装置设计技术及工艺要求较高，适合大型变控电磁感应发电装置所采用。具体构造详细说明如下1.静止转子的构成、铁芯构造和励磁线圈的绕制静止转子的构成由若干偶数个正方体磁场单元片组成一体的长方体转子，铁芯材 料适宜选择高导磁的冷轧硅钢板材轧制，形状如附图所示的长方体静止转子。也可以视同 是两个H型的交叉组合而成，或是由4个T型磁极的十字相连。而励磁线圈绕组的绕制更 好是选择相邻两极缠绕为一组线圈另外两极可与此交叉并沿着相反方向缠绕另一组线圈绕组的适宜匝数，确保相邻的两极互为不同的磁极。2.定子铁芯和发电绕组线圈的绕制定子铁芯材料的选择同转子相同，形状适宜扁平的长方矩形体，发电线圈绕组的 绕制适宜沿着围绕定子铁芯的纵向上下缠绕适宜的匝数。适合单相或三相线圈的绕制。3.静止发电机装置的散热、绝缘和屏蔽装置组成静止转子磁场单元极片之间的间隔主要是起到通风散热、绝缘和电磁屏蔽作 用，避免多层磁场单元极片组之间相互的干扰，发挥磁场单元片的各自独立或相邻近极片 的组合作用，从而更利于形成静止转子磁通量的变化。4.静止转子的磁通量变控、电机整体发电监控系统。由多层磁极单元片组成的静止转子，其长度适宜发电绕组线圈的长度为宜。同多 层磁场单元极片的励磁电流输入导线串联或并联连线成一体的转子布线并相连控变系统， 发电线圈绕组感应电流输出导线的串并联网，并连接装置的磁通量变控系统和发电控制系 统对整个变控发电装置实施监控，确保发电系统的正常工作。变控电磁感应发电技术方法所涉及的技术属于现有成熟的公知与公用技术，在实 施上不存在任何技术上的难点问题，变控电磁感应发电装置为极为高效静止概念电机运行 模式，结构简单功能强大，同传统电机和热机动力机械相比，在安全性、可靠性和工作效能 上的优点是显而易见的。特别是变控电磁感应发电技术方法中所蕴藏的不对称能量转换原 理的成功运用和揭示，将会破解人类目前在发展中亟待解决的能源危机、环境污染等系列 难题。在未来理想能源和动力机械及相关的民用和军事领域具有广泛的应用前景，对于人 类社会所产生的作用与深远意义是不言而喻的！参考文献[1].王晓鸥主编.物理学概论一上海同济大学出版，2007. 2[2],阎治安，崔新艺，苏少平编著.电机学一西安西安交通大学出版社，2006. 8注释[1]人民教育出版社_普通高中课程标准实验教科书_物理选修3-2第6页[2]人民教育出版社_普通高中课程标准实验教科书_物理选修3-1第41页
权利要求
变控电磁感应发电技术设计方法，其特征是，新概念发电机的核心技术是实现变控电磁感应发电技术方法，利用“变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流”同样能够产生感应电流的原理，利用现代技术手段对自由电子—电流的运动变化实行不间断的控制的技术方法，形成感应发电所需要的变化磁通量的条件，达到静止电机也能感应发电的目的。
2.变控电磁感应发电装置，根据权利要求书1所述，其特征是，创新设计的静止概念发 电装置，其原理与构造十分简单，构造同传统的发电机相类似，同样也是由定子和转子所组 成，不同之处是转子是不转动做功的静止转子。尽管转子在宏观上不转动是静止的，经过励 磁电流变控能够实现静止转子磁通量的变化而产生感应电流，实现静止不转动做功的静止 发电机同样可以感应发电的效果。
3.变控电磁感应发电装置，根据权利要求书1所述，其特征是，变控电磁感应发电技术 方法的技术核心是静止转子的创新设计，静止转子由多层相对独立的彼此之间相互留有一 定间隔的片状正方体磁场单元极片组合成一体的长方体的转子，间隔的作用主要是起到冷 却、绝缘和电磁屏蔽，也便于片状的磁场单元极片磁场的独立或相邻的组合发挥静止转子 磁通量的变控作用。转子铁芯的构造可以视同是两个H型的交叉组合而成，或是由4个T 型磁极的十字相连。励磁线圈绕组的绕制是选择相邻两极缠绕为一组线圈，另外两极可与 此交叉并沿着相反方向缠绕另一组线圈绕组，确保相邻的两极互为不同的磁极。励磁线圈 可采用常规或前沿的超导体线圈的技术措施。
4.变控电磁感应发电装置，根据权利要求书1所述，其特征是，以及围绕静止转子的周 围可充分拓展静止转子磁场感应作用的空间，能够设置四组各自独立的发电线圈绕组的设 计方法，线圈的绕制围绕着扁平的长方矩形体定子铁芯上下缠绕单相或三相线圈绕组。
5.变控电磁感应发电装置，根据权利要求书1所述，其特征是，其核心技术是转子运动 方式的转变的创新设计，由宏观的运动转变为微观粒子一自由电子定向移动的变化控制， 通过对静止转子励磁电流的变化控制，实现静止转子磁通量的变化。长方体的组合式静止 转子磁场的电磁变控，可以通过逻辑电路的电传、电动的电子智能控制对正方体磁场单元 极片励磁电流的形式、大小和电流的通断变化实施控制，从而实现其沿着长方体静止转子 的纵向逐次变换磁极、磁场强弱、电磁场的通电间隔和众多磁场单元极片组合的渐变强弱 等多种形式的变化控制，从而形成循环的磁通量变化的技术目的。
6.根据权利要求1变控电磁感应发电技术设计方法，其特征是，变控电流感应发电技 术方法及装置的应用技术在广泛民用、军用领域，在能源、交通运输工具、工程、农业及相关 的产业涉及相关技术的开发与系统应用问题。
全文摘要
本发明公开了一种变控电磁感应发电技术方法，涉及未来理想能源及相关应用领域的新技术，设计思想源于磁生电的原理设计的一种新概念静止发电机，同传统发电机的构造基本相类似，由转子和定子所组成，不同之处是其技术的核心是静止转子运动变化方式转变的创新设计，转子由多层相互独立并留有一定间隔空间的片状正方体磁场单元极片组合成长方体转子，便于单元极片磁场独立或组合发挥磁通量的控制变化作用，围绕静止转子的四周能够设置四组各自独立的发电线圈，运用电子智能控制技术对励磁电流沿着静止转子纵向实施磁通量周期性变化控制，从而形成静止发电机实现感应发电的目的。
文档编号H02N1/06GK101895227SQ201010030808
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者戚成吉 申请人:戚成吉