自循环发电系统及方法与流程

本发明涉及发电技术领域，具体而言，涉及自循环发电系统及方法。

背景技术：

发电系统包括发电机、动力输入装置、输出电路等结构，用于将其它形态的能量转换为电能。现有发电系统中，动力输入装置输入的能量在发电过程中的能量损耗大，能量转化率低，需要外界源源不断的为动力输入装置提供能量，发电系统无法实现自循环。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明了提供了自循环发电系统及方法。具体地，其技术方案如下：

一种自循环发电系统，包括：

电动机，用于提供持续不断的、稳定的动力；

盘式无铁芯发电机，用于在所述电动机提供的持续不断的、稳定的动力正常运作后，所述盘式无铁芯发电机提供大于输入所述电动机输出功率的、稳定的交流电；

逆变电路，用于将所述盘式无铁芯发电机输出的所述交流电整流逆变为所述电动机的驱动电流，使所述盘式无铁芯发电机循环发电；

初始动力输入装置，用于提供启动所述电动机所需的初始输入动力。

作为对技术方案的改进，所述初始动力输入装置包括启动电池。

作为对技术方案的改进，所述初始动力输入装置包括风力或水力发电装置。

作为对技术方案的改进，所述自循环发电系统还包括：

输出电路，用于将所述盘式无铁芯发电机提供的所述交流电中大于所述电动机输出功率的部分输出到外部用户。

作为对技术方案的改进，所述盘式无铁芯发电机包括：

多个定子盘，所述定子盘的一侧盘面上具有多个沿所述定子盘的圆周方向均匀布置的线圈；

多个非导磁性转子盘，所述非导磁性转子盘与所述定子盘交替布置形成层叠结构，所述非导磁性转子盘的一侧盘面上具有多个沿所述非导磁性转子盘的圆周方向均匀布置的磁体，设置在所述层叠结构的两端的盘为所述非导磁性转子盘，设置在所述层叠结构的两端的所述非导磁性转子盘设置有导流桥，所述导流桥用于将同一所述非导磁性转子盘上相邻的所述磁体的磁路导通；

固定座，所述定子盘固定在所述定子盘上。

本发明还提供了一种自循环发电方法，包括以下步骤：

s1：初始动力输入装置提供初始输入动力，利用所述初始输入动力启动电动机；

s2：所述电动机在启动后，提供持续不断的、稳定的动力，在所述电动机提供的持续不断的、稳定的动力正常运作后，盘式无铁芯发电机提供大于输入所述电动机输出功率的、稳定的交流电；

s3：逆变电路将所述盘式无铁芯发电机输出的所述交流电整流逆变为所述电动机的驱动电流，使所述盘式无铁芯发电机循环发电。

作为对技术方案的改进，所述初始动力输入装置包括启动电池。

作为对技术方案的改进，所述初始动力输入装置包括风力或水力发电装置。

作为对技术方案的改进，所述自循环发电方法还包括：

s4：输出电路将所述盘式无铁芯发电机提供的所述交流电中大于所述电动机输出功率的部分输出到外部用户。

作为对技术方案的改进，所述盘式无铁芯发电机包括：

多个定子盘，所述定子盘的一侧盘面上具有多个沿所述定子盘的圆周方向均匀布置的线圈；

多个非导磁性转子盘，所述非导磁性转子盘与所述定子盘交替布置形成层叠结构，所述非导磁性转子盘的一侧盘面上具有多个沿所述非导磁性转子盘的圆周方向均匀布置的磁体，设置在所述层叠结构的两端的盘为所述非导磁性转子盘，设置在所述层叠结构的两端的所述非导磁性转子盘设置有导流桥，所述导流桥用于将同一所述非导磁性转子盘上相邻的所述磁体的磁路导通；

固定座，所述定子盘固定在所述定子盘上。

本发明至少具有以下有益效果：

在本发明中，由于盘式无铁芯发电机能够提供大于输入电动机输出功率的、稳定的交流电，使得整个发电系统仅在启动时需要外部动力，当发电系统正常运作后，盘式无铁芯发电机输出的电能反过来用于为电动机提供动力，使整个发电系统自循环。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例中自循环发电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中自循环发电方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中盘式无铁芯发电机的侧视图；

