专利名称：将环境中的能量变换为电能的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明所属技术领域为其他类不包括的电器。
本发明涉及一种将环境中存在的动能变换为电能的方法。在此方法中，动能是由导电体内或周围产生的磁力线的作用变换成为在导电体中的电能。在环境中以磁能形式存在的动能被用来产生在导电体中的电动势。
本发明也涉及到一种用来将环境中存在的动能变换成电能的装置。该装置设有导电体，及在其中或其周围产生磁力线作用的手段，以便将环境中存在的动能用来在导电体中产生电能。从环境中以磁能形式存在的动能，可以产生一个在导电体中的电动势。
假设在空间中的所有方向上以极高的速度运动着无数亚原子粒子，其中引力子造成地球的重力，行星之间的引力，质量现象和固体物质中的凝聚能量。如果没有引力子，物质将因缺乏凝聚力而分崩离析。
由于引力子的尺寸异常小，速度又极高，所以能穿过地球，其时这些引力子和其他物质的粒子将有一个极小的比例发生碰撞。即只有一小部分引力子在它们穿过地球的道路上将和其他粒子碰撞，并在释放能量后变换成光子。由此产生的光子随后以热和磁的形式被地球释放出来。同样，在磁性材料中光子也被引力子释放出来。因为，由于金属晶体原子格栅的不规则性，由引力子造成的凝聚能量受到影响的结果，光子就被释放出来。
更有甚者，通过永久磁化过程，物体中的电子旋转能被以如下方式予以固定，使被释放了的光子按予定的方向流过这种物体，这个方向即所谓的磁化方向，它作为一个在物体外面的恒定磁场而能够被观察到。所以恒定的磁力是一股光子流，并表现为一定数量的动量，这种动能在本发明中被应用来产生电能。显然，由电流(电子流)产生的围绕导体的磁场也是一股光子的动能流。
本发明旨在利用上述现象，提供一种将这种动能，也就是磁能变换为电能的方法。这种方法特别适用于将恒定磁能变换成电能。在这种情况下，恒定磁能也可以视为一种被永久磁铁或被电流作用的电磁铁产生的磁能，这种磁能的力和方向是不变的。(参元实验物理学教程，卡尔.杜辛(KarlDuesing)博士，教授，马克斯.杰奈克(MaxJaeneke)博士著，莱比锡1943，第15页，倒数第9至6行)。
在电流通过一个导体的情况下，一个沿着磁力线流动的能动的粒子流在导体外面或周围产生了。将通电的导体绕成一个线圈的形状时，一个粒子流就能被产生出来，这与永久磁铁的情况下的粒子流是类似的，并可获得一个集中的粒子场。
上述现象已被应用在本发明的方法和装置中，在其中能动粒子的外部场受到这样的影响以致那里的能量能被导电体所吸收。这种能动粒子能量的吸收，也包含热量的吸收，能够借助于恒定磁场及/或可变磁场的应用来达到。
例如，利用通过导电体的电流在高频率下的流向的变化或脉动，使能对围绕导体的能量平衡作出补偿的光子场激化到能将环境中的光子吸收到导电体的电子中，结果能量就从所说的环境中被纳入所说的电流中。
本发明将根据一些实施例来描述，参阅以下附图
图1是根据本发明的装置的第一个实施例的侧视仿意图;
图2是图1装置的Ⅱ-Ⅱ剖视图;
图3是图1装置的Ⅲ-Ⅲ剖视图;
图4和图5是图1装置在工作时磁场相互作用的图解仿意图;
图6是能量相互作用的向量图;
图7是图1装置的变型的俯视仿意图;
图8是图7装置的Ⅶ-Ⅶ剖视图;
图9是图1装置另一种变型的侧视图解仿意图;
图10是图9装置的Ⅸ-Ⅸ剖视图;
图11是图9装置的Ⅹ-Ⅹ剖视图;
图12是图9装置在个别瞬间的磁场线流动的图解仿意图;
图13是图9装置在接着发生的瞬间当通过初级线图的交流电刚被反向转换时的仿意图;
图14和15分别是根据本发明的第二个实施例的俯视和剖视图，它是一种高电流强度但是低电压的电能源;
图16和17分别是图14和15装置的变型的俯视和剖视图;
图18是根据本发明的第三个实施例作为一个磁芯共振变换器的图解仿意图;
