自供能内部能量和功率生成系统及过程的制作方法

本发明一般涉及功率和能量生成，并且更具体地，涉及自供能(self-powered)内部能量和功率生成系统及过程。

背景技术：

众所周知，在当今时代，技术比世界的可以供应的能源更快地发展。为了跟上变化的时代和快速增长的功率/能量需求，在世界范围内需要更高的能量生成容量以解答这些要求。因此，从其他形式的能量转变电力/电能的过程一直是世界各地关注的中心。

存在直接将其他形式的能量转变为电能的基本方法，即：静电，来自电荷的物理分离和运输，像摩擦带电效应和闪电；电磁感应，其中发电机、电动机或交流发电机将动能(运动的能量)转变为电；电化学，化学能直接转变为电，如在电池、燃料电池或神经冲动中；光电效应，光转变为电能，如在太阳能电池中；热电效应，温差直接变换为电，如在热电偶和热电堆中；压电效应，来自电各向异性分子或晶体的机械应变；以及核转变，带电粒子的产生和加速，像β伏打(betavoltaics)或α粒子发射。

现有的发电厂主要依靠煤炭、核、天然气、水电和石油，其中少量来自太阳能、潮汐利用、风力发电机和地热源，所有这些都有以下诸多缺点。

煤炭是不可再生能源，因为它需要数百万年产生，而且，它正在迅速耗尽。化石燃料提供了约世界电力的66％以及世界总能量需求(包括供暖、运输、发电和其他用途)的95％。燃烧化石燃料释放二氧化碳，这是导致全球变暖的强有力的温室气体。

核能可以被用于核武器的制造和扩散，这是对世界的重大威胁，因为它们可能造成大规模破坏。建造核电厂是资本粗放(capitalextensive)的。核反应堆只有在铀可用的情况下才将工作；它的消亡将造成严重的问题。

天然气除了有限外还具有很高的挥发性，而且可能是危险的。泄漏的检测非常困难，因为它无色、无臭、无味。同样，建设和管理管道同样昂贵。

水电大坝造价极高，并且必须以非常高的标准建造。建造大型坝会造成严重的地质破坏，因为它们会破坏周围环境，并通过产生低溶氧水平改变水质，这影响鱼类和周围生态系统。它们还占据大量的空间，并且可能对动物、植物以及甚至人类环境施加影响。在干旱期间，当水不可用时，水力电厂不能产生电。

化石燃料(煤、原油和天然气)的枯竭标志了开发可再生燃料源(风、太阳能和生物燃料)的密集计划的开始。不过，这些源的缺点是压倒性的。

太阳能系统具有高投资成本，很大程度上是由于在建造一个太阳能系统中使用的半导体材料的高成本。太阳能电池板要求大的安装面积以达到良好的效率水平。其效率也取决于太阳的位置，尽管某些部件可以被安装以解决该问题。太阳能的产生受云的存在或空气中的污染的影响。在夜间期间不会产生太阳能，尽管电池备用系统和/或净计量将解答这一问题。

风电是不可靠的。风力涡轮机通常产生少得多的电力，因此要求建造多个风力涡轮机以便起到作用。其建设可能会非常昂贵，而且在过程期间对周围的野生动物来说代价很大。来自商用风力涡轮机的噪音污染有时类似于小型喷气发动机。

在其中将建造地热能发电厂的区域应包含处于刚好适合钻取的深度处的那些合适的热岩。此外，岩石类型必须易于钻取。重要的是注意地热现场(site)，因为如果洞钻取不当，那么潜在有害矿物和气体可能会从地面逸出。这些有害物质几乎不可能得到妥善处理。污染可能由于在地热站处钻取不当而发生。难以置信的是，特定的地热区域也有可能干涸或失去蒸汽。

