重力发电系统的制作方法

1.本发明涉及一种具有发电机的发电设备，该发电机包括相互反向旋转的定子和转子，以及涉及一种通过所述发电设备发电的新方法。


背景技术：

2.能源根据其形成分为可再生能源和不可再生能源两大类。不可再生能源简而言之就是可以耗尽的能源。石油和天然气等能源被认为是不可再生的能源，因为它们的再生需要很长时间。换句话说，获得这种类型的能源需要使用消耗性燃料。当上述消耗性燃料燃烧时，它们会释放对自然有害的废物和气体。另一方面，可再生能源是指从自然界中发现的资源中获取、并由大自然永久补充和提供的能源。与化石燃料和不可再生能源相比，可再生能源的危害性较小或无害。这些也被称为取之不尽的能源。
3.在现有技术中，大部分能源是通过使用不可再生能源产生的，即通过消耗化石燃料和放射性元素产生的。每个发电厂都会污染环境。虽然如此，但可再生能源的成本相当高，产量却很低。此外，安装和维护成本也很高。
4.重力是地球对位于其上的物体施加的万有引力。万有引力是由于物质的质量而产生的力。在受到上述万有引力作用的物质中，相互之间会发生加速运动。万有引力随着质量的增大而增大。地球对位于其上的任何物体施加的万有引力的大小称为重量。重量用“g”表示。当地球的最外层向一个方向旋转时，由各种熔融金属合金组成的被称为地幔的部分则向相反方向旋转。因此，地球是一个巨大的发电机，并且由于上述相反方向的旋转产生了引力。
5.在现有技术中，编号为cn103353087a的中国专利文献公开了一种重力灯。所述发明创造包括旋转机构、发电机、控制电路和led灯四部分。该旋转机构的输入与发电机的输入相连接，发电机的输出、控制电路的输入和控制电路的输出与led灯相连。在该重力灯工作时，首先将重力灯挂高，然后在重力灯的旋转机构上放置一个重物，让其自然落下。随后，重物的势能转化为动能。动能驱动该发电机，从而产生电能。上述系统放置有重物。当所述重物在重力作用下落到地面时，势能转化为动能，随后通过发电机将动能转化为电能。上述专利文献公开的系统可以用于小规模的照明作业。当所述重物到达地面时，需要借助外力将其提起。然而，连续发电在上述系统中是不可能的。所述系统可用于没有电力的地方的小规模照明作业。另外，该专利文献中的所述发电机是一种只有转子旋转的常规发电机。该专利文献没有公开具有彼此以相反方向旋转的定子和转子的发电机。所述发明创造包括具有多个齿轮的变速箱，为了确保重物以缓慢的速度向下下降。因此，它具有较高的故障风险，可以在能源消耗水平较低的情况下使用。


技术实现要素：

6.本发明的目的是确保通过利用重力获得能够提供替代可再生能源和不可再生能源的综合发电设备。
7.本发明的另一个目的是提供一种不使用化石燃料的可持续发电系统，与传统能源相比，该系统对环境的危害更小，对环境的影响更小。
8.本发明的另一个目的是提供一种既经济又耐用且需要较少维护的发电系统。
9.本发明的另一个目的是提供一种发电系统，可以有效地防止输电损耗、故障和非法使用。
10.本发明的另一个目的是通过增加国内的能源生产，为国民经济作出贡献。
11.本发明的另一个目的是确保发电系统不会对日常生活造成负面影响，也不会对动物和自然造成伤害，可以安装在建筑物旁边，作为位于居民区外的发电厂的替代方案。
12.为实现上述目的而开发的发电设备包括：
13.一种发电设备，具有定子和转子彼此反向旋转的发电机，其特征在于，包括：
[0014]-转子发电机线性齿轮(11a)和定子发电机线性齿轮(11b)，相对于由转子轴(18)和定子轴(19)组成的发电机轴线，位于彼此相反的方向；
[0015]-转子发电机叶轮(10a)和定子发电机叶轮(10b)，与所述转子发电机线性齿轮(11)和所述定子发电机线性齿轮(11b)接触，且彼此以相反的方向旋转；
[0016]-至少一个承载电机(3)，其允许通过电机线性齿轮(13)提升机构(6)；
[0017]-检测机构(6)的位置的传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)；
[0018]-提供所述系统所需的电能的电池(7)和/或电源和/或电网；
[0019]-刷式滑环(21)系统和机构相位输出(17)，用于引出所述发电机产生的电能；
[0020]-控制单元(12)，其控制由传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)检测位置的机构(6)的加速、减速和停止动作，以及执行所述动作的承载电机(3)和电机驱动电路(9)。
附图说明
[0021]
附录中的图1显示了本发明的发电设备(1)的透视图；
[0022]
图2显示了本发明的发电设备(1)的详细透视图；
[0023]
图3显示了本发明的发电设备(1)中使用的外笼(4)的透视图；
[0024]
图4显示了本发明的发电设备(1)中使用的外笼(4)的详细视图；
[0025]
图5显示了本发明的发电设备(1)中使用的外笼(4)的透视图；
[0026]
图6显示了本发明的发电设备(1)中使用的外笼(4)的详细视图；
[0027]
图7显示了本发明的发电设备(1)中使用的外笼(4)的详细视图；
[0028]
图8显示了本发明的发电设备(1)中使用的外笼(4)的顶部透视图；
[0029]
图9显示了内笼(5)的透视图，其中构成机构(6)的部件是固定的；
[0030]
图10显示了机构(6)的透视图；
[0031]
图11显示了机构(6)的俯视图；
[0032]
图12显示了用于本发明的发电设备(1)中使用的机构(6)和杆的透视图；
[0033]
图13显示了本发明的发电设备(1)中包括的发电机叶轮(10a，10b)和发电机线性齿轮(11a，1lb)的详细视图；
[0034]
图14显示了本发明的发电设备(1)中包括的的机构(6)和杆的等距视图；
[0035]
图15显示了本发明的发电设备(1)中包括的承载电机(3)和伺服/线性电机(14)的详细视图；
[0036]
图16显示了本发明的发电设备(1)中包括的发电机叶轮(10a，10b)和发电机线性齿轮(11a，11b)的详细视图。
[0037]
图17显示了本发明的发电设备(1)中包括的机构(6)和杆的右侧的一般透视图。
[0038]
图18显示了多级发电机(2)和发电机线性齿轮(11a，11b)的等距视图；
[0039]
图19显示了多级发电机(2)和发电机线性齿轮(11a，11b)的详细视图；
[0040]
图20显示了多级发电机(2)和发电机线性齿轮(11a，11b)的详细视图；
[0041]
图21显示了利用单发电机(20)的发电设备(1)的总体视图；
[0042]
图22显示了利用单发电机(20)的发电设备(1)的详细视图；
[0043]
图23显示了多级发电机(2)的前透视图；
[0044]
图24显示了多级发电机(2)的分解侧视图；
[0045]
图25显示了多级发电机(2)的分解前视图；
[0046]
图26显示了多级发电机定子(2.9)和嵌套转子组的透视图，该嵌套转子组由内转子(2.12)和外转子(2.11)组成，用于多级发电机(2)；
[0047]
图27显示了多级发电机(2)中使用的键槽(2.16)的详细视图；
[0048]
图28显示了多级发电机定子(2.9)的俯视图；
[0049]
图29显示了多级发电机定子(2.9)的透视图；
[0050]
图30显示了多级发电机定子(2.9)的详细视图；
[0051]
图31显示了多级发电机(2)中使用的由内转子(2.12)和外转子(2.11)组成的嵌套转子组的详细透视图；
[0052]
图32显示了多级发电机(2)中使用的由内转子(2.12)和外转子(2.11)组成的嵌套转子组的透视图；
[0053]
图33显示了单发电机(20)中的双转子(20.4)的分解透视图；
[0054]
图34显示了单发电机(20)中的双转子(20.4)以及电刷(20.8)和滑环(20.9)的正视图；
[0055]
图35显示了单发电机(20)中的双转子(20.4)以及电刷(20.8)和滑环(20.9)的剖视图；
[0056]
图36显示了单发电机(20)中使用的下盖(20.6)的俯视图；
[0057]
图37显示了单发电机(20)中使用的下盖(20.6)的侧视图；
[0058]