图19和20分别是图18装置的侧视和剖视图;
图21是根据本发明的装置的第四个实施例作为一个混合能量吸收变压器的图解仿意图;
图22和23分别是图21装置的俯视和剖视图。
本发明的第一个实施例为一能量变换器，在其中交流电在导电体中流动并产生一个变化的磁场。这个变化的磁场和永久磁铁的磁场的合成结果因此也必然是变化的。这个变化的合成磁场的结果是，一个电动势在次级导电体中感应产生。通过适当配置导电体和永久磁铁，寻求最佳状态，可使这个电动势达到可能的最大值。永久磁铁并不是装置中的必须部分，例如地磁场也能利用为达到上述目的。
图1至3所示为根据本发明的装置所说的第一个实施例。在这个装置中，一个永久磁铁(11)被安置在次级线圈(13)的内部开放空间内，而次级线圈又设在初级线圈(12)之内并与它同心。所说的两个线圈(12)和(13)的连接线在图中未表示出来。磁铁(11)被安置在线圈(12)和(13)的系统中，处于如此一种状态，使磁力轴位于一个与线圈顶部界面和底部界面平行的平面中。在这第一个实施例及其所有变型中初线圈都可是超导线圈。
这个永久磁铁(11)和线圈(12)，(13)组成的系统被放在两块用合适的导热材料制成的平板(14)和(16)中，这些平板上又带有与其垂直设置的翼肋(15)(在平板(14)上)，和(17)(在平板(16)上)。这些平板和翼肋可用例如铜或铝制成。
在工作期间，假使有一个交变电流通过初级线圈(12)，如图4和5所示，就会产生一个交变磁场Nw-Sw。永久磁铁(11)的磁场在图中示为Np-Sp，这两个磁场的合成结果是一交变磁场Nr-Sr。它的向量始终穿过次级线图。这样造成的交变磁场能在次级线圈(13)中感应产生一个电压。
图6所示为一能量的向量图。向量AB代表永久磁铁的能量。同时，向量BC代表通过初级线圈提供的能量，向量CA是从次级线圈中可以取得的能量。因为这个能量大于初级线圈所提供的能量，所以能量将通过永久磁铁(11)从环境中吸收进来。因此需要有一个能永久供应的动能，这可以通过在线圈和磁铁系统二边设置的带有横向翼肋的平板系统来办到。
图7和8分别表示根据本发明的装置的第一个实施例的变型的俯视图和剖视图。在这个变型中，圆柱形磁铁(21)，被一个适当的绝缘物(22)围住，又被一个罐头形的物体(23)容纳，此罐头体(23)是由适当导电体材料例如由铜制成的。罐头(23)基本上是由两个平行的平板或圆盘相互之间用带状环连接在一起形成的。罐头(23)的形成顶部表面的平板的中心装有接线端(24)，在边缘上还装有另一接线端(25)。
一个环状体(26)设在围绕罐头(23)的若干距离处。三个线圈(28)被安装在围绕环(26)对称分布的适当的凸块(27)上。线圈(28)，最好是超导的，被连接到一个在图上未示出的三相发电机上。在工作时，线圈被连续供能，作为线圈中产生的磁力线和永久磁铁的恒定磁力线的合成结果，就可获得一个旋转的磁场或磁力线。由于磁力线的旋转，根据单极法拉第发电机的同样原理，一个电位差就可在导体(即铜罐头(23))中产生出来，这样产生的电能一方面是从给线圈供能的三相发电机取来的，另一方面是从环境中取来的，导致产生环境冷却效应。为了供应所需的热，罐头(23)因此通过电绝缘的中间层(29)被连接到由适当材料例如铝制成的圆盘(30)上。所说的圆盘装有翼肋或称作供热的翼肋(31)。
图9至11表示根据本发明的装置的第一个实施例另一变型的侧视和剖视图。在这个变型中，导电体(即两个线圈(33)和(34)被相互同心地安装在一起，并被适当的支撑结构(32)所固定。线圈的连接线在图中未示出。在线圈的上平面和下平面上下有两个永久磁铁(35)和(36)相向安装在支撑结构(32)中，这些磁铁提供一个恒定的磁场。它们的磁力轴大致上或完全地与线圈(33)和(34)的轴相互重合。这里所谓的相向意为每个磁铁的北极或南极都是设在磁铁面向线圈的侧面上。支撑结构(32)的两边都被连接到由金属板(37)和(38)组成的供热系统上，在金属板(37)，(38)上分别带有横向翼肋(39)和(40)。