可能难以收集足够数量的废物以产生生物质能量。燃烧燃料也产生温室气体。此外，用于产生生物质能量的某些材料不总是可用的。

更糟糕的是，来自发电的污染物和温室气体的排放占世界温室气体排放的很大部分。

因此，存在对作为现有功率生成系统的合适替代物的在不耗尽资源且不损害有限地球环境的情况下更高效(如果不是同样高效的话)地产生等量的能量的功率生成系统的需要。

鉴于导出(tapping)和利用自然力或能量和/或经处理的燃料的基于燃料以及基于自然能量的电力/电能生产/生成的以上讨论的缺点、短处和问题，存在可行且事实上制造和设计在不使用这些消耗性功率/能量源的情况下真正工作的功率/能量生成机器的许多尝试。然而，到目前为止，还没有任何这样的机器或电力/电能发电机能够产生和提供有用的输出功率/能量(特别是电力/电能)并且同时仍然使其输出功率/能量的一部分被用于向其原动机或电动机供应功率/能量。

技术实现要素：

本发明寻求通过提供自供能内部能量和功率生成系统及过程并且仍然具有用以运行/操作其他电气负载的大量和显著的量的有用的额外/另外的功率/能量来克服现有技术的缺点，该自供能内部能量和功率生成系统及过程包括能够高效地生成比其电输入功率/能量更大的电输出功率/能量电动机-驱动轴-发电机/交流发电机设置。这是通过向本发明提供连接/耦合电动机和发电机/交流发电机的具有非典型的增大的直径和/或长度的非典型加大尺寸的驱动轴实现的，该驱动轴能够向从电动机获得的机械功率/能量成指数地(exponentially)添加惯性功率/能量。

因此，本发明的主要目的是提供一种自供能内部能量和功率生成系统和过程，该自供能内部能量和功率生成系统和过程能够自我供能，并且对于其他负载仍然具有大量和显著的量的额外功率/能量，因此，可以后续在不使用任何燃料的情况下操作/运行和生成功率/能量。

本发明的另一个目的是提供一种自供能内部能量和功率生成系统及过程，该自供能内部能量和功率生成系统及过程能够自行运行(再生过程)，并通过转而被转变/变换为有用的电力/电能的机械功率/能量的惯性放大来增加发电。

本发明的又一目的是提供一种将有助于最小化由工业化造成的污染影响并降低功率/能量生产/生成的成本的自供能内部能量和功率生成系统和过程。

本发明的还有一个目的是提供一种自供能内部能量和功率生成系统和过程，该自供能内部能量和功率生成系统和过程能够帮助保护地球母亲免受温室效应的影响，因为它涉及清洁能量生成而且具有成本效益，并且不依赖于风、太阳、水和气体，因此再生和放大的过程是可预测的。就生产大规模电力生产所需的空间而言，与太阳能、风能、水电厂或电网相比，它将只消耗最小限度的空间。

本发明的进一步的目的是提供一种自供能内部能量和功率生成系统及过程，该自供能内部能量和功率生成系统和过程利用本土材料和简单的技术，然而非常实用且技术上有益，因而制造起来非常经济并且最适合商业化销售。

附图说明

从结合附图进行的以下详细描述，更好地理解和体会本发明的其他目的、特征和优点，其中：

图1是本发明的系统方面的优选实施例或说明性示例的示意图；以及

图2是本发明的过程方面的优选实施例或说明性示例的过程流程图。

具体实施方式

在详细描述本发明之前，应当理解的是，本文中采用的措辞和术语仅出于描述目的以支持实现性(enabling)的公开，因此不应被视为限制。

现在详细参考附图，其中相同的附图标记在整个描述中都指定相同的部分或元素，在图1中示出了包括电动机11的自供能内部能量和功率生成系统10，该电动机11通过非典型的加大尺寸的驱动轴13机械地耦合到交流发电机/发电机12，并由来自电源14的初始输入功率/能量14a初始地供能或起动，并由后续的输入功率/能量15a后续地和可持续地供能，该输入功率/能量15a源于起动之后以轴13的惯性适当和/或产生足够转矩的转速由发电机/交流发电机12产生或生成的输出功率/能量15或是该输出功率/能量15的一部分。用于向电动机11供应初始起动/输入功率14a的电源14优选为电池或电池组14′、电网(未示出)或任何形式或类型的电功率生成源，或能够提供电输出功率/能量和/或运行电动机11的任何可用电源的任何组合。

