专利名称：发电装置的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及由磁装置产生电流，特别是，涉及将连续的磁铁阵列旋转通过一系列环形布置的线圈来产生电流的发电机。
2.一般背景有许多利用磁铁或磁能来完成一定的任务或工作装置和方法，典型的例子包括R.H.Pintell的美国专利3,178,625，其利用一种电磁装置来转动一根轴，这种电磁装置也可用于产生电流，其频率和/或大小不同于固定频率的交流输入电压源。
磁性的另一应用可见R.W.Busch的美国专利3,665,227，其揭示了一种电动机，将电磁能转变成转动的机械能，环形磁铁16和18横截面做成弓形或“C形”的，使一系列小线圈28和30可从中通过。这些线圈28和30连接到轴20，该轴响应于磁铁与线圈之间相互作用而转动。
J.W.Putt的美国专利3,992,132揭示了第一系列的固定磁铁，其对于一中心轴4对称地排列，可转动的第二磁铁固定在该轴上，轴由于该第二磁铁与第一磁铁的吸引和排斥而转动，这些第一和第二磁铁的极性是这样的，即在一个方向的磁吸力实质上等于在相反的平行方向上的磁斥力，结果，用最少的能量需求就维持了轴的转动。
R.E.Tippner的美国专利4,214,178关于一种电动机，其采用了一系列与中心轴径向分开的螺线管，一个环形电枢安装在轴上，支撑在其外周的一系列可磁化的和非磁化的元件，对螺线管的选择性激励和其对可磁化的元件的作用使得电枢转动。
授予S.Knroki的美国专利4,305,024揭示一种磁性电动机，具有一组电磁铁，连接到激励电路，并与一转子装置空开。转子装由一组永久磁铁构成，这样，由于选择性地激励电磁铁和其产生的对转子装置的永久磁铁的排斥力使转子装置转动。
根据D.W.McGee等人的申请授予Magna Motive Industries，Inc.的美国专利涉及一种电磁转动电动机，具有一组固定在定子和转子上的永久磁铁，每一转子磁铁的磁场与定子磁铁的磁场相互作用，排斥或吸引，这种定子与转子之间磁铁的相互作用使转子转动。
授予S.A.Meyer的美国专利4,613,779揭示了一种电脉冲发电机，具有一组电磁铁，对于基座的内外圆周空间分布，在这些内外磁铁之间产生磁场并在其间插入线圈，转动线圈以穿过该磁场，由此在线圈绕组中感应电压/电流势能。
授予L.C.Czerniak的美国专利以及日本专利57-151280揭示了产生力来驱动电动机的磁铁。
尽管每一专利可能是适于其所考虑的目的，但其中没有任一项揭示通过转动环形线圈中的磁铁在导体介质中感应出电流，所以，本发明的一个目的是通过转动连续的磁铁阵列经过一个导体介质来产生电流。
本发明的进一步目的是产生这种电流的同时避免定子线圈与转动的磁铁的实际接触。
本发明的另一目的是允许根据要产生的电流大小使用一个或更多绕组或线圈。
本发明的再一个目的是使线圈与在其间转动的磁铁产生的磁力线成直角位置。
本发明的进一步目的是使磁铁绕一公共轴转动，并使线圈的位置围绕同一轴。本发明的这些和其他目的和优点将由于进一步的说明而变得明显。发明概述本发明最佳实施例的装置以一种直接和简单的方式解决了上述问题，这里叙述了一种发电机，具有多个中空、间隔紧凑的弧形外壳，安排成圆环形。这些外壳各有一通常环形截面，其中心定在环形轴上。在每一弧形外壳中有多个弧形空开的独立线圈，每一线圈的中心被定在壳体的环形轴上。每一对线圈之间具有一单独的板，而且，这些线圈和板中有着中心开孔，与外壳的环形轴同心，由此形成通过每一壳体的中心孔，在这些中心孔中有一连续的中空的环形内壳体延伸，也是环形和中心定在环形轴的环形截面，在这种连续的内壳中是一组磁铁，彼此间距相同。一个驱动装置驱使该连续的内壳体从而驱使磁铁通过外壳中线圈的开孔，由此产生一产生电流电场。