图12和13是根据图9作出的示意图。它们以同样的方式指出当一个交流电通过初级线圈(33)时两个连续的瞬间上磁力线的流动。在第一个瞬间(图12)，电流有一个特殊的流向导致产生一个磁场，这个磁场具有在线圈平面下面为北极的极性。这个磁场被位于线圈上面的磁铁(35)强化，并被磁铁(36)反向作用。而在下一个接续的瞬间(图13)，通过初级线圈(33)的电流方向逆转，所产生的相应磁场在线圈平面的下面为南极的极性。这个磁场正好与上一瞬间的磁场相反。这个磁场被位在线圈下面的磁铁(36)强化，并被磁铁(35)反向作用。这样形成的磁场对次级线圈(34)的影响，就像一个永久磁铁被重复地轮换地从线圈(35)中放进或移走一样。在这种情况下，在线圈(34)中感应产生一个电动势。由于永久磁铁强化的影响，被次级线圈输出的功率大于被线圈(33)所取去的功率。这个差额是以热量的形式通过热量供应的结构从环境中吸取的。
本发明装置的第二个实施例，为一电磁电池，用它可使起源于一个永久磁铁的磁能引起扰动，并被电磁感应换成电能。由于这样的结果，可以获取一个直流电源，具有大比容的能量和长久的使用寿命，可以输出较高的电压及/或较强的电流。
近来在磁性陶瓷材料的领域内的发展，诸如基于钕、硼、铁(Nd，B，Fe)(参元，例如斯，塞迪欣恩著，磁性材料，VDI出版社，杜塞尔多夫)的这些材料已使它在技术上有可能使磁能在相对于例如线圈的导体所要求的角度或在任何要求的方向上流动。
这样的结果是，迄今为止只有施加机械能或电能才能得到的磁扰动和磁振荡，将能在导体中被产生出来。
在图14和15所示的电池中，起源于永久环状磁铁(51)的磁能引起旋转和扰动，这是因为永久磁铁(51)的磁化方向被产生一个与垂直于所说的磁铁极面的法线之间大于零度的角度而造成的，所说磁化方向用虚线箭头(52)表示。这样引起的磁扰动被铁素体圆盘(53)所强化。导体(即铜圆盘(54))以绝缘方式装在一个由铁素体制成的圆形的罐头形体(55)中。在圆盘的中部设有铜销(56)，在圆盘的边缘上设有另一个铜销(57)。
磁力线的途径系从永久磁铁(51)的北极开始，通过圆盘(53)，穿过导体(54)，然后经过罐头形体(55)回到永久磁铁(51)的南极。
作为已如上述的磁场(磁化方向)的旋转的结果，导体(54)被这些磁力线所切割，因此产生了扰动。结果是，根据磁场旋转的方向，一个电位差会在导体(54)的端头间产生出来，结果是电流就能通过(56)和(57)两个销钉进行流动，如果将电路闭合的话。
本发明装置第二个实施例的变型如图16和17所示，其原理与图14和15中所示的第二个实施例相同;所不同的是导体(54)现在由绝缘的铜线圈(64)所组成。这些线圈被提供来围绕一个铁素体铁芯形成的圆形罐头形体(65)的一部分。因为永久磁铁(61)的磁力线切割铜线圈，一个电位差将在铜线圈的端头产生。
本发明的第三个实施例为一个电磁芯共振变换器，它可被用来从环境中吸取磁能，并利用磁芯共振变换成电能。
第三个实施例是在能发生磁芯共振的带芯共振变换器的初级和次级线圈之内利用一种磁性的或能磁化的介质。在这个第三个实施例中初级线圈可以是超导的。
这种由两个带电线圈和一个普通的磁性的或能磁化的介质处在其间组成的能量变换器常被称为变压器，这样一个能量变压器可供以主频率在16-2/3和60赫之间的正弦波交流电压，其缺点是在能量变换时具有通常所知的指为铜损耗和铁损耗的热损失，从而严重影响变压器的效率。变压器这样应用时只能把所供的电能变换为磁能，然后再把这个磁能变换为具有不同电压和电流的电能。在这种情况下得到的电能输出总是少于被供给的电能。