图38显示了单发电机(20)中使用的下盖(20.6)的透视图；
[0059]
图39显示了单发电机(20)中使用的上盖(20.3)的俯视图；
[0060]
图40显示了单发电机(20)中使用的上盖(20.3)的透视图；
[0061]
图41显示了单发电机(20)中使用的上盖(20.3)的侧视图；
[0062]
图42显示了单发电机(20)中使用的转子(20.4)的俯视图；
[0063]
图43显示了单发电机(20)中使用的转子(20.4)的透视图；
[0064]
图44显示了单发电机(20)中使用的定子(20.4)的侧视图；
[0065]
图45显示了单发电机(20)中使用的定子(20.4)的透视图；
[0066]
图46显示了单发电机(20)中使用的定子(20.4)的俯视图；
[0067]
图47显示了本发明的替代实施例中带有内转子的发电机的halbach转子结构的俯视图；
[0068]
图48显示了本发明的替代实施例中带有外转子的发电机的halbach转子结构的俯视图；
[0069]
图49显示了本发明的替代实施例中的场控轴向表面磁通发电机的定子形状的俯视图；
[0070]
图50显示了本发明另一实施例的场控轴向表面磁通发电机的转子形状的俯视图；
[0071]
图51显示了描述本发明的发电设备(1)的工作原理的流程图；
[0072]
图52显示了描述本发明的发电设备(1)的工作原理的流程图的其余部分；
[0073]
图53显示了描述本发明的发电设备(1)的工作原理的流程图的其余部分；
[0074]
图54显示了承载电机(3)的速度、扭矩和功率消耗的图表。
[0075]
下面列举了图中披露的主要组件，并提供了其名称。
[0076]
(1)发电设备
[0077]
(2)多级发电机
[0078]
(2.3.1)第1级转子
[0079]
(2.3.2)第2级转子
[0080]
(2.3.3)第3级转子
[0081]
(2.4.1)第1级位置线
[0082]
(2.4.2)第2级位置线
[0083]
(2.4.3)第3级位置线
[0084]
(2.5)盖子
[0085]
(2.7)相位输出
[0086]
(2.8)轴承
[0087]
(2.9)多级发电机定子
[0088]
(2.10)转子固定螺钉
[0089]
(2.11)外转子
[0090]
(2.12)内转子
[0091]
(2.13)转子轴螺钉
[0092]
(2.14)冷却通道
[0093]
(2.15)楔块
[0094]
(2.16)键槽
[0095]
(2.17)转子固定螺钉座
[0096]
(2.26)硅质金属板
[0097]
(2.27)沉头螺栓
[0098]
(2.28)外转子金属板
[0099]
(2.29)内转子金属板
[0100]
(2.30)法兰金属板
[0101]
(2.31)双头螺栓
[0102]
(2.32)双头螺栓间隙
[0103]
(3)承载电机
[0104]
(4)外笼
[0105]
(4.1)第一传感器组
[0106]
(4.2)第二传感器组
[0107]
(4.3)第三传感器组
[0108]
(4.4)第四传感器组
[0109]
(4.5)第五传感器组
[0110]
(5)内笼
[0111]
(6)机构
[0112]
(7)电池(蓄电池)
[0113]
(8)弹簧
[0114]
(9)电机驱动电路
[0115]
(10a)转子发电机叶轮
[0116]
(10b)定子发电机叶轮
[0117]
(11a)转子发电机线性齿轮
[0118]
(11b)定子发电机线性齿轮
[0119]
(12)控制单元
[0120]
(13)电机线性齿轮
[0121]
(14)伺服/线性电机
[0122]
(15)伺服/线性电机叶轮
[0123]
(16)伺服/线性电机齿条
[0124]
(17)机构相位输出
[0125]
(18)转子轴
[0126]
(19)定子轴
[0127]
(20)单发电机
[0128]
(20.2)发电机相位输出
[0129]
(20.3)上盖
[0130]
(20.4)转子
[0131]
(20.5)定子
[0132]
(20.6)下盖
[0133]
(20.7)单发电机定子轴
[0134]
(20.8)电刷
[0135]
(20.9)滑环
[0136]
(20.10)分隔器
[0137]
(20.11)外壳
[0138]
(20.12)磁体固定板
[0139]
(20.13)单发电机转子轴
[0140]
(20.14)螺栓间隙
[0141]
(20.15)磁体
[0142]
(20.16)线圈
[0143]
(20.17)磁腔
[0144]
(21)刷式滑环
[0145]
(22)磁场区域
[0146]
(23)发电机绕组
[0147]
(24)电机绕组
[0148]
(25)发电机磁体
[0149]
(26)电机磁体
[0150]
(g1)大扭矩
[0151]
(g2)承载电机第一向上工作区域
[0152]
(g3)最大功率
[0153]
(g4)承载电机第二向下工作区域
具体实施方式
[0154]
本发明涉及一种具有发电机的发电设备，该发电机包括彼此反向旋转的定子和转子，以及涉及一种通过所述发电设备发电的新方法。
[0155]
发电设备(1)包括外笼(4)和机构(6)。所述外笼(4)包括：发电机线性齿轮(11a，11b)，电机线性齿轮(13)、第一传感器组(4.1)、第二传感器组(4.2)、第三传感器组(4.3)、第四传感器组(4.4)和第五传感器组(4.5)。电池(7)、弹簧(8)、电机驱动电路(9)、发电机叶轮(10a，10b)、发电机线性齿轮(11a，11b)、控制单元(12)、电机线性齿轮(13)、伺服/线性电机(14)、伺服/线性电机叶轮(15)、伺服/线性电机齿条(16)、机构相位输出(17)、转子轴(18)和定子轴(19)均位于机构(6)内的内笼内。
[0156]
传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)位于本发明的通过重力发电的系统的外笼(4)上以确定距离。所述传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)确定机构(9)的位置，承担通过控制单元(12)和电机驱动电路(9)将机构(6)减速或停止的功能。当机构(6)到达外笼(4)的上部区域时，所述机构(6)首先通过第四传感器组(4.4)减速，随后通过第五传感器组(4.5)停止。类似地，当机构(6)到达外笼(4)的下部区域时，所述机构(6)首先通过第二传感器组(4.2)减速，随后通过第一传感器组(4.1)停止。
[0157]
控制单元(12)是半智能编程系统，能够通过安装软件和将plcs和电子电路板上的算法上传到位于这些电路板上的不同处理器(如pic、arduino)来处理从连接到系统的不同传感器接收到的数据，并基于所述数据相应地控制电机的速度、转数、转向、启动和停用时间等参数。所述控制单元还能够控制空气、水、气体、油或其他流体系统的转换。它们被用于工业的各个领域。
[0158]
电机驱动电路(9)是一般意义上的术语，是控制自动化行业中任何负载的设备装置。例如，交流驱动器或逆变器术语用于控制ac(交流电流)电机的设备；直流驱动器术语用于控制dc(直流电流)电机的设备；伺服驱动器术语用于伺服电机。交流电源输入通过驱动器中的整流单元进行整流。从直流电压获得的母线在传输到igbt(绝缘栅双极晶体管)等设备之前首先通过电容器进行均衡和存储。可以将这种具有不同相位角的直流电压以更接近正弦波的方式输出并且可以调整该波形的幅度、峰值点及其电压的机构被称为驱动器。然而，这些设备在市场上不仅被称为驱动器，而且被称为逆变器、变频器、速度控制器等。上述所有名称均用于同一产品。电机驱动电路(9)包括生成pwm(脉冲宽度调制)信号并将这些信
号发送到电机相端的控制电路，其中所述控制电路还包括控制软件算法。生成的pwm(脉冲宽度调制)信号也决定了电机的启动和关闭，以及是否应该将电压传输到驱动电路端。所述控制操作由单独的含有软件算法的自动控制电路自动执行。驱动电路根据发送给驱动电路的控制信号对电机相端进行切换。换句话说，所述电路要么将电压传输到相端，要么将其中断，这将启动电机。这种切换频率允许电机加速、减速或以固定速度运行。它要么停止，要么开始朝相反方向旋转。所述电路还利用计算和控制其将产生多少信号的软件以及电子控制电路。