发电机/交流发电机12具有比电动机11更高的功率容量额定值，并且能够、可控制地和兼容地由电动机11可旋转地驱动。电动机11能够在初始起动时驱动或旋转驱动轴13并转而驱动或旋转发电机/交流发电机12并且其后通过向其供应的必须在电动机11的容量额定值内的输入功率/能量14a、15a的量驱动或旋转。而且，电动机11的额定容量(低于发电机/交流发电机12的额定容量)在与发电机/交流发电机12相比具有相对低的电流、电压、频率和/或速度额定值的方面与发电机/交流发电机12的额定容量兼容，用以发电机/交流发电机12的安全、平稳和/或有效地高效运行。除此之外，电动机11的转速和/或输入功率/能量14a、15a能够由与电动机11连接的速度或电压/电流/频率控制器16控制。

加大尺寸的驱动轴13具有非典型尺寸，该加大尺寸的驱动轴13具有大幅度地(substantially)和成比例地增大的直径d和/或长度l，使得轴13具有与标准尺寸驱动轴13′相比相对更大的所得到的(resultant)质量和惯性矩，该质量和惯性矩在轴13处于惯性适当的转速时转化为功率/能量。为了高效(如果不是最为高效或高度高效的话)地生成和/或转变从旋转的加大尺寸的驱动轴13惯性地或离心地获得的功率/能量，电动机11和发电机/交流发电机12通过连接/耦合装置13a(优选地聚氨酯轴耦合13b)牢固和稳定地连接或耦合，使得当以惯性适当和/或产生足够转矩的转速旋转时，加大尺寸的驱动轴13将其惯性生成的输入功率/能量15a″惯性地、可放大地(amplifiably)以及/或者成指数地添加到从供应到电动机11的后续的电输入功率/能量15a获得的电动机11的后续的机械输入功率/能量15a′。作为结果(resulting)的总机械输入功率/能量15d由发电机/交流发电机12高效地变换/转变为量值显著地且大幅度地大于供应到电动机11的电输入功率/能量15a的电输出功率/能量15。此外，作为结果的总输入功率/能量15d与加大尺寸的驱动轴的直径d和/或长度l、转速、惯性矩和/或所得到的转矩直接成比例/成指数比例。

对于通过发电机/交流发电机12的最大电力/电能产生和生成，电动机11和/或驱动轴13具有其各自的至少在结构、尺寸、配置、组件和/或材料方面有效地和高效地增强和/或放大的功率生成容量，使得从电动机11(即机械输入功率/能量15a′)和从加大尺寸的驱动轴13(即惯性生成的输入功率/能量15a″)高效地获得的机械输入功率/能量15d的总体或总和由发电机/交流发电机12高效地变换/转变为量值显著地且大幅度地大于以上提到和讨论的且在图1中示出的供应到电动机11的电输入功率/能量15a的电输出功率/能量15，从而导致额外的电输出功率，该额外的电输出功率可以被调节性地并事实上变换为(一个或多个)有用的后续的电源，用以向电动机11和其他电气负载17供应后续和可持续的输入功率/能量15a，或者用以存储功率/能量，诸如在电动机11的初始起动中使用的初始电源14(即电池或电池组14′)的充电/再充电。

综上所述，本文所公开和教导的本发明实际上大体上和原则上体现了能量和功率生成系统或设备，主要针对加大尺寸的驱动轴13，其一个或多个。适于作为系统10的主要和关键元件之一的轴13包括具有非典型尺寸的加大尺寸的主体13，该加大尺寸的主体13具有基于通常和相应地适用于具有相称容量额定值的功率生成系统或设备(优选地电动机-发电机系统、发电机或交流发电机，或者电动机)的典型标准驱动轴尺寸大幅度地和成比例地增大的直径d和/或长度l。在图1中所示的本发明的说明性实施例中，加大尺寸的驱动轴13的直径约为标准驱动轴13′的两倍大，即其直径d为约100mm(4in.)；并且其长度比通常用于电动机-发电机/交流发电机设置或系统的典型标准驱动轴13′长得多，即其长度l为约1200mm(1.2m)。