附图简述为一进步理解本发明的性质和目的，可参见下面结合附图进行的叙述，其中类似的部件用同样标号，其中，
图1是本发明装置的最佳实施例的俯视图，其中未带有驱动装置，并且部分剖开以表现结构细节；图2是图1实施例的横截面图，沿图1中线2-2作出，其中内壳一部分剖开；图3是图1实施例的内壳中部分磁铁和外壳中线圈和板的分解视图，表示这些元件之间关系；图4是图1中实施例的部件的另一分解图，表示这些元件之间关系；图5是图2中心部分的放大视图，含有磁铁的内壳被部分除去；图6是图1中实施例的侧视图，其被部分剖开，表示其驱动装置和安装方法；图7是图1中实施例的俯视图，表示其安装方法，为清楚起见，去掉了线圈和被绝缘的外壳；图8是图1实施例的各个线圈绕组的图，表示相邻的绕圈绕组被各个板隔开；图9是图1实施例中各个独立线圈定位的图；图10是由图1实施例的磁铁产生的磁力线图案的侧视图；图11是图1实施例的典型磁铁的磁力线的端视图；图12是图1实施例的磁铁的磁图线端视力，此时被安排在壳体中。
最佳实施例的详细说明参见图1和3，表示一种发电机，其被部分剖开，发电机由多个间隔紧凑、弧形的非磁性绝缘外壳12构成，布置成圆环形，各有一环形截面(图2中清楚可见)。(在图1例子中，表示出三个外壳12a、12b和12c，但是，可以是两个或多个，以便采用安装和驱动装置，下面进一步叙述)，每一外壳12为一弧形的圆筒形，有一绝缘外壳21，被端板16封闭，后者有一位于中央的开孔28，以及，有一同心的绝缘内圆筒26，这样，绝缘的外壳21和内圈筒26之间形成一封闭室29，每一壳体12具有一系列独立的绕组线圈或14，围绕圆筒形26上，每一壳体12中相邻的线圈绕组14由板16隔开，每一板16有一中央孔17(端板16不必是磁性材料，各线圈间隔板16是磁性的以“拉伸”磁力线场)。通常，线圈14的横载面会略有契形、扁平的或斜梯形以紧贴地位于盒29或绝缘外壳12中。
连续的环形非磁性第二壳体20通过这些线圈14的中心和板16的孔17，与绝缘壳体12的环形轴同心，壳体20呈圆环形，其中有一系列磁铁22，这些磁铁22由间隙或间隔24彼此分开，这样彼此间没有实际接触，相反，在壳体20内沿轴18均匀分开(可采用间隔物(未画出))。
图2-5表示这些元件之间的空间关系，同时也表示壳体的每一绝缘的内圆筒26沿其长度方向围绕连续的第2壳体20的一部分。如图所示，每一线圈绕组14和板16是盘状的，并有一中心开孔28，其中插入了绝缘的非磁性内圆筒26。通常，线圈14和板16的中央开孔28和孔17大小是相同的，同时其大小足以使非绝缘的第二壳体或圆筒20自由地在其中移动。
最好是，开孔28和孔17不要太小，否则其尺寸会限制圆筒20(以及磁铁22)经过线圈14和板16的运动。另一方面，若开孔28太大，发电机10的效率会由于磁力线未被利用而降低。这样，随着连续的壳体20移过间隔分开的壳体12中的线圈14阵列，壳体20内的各磁铁22通过各个线圈14。
图6表示驱动机构30，其使壳体20沿其弧形通道18移动和通过外壳12。如图中所示，驱动机构30由一支撑杆32构成，其一端固定到马达，另一端驱动齿轮或轮34。该驱动轮34与壳体20(装有磁铁22)下侧在P点相接触使壳体20移动。最好是，驱动轮34是一通过其与壳体20之间摩擦来使后者转动的轮，但其它使壳体20转动的方法也是可能的(例如图5和6的P和Q是所示由驱动轮34上轮齿与壳体的下侧的轮齿相啮合的方法)。