[0159]
五个传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)以一定的间隔位于外笼(4)上。传感器也称为检测器。传感器是将热、光、湿度、声音、压力、力、电、距离、加速度和ph值等物理量或化学量转换为电信号的设备的总称。可用于测量距离的传感器有限位开关、磁性传感器和/或红外传感器和/或感应式近距离传感器和/或雷达传感器和/或超声波距离传感器。在本发明的机构(6)中，使用传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)来确定距离。在本发明的发电设备(1)中，所述传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)用来确定连续运动的机构(6)的位置。当机构(6)到达靠近外笼(4)较高点的位置时，通过第四传感器(4.4)组进行检测，相应地，检测到的信号使承载电机(3)减速。通过第五传感器组(4.5)确保承载电机(3)和相应移动的机构(6)完全停止。在机构(6)完全停止后，承载电机(3)开始反向运行，从而向下移动机构(6)。
[0160]
向下运动的机构(6)通过加速向第三传感器组(4.3)移动。当开始向下移动时，承载电机(3)以接近最高转速的设置下运行。因为向下发射操作是通过高转速进行的。除了摩擦之外，没有其他情况需要大扭矩。重力为向下的运动提供了积极的支持。承载电机(3)不需要施加大功率。特别是外转子bldc电机(具有固定中心轴和外部旋转转子的无刷直流电机)可以很容易地加速。在第三传感器组(4.3)检测到机构(6)后，电机驱动电路(9)和承载电机(3)被停用。在所述停用过程中，承载电机(3)的相端设置为开路模式。在本发明的替代实施例中，通过伺服/线性电机(14)，承载电机(3)以不与电机线性齿轮(13)接触的方式从电机线性齿轮(13)移开。随后，随着机构(6)的加速，它在动能的作用下并通过重力的影响向下运动。所述机构(6)通过所述向下运动来加速机构(6)，所述机构(6)随着重力加速度向下下降。
[0161]
本发明所述发电设备(1)使用的承载电机(3)的质量大小与所使用的多级发电机(2)的质量大小成正比。可以通过小型的承载电机(3)提升质量大的机构(6)。系统设计中可以使用滑轮系统或由单个电机、两个电机、三个电机和四个电机组成的系统。但是，提升操作是在四个转子在外部旋转的情况下进行的，即通过一个外转子承载电机(3)，以建立一个持久、平衡的系统，该系统不会跳过线性齿轮上的螺纹，也不会发生机械故障。因此，可以从外转子承载电机(3)获得大扭矩。所述外转子电机具有固定的中心轴和具有最大可能直径的电机叶轮，该电机叶轮连接到因其外面部分旋转而旋转的外部。执行所述连接过程是为了得到大扭矩。液压补充装置也可以与承载电机(3)一起存在。无刷直流(bldc)电机或不同的电机可用于所述承载操作。在选择承载电机(3)时，优先选择具有大扭矩、低功耗和低转数的承载电机(3)，以确保系统高效运行。试图快速提升多级发电机(2)将导致多余的电力消耗。当机构(6)缓慢上升并在第五传感器组(4.5)处停止后，在向下移动的同时初始加速并随后在重力作用下自由下落的系统应允许产生高效和高容量的电能。
[0162]
在本发明的另一个实施例中，当机构(6)被提升到外笼(4)的上端并在其上停止后
被释放自由下落时，所述机构(6)可以以小于一米的下降方式产生能量，其可以达到单发电机(20)或多级发电机(2)的额定扭矩。
[0163]
提升多级发电机(2)的系统可以比作车辆提升机构。例如：一台4千瓦的电机平均足以举起4吨重的车辆。此外，也可以通过液压或气动系统进行提升操作。
[0164]
通过将第五传感器组(4.5)与第一传感器组(4.1)之间的距离设为“h”，确保第三传感器组(4.3)定位在与上方的距离为以及与下方的距离为的位置。所述距离在图3中明确标出。上述距离是为了实现最佳效率。机构(6)通过承载电机(3)以确定的距离，以自上而下的方向加速到距离系统顶点的距离。因此，机构(6)除了获得势能之外还获得动能。而一旦所述机构达到确定的距离，电机被停用，多级发电机(2)就会启动。相应地，多级发电机(2)将在剩余的的距离中发电并将其传输到外部环境。当机构(6)从上往下移动时，第三传感器组(4.3)检测机构(6)，并相应停用承载电机(3)。随后，通过承载电机(3)的加速，机构(6)通过加速过程提供的速度，即在动能和重力的作用下开始向下下降。在本发明的替代实施例中未使用第三传感器组(4.3)。机构(6)通过承载电机(3)提升，当机构位于外笼(4)的最高点时，所述承载电机(3)被停用。在本发明的所述替代实施例中，仅在重力的作用下释放机构(6)使其自由下落，而不执行任何加速过程，从而提高速度，随后通过将发电机的相端切换到闭路位置来产生能量。也就是说，机构(6)将在重力作用下从系统的最高点向下加速，从而产生能量。然而，机构(6)需要加速多达的距离，以实现最佳水平的发电。
[0165]
考虑到大多数磁体发电机的额定功率、额定扭矩及其重量，当它们的质量重量乘以重力加速度，并且当下落时覆盖的距离以米为单位进行加乘时，在小于1米的距离内，其达到大于额定扭矩的扭矩值。
[0166]
示例性计算：
[0167]
额定功率(w)10kw最大功率(w)13kw额定每分钟转速(rpm)150-170rpm上部净重(kg)180kg初始扭矩(n x m):1.28nm额定扭矩(n x m):561.7nm
[0168]
表1示例性计算中使用的发电机的数据
[0169]
当被释放而自由落体并下落1米时，具有标记值的所述发电机的扭矩为：
[0170]
180kg x 9.81(重力加速度)x 1(米)＝1765.8kgm或nm(牛顿米)。
[0171]
可见，其达到的扭矩值高于额定扭矩的3倍。在这种情况下，即使在下落30厘米的情况下，它也能达到额定扭矩，并且可以通过关闭发电机的相端开始将电流引出外部环境。
[0172]
两个或更多个的多级发电机(2)可用于本发明的替代实施例。由于使用多个多级发电机(2)时相数将增加，因此将根据相数调整机构相位输出(17)。
[0173]
在通过承载电机(3)加速机构(6)并停用所述承载电机(3)后，系统开始发电，并通
过将多级发电机(2)的相端切换到闭路位置来开始吸取电流。在多级发电机(2)启动或电机驱动电路停用之前，承载电机(3)的相端被切换到开路位置，并且在将承载电机(3)的相端与多级发电机(2)一起切换到开路位置之前，其在重力的影响下自由下落。因此，确保在发电机模式下在承载电机(3)中产生再生能量。为此，将切换到发电机模式的承载电机(3)的相端与电机驱动电路(9)断开，并连接到充电控制单元(12)，从而通过充电控制单元(12)执行电池组(7)的充电过程。充电控制单元(12)通过检查电池(7)组在预定电压范围内的充电状态，在电池(7)组充电低时对其进行充电。一旦电池(7)充满电，它就会终止充电操作。在这种情况下，承载电机(3)的相端再次起到开路作用。
[0174]
如图54所示，在高转数下，作为承载电机的bldc(无刷直流电动机)的扭矩和功率消耗量下降。重力作为承载电机(3)向下运动的辅助动力。在承载电机(3)向下运动的过程中，除了摩擦力作为反方向的推力作用于承载电机(3)外，没有施加任何额外的力。因此，对于承载电机(3)来说，一个能够克服摩擦力的扭矩就足够了。这样，所述系统可以非常迅速地加速，并且向下具有相当大的加速度。如果它以低转速运行，在多级发电机(2)的相端切换到闭路位置之前，彼此方向相反的多级发电机定子(2.9)和转子可能无法达到高转数。这将减少发电量。承载电机(3)在第一向上工作区域，扭矩较大，而功耗和转数较低，如图54所示。因此，在向上方工作的情况下，所述控制单元可确保承载电机(3)在该区域中的工作。在承载电机(3)的第二向下工作区域，扭矩和功耗低，而转数较高。因此，确保承载电机(3)在该区域(第二向下工作区域)中运行，以便在向下工作时能够通过消耗更少的功率来达到高加速度。
[0175]