发电机/交流发电机12具有其相互作用的磁体和线圈绕组部件(未示出)的有效区域，该有效区域的长度l1(例如约710mm)大幅度地和成比例地大于电动机11或具有相同容量额定值的典型发电机/交流发电机的长度l2(例如约500mm)，并且具有与电动机11的直径d2(例如约300mm-350mm)相比相对地相同或更小的有效直径d1(例如约400mm)，使得发电机/交流发电机12具有高效地转化为更高的效率/容量额定值的相对更多的电磁线圈绕组或更长的磁场/磁通面积。此外，发电机/交流发电机12通过功率管理系统18电连接到电动机11，如图1中所示的在起动之后，该功率管理系统18电气和/或电子地控制/管理将发电机/交流发电机12的电输出功率/能量15的分派为到电动机11的后续电输入功率15a、到可再充电电池或电池组14′的电输入功率15c和/或向其他电气负载17(诸如家庭照明、家用电器、小工具、工具和其他电力要求/消耗等)供应功率的电输入功率15b。

电动机11和/或发电机/交流发电机12的永磁体部件(未示出)由适当的磁性材料(诸如，优选地钕、钕-铁-硼、钴、钐-钴或任何适当的磁性材料或稀土磁体材料或这些材料的任何组合，并且更优选地钕)制成。对于电动机11和/或发电机/交流发电机12的线圈绕组线，它们优选地由合适的材料(诸如铜、黄铜、青铜、铍铜、铝、银、金、钨、锌或任何合适的导电材料或这些线材料的任何组合)制成。

在组件中，驱动轴13可对准地、稳定地和精确地安装在安装支撑装置19上，从而以可忽略(如果不是零的话)的偏离公差的对准精度连接电动机11和发电机/交流发电机12。安装支撑装置19是以由合适的材料(诸如铸钢/铁、金属合金、陶瓷、纤维增强材料或任何合适的复合材料)或这些材料的任何组合制成的抗摩擦垫块轴承19a的形式。如安装/装配在安装支撑装置19或垫块轴承19a上的驱动轴13的对准、稳定性和精度/精确性对本发明至关重要，以确保高效率电动机-轴-发电机性能和高功率/能量生产。因此，系统10的电动机-轴-发电机装置或组件以高水平的安装精度或者可忽略(如果不是零的话)的容错幅度安装。

为了高效率性能和功率/能量产生或生成，发电机/交流发电机12设有内置或单独的冷却装置20，该冷却装置20具有选自包含氮气、氦气、空气、乙二醇、氩气、氧气、氖气、氢气、二氧化碳或任何合适的低温介质的组的液体和/或气体冷却剂或冷却介质及其任何混合物。

如图1中的示意图或表示所示，功率管理系统18优选地以不间断电源(ups)单元21的形式用作用于控制/调节、存储、分发、分配、变换/转变来自发电机/交流发电机12的电力/电能输出15的主设备，该发电机/交流发电机12与电气/电子部件和/或小工具22以及这些小工具/设备的任何组合(诸如整流器23、逆变器24、(一个或多个)变压器25、电涌保护器26、旁路/输出电池端子和开关27、电子显示屏和控制面板28、磁力起动器/接触器29、电动机速度(rpm)控制器16、电池或电池组充电器23a或任何必要的小工具)通信，并且/或者在其中包括电气/电子部件和/或小工具22以及这些小工具/设备的任何组合。

由于本发明能够倍增和互连在一起，用于提供以兆瓦的电厂功率/能量生成容量的系统10的可行和实用的更大规模应用之一是多个系统10的网络型组装(assemblage)或布置。当在网络设置中倍增和电气连接时，多个系统10能够成指数地产生/生成以兆瓦或更高的有用的输出或电厂量值的额外功率/能量。

对于本发明的过程方面，在图2中示出包括以下过程步骤的自供能内部能量和功率生成过程10′，其中其元件参照图1描述：

(1)从电源14初始地起动电动机11；

(2)使电动机11能够、可控制地和兼容地增速至惯性适当和/或足够的转矩产生的转速，例如，对于本文所述的电动机和发电机容量，转速为600-700rpm，通过具有基于典型标准发电机或电机轴尺寸大幅度地和成比例地增大的直径d和/或长度l的非典型尺寸的加大尺寸的驱动轴13，驱动稳定安装且机械耦合的具有比电动机11的功率容量额定值更高的功率容量额定值的发电机/交流发电机12；