在变换电能时应避免采用与变压器自然的核磁共振频率相近的频率，因为在这个频率下，在输出的电力相同时，被吸收的电能会猛增，这意味着效率将有可观的损失。
我们曾在接近变压器的磁芯共振频率时，对造成能量损失突然增加的机制进行研究，结果却发现了另一种相反的现象。那就是在接近变压器的磁芯共振频率时，如果变压器和所提供的电信号具有某些特定的性质，那么在放出的能量维持不变时，被吸收电能突然猛减。在这种情况下，事实是变压器能从周围环境吸收能量并将它变换为电能，以致输出电能的总量大于所供给的电能。
图18所示是作为第三个实施例的磁芯共振变换器三个主要部分的示意图，即信号发生器(73)，能量吸收变压器(74)，和电子频率变换器(75)。在输入端(71)上加上例如220伏/50赫那样的电能，经过信号发生器(73)的电子处理，就可产生一个信号，以致当这个信号在输给能量吸收变压器(74)时，其磁性介质内就会产生核磁共振或磁芯共振。
图19所示是在其中发生能量吸收和变换的能量吸收变压器的侧视图，图20则为其剖视图。铁芯(76)最好由软铁或铁素体材料或其他合适的磁性的能磁化的介质的叠片所组成。在铁芯上设有能量吸收翼肋(77)。初级共振线圈(78)最好是超导的，其宽度W1应尽可能地小一些。铜制的次级能量线圈(79)最好放在初级共振线圈(78)的对面。在设计次级能量线圈时，所选的宽度W2应尽可能地大一些。
由于能量吸收变压器(74)中的磁芯共振，一个频率与磁芯共振频率相应的正弦波电压就在次级能量线圈(79)中被感应出来。这样产生的电能被送给电子频率变换器(75)并被变换成所需的电压和频率，然后通过输出端(72)送出。
如使输出端(72)的信号与输入端(71)的信号适当地匹配，信号发生器(73)就可由输出端(72)来供电，这样反馈的结果就可得到一个实质上独立的电源。另外还需一个电源只是为了去触发磁芯共振变换器。
本发明的第四个实施例中，一个能量吸收变压器被提供出来用以从周围环境中取得的磁能，利用超导线圈通过电磁感应将它变换为电能。
超导体近来已为人所共知，它常被用来产生强磁场。采用超导线圈的磁铁，其最大好处是只需吸收低能量便可产生强磁场。通过适当的设计，由超导线圈产生的磁能便可变换为电能。虽然目前可以应用的超导线必须加以深冷，例如用液氮深冷，才能获得超导性质，但可预言在不久的将来，将可得到在较高温度或室温下能够实际应用的超导体。
在本发明第四个实施例中，能量的变换是通过混合型能量吸收变压器中磁力线的变化来完成的。所说的变压器具有一个超导的初级线圈和一个非超导的，例如由通常的铜线制成的次级线圈。采用这种根据本发明的混合型能量吸收变压器有一个好处是从变压器次级线圈输出的电能要比从变压器初级线圈吸收的电能大得多，这说明所供电能已得到放大。
第四个实施例的图21和22，23只是想用来说明本发明所用的方法和装置。当然本发明并不仅限于图示的应用，根据同一原理可以有很多变化，这对技术熟练的人完全是可能的。
图21为本发明这种电磁变换器两个主要部分的示意图。变换器具有一个小的、普通的或标准的电的或起动的变压器，其组成部分为初级线圈(81)，例如由绝缘的铜线或其他合适的导电体制成的;次级线圈(82)，同样最好由绝缘的铜线或其他合适的导电体制成;以及铁芯(83)，最好由叠片式的软铁(变压器片)或其他磁性的或能磁化的介质制成，借助它将两个线图(81)和(82)通过感应连结在一起。
变换器还具有一个较大的功率变压器，其组成部分为初级线圈(84)，由绝缘的超导线制成，在电路上与起动变压器的次级线圈(82)连接，次级功率线圈(85)，是非超导的，最好由绝缘的铜线或其他合适的导电体制成，以及铁芯(86)，最好由叠片式的软铁(变压器片)或其他合适的磁性的或能磁化的介质制成，借助它将两个线圈(84)和(85)通过感应相互连结在一起。起动变压器和功率变压器都装在一个合适的、能对杂散磁场起防护作用的壳体内。电能由连接端(88)输入，产生的电功率则由输出端(89)送出。