在发电设备(1)发生潜在故障时，为防止机构(6)与外笼(4)的最高点或地面部分碰撞，应预留足够的距离。不过，外笼上部设有四个螺旋形的螺旋弹簧(8)。所述弹簧可防止机构(6)在发生故障时与最高点发生碰撞，从而避免任何可能造成的损坏。虽然使用了四个弹簧(8)，这些弹簧的数量可以更少或更多。还可以使用柔性橡胶或润滑气缸作为弹簧(8)的替代品，以防止机构(6)与最高点或最低点碰撞。
[0176]
位于承载电机(3)外转子外径处的叶轮与电机直线齿轮(13)接触。承载电机(3)叶轮通过电机直线齿轮(13)确保机构(6)升降。确保从阶段开始，承载电机(3)彼此分离，以避免从顶部向下移动时在电机叶轮和电机线性齿轮(13)之间产生摩擦力。通过伺服/线性电机(14)执行将承载电机(3)从电机线性齿轮(13)移开的操作。伺服/线性电机叶轮(15)和伺服/线性电机齿条(16)相互接触。伺服/线性电机(14)固定在内笼(5)上。所述紧固操作如图15所示。承载电机(3)可以执行往复运动，即可以通过伺服/线性电机齿条(16)来回移动。因此，确保承载电机(3)与电机线性齿轮(13)接触或移开。上述涉及移动和与之接触的操作的电气控制由控制单元(12)通过包括在伺服/线性电机(14)中的驱动电路来执行。在本发明的替代实施例中，可以通过由电磁铁和弹簧(8)而不是伺服/线性电机(14)组成的系统来实现承载电机(3)与电机线性齿轮(13)的接触及所述电机的移开。
[0177]
在本发明中，利用发电机线性齿轮(11a，11b)和电机线性齿轮(13)来确保机构(6)的上下运动。机构(6)在电机线性齿轮(13)上执行向上的爬升运动。借助电机线性齿轮(13)进行向下加速运动。在本发明的替代实施例中，可以使用链条系统代替电机线性齿轮(13)和发电机线性齿轮(11a，11b)。
[0178]
在本发明的发电设备(1)包括机构(6)中使用的电池(7)。所述电池(7)提供所述机构(6)上下运动所消耗的能量。对于一些实施例中，所述能量也可以由电网供应。然而，在机构(6)上使用位于其中的电池(7)，可确保机构(6)源于高度的势能因为质量的增大而增加，并使得在没有电网的地方也能够建造本发明的发电设备(1)。电池(7)集成到所述设备时需要电量充满。所述设备在集成到其中的电池(7)充满电量时开始运行，并且将继续利用重力产生自身的能量。通过所述设备产生的电力可以被储存，也可以被直接消耗。由于所述设备这样的系统可能对每辆车、机器、公寓(住宅)或公寓大楼都是唯一的，因此也可以为社会区域设计更大的系统。除了上述使用领域之外，本发明还可以还可综合应用于飞机、船舶、火车、有轨电车、载人无人机、电动汽车、公共汽车、小巴、卡车、建筑设备、电力供应特殊设备的内部或旁边、信号塔、灯柱、灌溉和洒水系统、矿井电梯。本发明还可用于地外行星、位于大气层内并在其中具有重力效应的观测和通信卫星(系统可根据其使用的高度和重力条件计算重力加速度来相应地设计)，以及用于航天器(通过制造人工引力，在系统下降时启动，在系统开始上升时停用)。
[0179]
在本发明发电设备(1)的工作期间，当承载电机(3)沿所述线性电机齿条从下到上缓慢移动，多级发电机(2)的转子和定子以彼此相反的方向旋转，直到所述电机到达最高点，其机构相位输出(17)被启用。换句话说，不会产生电流，也不会产生电力。因此，承载电机(3)只承载它自身和多级发电机(2)的重量，以及位于机构(6)上的其他部件的重量。
[0180]
叶轮位于多级发电机(2)中的转子轴(18)和定子轴(19)上。所述叶轮与方向彼此相反的发电机线性齿轮(11a，11b)接触。因此，多级发电机(2)的转子和定子(2.9)的运动方向相反。所述系统包括连接到转子轴(18)和定子轴(19)的轴承，所述轴承确保多级发电机(2)在上行和下行时保持稳定和平衡。叶轮安装在所述发电机(2)的转子轴(18)和定子轴(19)上，其中，所述轴位于最接近多级发电机(2)主体的位置上。安排这样位置的目的是防止由于重量而可能在轴中发生的任何潜在拉伸。所述叶轮的直径足够大，以便不阻碍其与发电机线性齿轮(11a，11b)的接触，并确保它们可以顺利运行，和具有足够的抗断裂性。但是，所述叶轮不应具有过大的直径。原因是在从上到下的过程中它可能会达到更高的转数。这样，当它从相同的高度下降时，通过达到更高的转数，将产生更多的电能。在本发明的另一实施例中，第二组轴承可以相反方向设置于所述轴承的外部，并且所述轴承的运动可以确保在“u”形承载滑道内，以确保所述设备保持更平衡的方式。
[0181]
本发明的发电设备(1)所使用的发电机的转子轴(18)和定子轴(19)上安装的叶轮(10a，10b)的直径设计，要确保所述叶轮的螺纹端与轴接触点之间的距离不超过所述轴(18，19)的半径。
[0182]
当机构(6)到达与所述电机轴连接的叶轮相接触的电机线性齿轮(13)上的第五传感器组(4.5)时，机构(6)停止。承载电机(3)在控制电路和驱动电路作用下停止，因动力被切断而自由下落。机构(6)在系统整体重量的重力作用下加速开始下落。当多级发电机(2)的相端切换到闭路位置时，多级发电机(2)开始发电，并根据吸取的电流量利用反电动势进行减速。使用限流器以确保所述减速不过度。不使用限流器的情况下，如果电流过大，则所述系统将在发电瞬间发生制动动作而停止。连接到多级发电机(2)上的限流器不仅可以防止由于吸取过量电流而产生完全制动动作，而且可以保护多级发电机(2)的绕组不被烧毁。
[0183]
作为在多级发电机(2)的制动中使用的反电动势的替代方法，将电能传输到外部
环境的相端，当机构(6)到达第二传感器组(4.2)时切换到断开电流的位置，外部环境的用电被切断，因此通过在绕组末端施加少量直流电压，扰乱正弦波形，从而实现动态制动。在本发明的替代实施例中，可使用变阻器连接到发电机(2)的相端来代替上述方法，实现大电流的输出和制动，而不与底部碰撞。由于反电动势和变阻器进行制动过程中产生的电力将用于制动，所以不能将其传输到外部环境。
[0184]
在本发明的利用重力发电的发电设备(1)的替代实施例中，具有相同结构的三个、四个或六个发电设备彼此相邻设置，以将能量连续地传递到外部环境。例如：正如三相交流电系统的相图，当三个本发明的发电设备(1)彼此相邻设置时，每个发电设备(1)中包括的机构(6)可能一个正在下降，而另一个正在上升。当每三个机构(6)中有两个在上升时，另一个正在下降，或者当其中一个正在上升时，另外两个正在下降。当以这种方式调整控制软件时，可以将能量不断地传输到外部环境。这种系统也可以设计为四相或五相而不是三相。正如车辆的动力从不同数量的活塞传递到同一曲轴一样，通过控制软件调整三个或更多机构(6)的设计，以确保它们在不同的位置和阶段具有下降或上升位置，就可以不断地将能量传输给外部环境。
[0185][0186]
方程-1势能方程
[0187]
方程-1为势能公式。根据这个众所周知的方程，势能会随着质量的增加而增加。例如：为了增加本发明的发电设备(1)的多级发电机(2)的产能，应该增大各个部件的尺寸和增加相应的质量。上述增加多级发电机(2)的尺寸的是有益的。由于承载电机(2)向上移动多级发电机(2)时只承载多级发电机(2)的重量，所以多级发电机(2)的相端应处于开路位置。因此，这不会带来任何额外的困难。尽管多级发电机(2)的尺寸增加了，但只要在四个承载电机(3)上稍微增加尺寸，就可以实现足够的载重能力和功率，以平衡的方式承载发电机。由于质量增加了，所以在下降时产生了更多的能量。因为方程-1中的质量“m”增加了。虽然公式表示的是由于高度得到势能，但电能是利用机构(6)下降时得到的势能而产生的。随着多级发电机(2)的转子和定子(2.9)以相反的方向旋转，位于发电机左右两侧以相反方向放置的线性齿轮(11a，11b)的转子轴(18)和定子轴(19)上的叶轮，可以产生相反方向的旋转运动，从而产生大量的电能。
[0188]
本发明通过重力发电的系统使用的多级发电机(2)由多级发电机定子(2.9)、定子轴(19)、转子、转子轴(18)、轴承(2.8)、转子固定螺钉(2.10)、转子固定螺钉(2.13)和盖子(2.5)组成。所述转子设置为包括两个转子，即内转子(2.12)和外转子(2.11)。相端(2.7)位于定子轴(19)的内侧，以便将电流从多级发电机定子(2.9)的绕组引出到位于外部环境中的接收器。