图7表示三个驱动机构30组合在发电机10中的情形(每一个用于使壳体12a、12b、12c)分开的间隙13a、13b、13c)，这些分开的机构30通常对环形壳体20等距隔开，因为三个外壳12是弧长相等的。当然，需要时可以用更少或更多的机构30，使磁铁22沿轴18移动，只要与壳体12数量相同即可—每一间隙一个，或者，可以只用一个驱动机构30以及按需而定的支撑32(无驱动力的自由转动轮34)。也有可能使驱动轮34与壳体20的顶部或侧面接触。而且，如上所述和图3、7和图10所示，磁铁22通常在壳体20内沿轴18均匀间隔(间隙24或距离“d”)。磁性管38能填入间隙“d”，其可以由金属材料制成。
图8和9详细地说明线圈14和板16，每一线圈14可由单根线的单个绕组组成，或者线圈14可由多根线的绕组或包覆线组成，根据需要而定。而且，同时当然也有引线51、52从这些各个线圈14上引出(21线51、52仅为示意性)。并且，尽管可看到一个线圈14与相邻的线圈14分开，但实际上并非如此，实际是相邻线圈14之间的唯一间隔仅为其中的板16的厚度。
发电机10的工作依靠当磁铁22通过线圈或线圈绕组14时的电流产生。当磁铁22的北极进入线圈14时，电流朝一个方向流动，当同一磁铁22的南极进入同一线圈14时，电流朝相反方向流动，发电机10利用这一原理，使磁铁22不断地通过壳体20中，这样其磁力线经过壳体12腔室29中的线圈14，产生连续的电流。磁铁22经过线圈14中心的移动，如图10-12所示，是由于将其安装在连续的环形壳体20中而成为可能，壳体20由不受磁铁22影响的材料制成。这样，磁铁22通过线圈14中心的这种循环代表连续通过一系列线圈的无尽的磁铁供给，由此产生连续的电流。
参见图10-12，为使效率最大，应注意磁铁22在连续的环形壳体20中的取向。这里因环形磁力线36的位置、密度和速度使电流流动。若相邻磁铁22分得太远(距离“d”)，则其各自的磁力线36不会彼此影响，仅产生中到小的电流。在此情形下，不会出现磁力线的变形，电流将由于相邻磁铁22之间的间隔24较大而为有限的大小，每一时间期间通过线圈14的磁铁22较少。这一点，在无论磁铁22都以同一方式取向或是否改变取向时都是一样的。换句话说，若每一磁铁22的取向相同(即N-S/N-S/N-S或S-N/S-N/S-N)，只有每一磁铁22的南极或北极首先进入线圈14，若其取向变化，(即N-S/S-N/N-S/N-S/S-N……可变)，则其首先进入线圈14的是南极还是北极会有不同。
另一方面，若相邻磁铁22的相反极靠得太近(较小的“d”)以致互相影响(即取向相同)，则磁力线36减小到其最小程度，所以，这种磁力线36影响的线圈14数目也最小，这样产生的电流最小。
但是，当相邻的磁铁22同极性相对(即取向变化为N-S/S-N/N-S……)，并紧靠着彼此影响时(见图10)，磁力线36显著增强。由于同极性相斥，如图10所示的磁铁22排列(即同极性相对)，每一磁力线36互相排斥这使得这种磁力线36以360°“团团转”或“平坦地”图形向外径向延伸(图10)，因为各个磁场36现在相邻相。这产生极大的有用磁力线的区域，更大的极化域(n＋n＝2n)以及最大的电流。
简单地改变磁铁n的取向可得到不同的输出，本例中，在同极性相邻和异相性相邻(即N-S/S-N/N-S……)之间的改变可允许相应的磁场从大范围(同极性相对)到小范围(异极性相对)的改变。尽管磁铁22的这种布置不会产生最大的电流或功率输出(见上面)，但确实产生了最大的电压输出。