为了弄清楚本发明这个实施例的工作情况，图21中变压器各个线圈的规格作为一个例子给定如下，至于铁芯的规格可按变压器常用的方式确定-线圈(81)1000匝，220伏/50赫，5安(满载时);
-线圈(82)1匝，5000安;
-线圈(84)1000匝，5000安;
-线圈(85)1100匝，4500安，220伏/50赫。
从上例可见，采用一个具有5000安匝的线圈(82)，可在超导线圈(84)中得到5000000安匝的磁力线变化。因此，将一个1.1千瓦的功率加在连接端(88)上，可在输出端(89)上产生出990千瓦的功率，这相当于约为1000倍的功率收获。
在图22，23所示的第四个实施例的变型中，采用了一个两相的系统。这个实施例进一步的变型还可按照三相系统来构成。在上述这两种变型中，主频率均假定为50赫。当然，在这些实施例中其他频率也是可用的。
在频率甚高时，最好采用铁素体的或空气的芯体的混合式变压器，如图22和23所示。在两个线圈中，超导线圈(94)最好采用尽可能大的直径。而最好由绝缘铜线或其他合适导体制成的功率线圈(95)，在电路上和传热上应与超导线圈(94)隔离，为此设置了绝缘体(91)。
技术成熟以后，将可根据本发明所用的同样的原理和方法，对上述各种实施例设想出更多的变型来。
权利要求
1.一种将环境中存在的动能变换为电能的方法，其特征在于，所说的动能是通过在导电体内或周围产生的磁力线的作用变换为导电体内的电能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在环境中以磁能形式存在的所说的动能，是通过磁力线的作用在导电体内产生一个电动势的方法来进行能量变换的。
3.一种将环境中存在的动能变换为电能的装置，其特征是，设有一个导电体以及在其内或其周围产生磁力线作用的手段，以便将环境中存在的动能产生出导电体内的电能。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是，利用在环境中以磁能形式存在的动能，在导电体内产生出电动势。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，在一个导电体以外设有另一个导电体以便通入可变的电流，以及一个恒定的磁场，而一个和另一个导电体是如此相互配置的以致能使工作时另一个导电体所产生的磁场，和恒定磁场一起，建立起一个可变的合成磁场，以致在一个导电体内产生出电动势。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是，两个导电体为两个实际上设置在一个平面内，套合在一起的线圈，由另一个导电体构成的线圈的磁力轴大体上与所说的平面垂直，而设置在所说的平面内两个线圈内的永久磁铁则产生一个恒定磁场，其磁力轴大体上指向所说的平面。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，永久磁铁和两个线圈的系统被放在两块金属板之间，而在金属板上则设有横向翼肋，以便从周围吸取热量提供给所说的系统。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征是，另一个导电体包括三个在一平面内大体上对称设置的线圈，这些线圈的磁力轴大体上均指向所说的平面的中心，而设置在所说的平面各线圈内的永久磁铁则产生一个恒定磁场，其磁力轴大体上与所说的平面垂直，此外这三个线圈还与一个三相电源连接，因此在工作时便能产生一个环绕永久磁铁轴线的旋转磁场，至于那个要在其中产生电动势的导电体，至少应有一块在大体上装置成与永久磁铁平行的平板，还应有一个位在永久磁铁的磁力轴上，大体上处于平板中心的端头，另一端头则靠近平板的边上。