[0189]
由外转子(2.11)和内嵌在外转子的内转子(2.12)组成的系统称为转子组。若干级位置线位于所述转子组的外部，以便根据所确定的级数进行定位。外转子(2.11)上的线或标记位于第1级的位置称为第1级位置线(2.4.1)。同理，在外转子(2.11)的第2级和第3级的位置分别对应于第2级位置线(2.4.2)和第3级位置线(2.4.3)。此外，每一级位置都有转子螺钉座(2.17)位于外转子(2.11)的内部，以固定转子组。因此，每一级位置的转子组可以作
为单个转子一起运动。提供多级结构的目的是增加输出到外部环境的相位数。当相位端增加时，电流会降低，相应地，控制外部环境使用的电流的逆变器电路的成本大幅降低。
[0190]
多级发电机定子(2.9)位于内转子(2.12)和外转子(2.11)之间。因此缩短了磁通量路径，从而增大磁场，减少损耗。位于定子的中部设有轴间隙。所述轴间隙具有的形状和尺寸可以确保所述定子轴(19)能够通过所述轴。所述轴间隙上设有键槽(2.16)，以确保位于定子轴(19)上的楔块(2.15)可以插入其中。位于定子轴(19)的楔块(2.15)和多级发电机定子(2.9)与所述轴一起旋转。因此，多级发电机定子(2.9)的绕组不能独自旋转。绕组上感应的电压最初输出到机构相端(17)，然后通过位于发电机定子轴(19)内部的多级发电机相位输出(2.7)，由刷式滑环(21)系统输出到外部环境。
[0191]
控制单元(12)控制来自外部环境的电流量。电流控制根据多级发电机(2)的产量而变化，并防止烧毁绕组。传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)检测多级发电机(2)向系统的最低点靠近，根据外部环境接收器的电流消耗状态激活变阻器，对整个系统进行制动，防止与最低点发生碰撞。尽管如此，在系统的最低点和最高点，还是采用了橡胶缓冲止动器、螺旋弹簧(8)和减震活塞作为预防措施。因此，所述系统可以在系统的最低点和最高点之间尽可能安静地运行，而不与任何部分碰撞。使用刷式滑环(21)系统将系统产生的电力输出到外部环境。刷式滑环(21)用于从围绕其自身轴旋转的组件中获取能量。系统产生的能量需要从前述的刷式滑环(21)以及上下运动的机构(6)中提取。相位输出连有长电缆。所述电缆与机构(6)一起向上和向下运动，就像在电梯厢中一样。因此，在机构相位输出(17)处的电能可以直接通过上述电缆输出到外部环境。在本发明的一个替代实施例中，电刷连接到机构相位输出(17)，以输出电能到外部环境。所述电刷与母线接触，并与向上和向下运动的机构(6)一起运动，从而通过母线将产生的电能输出到外部环境。在本发明的一个可选实施例中，由机构相位输出(17)的轴承代替位于所述机构相位输出(17)的电刷(20.8)，以防止所述电刷因摩擦而磨损。这些轴承可以直接使用，但是，它们也可以包覆具有高导电性的材料，如铜或银，以防止任何电阻的形成和防止热量产生。产生的电能可以通过将机构相位输出(17)连接到轴承中心而输出到母线。因为轴承通过旋转和与母线接触来传输能量，所述不会发生电刷(20.8)的磨损。与电刷(20.8)相比，轴承的物理寿命更长。
[0192]
多级发电机定子(2.9)由硅质金属板堆叠而成。硅质金属板(2.26)叠好后，将法兰金属板(2.30)置于多级发电机定子(2.9)的两端，使其保持均匀。用双头螺栓(2.31)将硅质金属板(2.26)叠好后，在其两端放置法兰金属板(2.30)。所述法兰金属板(2.30)由刚性材料制成，如钢和delrin。此外，所述法兰金属板(2.30)和双头螺栓(2.31)确保每组硅质金属板(2.26)相互固定。法兰金属板(2.30)和硅质金属板(2.26)上设有双头螺栓间隙(2.32)，以便上述双头螺栓(2.31)从中穿过。位于多级发电机定子(2.9)两端的法兰金属板(2.30)通过在双头螺栓(2.31)插入沉头螺栓(2.27)相互紧固。所述埋头螺栓(2.27)嵌入法兰金属板(2.30)中。因此，在缠绕过程中，外部漆层不会因线圈线缠绕在螺栓上而受到损坏。线圈导线缠绕在硅质金属板(2.26)上之后，相端通过定子轴(19)被拉出。线圈绕线操作可在硅质金属板(2.27)和埋头螺栓(2.27)相互紧固后作为一个整体进行。或者，也可以在硅质金属板(2.26)和双头螺栓(2.31)相互紧固后，在连接之前，在位于两端的法兰金属板(30)上轻松地进行线圈缠绕。随后，将法兰连接在一起。上述应用不仅在发电机的绕线步骤中提供了实用性，而且防止了将线圈线插入金属板之间的狭窄空腔时，线圈线的非导电漆层受到
损坏。这里要考虑的关键点是双头螺栓(2.31)的两端应较长，以便连接到法兰金属板(2.30)。留在外面的部分双头螺栓(2.31)应暂时涂上一层润滑清漆或包裹在薄塑料材料中，以确保线圈导线在缠绕过程中不会受到损坏。在所有绕组过程完成后，在定子上进行涂漆操作，其单发电机相位输出(20.2)通过轴引出。在上漆过程之后，经过干燥过程的定子准备好进行组装。在将线圈线单独缠绕到硅质金属板(2.26)段上后，将其安装到法兰金属板(2.30)上。因此，可以轻松和快速地完成缠绕过程。在切割金属板的生产过程中，无论是通过压力机切割还是通过线蚀切割，硅质金属板(2.26)的多级结构都可提高速度和具有实用性。这也将降低制造有缺陷产品的可能性。
[0193]
多级发电机(2)系统中的每一级转子由两个转子组成，分别为内转子(2.12)和外转子(2.11)。由于所有三级的内转子(2.12)和外转子(2.11)是作为一个整体运动的，因此它们之间的转数不需要同步。
[0194]
多级发电机定子(2.9)的绕组位于多级发电机(2)系统中的转子组之间的一侧，冷却通道(2.14)则位于其另一侧。类似地，所述冷却通道(2.14)也存在于每个重复级中。多级发电机定子(2.9)和最后一级转子组的冷却操作是通过位于盖子(2.5)内部的冷却通道(2.14)执行。因此，多级发电机的每一级都实现了有效的冷却操作。
[0195]
在多级发电机(2)的制造步骤中，转子轴(18)通过转子轴螺钉(2.13)固定在转子第1级(2.3.1)上。多级发电机定子(2.9)的绕组位于构成第1级转子(2.3.1)的内转子(2.12)和外转子(2.11)之间。位于定子轴(19)上的楔块(2.15)对应于多级发电机定子(2.9)上的键槽(2.16)。单发电机输出(20.2)绕组的初始端位于多级发电机定子(2.9)内的第1相绕组，将其引至外部的空腔是第1相位输出。所述相位输出与对应磁体的s(南)极起点以叠加方式相交。多级发电机定子(2.9)和每一级的转子都以这种方式放置。此外，在交点处绘制各级位置线。完成上述过程后，调整各级之间的角度比。当放置第2级转子(2.3.2)时，它的位置是通过相对于第1级转子(2.3.1)向左或向右旋转来定位的。这个旋转角度是根据所用的多级发电机的相数和级数来确定的。当发电机被视为一个旋转盘时，其整体为360
°
＝2π。在对每一级的转子进行定位时，该定位操作是基于级数和相数执行的。如果级数用字母“s”表示，相数用字母“p”表示，则每一级以2π/((s
×
p))弧度或者(360
°
)/(s
×
p))的旋转角度彼此成比例定位。
[0196]
例如，如果要使用三级三相发电机，则每一级的定子绕组的相位角设定为120
°
。换句话说，它是2π/3弧度。由于在使用三级发电机的情况下，应使用三相中的三级，因此它将类似于一个总共有9相的系统。这意味着每一级的旋转角度是(360
°
)/9＝40
°
或(2π)/9弧度。在定位每一级的转子和多级发电机定子(2.9)时，根据定子轴(19)和前一级转子的位置，将它们向右或向左整体旋转40
°
。因此，接下来的下一级应该是相对于前一级向相同方向旋转40
°
来定位。在第2级转子(2.3.2)相对于第1级转子(2.3.1)向左或向右旋转大约40
°
后，定子(9)的位置就像在第1级中那样确定。在接下来的步骤中，第3级转子(2.3.3)通过相对于第2级转子(2.3.2)旋转40
°
和相对于第1级转子(2.3.1)旋转80
°