(3)通过/从加大尺寸的驱动轴13在处于适当的惯性转速的同时将惯性生成的输入功率/能量15″惯性地、可放大地以及/或者成指数地添加到从电动机11(即从供应到电动机11的电输入功率/能量15a)获得的后续的机械输入功率/能量15a′；

(4)由发电机/交流发电机12将旋转轴的总机械输入功率/能量15d高效地变换和/或转变为量值显著地和大幅度地大于供应到电动机11的电输入功率/能量15a并且与加大尺寸的驱动轴13的直径d和/或长度l、转速、惯性矩和/或所得到的转矩直接地成比例或成指数比例的电输出功率/能量15；和

(5)将发电机/交流发电机12的总电输出功率/能量15调节性地和可管理地变换/转变为有用的电源，该有用的电源分派地供应到在起动之后在惯性地适当的旋转中时的电动机11的后续和可持续的电输入功率/能量15a、用于对电池或电池组14′进行充电或再充电的电输入功率/能量15c和用于其他电气负载17或存储的电输入功率/能量15b。

在系统10的上述描述中所描述和教导的系统10及其元件的所有特征都被应用并且被涵盖在本发明的过程方面10′中，因此，考虑到指代图1中所示的相同元件/特征的相同附图标记的使用对于清楚且实现性的公开是足够充分的以及为了避免描述冗余和/或含糊，在过程10′的一般描述中不再重复用于过程10的从属权利要求的限制的对系统10的这些元件/特征的描述。

作为在本文中详细地公开、教导和描述的本发明的优选实施例的具体示例，以下实际结果由此在下文示出。所使用的电动机11是具有30kva(kw)、420v、59.5a、50hz、289nm和980rpm的容量额定值的三相异步ac电机，并且所使用的发电机/交流发电机12也是具有100kva、600v、96a、60hz、235nm和750rpm的相对更高的容量额定值的三相异步ac发电机。电动机11通过稳定地、可对准地安装在垫块陶瓷轴承上的直径d为4in.(101.6mm)且长度l为1200mm(1.2m)的加大尺寸的驱动轴13驱动交流发电机12。所使用的功率管理系统18(即ups系统/单元21)的额定值为660v(ac)+/-25％输入、44v(ac)+/-10％输出和对12pcs.12v(dc)和200ah电池组的100a充电容量。

·以620rpm的转速和供应到电动机11的21.20kw(309v，39.2a)的后续电输入功率15a，对于220％的输出/输入百分比和120％的额外输出(用于其他负载)/输入百分比，由交流发电机12产生/生成的电输出功率15为46.55kw(380v，70a)；

·以640rpm的转速和供应到电动机11的22.55kw(362v，35.6a)的后续电输入功率15a，对于160％的输出/输入百分比和60％的额外输出(用于其他负载)/输入百分比，由交流发电机12产生/生成的电输出功率15为36.12kw(480v，43a)；

·以732rpm的转速和供应到电动机11的6kw(434v，7.9a)的后续电输入功率15a，对于232％的输出/输入百分比和132％的额外输出(用于其他负载)/输入百分比，由交流发电机12产生/生成的电输出功率15为13.94kw(450v，17.7a)；

·以732rpm的转速和供应到电动机11的5.33kw(435v，7a)的后续电输入功率15a，对于225％的输出/输入百分比和125％的额外输出(其他负载)/输入百分比，由交流发电机12产生/生成的电输出功率15为11.99kw(466v，14.7a)；以及

·以732rpm的转速和供应到电动机11的5.3kw(433v，7a)的后续电输入功率15a，对于222％的输出/输入百分比和122％的额外输出(其他负载)/输入百分比，由交流发电机12产生/生成的电输出功率15为11.78kw(426v，15.8a)。

在限定以下权利要求的范围之前，应当理解的是，本发明在其应用中不限于在上述说明和附图中所阐述的说明性示例或变化的细节。需要注意的是，本发明能够实现本文未公开的其它变化和无限应用。此外，本发明同样能够以落在以下权利要求的教导和范围内的各种方式实行和实施。