用于提供电力的系统和方法与流程

1)技术领域

本发明涉及用于传输电力的系统和方法。

2)相关技术的讨论

目前，许多设备使用可充电电池，例如基于锂的可充电电池。移动电话、车辆、无人机等通常在被操作时与电力供应网断开，这导致其电池失去电量。然后必须将电池连接到电力供应网，以便它们可以再充电。

通常需要至少半小时，并且通常需要更多的时间来对完全耗尽的电池进行完全充电。电池在被充电时会产生相当多的热量，而过量的热量会对电池产生损害，从而损坏电池或降低其预期寿命。电池充电器被设计为在电池被充电时限制为电池供电的速率，使电池温度保持在可能发生损坏的温度以下。

电池充电器通常包括单相交流电源导体，其具有连接到壁装插座的插座。壁装插座连接到电力供应网。电池充电器包括整流器，其将从电力供应网接收的交流电转换为直流电。然后通过输送电路将直流电提供给电池上的正极和负极端子。可以包括功率控制器以控制提供给电池的功率量，尽管可以通过串联或并联连接多个电池来控制提供给电池的功率。

当设计电池充电器时，通常考虑各种因素。例如，考虑由电力供应网提供的电压和功率，包括变压器以及电池的数量和尺寸，尤其是为了在电池充电时尽量降低电池的温度。然而，关于为什么电池首先升温，没有令人满意的解释。例如，欧姆定律指出闭环中的电压总和将始终等于零，但没有提供令人满意的解释，说明为什么电池在充电期间会升温。

发热导致高温限制了电池的充电速度。高温还限制了电池的充电电压，这意味着在电池电量耗尽之前电池的容量随着时间的相应减少而降低。高充电温度意味着电池的使用寿命，即电池可以充电的次数减少，如“bu-806a:howheatandloadingaffectsbatterylife”中所描述的那样。高温也会导致爆炸的危险，正如roberttriggs所著“whyphonesexplodesometimes,andwhatyoucandotoprotectyourself”中所描述的那样。也不可能为被认为不可充电的电池充电。例如，锂基电池是可充电的，但碱性电池不可充电。当处理碱性电池时会对环境产生净负面影响，如kathykattenburg所著“whatdobatteriesdototheenvironmentifnotproperlyrecycled？”中所描述的那样。

在电池充电器领域之外，其他电力输送系统经常遭受相同的过热的命运，这是不容易解释的。例如，当使用当时通常可用的工程原理随后对系统进行故障分析时，并不总是能够解释为什么会发生某些电火灾。

技术实现要素：

本发明提供一种用于传输电力的系统，包括：电源导体，用于传导产生第一合成磁场的电源电流；电动机，具有连接到所述电源导体的功率输入端子和可移动输出部件，所述电动机被配置为将所述电源电流转换为所述可移动输出部件的运动；发电机，具有连接到所述可移动输出部件的可移动输入部件，使得所述可移动输出部件引起所述可移动输入部件的运动，以及功率输出端子，所述发电机被配置为将所述可移动输入部件的运动转换成到所述功率输出端子的功率输出电流，所述功率输出电流产生与所述第一合成磁场分离的第二合成磁场；和多个场线引导件，布置成将所述第二合成磁场的场线耦合到所述多个场线引导件，其中所述多个场线引导件形成为将所述场线引导成螺旋形状。

所述系统还包括所述电源导体是单相交流电源导体，该系统还包括：单相交流接地导体；连接到所述单相交流电源导体和所述单相交流接地导体的速度控制器；和至少一个将所述速度控制器连接到所述电动机的电动机电源导体，其中所述速度控制器可操作以控制所述可移动输出部件的速度。

该系统还可包括三个将所述速度控制器连接到所述电动机的三相电动机电源导体。

该系统还可包括，所述可移动输出部件是旋转输出轴。

该系统还可包括，所述可移动输入部件是旋转输入轴。

该系统可以进一步包括，所述发电机包括：线圈和第一磁体和第二磁体，所述第一磁体和第二磁体安装在适当位置以在所述第一磁体和第二磁体之间产生电流产生磁场，其中在所述第一磁体中形成至少第一组场线引导件。