来定位。转子组的上部设有各级位置线，以便于进行定位。如果多级发电机(2)是单级的，那么它将具有三相输出。在将电力传输到外部环境时，电刷母线系统中使用了3个电刷和3个母线。如果所述发电机有2级或3级，则电刷母线系统设计为具有6个电刷和6个母线或具有9个电刷和9个母线。如果是使用电缆将电力输出到外部而不是使用电刷母线系统，则电缆应需情况为3、6、9
……
相。要根据单发电机的相位输出数量(20.2)使用电刷母线或电缆。例如：三相定子绕组用于三级发电机(2)系统的每一级。当转子轴(18)和绕组以彼此相反的方向旋转时，每一级中的三相定子绕组发生电感应。
[0197]
由于转子和多级发电机定子(2.9)都在多级发电机(2)内运行，因此刷式滑环(21)集成到定子轴(19)中。系统产生的电能通过刷式滑环(21)传输到外部。多级发电机定子(2.9)与转子以彼此相反的方向旋转。因此，瞬间产生的电量是传统发电系统的8倍。由于多级系统可以作为一个多级发电机(2)，具有旋转定子(2.9)和转子的轴向磁通单发电机(20)也可以使用。系统所产生的能量最初通过刷式滑环(21)传输到控制单元(12)，随后传输到电池(7)，并存储于此。超出电池(7)所需的剩余能量作为电能，通过连接到单发电机相位输出(20.2)端的电能传输电缆或通过刷式滑环系统或通过覆盖铜和铝合金的轴承以及所述轴承接触的母线系统输送到外部。
[0198]
与传统发电机相比，由于磁发电机具有永磁场，因此不需要高转数产生电能。即使在四分之一转时，电压感应也会发生在相端。此外，在转子仅在内部或转子仅在外部的系统中，磁场轨迹为“u”形路径。即在n-s-n-s
…
的磁序列中，从n极开始的磁场，沿着相邻磁体的位置线、定子绕组、核芯和s极的路线以及装有磁体的钢板完成其循环。这样就延长了磁场的通道，从而降低了磁场的影响。因此，产生低压感应。如果定子绕组保持在由位于右侧和左侧或内径和外径的转子磁体所产生的磁场内，就会产生更密集的磁场，从而获得更高的电压感应。因为磁场沿着“i”形的路径完成整个路径。磁力从转子磁体的n极开始，经过与力线相对应的绕在核芯上的线圈并到达s极。随后，它经过钢板金属板，然后经过缠绕在相邻磁体的n极核芯上的相邻线圈，并到达位于其正对面的磁体的s极。与此同时，它到达了与磁体相连的钢板。换句话说，它在一个周期内执行两个不同的任务，从而减少了损失，产生了一个稠密的磁场。上述情形如图30所示。
[0199]
在本发明的一个替代实施例中，使用轴向通量无芯交流发电机来代替由硅质金属板制成的核芯。连接到定子轴的刷式滑环(21)，用于将通过轴的相端处传输到滑环的电能通过电刷(20.8)将其传输到外部。因此，它的目的是通过向相反方向旋转的转子和定子产生合成速度和产生更多的电能。在本发明的替代实施例中，电能的产生可以通过仅移动转子或仅移动定子来实现。
[0200]
一种使用多级发电机(2)的发电设备(1)的工作原理，包括以下过程步骤：
[0201]-由电池(7)提供初始能量(s1001)；
[0202]-通过控制单元(12)停用第一传感器组(4.1)、第二传感器组(4.2)和第三传感器组(4.3)并相应启动第四传感器组(4.4)和第五传感器组(4.5)(s1002)；
[0203]-通过承载电机(3)向上移动机构(6)(s1003)；
[0204]-通过第四传感器组(4.4)控制机构(6)(s1004)；
[0205]-将第四传感器组(4.4)检测到的信号传送到控制单元(12)(s1005)；
[0206]-通过控制单元(12)将用于制动承载电机(3)的制动指令传送到电机驱动电路(9)并相应地将机构(6)减速(s1006)；
[0207]-通过第五传感器组(4.5)检测机构(6)并将检测到的信号传送到控制单元(12)(s1007)；
[0208]-通过控制单元(12)将停止承载电机(3)的停止指令传送到电机驱动电路(9)并相
应地停止机构(6)(s1008)；
[0209]-启动第一传感器组(4.1)、第二传感器组(4.2)和第三传感器组(4.3)，并停用第四传感器组(4.4)和第五传感器组(4.5)(s1009)；
[0210]-通过控制单元(12)传送加速指令，用于以更高的转数加速向下方向的运动(高rpm)(s1010)；
[0211]-通过第三传感器组(4.3)控制机构(6)是否到达的距离(s1011)；
[0212]-将第三传感器组(4.3)检测到的信号传送到控制单元(12)(s1012)；
[0213]-利用控制单元(12)通过电机驱动电路(9)开启伺服/线性电机(14)，并将承载电机(3)从电机线性齿轮(13)移开(s1013)；
[0214]-切断承载电机(3)的电源使其停止(s1014)；
[0215]-释放加速后的机构(6)使其自由下落，并切换多级发电机(2)的相端到闭路位置(s1015)；
[0216]-通过多级发电机(2)的相端将产生的电能引出到外部环境，并通过充电控制单元(12)将一定量的电能传输到电池(7)(s1016)；
[0217]-一旦电池(7)的电量达到上限，通过控制单元(12)停止充电过程(s1017)；
[0218]-通过第二传感器组(4.2)控制机构(6)(s1018)；
[0219]-将第二传感器组(4.2)检测到的信号传送到控制单元(12)(s1019)；
[0220]-通过控制单元(12)逐渐启动变阻器组，并通过吸取大电流的反电动势轻轻制动机构(6)(s1020)；
[0221]-将第一传感器组(4.1)检测到的信号传送到控制单元(12)(s1021)；
[0222]-通过从电池(7)吸取大电流，利用变阻器组停止承载电机(3)(s1022)；
[0223]-切换多级发电机(2)的相端到开路位置，启动伺服/线性电机(14)使承载电机(3)与电机线性齿轮(13)接触，然后停止伺服/线性电机(14)(s1023)。
[0224]
通过控制单元(12)和电机驱动电路(9)确保承载电机(3)再次向上移动。机构(6)的向上移动和上述步骤的重复使系统运行。本发明的系统可以连续产生电能，而不需要任何外部干预。并且，按下启动按钮就可以启动系统运行。一旦启动信号发出，初始能量由电池(7)提供，发电设备(1)开始运行。系统设有中止按钮，用于在维护、故障或紧急情况下停止发电设备(1)的运行。只需按下上述按钮，即可停止发电设备(1)的运行。
[0225]
由于在本发明的替代实施例中确定了机构的上升和下降的持续时间，因此可以通过考虑所述上升和下降的持续时间来设计软件，并且可以通过包含在控制单元中的软件来传达制动、减速、移动的命令，而无需使用任何传感器。然而，这种方法不是优选的。因为在一定的持续运行时间之后可能会发生同步偏移。因此，至少应通过第一传感器组(4.1)和第五传感器组(4.5)进行必要的控制，以确保系统的安全运行。
[0226]
通过控制单元中包含的软件，可以通过改变传递给电机驱动电路的pwm值来调整承载电机的速度。因此，所述机构可以在较短的时间内完成向上的运动。
[0227]
单发电机的结构(20)
[0228]
在本发明的一个替代实施例中，单发电机(20)可以作为多级发电机(2)的替代。前述单发电机(20)包括至少一个定子(20.5)和至少两个转子(20.4)，其中每个都是同轴设置
的。定子(20.5)具有转子(20.4)一样的旋转特性。所述定子(5)与转子(4)的旋转方向相反。下盖(20.6)和上盖(20.3)保护定子(20.5)和转子(20.4)不受外部因素的影响，并确保转子(4)能够固定。下盖(20.6)和上盖(20.3)上设有滚珠轴承，以方便旋转运动，并确保轴以平衡的方式移动。
[0229]
包括在单发电机(20)中的定子轴(20.7)可作为多级发电机的替代，通过穿过位于上盖(20.3)或下盖(20.6)上的轴承连接到定子(20.5)。所述单发电机定子轴(20.7)和单发电机转子轴(20.13)相对彼此以相反方向旋转。位于上部的转子(20.4)固定到上盖(20.3)，位于下部的转子(20.4)固定到下盖(20.6)。下盖(6)和上盖(3)通过螺钉插座(20.14)以不妨碍定子(5)运动的方式相互固定。因此，相互对称的转子(20.4)可以与两个盖一起运动。
[0230]