图4是本发明实施例中盘式无铁芯发电机的斜视图；

图5是本发明实施例中定子盘的正视图；

图6是本发明实施例中转子盘的正视图；

图7是本发明实施例中固定座的斜视图；

图8是本发明实施例中盘式无铁芯发电机的磁路图。

主要元件符号说明：

100-盘式无铁芯发电机；200-电动机；300-逆变电路；

400-启动电池；500-输出电路；0100-固定座；

0110-第一弧形槽；0120-隔板；0130-第二弧形槽；

0200-定子盘；0210-第一凹槽；0300-非导磁性转子盘；

0310-第三凹槽；0320-中心孔；0330-第二凹槽；

0400-导流桥。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

本实施例提供了一种自循环发电系统及方法，如图1所示，该自循环发电系统包括：

电动机200，用于提供持续不断的、稳定的动力；

盘式无铁芯发电机100，用于在电动机200提供的持续不断的、稳定的动力正常运作后，盘式无铁芯发电机100提供大于输入电动机200输出功率的、稳定的交流电；

逆变电路300，用于将盘式无铁芯发电机100输出的交流电整流逆变为电动机200的驱动电流，使盘式无铁芯发电机100循环发电；

初始动力输入装置，用于提供启动电动机200所需的初始输入动力。

如图3所示，该自循环发电方法，包括以下步骤：

s1：初始动力输入装置提供初始输入动力，利用初始输入动力启动电动机200；

s2：电动机200在启动后，提供持续不断的、稳定的动力，在电动机200提供的持续不断的、稳定的动力正常运作后，盘式无铁芯发电机100提供大于输入电动机200输出功率的、稳定的交流电；

s3：逆变电路300将盘式无铁芯发电机100输出的交流电整流逆变为电动机200的驱动电流，使盘式无铁芯发电机100循环发电。

具体地，电动机200是指由电能驱动的机器，包括两相电机、三相电机等。初始动力输入装置可以是启动电池400或者风力、水力等动力装置。优选地，初始动力输入装置为启动电池400，其类型为锂电池、聚合物电池、铅锌电池等，只要能够为电动机200提供电能即可。优选地，启动电池400为锂电池。

具体地，逆变电路300包括变压单元、整流单元、滤波单元等，其可以将盘式无铁芯发电机100输出的交流电逆变、整流后转换为与电动机200匹配的电流，本实施例中不再进一步叙述。

具体地，如图4-图8所示，盘式无铁芯发电机100包括：

多个定子盘0200，定子盘0200的一侧盘面上具有多个沿定子盘0200的圆周方向均匀布置的线圈(图中未示出)。

在本实施例中，定子盘0200优选为圆盘状结构，定子盘0200的中心具有通孔，用于穿设转轴(图中未示出)，当转轴穿设在通孔中后，若转轴转动，定子盘0200不会随转轴转动。

在本实施例中，线圈优选为铜线圈，线圈的数量优选为六个，在定子盘0200的一侧盘面上沿定子盘0200的圆周方向均匀布置。

优选地，定子盘0200的一侧盘面上设置有第一凹槽0210，线圈设置在第一凹槽0210中。在本实施例中，第一凹槽0210的数量与线圈的数量相同，且一一对应。

在本实施例中，定子盘0200的材质为绝缘材料，以防止线圈之间发生短路。作为定子盘0200的优选的材质种类，定子盘0200的材质为陶瓷或电木。陶瓷和电木均是绝缘材料，且与其它绝缘材料相比，陶瓷和电木的强度更高，耐热性能更好。本实施例中，通过使定子盘0200的材质为陶瓷或电木，大幅度提高了定子盘0200的结构强度和耐热性能。

在本实施例中，盘式无铁芯发电机100还包括多个非导磁性转子盘0300，非导磁性转子盘0300优选为圆盘状结构，其材质优选为铝合金、铜等非导磁性金属。非导磁性转子盘0300的中心具有中心孔0320，用于穿设转轴(图中未示出)，当转轴穿设在通孔中后，若转轴转动，非导磁性转子盘0300会随转轴转动。