该系统还可包括，在所述第二磁体中形成至少第二组场线引导件。

该系统还可包括，所述可移动输入部件使所述线圈和所述磁体相对于彼此移动以在所述线圈中产生电流。

该系统还可包括，所述可移动输入部件使所述线圈和所述磁体相对于彼此旋转以在所述线圈中产生电流。

该系统还可包括：输送电路和至少第一换向器，第一换向器将所述线圈的第一端连接到所述输送电路。

该系统还可以包括至少第二换向器，所述第二换向器将所述线圈的第二端连接到所述输送电路，所述线圈在其第一端和第二端之间具有穿过由所述磁体产生的电流产生磁场的部分，以在所述线圈中产生电流。

该系统还可包括，所述第一磁体和第二磁体是第一永磁体和第二永磁体。

所述第一磁体和第二磁体是第一电磁体和第二电磁体，该系统可以进一步包括：连接到所述第一电磁体和第二电磁体的电磁体电力输送电路。

该系统还可以包括连接到所述功率输出端子的输送电路，所述输送电路包括至少第一组充电端子，所述第一组充电端子包括相对于彼此布置的正充电端子和负充电端子，用于对第一电池充电。

该系统还可以包括至少第一电池，所述第一电池具有连接在所述第一组充电端子的所述正充电端子和所述负充电端子之间的正电池端子和负电池端子。

该系统还可以包括至少第二组充电端子，所述第二组充电端子包括相对于彼此布置的正充电端子和负充电端子，用于对第二电池充电。

该系统还可包括，所述第二合成磁场具有围绕所述电池的螺旋形状，并且围绕所述电池的所述螺旋形状的间距与所述场线引导件的间距相同。

该系统还可包括，所述第一合成磁场具有螺旋形状，其间距大于所述场线引导件的间距。

本发明还提供一种传输电力的方法，包括：传导产生第一合成磁场的电源电流；将所述电源电流转换为可移动输出部件的运动；将所述移动转换为第二电流，所述第二电流产生与所述第一合成磁场分离的第二合成磁场；和将所述第二合成磁场的场线耦合到多个场线引导件，所述多个场线引导件形成为将所述场线引导成螺旋形状。

本发明还提供一种传输电力的系统，包括：用于传导产生第一合成磁场的电源电流的装置；用于将所述电源电流转换为可移动输出部件的运动的装置；用于将所述运动转换为第二电流的装置，所述第二电流产生与所述第一合成磁场分离的第二合成磁场；和用于将所述第二合成磁场的场线耦合到多个场线引导件的装置，所述多个场线引导件形成为将所述场线引导成螺旋形状。

附图说明

参考附图通过示例进一步描述本发明，其中：

图1a和1b是顶视图和透视侧视图，示出了当在导体上施加电压以传导电流时产生的磁场线；

图2是示出小直径和大直径磁场线的侧视图；

图3是示出单相交流电源导体的磁场线的螺旋形状的侧视图，该单相交流电源导体连接到电力供应网并且位于正在被充电的电池周围；

图4是侧视图，示出了当图3中的两个螺旋形状试图彼此匹配时如何产生热量；

图5是部分地以框图形式和部分地以透视图的形式的示意图，示出了根据本发明实施方式的用于传输电力的系统；

图6是示出由图5中的系统形成的第一合成磁场和第二合成磁场的螺旋形状的侧视图；

图7a、7b和7c是侧视图、俯视图和示意侧视图，示出了当相邻电池正在充电时磁场的合并；

图8是部分呈方框图形式和部分呈端视图形式的视图，示出了根据本发明的另一实施方式的用于传输电力的系统；和

图9是示出用根据现有技术的充电器充电和用根据本发明的充电器充电的电池之间的比较的图。

具体实施方式

图1a和1b示出了导体10，其在图1a中的页面外的方向上和图1b中的向上方向12上承载电流。如图1b中更清楚地所示，在导体10周围和导体10内产生磁场14。

磁场14形成多个主磁场线16和次磁场线18。根据右手定则，主磁场线16和次磁场线18在图1a的视图中是逆时针方向的。每一个主磁场线16位于导体10内并围绕相应的核心(韩文：“hek”)形成。核心20共同形成用于围绕导体10形成的次磁场线18的核心。