定子(20.5)是绕组所在的部分，并可产生能量感应。为了提取定子(20.5)内的感应电压，提供有单发电机相位输出(20.2)。所述单发电机相位输出的数量(20.2)取决于定子的数量(20.5)。由于产生的能量在定子(20.5)内部，因此需要电刷(20.8)和滑环来将电压传输到外部。所述电刷(20.8)和滑环(20.9)与转子(20.4)和定子(20.5)位于同一轴线上。为了使构成定子(20.5)的线圈(20.16)保持均匀的形状，采用了聚氨酯、聚酯等不导电、耐熔融的塑料衍生原料来代替压制的硅质金属板。
[0231]
线圈(20.16)是使用涂漆铜线圈线或除铜外的类似导电线圈绕组材料并将其绕组而得到的。应在可用的体积中引入更多的线圈线和磁体(20.15)，以便能够充分利用单发电机(20)的环形部分，在不增大单发电机(20)的外型尺寸的情况下，从相同的环形体积中获得更多的能量。因此，线圈(20.16)导线和磁体(20.15)布置成梯形。在线圈(20.16)之间的连接缠绕过程完成后，进行焊接操作。在所述焊接完成之后，焊点连接到管子以达到绝缘的目的。随后，线圈(20.16)再次涂漆，以避免产生任何潜在的短路。在上漆和绝缘处理后，线圈(20.16)通过使用其中一种塑料衍生原料，最好是聚氨酯、聚酯等，插入模具。执行成型操作时，确保线圈(20.16)端部在单发电机相位输出(20.2)的外部。所述线圈(20.16)的端部被留在外面，通过提供绝缘的管子引出。产生电压的线圈(20.16)端部称为单电机相位输出(20.2)。通过电刷(20.8)和滑环(20.9)将单发电机相位输出(20.2)引到至单发电机(20)外。高速运转时，电刷(20.8)和滑环(20.9)产生火花。因此，电刷(20.8)和滑环(20.9)放置在外壳(20.11)内，以阻止火花的产生。所述外壳(20.11)的区域内使用绝缘油，以阻止单发电机(20)达到高转速时产生火花。此外，还可以在滑环(9)之间使用分隔器(20.10)来防止滑环(20.9)之间产生火花。
[0232]
线圈(20.16)导线可以缠绕成单层，前提是用于缠绕的导线是高规格线材。此外，为了增加电流容量并能够填充间隙，也可以使用更细规格的线圈(20.16)导线缠绕成多层。此时，线圈(20.16)的线端通过将每个线圈(20.16)的线材彼此并联连接而变为单个线端。随后，通过可选的星形或三角形连接，基于期望的相数取出所述端部。
[0233]
转子(20.4)通常是单发电机(20)内部旋转部分的名称。存在于大型发电机中的线圈(20.16)也可用于转子(20.4)。转子(20.4)包括磁体(20.15)和磁体固定板(20.12)。所述磁体固定板(20.12)是选自具有高的高斯值的材料。磁体固定板(20.12)和磁体(20.15)的厚度相等。如果磁体固定板(20.12)的厚度超过磁体(20.15)的厚度，则其重量将相应增加并对转子(20.4)施加额外的负载。然而，如果它很薄，则磁通量将无法充分流动，因此会进入磁饱和状态。
[0234]
转子(20.4)中使用钕系列磁体(20.15)。由于转子(20.4)中使用了钕系列磁体(20.15)，它不断产生自己的磁场，并在低转速时开始产生电能。磁体固定板(20.12)包括将磁体(20.15)插入其中的磁腔(20.17)。这些空腔小于1毫米，并且设计得足够薄，以避免使磁体(20.15)的侧极性失效。所述空腔是超薄凹部，当将粘合剂施加到其上时，不会使磁体(20.15)暴露于源自旋转运动的任何漂移效应，并确保所述磁体(20.15)可以轻易插入。磁体(20.15)粘附地插入到所述磁腔(20.17)中，所述磁腔体(20.17)可以根据所用的磁体(20.15)的大小而变化。使用一种特殊的粘合剂来粘合磁体(20.15)。随着磁体(20.15)之间的距离变短，可以将更多磁体(20.15)插入环形体积中，从而增加磁场。此外，位于围绕每个定子(20.5)定位的转子(20.4)内的磁体(20.15)的数量彼此相等。
[0235]
位于转子(20.4)内的磁体数量(20.15)和存在于定子(20.5)内的线圈数量(20.16)是根据一定的比率确定的。该比率是每四个磁体(20.15)对应三个线圈(20.16)。该特定的比率消除了由线圈(20.16)产生中的电动机力(emf)方向，即磁体(20.15)，可能潜在地相互消除的风险。
[0236]
硅质金属板用于传统的发电机定子。在磁场内移动的导体中会产生电动势。据此，在硅质金属板中感应出电动势，即电压。然而，由于上述金属板，所述电压会短路，因此产生核芯和热损耗。这导致整体效率降低。在具有轴向通量的单发电机(20)中，使用聚氨酯、聚酯等具有非导电性的塑料衍生材料代替硅质金属板。因此，可防止这种损失。
[0237]
单排磁体(20.15)用于常规发电机。因此，磁通量完成其路径需要很长时间。从转子(20.4)出来的磁通量沿着“u”形路径并在邻近磁体(20.15)处到达路径的末端。随着磁通量路径变长，效率下降。另一方面，由于具有轴向磁通的单发电机(20)中使用两个转子(20.4)，所以从第一个转子(20.4)开始的轴向磁通量，在位于其间的导电线圈的导线中感应出电动势之后，在对面的转子(20.4)完成其路径。因此，磁通量的路径变得更短。
[0238]
在本发明的替代实施例中，可以使用嵌套电机/发电机来代替多级发电机(2)、单电机(20)和承载电机。在所述实施例中，无论是否有核芯，都可以将电机和发电机整体布置。电机的转子和定子位于内径。通过在内径消耗更少的能量承载所述系统向上的所述电机，包括定子绕组和电机的转子部分。在电机运行时，发电机的相端位于开路位置，并且由于没有引入电流而空转。在本发明的实施例中，发电机绕组(23)设置在外径上，电机绕组(24)设置在内径上，发电机磁体(26)位于外径上，电机磁体(25)位于内径上。上述替代实施例在图49和图50中示出。
[0239]
在本发明另外的替代实施例中，在布置发电机的磁体时使用“halbach磁体阵列”。通过所述“halbach磁体阵列”磁场得到加强。磁场的加强可显着增加具有永磁体的电机中产生的电能。通过在磁场区域(22)利用加强效应确保定子绕组保持在更强的磁场区域(22)和更密集的电动势的作用下，即电压感应发生在定子绕组线圈中。“halbach磁体阵列”如图47和图48所示。
[0240]
本发明的发电设备(1)可用于例如使用多台电梯的结构中，例如：摩天大楼、医院、办公楼、商业建筑、公寓楼和矿井。用于多台电梯的结构中的本发明的发电系统如下所述。所述系统与电梯一起集成到电梯轿厢的下部或上部或侧隙中。例如，若30秒内电梯没有被召唤，则系统软件控制通过传感器检测轿厢地板上是否有重量以及轿厢内是否有物品或生物后自动启动系统。系统继续上升和下降，直到电梯被召唤。在此期间，发电过程仍在继续。
当电梯被需要使用时，所述发电系统将被停用。
[0241]
本发明的发电设备(1)还可用于陆上和海上运输工具，例如汽车、公共汽车、卡车、拖车、火车、船和潜艇。为了在上述运输工具中实施本发明的发电设备(1)，必须创建包括多于一个的机构(6)的设计。可以通过以3组、4组或6组机构进行仪表设计来获得持续的电能。如果所述运输工具不具备机构(6)的势能所需的足够高度“h”，则所述组的数量可以按“h/2、h/3，h/4”增加。所述系统可以安装在汽车的后备箱、公共汽车的行李箱或尾部或用于平衡重量的侧面部分，或安装在卡车和拖车中的驾驶室和拖车之间。
[0242]
如果本发明的发电设备(1)用于飞行器、航天器、飞行汽车和运输工具如船只或不以直角接近地面的陆地车辆，其中可能存在角度差异，通过将系统安装到三轴陀螺仪中或安装到三轴陀螺仪上，可以确保与电梯类似的整个系统保持相对于地面的直立位置。因此，所述系统以平衡的方式连续运行并且为车辆供应能量。
[0243]
如果希望将本发明的发电设备(1)用于航天器或空间站中产生能量，可通过任何方式产生人工重力并且周期性地禁用人工重力，因为在大气层之外没有重力。例如：如果通过包括线圈和磁体的设置创建电磁系统，则当能量供应到所述系统中的线圈时，当电梯系统向电磁铁移动时，借助人造重力将系统吸引到电磁铁上，通过启动多级发电机(2)产生能量。当系统远离电磁铁时，电磁铁和多级发电机(2)被停用。因此，承载电机(3)被启动，电梯从吸引它的电磁铁移开。一旦到达最远的点，电磁铁开始产生磁吸引力。电机以相反方向加速系统。当系统加速时，通过重新启动处于重力作用下的多级发电机(2)继续发电。整个系统在上述期间继续运行。