优选地，非导磁性转子盘0300内的磁体数量为2的整数倍，定子盘0200上线圈的数量为2或3的整数倍。

非导磁性转子盘0300与定子盘0200交替布置形成层叠结构。非导磁性转子盘0300的一侧盘面上具有多个沿非导磁性转子盘0300的圆周方向均匀布置的磁体(图中未示出)。优选地，非导磁性转子盘0300的一侧盘面上设置有第二凹槽0330，磁体设置在第二凹槽0330中。上述磁体产生磁场，当非导磁性转子盘0300随转轴转动时，线圈会切割磁场，进而产生电流。

设置在层叠结构的两端的盘为非导磁性转子盘0300，也就是说非导磁性转子盘0300的数量比定子盘0200多一个，定子盘0200被夹设在转子盘0300之间。

在本实施例中，设置在层叠结构的两端的非导磁性转子盘0300设置有导流桥0400，导流桥0400用于将同一非导磁性转子盘0300上相邻的磁体的磁路导通。具体地，导流桥0400为导磁性材质(例如铁)制成的连接件，导流桥0400可使用块状的导磁体，也可使用环状的导磁体，其两端分别连接相邻的两个磁体中的一个，由于导流桥0400的导磁作用，同一非导磁性转子盘0300上相邻的磁体的磁路被导通。

在本实施例中，盘式无铁芯发电机100还包括固定座0100，定子盘0200固定在定子盘0200上。

作为一种优选的固定座0100，固定座0100面向定子盘0200的一侧具有交替设置的第一弧形槽0110和隔板0120，定子盘0200设置在第一弧形槽0110中。隔板0120上具有第二弧形槽0130，非导磁性转子盘0300设置在第二弧形槽0130中。

优选地，磁体之间的距离等于磁体的直径，相邻的非导磁性转子盘0300和定子盘0200的间距小于磁体的半径。

优选地，层叠结构的两端的非导磁性转子盘0300上的导流桥0400交错布置，用于使非导磁性转子盘0300形成的整体动平衡。

优选地，固定座0100的材质为陶瓷或电木。

优选地，定子盘0200和非导磁性转子盘0300同轴套设在同一转轴上。

优选地，第一凹槽0210和第二凹槽0330为圆形凹槽。

优选地，设置在层叠结构的两端的非导磁性转子盘0300设置有第三凹槽0310，导流桥0400设置在第三凹槽0310中。

优选地，固定座0100设置在定子盘0200和非导磁性转子盘0300的下方，定子盘0200和非导磁性转子盘0300以盘面竖直的方式设置。也就是说，转子轴呈水平放置。进一步优选，转子轴的两端各有一高速轴承，其作用为：起到将转子的重量压力转变成滚动摩擦，以降低对电动机200的输出要求，达到小扭力运转的要求。

优选地，自循环发电系统还包括：

输出电路500，用于将盘式无铁芯发电机100提供的交流电中大于电动机200输出功率的部分输出到外部用户。

优选地，自循环发电方法还包括：

s4：输出电路500将盘式无铁芯发电机100提供的交流电中大于电动机200输出功率的部分输出到外部用户。

在本实施例中，盘式无铁芯发电机100能够提供大于输入电动机200输出功率的、稳定的交流电的具体原理如下：

一：现有的发电机由定子和转子及配电机构、运转机构组成，而定子和转子则由铁芯和线圈组成，转子上的线圈称为励磁线圈。定子上的线圈称为发电绕组。定子的铁芯和转子的铁芯有一定的缝隙。工作时励磁线圈通电产生磁场并使得转子铁芯形成极性相间的励磁体，从而建立主磁场。电动机200拖动转子旋转(给发电机输入机械能)，励磁线圈产生的励磁磁场跟随轴体一起旋转，磁路通过转子铁芯到定子铁芯形成闭合磁路，由于转子在电动机200的带动下旋转，主磁场跟随轴体一起旋转，使得定子铁芯及发电绕组与主磁场之间产生了相对的切割运动，从而产生感应电流。铁芯的作用是增加磁导率，避免真空磁导率的负面作用，但由于铁芯的构成为导磁材料，磁场对导磁材料产生一定的磁拉力，在主磁场旋转时铁芯之间就会产生磁拉力，这个磁拉力在整个发电机系统中起到的是阻力的影响(负面的作用)。