现在参见图11和12，为增大磁铁22的磁力线到其全部电势，在每一线圈14之前插入板16。尽管在该布置中板16现在给于每一对线圈14之间，但重要之处在于板16至少位于磁铁到达的线圈旁边，板16最好由受磁铁22影响的材料构成，或者，换句话说，磁性材料构成。板16或任何其它结构如棒等，受到磁铁影响，会使磁力线36“拉伸”和沿整个360°放大。而且，在磁铁22通过板16时，磁力线36通常与线圈14成直角以得到最大作用。
在这种发电机10中，磁铁22给于环形壳体20中，后者与周围线圈14由内圆筒26隔开。壳体20和磁铁22沿通过圆筒26的圆形或环形轴18确定的路径被驱动，由此通过每一组组线圈14和板16(经开孔28和孔17)。这使得每一磁铁22的磁力线36成直角经过每一线圈14。这样，对于最大的电压和电流(即最大功率)，线圈14可利用磁铁22张开的磁力线36。线圈14越大越好，但如果线圈14超过磁力线16的范围，则用更大的线圈不会有任何附加的好处。结果，线圈14的尺寸由磁铁22的磁力线36的尺寸确定。
而且，通过在壳体20内相邻磁铁22的每一间隙或间隔24(距离“d”)中插入管子38，可产生更强的磁场。每一管子38最好是磁性材料(即受磁铁22影响)做成。当其放入时，增强了从相邻磁铁22发出的彼此相对的磁场，这就增强了经过每一线圈14的磁力线36，由此得到更大的功率输出，而且，为减轻重量便于驱动和转动，管子38常为中空的。
如上所述，线圈14的大小被确定以完全利用当磁铁从中经过时发出的环形磁力线36。此外设计线圈14的厚度以最佳地使用磁力线36的极性。每一线圈14中绕组形成的中央开孔28的大小被确定以围绕内绝缘壳体26，在磁性壳体20从内绝缘壳体26中通过时，越靠近越好。而且，在发电机10中，许多线圈14被并排布置，其宽度部分取决于设计考虑。
在铁22通过开孔28的驱动速度直接与所需的输出功率有关。带有磁铁22的壳体20的速度越快，功率输出越大。在发电机10中，安装一轮子，要考虑的是每次的磁力线36的数目。这样，例如在一有8英寸直径(连续的壳体20的直径)的轮子上，其中磁铁22每分钟转速将要是16英寸直径的轮子的两倍，才能得到每一线圈14的同样的功率输出。
结果，照这种发电机10，其实际结构将根据所需的功率和给予磁铁22的转速而改变，而且，发电机10有可能将线圈包裹在一种可制冷的材料中，如液氮，这种冷却剂可在图1-4和9所示端口85a、85b和85c送入腔室29，这样，线圈14的冷却减少了线圈的电阻。这种电阻，比如说，铜线圈的电阻可在用液氮作冷却剂时减少到十分之一。这样，冷却也增加了线圈14的功率输出。线圈14中电阻降低而不去掉任何圈数会大大增加功率输出。这会产生更大的功率，因为功率等于电流乘电压。
还应指出，由于磁铁22有着相反的极性通过线圈14，由线圈14产生的电流将是交流电(A.C.)，而不是直流电(D.C.)。而且，每一线圈14通常由单一绕组构成，但需要时可使用一个以上绕组。实际的绕组设计是一种以线端或引线51、52作功率输出端的选择。而且，各线圈14对N-S正弦波同步，由于它们分开的故可由串联或并联连在一起。
因为可在本发明概念的范围内作出许多变化和不同的实施例，以及由于可对这里所述实施例按照所述自然规律的要求作出许多修改，因此应理解这里所述细节仅为示意性而非限制性。
权利要求
1.一种发电机，其特征在于包括(a)一组中空、弧形的外壳体轴向间隔紧凑地形成圆环形，每一所述壳体呈环形截面，集中在一圆环形轴周围，包括同心的外和内弧形圆筒件，以及，近端和远端板，所述端板中有孔，由此形成所述圆筒体与经过所述壳体的中心孔壁之间的封闭室；(b)一组弧形分开的线圈，在所述每一封闭室内，每一所述线圈围住所述内圆筒，所以，围住所述壳体的所述环形轴，以及，引线通过所述外壳体的外圆筒；(c)一圆筒形隔板位于所述封闭室中每一对相邻的线圈中间，所述板各有一中间开孔，与所述环形轴同心；(d)一中空环形内壳体，所述内壳体在所述壳体中经所述中央孔连续延伸，由此形成沿所述环形轴的环；(e)一组分开的磁铁，在所述内壳体中；以及(f)驱动所述内壳体因而也驱动所述磁铁的装置，使所述内壳体经过所述外壳的中心孔，由此在所述线圈中产生电场，以产生电流。