[0244]
近年来，在其它星球生活并在这些地方进行太空研究的想法经常被提上世界议程的首位。如果希望在另一个行星或具有引力的陨石上使用本发明，或在通常位于大气层内且具有引力的侦察和通信卫星中使用本发明，在发明出与各自行星的引力成良好比例的设计后，可以在不创建人造重力系统的情况下使用。
[0245]
在本发明的替代实施例中，可以使用液压或气动的提升系统来代替承载电机，所述提升系统设置有包括叶轮和链条、线轴、皮带和滑轮的设备。
[0246]
在本发明另外的实施例中，可以通过仅移动单发电机(20)或多级发电机(2)的转子或定子来产生能量。
[0247]
关于本发明的示例性实施例的计算
[0248]
当用于修理汽车时，配有一台4kw电机的自动起重机可以举起一台4吨的汽车。大约4吨重的机构(6)可以通过该电机沿着一栋公寓提升，而不是1.5-2米的高度。或者可以使用4个功率较小的独立电机代替单个电机，以确保系统更加平衡。考虑到该信息，各个示例性计算如下；
[0249]
如果一台功率为300kw的永磁发电机以170rpm的转速旋转，那么它会产生300kw的能量。所述发电机的重量为2500kg。该产品中标明的额定功率为300kw。
[0250]
这意味着300kw的发电机在170rpm时产生300kw的电力。随着转速的增加，它可产生的电力高达380kw。然而，在较高的转速下，绕组开始加热，并相应地在一段时间后开始烧坏。所述发电机的特点是它可以在低转速下产生大量的电能。
[0251]
170转除以2。转子在一个方向上以85rpm的速度旋转，定子通过齿轮在另一个方向上以85rpm的速度旋转，因为它们在与自身重量一致的重力作用下下落。最终转速再次等于
170rpm。
[0252]
一台300kw的发电机，其转子和定子反向旋转，连续工作1小时，总共产生300kwh(千瓦时)的电量。
[0253]
在24小时内(同样，连续工作)：300kw x 24hours＝7.200kwh
[0254]
在30天内(连续工作)：7.200kwh x 30days＝216.000kwh
[0255]
＝216mwh(216兆瓦时)
[0256]
在12个月内，即在1年内(连续工作)：它总共产生216mwh x 12months＝2.592mwh/year的能量。
[0257]
当机构在向上运动和向下加速运动时，不会产生能量。在加速步骤之后开始产生能量。因此，平均有1/3的时间进行发电。
[0258]
发电量等于2.592.000(千瓦时/年)/3＝864.000(千瓦时/年)。
[0259]
这意味着需要至少3个进行相应计算的所述机构来连续发电。在这种情况下：
[0260]
产生的电量等于864.000(千瓦时/年)x 3＝2.592.000(千瓦时/年)。这里要考虑的一点是，通过170rpm产生的电量实际上是通过转子和定子沿相反方向以85rpm旋转产生的。换句话说，假设有一条50米长的道路，那么所述发电机在25米内产生相同的电量。因此，它可继续在剩余的25米发电。这意味着它最终将产生2倍的电量。与只有转子或只有定子旋转的其他发电机相比，通过相反方向的旋转在整个下降路径中可产生2倍的能量。因此，产生的能量等于：
[0261]
2x 2.592.000(千瓦时/年)＝5.184.000(千瓦时/年)。
[0262]
在teias(土耳其电力传输公司)进行的一项研究中，土耳其一个有两个孩子的四口之家的年平均电能消耗量计算为3036kwh。在这种情况下：
[0263]
5.184.000(千瓦时/年)/3.036(千瓦时/年)＝1.707个住宅的年电能需求，可只由3个通过重力发电的本发明发电设备供应。
[0264]
在本发明通过重力发电的发电设备中，提升重量为2500kg的发电机及其他系统向上运行所需的电机功率如下：
[0265]
总重量：2500kg
[0266]
发电机及其他系统的默认提升速度为：0.5m/s(米/秒)
[0267]
为了以平衡的方式向上承载移动的系统，使用4个电机。所述电机具有直径为1.20米的叶轮。提升所述系统所需的功率：
[0268]
2500千克x 9.81＝24.525kgm(千克米)或牛顿米
[0269]
电机叶轮直径：1.20米
[0270]
电机叶轮直径周长2
×
π
×
r＝2
×
3.14
×
(1.20米/2)＝3.768米
[0271]
所述电机叶轮每转一圈，上升3.768米。
[0272]
由于移动的机构以每秒0.5m/s的速度行进；这意味着它的行进速度为0.5米/秒x 60秒＝30米。
[0273]
所述机构在1分钟移动30米。这意味着直径为1.20米的电机叶轮转速必须在：
[0274][0275]
[0276]
在上面提供的计算中，所需的动量计算为24.525nm。必要的电机功率计算如下：
[0277]
如果：
[0278][0279]
由于使用4台电机以平衡的方式将移动的系统提升，因此所需的总电机功率除以4。每台电机的功率：
[0280]
计算为20.55kw/4＝5.14kw。
[0281]
因此，4台电机在一小时内消耗的功率为：20.55千瓦时。同时发电机利用重力在一小时内的发电量为300千瓦时。
[0282]
在可以用作上面提供了相应计算的系统的替代方案的滑轮系统中，如果使用单个滑轮，将获得2倍增益。向上提升移动的系统所需的功率将除以2。
[0283]
如果使用滑轮系统作为替代方法，电机在地面上以静止方式运行，滑轮与齿轮以一体化方式移动；在这种情况下：
[0284]
相应的计算结果为5.14kw/2＝2.57kw。换句话说，4台2.57kw的电机就足以提升所述系统。
[0285]
用于更好地理解本发明而提供的示例性有轨电车
[0286]
一般来说，有轨电车平均从105kva的电机中获取电力。一辆有轨电车平均重约50吨。所述有轨电车能够爬1000米长且具有一定倾斜度(高达6-7％)的斜坡。当大约25-30名乘客登上有轨电车时，重量大约增加到52.5吨。总重量上的这种变化略微增加了电车的牵引电机(cer)消耗的功率。如果假设有轨电车在爬坡过程中消耗10个单位的能量，当电机切换到发电机模式也称为电机再生模式时，它通过重力回收约8-8.5个单位的能量。回收的能量仅由移动该有轨电车的牵引电机(cer)重新获得。剩余的能量为系统损耗。
[0287]
除了有轨电车的机车头外，后侧空转的10根车轴仅承载有轨电车本身的重量。与上述25-30名乘客不同的是，所述发电机具有10个转子和定子(重250kg，反向旋转)连接在轴之间，总重量仍为52.5吨。
[0288]
传统发电机在1000米范围内产生的电量伴随着损耗，若通过其中每个转子和定子反向旋转的所述发电机，则可以在大约125-150米范围内产生。由于斜坡的总长度为1000米，每台发电机将继续发电。由于每台发电机可产生7-8倍以上的电量，总共10台发电机将产生大约70-80倍以上的电量。
[0289]
转子和定子以相反方向旋转的所述发电机的相端，在直线道路上前进和爬山时处于开路位置。只有在下坡时，才通过倾斜传感器将其切换到闭路位置。本文公开的要点涉及有效利用再生方法和利用连续重力。
[0290]
一种发电设备，具有定子和转子彼此反向旋转的发电机，其特征在于，包括：转子发电机线性齿轮(11a)和定子发电机线性齿轮(11b)，相对于由转子轴(18)和定子轴(19)组成的发电机轴线，位于彼此相反的方向；转子发电机叶轮(10a)和定子发电机叶轮(10b)，与所述转子发电机线性齿轮(11a)和所述定子发电机线性齿轮(11b)接触，且彼此以相反的方向旋转；至少一个承载电机(3)，其允许通过电机线性齿轮(13)提升机构(6)；检测机构(6)的位置的传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)；提供所述系统所需的电能的电池(7)和/或电源和/或电网；刷式滑环(21)系统和机构相位输出(17)，用于引出所述发电机产生的电能；
控制单元(12)，其控制由传感器组(4.1，4.2，4.3，4.4，4.5)检测位置的机构(6)的加速、减速和停止动作，以及执行所述动作的承载电机(3)和电机驱动电路(9)。