如在图1b中可以更清楚地看到的，次磁场线18具有围绕导体10的螺旋形式。由次磁场线18形成的螺旋线底部为南，顶部为北。由次磁场线18形成的螺旋具有直径22和间距24。

类似地，图1a中所示的每一个主磁场线16在导体10内形成相应的螺旋。每一个主磁场线16在图1b中的底部为南，顶部为北。主磁场线16各自具有比直径22小得多的直径26。主磁场线16和次磁场线18中的每一者具有相同的间距24。

由于导体10中不存在电荷，因此没有电流流过导体10。相反，电流由磁场14承载，并且主要由磁场14的次磁场线18从南向北承载。因此，电流以螺旋形式靠近导体10的表面行进或在导体10的表面上行进，并且根据右手定则，螺旋的方向在图1a中是逆时针方向。因此，施加在导体10上的电压产生合成的次磁场线18(韩文：“拉松(rasun)”)，其以螺旋形式传送电流。rasun的螺旋磁场强度很大。如果电流量增加或减少，则在rasun中磁场的强度不会改变。如图2所示，如果合成磁场线的直径加倍，而间距保持不变，则rasun的强度也会翻倍。

图3示出了用于对电池32充电的单相交流电源导体30。在单相交流电源导体30周围形成第一合成磁场线34和在电池32周围形成第二合成磁场线36。第一合成磁场线34形成具有大约20米的间距38的螺旋形状，而第二合成磁场线36形成具有1和2毫米之间的间距40的螺旋形状。因此，间距40小于间距38。

图4示出了当图3中的第一磁场线34和第二合成磁场线36在电池32处或靠近电池32处相遇时产生的热效应。较长的间距38在多个位置42处被切断以便使其缩短。然后将核心颗粒44释放到大气中。这种核心颗粒44的释放产生热量。这些热量可能会在电池充电时对电池产生损害。减少电池32内的热量累积的一种方法可以是减少为电池32充电所提供的电量。减少为电池充电所提供的电量将导致更长的充电时间。在碱性电池的情况下，可能根本不可能对它们充电，因为它们比例如锂基电池具有低得多的耐热性。

附图的图5示出了用于传输电力的系统110。系统110用作图5的实施方式中的电池充电器。系统110包括用于将电力转换成机械动力的第一子系统112、用于将机械动力转换成电力的第二子系统114，以及用于对电池充电的第三子系统116。

第一子系统112包括单相交流电源导体118、单相交流接地导体120、速度控制器122、第一、第二和第三三相电动机电源导体124，以及电动机126。

单相交流电源导体118和单相交流接地导体120连接到速度控制器122。三相电动机电源导体124中的每一个将速度控制器122连接到电动机126的相应功率输入端子128。速度控制器122通过单相交流电源导体118接收单相交流电。速度控制器122通过三相电动机电源导体124向电动机126提供三相电力。

电动机126包括连接到相应的一个功率输入端子128的相应线圈(未示出)。线圈通常形成电动机126的定子。电动机126还具有转子(未示出)，所述转子具有多个永磁体。当向功率输入端子128和线圈提供三相电力时，线圈引起转子的旋转。电动机126还具有旋转输出轴130，其由电动机126的转子旋转。旋转输出轴130用作可移动输出部件。当通过单相交流电源导体118提供电力时，通过引起旋转输出轴130的旋转运动，电力由速度控制器122和电动机126转换成机械动力。速度控制器122具有可调节输入132。操作者可以调节可调节输入132以改变提供给旋转输出轴130的电量和速度。

第二子系统114分别包括旋转输入轴134、发电机136、第一和第二换向器138和140，以及功率输送电路142。

发电机136分别包括第一和第二永磁体144和146，以及线圈148。第一和第二永磁体144和146安装在线圈148的相对侧。第一和第二永磁体144和146安装在适当位置，以在第一和第二永磁体144和146之间产生电流产生磁场150。