2.如权利要求1的发电机，其特征在于所述板由磁性材料构成。
3.如权利要求1的发电机，其特征在于所述内绝缘壳体由非磁性材料构成。
4.如权利要求1的发电机，其特征在于所述磁铁在所述内壳体中均匀间隔分布。
5.如权利要求1的发电机，其特征在于所述内壳体中相邻磁铁由插入其间的间隔物分开。
6.如权利要求1的发电机，其特征在于所述驱动装置在所述外壳体的间隙中连接到所述内壳体。
7.如权利要求1的发电机，其特征在于所述驱动装置使所述内壳体在所述孔中移动的速度是可变的。
8.如权利要求7的发电机，其特征在于每一所述线圈的引线连接到一个外接功率输出端。
9.如权利要求8的发电机，其特征在于每一所述线圈的厚度取决于相邻的所述磁铁之间的间隙。
10.如权利要求1的发电机，其特征在于所述线圈由所述封闭室内的冷却剂冷却。
11.如权利要求10的发电机，其特征在于所述冷却剂为液氮。
12.如权利要求1的发电机，其特征在于所述磁铁排列成相同极性彼此相邻。
13.如权利要求1的发电机，其特征在于所述相邻的磁铁的一部分排列成其相反极性彼此相邻，同时其余相邻的磁铁排列成其相同极性彼此相邻。
14.一种发电机，其特征在于包括(a)一组中空弧形的外壳体，轴向间隔紧凑地形成圆环形，每一所述壳体呈环形截面，集中在一圆环形轴周围，包括同心的外和内弧形圆筒件，以及，近端和远端板，所述端板中有孔，由此形成所述圆筒件与经过所述壳体的中心孔壁之间的封闭室，每一所述封闭室具有引入制冷剂的端口；(b)一组弧形分开的线圈，在所述每一封闭室内，每一所述线圈围住所述内圆筒，所以，围住所述壳体的所述环形轴，以及，引线通过所述外壳体的外圆筒，该引线连接到功率输出端；(c)一圆筒形隔板，位于所述封闭室中每一对相邻的线圈中间，所述板各有一中间开孔，与所述环形轴同心；(d)一中空环形内壳体，所述内壳体在所述壳体中经所述中央孔连续延伸，由此形成沿所述环形轴的环；(e)一组分开的磁铁，在所述内壳体中；以及(f)驱动所述内壳体因而驱动所述磁铁的装置，使所述内壳体经过所述外壳的中心孔，由此在所述线圈中产生电场，以产生电流，所述装置在所述外壳体之间的间隙中连接到所述内壳体。
15.如权利要求14的发电机，其特征在于所述板由磁性材料构成。
16.如权利要求14的发电机，其特征在于所述内壳由非磁性材料构成。
17.如权利要求14的发电机，其特征在于所述磁铁在所述内壳体中均匀间隔。
18.如权利要求17的发电机，其特征在于在所述内壳中的相邻磁铁由插入其间的间隔物分开。
19.如权利要求18的发电机，其特征在于每一所述线圈的厚度取决于相邻的所述磁铁之间的间隔。
20.如权利要求14的发电机，其特征在于所述致冷剂为液氮。
全文摘要
一种用于产生电流的发电机，包括连续的壳体20，其具有等距分开的磁铁22，经在较大的同圆心外壳12中的一组各个线圈14通过连续的壳体20。为增强产生的电流，板16插入到较大的壳体12中相邻线圈14之间，磁体22安排成相反极性彼此相邻。为进一步增加产生的电流，可对线圈进行冷却以减小其中的电阻。
文档编号H02K21/14GK1148909SQ96190214
公开日1997年4月30日 申请日期1996年2月22日 优先权日1995年3月20日
发明者查理·夏耶·德勒诺 申请人:查理·夏耶·德勒诺