[发明专利]利用单个磁通量路径的发电设备

说明书

相关申请的交叉参考

【0001】本申请要求2006年4月17日提交的美国临时专利申请序列号60/792,602；60/792,596；60/792,594；60/792,595的优先权，并要求2007年4月16日提交的美国专利申请序列号11/735,746的优先权。每个申请的全部内容都并入本文以供参考。

技术领域

【0002】本发明涉及这样的方法和设备，其中一个或多个永磁体通过单个通量路径的磁通量的极性(方向)被反复地颠倒，绕该通量路径缠绕有导电线圈以便在线圈中感应产生电。

背景技术

【0003】动生发电机(motional electric generators)和交流发电机中所涉及的机电和电磁方法是公知的。交流发电机和动生发电机通常采用永磁体，并通常具有转子和定子以及一个或多个线圈，该线圈中感应产生EMF(电动势)。发电所涉及的物理学有发电机等式V＝∫(v×B)·dl描述。

【0004】现在常见的是由具有高矫顽力、高磁通量密度、高磁动势(mmf)且磁强度随时间无显著退化的材料制成的永磁体。例子包括陶瓷铁氧体磁体(Fe₂O₃)；钐钴合金(SmCo₅)；铁钕硼组合物；以及其他材料。

【0005】变压器的磁路通常由层压的含铁材料构造；感应器通常采用铁氧体材料，其用于变压器和感应器的较高频率的操作。现在有用于磁电路内磁路的高性能磁性材料，该材料适于以最小的涡流(快速)开关磁通量。一个例子是日本Hitachi公司制造的纳米晶体芯材料FINEMET。

【0006】按照Moskowitz的“Permanent Magnet Design and ApplicationHandbook”(1995，第52页)，磁通量可以认为总是以直角离开并进入铁磁材料表面的通量线，但通量线绝对不能以真正的直角转弯，其仅以直线或弯曲路径行进，并遵从最短的距离和最低磁阻的路径。

【0007】“磁阻开关”是一种可以直接快速的方式显著增加或降低(通常是增加)磁路的磁阻(抵抗磁动势)随后以直接快速的方式将其恢复到原始(通常较低)值的装置。磁阻开关通常具有模拟特性。相比而言，关/开电开关通常具有数字特性，原因在于不存在电“泄漏(bleed-through)”。对于现有技术，磁阻开关具有磁通量泄漏。磁阻开关可机械地执行(如引起衔铁(keeper)运动从而产生空气间隙)或者通过几个装置或其他装置电气执行。一种电气装置是使用绕通量路径的控制线圈。另一种电气装置是将某些类型的材料设置在通量路径中，该材料在加电后改变(通常增加)其磁阻。另一种电气装置是使一定区域的开关材料饱和以致通过将电线插入到该材料中磁阻增加至空气的磁阻，如Konrad和Brudny在“An Improved Method for Virtual Air Gap LengthComputation”，《IEEE Transaction on Magnetics》，Vol.41，No.10，2005年10月中所述的。

【0008】专利文献公开了大量结构，这些结构被设计用来通过反复不均匀地划分来自交流通量路径之间的一个或多个静止永磁体的磁通量，从而改变交流磁通量路径中的磁通量以便发电。当线圈缠绕路径时，一个磁路中磁通量的增加和其他路径中的相应减小为感应电提供基础。由这些结构产生电所涉及的物理学由变压器方程V＝-∫dB/dt·ds描述。多种磁阻开关装置已经用来使经过特定交流路径的磁通量增加/减小而在另一个路径产生相应的减小/增加，并重复该过程。

【0009】沿永磁体的相对极之间的交流路径开关磁通量的装置包括R.J.Radus在1963年7月的《Engineers’Digest》中描述的磁通量转移原理。

【0010】提供具有大体类似的几何构型和磁导率的交流磁通量路径的结果是，在特定条件下，首先选择的交流路径或为磁通量主体选择的路径将保持为“优选路径”，因为该路径比其他路径保持更多磁通量，尽管这些路径具有相等的磁阻。(在类似路径之间不会自动均衡磁通量。)Moskowitz的“Permanent Magnet Design and Application Handbood”(1995，第87页)讨论了关于工业应用永磁体提起和释放钢铁的效果，该工业应用是经磁阻开关通过导通和(几乎)关闭永磁体实现的，该磁阻开关由绕磁通量路径的线圈的电脉冲组成(磁阻开关)。