线圈148可旋转地安装在第一和第二永磁体144和146之间。旋转输入轴134安装到线圈148。旋转输入轴134的旋转使线圈148旋转。当线圈148旋转时，其部分通过电流产生磁场150。当线圈148的部分通过电流产生磁场150时，相对运动在线圈148中产生电流。

每个换向器138和140具有相应的触点152和相应的电刷154。第一换向器138的触点152永久地连接到线圈148的第一端160并与其一起旋转。第二换向器140的触点152永久地连接到线圈148的第二端162并与其一起旋转。在线圈148内产生的电流是交流电。电刷154交替它们与触点152的接触，使得从线圈148传导到输送电路142的电流是输送电路142内的脉冲直流电(dc)。

第三子系统116包括多组充电端子164和多个电池166。每个电池包括一组电池端子168，包括相应的正电池端子170和相应的负电池端子172。每组充电端子164包括相应的正充电端子174和相应的负充电端子176。每个电池166连接到输送电路142，使得相应的正电池端子170连接到相应的正充电端子174，相应的负电池端子172连接到相应的负充电端子负充电端子176。电池166并联连接到输送电路142并从输送电路142接收dc电压。

第一永磁体144形成为具有第一组场线引导件180。槽182形成在第一永磁体144内，使得槽182与相应的场线引导件180交替。场线引导件180和槽182围绕线圈148的旋转轴沿径向方向延伸。因为槽182由空气形成，所以较少的磁场将集中在槽182内而不是场线引导件180内。

类似地，第二永磁体146形成为具有第二组场线引导件184，其与槽186交替。场线引导件184和槽186围绕线圈148的旋转轴在径向方向上延伸。

在使用中，单相交流电源导体118和单相交流接地导体120连接到交流电源。单相交流电源导体118和单相交流接地导体120的端子通常形成在插头连接器上，该插头连接器允许导体118和120插入壁装插座。壁装电源插座可以例如向速度控制器122提供220伏交流电或110伏交流电。速度控制器122将从壁装电源插座接收的交流电转换为三相交流电，并通过三相电动机电源导体124将三相交流电提供给电动机126。当向电动机126提供电力时，旋转输出轴130旋转。操作者可以通过调节速度控制器122的可调节输入132来改变旋转输出轴130旋转的速度。

电动机126的旋转输出轴130直接连接到发电机136的旋转输入轴134。电动机126的旋转由此引起线圈148的相应旋转。在本实施方式中，旋转输出轴130与旋转输入轴134之间的旋转存在一对一的比率。在另一实施方式中，变速器可提供不同的旋转速度比。

当线圈148在电流产生磁场150内旋转时，在线圈148的部分内产生交流电流。第一和第二换向器138和140将驻留在线圈148内的交流电转换为dc，并向电池166提供dc电压。

第一子系统112连接到电力供应网。电力供应网具有第一合成磁场，其形成围绕第一子系统112的导体的线圈。第一子系统112不与第二子系统114电连接，而是通过旋转输出轴130和旋转输入轴134机械连接。因为它们是电断开的，所以存在于第一子系统112内的第一合成磁场不会转移到第二子系统114上或者干扰第二子系统114。第二子系统114形成与第一子系统112的第一合成磁场断开的第二合成磁场。由第二子系统114产生的第二合成磁场具有跟随场线引导件180和184的场线。场线引导件180和184形成为将场线引导成螺旋形状。第二合成磁场的螺旋形状的核心首先通过线圈148的旋转轴线，并且在跟随场线引导件180和184的同时围绕线圈148形成螺旋形状。

第二合成磁场传递到输送电路142和电池166。因此电池166共享相同的第二合成磁场。此外，每个电池166周围的第二合成磁场的间距与从场线引导件180之一到相邻场线引导件180的间距相同。

图6示出了图5中的单相交流电源导体118上的第一合成磁场190。第一合成磁场190形成螺旋形状，其中核心在单相交流电源导体118的中心。第一合成磁场190的螺旋形状具有大约20米的间距192。