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征是，至少有一块平板构成罐头形体上的一部分，在罐头形体内放入周围有电绝缘层包住的永久磁铁。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征是，一个和另一个导电体为两个大致上设置在一个平面内，套合在一起的两个线圈，由另一个导电体构成的线圈的磁力轴大体上与所说的平面垂直，而两个设置在所说的平面两边的永久磁铁，其磁力轴互相指向相反的方向，这个方向大致上沿着由另一个导电体构成的线圈的磁力轴的方向并垂直于所说的平面。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征是，两个线圈和永久磁铁的系统被安装在一个支撑结构中，在这个支撑结构的两边靠近永久磁铁的每一边均设置一块具有横向翼肋的金属板，以便从环境中吸取动能供给所述系统。
12.根据权利要求4所述的装置，其特征是，有一个环状永久磁铁和一个在大体上与所说的磁铁极面平行的板式导电体，所说的板上有一个端头大致上位在中心处于永久磁铁的轴线上，另有一个端头则靠近边上，由于永久磁铁的磁力线系与极面的法线成一不等于零的角度，引起磁力线的变化，使出现在板式导电体内或其附近的磁力线发生旋转和扰动，因而在所说的导电体内产生一个电动势。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征是，在极面和板式导电体之间设有一个铁素体圆盘，以便将磁力线的变化放大。
14.根据权利要求4所述的装置，其特征是，有一由信号发生器和能量吸收变压器组成的串联电路，所说的变压器具有一个初级共振线圈，一个次级供能线圈以及一个作为变压器芯的磁性介质，在工作时，由信号发生器提供一个电信号给初级共振线圈，使在磁性介质内产生磁芯共振，便可在次级供能线圈内产生一个电动势。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征是，初级共振线圈的宽度应尽可能小，而次级供能线圈的宽度应尽能地大。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征是，变压器芯上设有翼肋，以便从环境中吸取动能。
17.根据权利要求14至16所述的装置之一，其特征是，在能量吸收变压器之后再串联一个频率变换器，其输出反馈作为信号发生器的输入，这样一经初次起动，便可成为一个独立能源。
18.根据权利要求4所述的装置，其特征是，采用混合式的能量吸收变压器，该变压器至少有一个超导线作为初级线圈，至少有一个非超导线作为次级线圈，还有一个磁性的或能磁化的介质作为变压器芯，将两个线圈通过感应连结在一起，这样在工作时，从周围环境吸收的能量便可通过电磁感应在次级线圈内进行随后的能量变换。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征是，将能量吸收变压器的初级线圈与一普通的或标准的变压器的次级线圈连接，这样在工作时，将一个电信号送给所说的普通的或标准的变压器的初级线圈，便可起动能量吸收变压器。
全文摘要
将环境中存在的动能变换为电能的方法和装置。所说的动能以磁能的形式存在，通过在一导电体内或其周围产生的合适的磁力线的作用，磁能可以变换为电能。提供各种手段产生所说的磁力线作用，于是电动势可在一个导电体内产生。可以设置另一个导电体、最好是超导的，以便促进产生磁力线作用。
文档编号H02NGK1031164SQ8810464
公开日1989年2月15日 申请日期1988年8月3日 优先权日1987年8月4日
发明者阿道夫·赫伯特·阿斯特·杰林斯基 申请人:阿道夫·赫伯特·阿斯特·杰林斯基