同时，铁芯是由一片片的硅钢组成的，就会在磁路中形成涡流，从而形成铁损(能量的损耗)，铁芯是随着转轴一起运动的，铁芯由大量的硅钢组成，具有一定的重量，从而增加了电动机200的起动扭力和运转负荷，限制了发电机功率的提升。

综合以上的情况可知现有发电机的弊端。本发明没有铁芯的影响，没有上述的弊端，起动时扭力较小，运转时对电动机200的负荷要求相对小了(就是说在同等负荷下，本发明可以串联多组。)。转子重量较劲，能适合在高速的环境下更好的工作。

根据楞次定律e＝nδφ/δt；δφ＝bs；δt＝1/f，可知e＝nbsf。所以，影响发电机电压的因素有四个，发电线圈的匝数n，发电线圈的面积s，磁场的强度b，切割磁场的频率f。现在本发明没有铁芯磁场的强度b会变小，但是切割磁场的频率f变大了。在线圈面积s线圈匝数n不变的情况下(b1，f1，e1为本发电机的)在没有铁芯存在时磁场强度为有铁芯时的一半，而切割磁场的频率是有铁芯的6倍，电压就是3倍于有铁芯的电压。即b＝2b1，6f＝f1，3e＝e1，也就是说频率越高发电机的功率越高。电动机200在有铁芯发电机里提供了两个作用：一：克服磁拉力，由于磁场对铁芯(导磁体)的吸力。磁场对导磁体的的吸力为：

按以上公式可知磁场越强，磁拉力就越大。铁芯的间隙越小，磁拉力就越大。而发电机铁芯之间的间隙很小。电动机200的能量在这里损耗很大。(汽车发电机励磁线圈通电后，一般人不借助工具是没办法转动转子的，可见磁拉力强大，永磁体直径50mm*高10mm的可以提起25kg的重量的物体，这个磁拉力在发电系统中是一种阻力，楞次定律中没有该力的作用)。

克服摩擦力，维持运动状态。物体运动就会产生摩擦，摩擦力和压力有关(压力和物体重量有关)。

由此可知，电动机200的能量损耗大部分用在克服磁拉力之上。本装置充分利用楞次定律中的速度因数(频率提高6倍)，弱化了磁拉力的影响(没有铁芯，导磁率降低，磁场强度是原磁场强度的0.5倍)，但功率却是原来的3倍。由于盘式无铁芯发电机100具有：1：无铁芯没有磁拉力，降低了对电动机200的能量损耗(在同等动力输入的情况下，本发电机可带多几组，增加效率，提高原动机的利用率，增加发电线圈的内能输出。)。2：水平放置，充分的利用滚动摩擦来降低摩擦力。3：转子使用了永磁体，没有使用励磁线圈和铁芯使得整体的重量变小，减少了起动和运行的能量需求。4：根据楞次定律可知：在磁电发电系统中有3个能量输入点：(1)动力输入(电动机200如：电动机，水轮机，蒸汽涡轮机，风力机等。)；(2)磁场能输入(分励磁和永磁)；(3)受影响的铜线圈内能。从以上可知电动机200的输入能量只是在动力提供方面上(切割频率f或者是运动速度v切割磁场的f或者运动速度，还可以通过增加磁极数进行提高)而盘式无铁芯发电机100发电还需要磁场能和线圈的内能(前者影响后者)才能发电的(三者缺一不可)，盘式无铁芯发电机100的能量应该是电动机200的能量+磁场能+线圈的内能的总和。

如此，才能使得盘式无铁芯发电机100能够提供大于输入电动机200输出功率的、稳定的交流电。

本实施例的至少具有以下有益效果：

由于盘式无铁芯发电机100在额定的转速(或高于额定的转速)能够提供大于输入电动机200输出功率的、稳定的交流电，使得整个发电系统仅在启动时需要外部动力，当发电系统正常运作后，盘式无铁芯发电机100输出的电能反过来用于为电动机200提供动力，使整个发电系统自循环。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。