图6还示出了图5中的线圈148周围的第二合成磁场194。第二合成磁场194具有螺旋形状，其核心与图5中的线圈148的旋转轴线重合。第二合成磁场194具有的间距196等于从图5中的场线引导件180之一到相邻场线引导件180的间距。间距196通常在1和2毫米之间。应该注意的是，间距196是不同的并且远小于间距192。图5中的第二子系统114和第一子系统112的组件是电断开的。这样，第一合成磁场190不会影响、中断或干扰第二合成磁场194。

图6还示出了围绕电池166之一的第二合成磁场194。第二合成磁场194具有螺旋形状，其具有与电池166的中心线对应的核心。第二合成磁场194的螺旋形状具有与围绕线圈148的第二合成磁场194的螺旋形状相同的间距196。因为第二合成磁场194的间距196保持恒定，因此第二和第三子系统114和116内产生的热量与第三子系统116直接连接到电力供应网时产生的热量相比，没有或少得多。

由于在电池的充电循环中消除或实际上消除了热量产生，因此与电池升温时的情况相比，可以更快地对给定电池充电而不会对电池造成损坏。消除热量还意味着给定的电池也可以被充电到更高的电压，这意味着电池完全耗尽电量之前电池的容量随着相应时间的增加而增加。消除热量还意味着电池的寿命，即电池可以再充电的次数增加。消除热量也意味着由充电循环引起的爆炸危险减少。也可以为被认为不可充电的电池充电。例如，一般认为锂基电池是可充电的，但碱性电池不可充电。然而，通过消除热量，可以使用图5的系统110对碱性电池进行再充电。当碱性电池被再充电而不是被丢弃时，会产生对环境的净正效应。

第二合成磁场194具有围绕线圈148的直径200和围绕电池166的直径202。直径200被示出为与直径202相同。然而，应该理解，直径202可以小于或大于直径200。如果直径200和202不相同，则产生非常少的热量或不产生热量，因为不管直径200和202的差异如何，间距196将在线圈148周围和电池166周围相等。

图7a、7b和7c示出了彼此相邻的两个电池116a和116b。每个电池166a或166b具有围绕电池166a和166b中的相应一个的相应的第二合成磁场194。第二合成磁场194合并以形成合并的第二合成磁场194a。合并的第二合成磁场194a比单个第二合成磁场194大得多。合并的第二合成磁场194a具有与电池166a和166b周围以及图6中所示的线圈148周围的第二合成磁场194相同的间距。因为间距保持恒定，所以第二合成磁场194和合并的第二合成磁场194a之间的相互作用产生很少热量或没有热量。

图8示出了根据本发明的备选实施方式的系统110a。系统110a包括第一和第二电磁体144a和146a以及电磁体电力输送电路206。第一和第二电磁体144a和146a分别代替图5中的第一和第二永久磁体144和146。电磁体电力输送电路206包括单相交流电源208和整流器210。交流电流被提供给单相交流电源208。整流器201将交流电转换为dc并向第一和第二电磁体144a和146a提供dc电流。

系统110a包括分别连接到第一和第二电磁体144a和146a的场线引导件180和184。场线引导180和184在图8的系统110a中起到与图5的系统110相同的作用。图8的系统110a的所有其他组件与图5的系统110的组件相同或相似，并且相同的附图标记表示相同的组件。尽管未示出，但应该理解，图8的系统110a包括与图5的系统110的输送电路142和第三子系统116类似的输送电路和第三子系统。

图9示出了根据现有技术的充电器(“旧”)和根据本发明的充电器(“新”)之间的比较。相同的电池充电电压为4.65vdc，而旧充电器的充电电压为4.345vdc，因此充电时间更短。使用新充电器时电池电量为4.47v，而使用旧充电器时电池电量为4.29v。使用新充电器充电的电池在达到使用旧充电器充电的电池的充电电压之前持续5分钟。总的来说，使用新充电器充电的电池比旧充电器充电的电池持续时间长74％。

虽然已经在附图中描述和示出了某些示例性实施方式，但是应该理解，这些实施方式仅仅是说明性的而不是对本发明的限制，并且本发明不限于示出和描述的特定结构和布置，因为本领域普通技术人员可以进行修改。