CN105103251A - 电力调节和节省装置 - Google Patents

Abstract

本文公开关于功率因数调节器的系统和方法，该功率因数调节器包括：功率因数测量单元，被配置为测量连接至负载的输入线路上的功率因数，并且基于测量到的功率因数产生功率因数校正信号；以及功率因数调节单元，被连接至所述功率因数测量单元，包括：固定电容器，被串联连接至第一开关装置；以及可调元件，具有被并联连接至所述固定电容器且被串联连接至第二开关装置的可变电容，其中响应于所述功率因数校正信号，通过调节所述可调元件的电容或者通过切换第一开关装置和第二开关装置，来调节所述功率因数调节单元的总电容。

Description

电力调节和节省装置

技术领域

本发明一般地涉及电力的供给。更具体地，本发明涉及在电力输送系统中减少功率消耗。

背景技术

电力公司和电力公司的用户对降低配电系统中浪费的电量有共同的兴趣。电力公司工程师输电线路、变压器和发电机来提供用户将拉走的电力。即使用户不使用用户拉走的一些电力，但是电力公司仍使得工程师输电线路、变压器和发电机提供这个额外浪费的电力。另外，传输给用户的一些电力没有被用户使用或者浪费掉，而是被“反射”回电力发电机。由此，输电线路不得不携带被传输的电力和被反射回的电力。这不仅意味着传输线路必须被设计为携带被传输的和被反射回的电力，还意味着因为在穿过电力系统中的被传输的电力和被反射回的电力中存在损耗，所以还增大了输电线路、变压器和负载中的损耗。

功率因数是提供给用户的有功功率与提供给用户的电力和反射回电力公司的电力的总和的比例，被称为功率因数。功率因数1被认为是理想的。电力公司通常向住宅用户仅仅索要有功功率。然而，可以向工业用户索要具有额外电荷的真实功率用于功率因数。通常地，电力公司可能不应用额外的电荷用于阈值以上的功率因数，，但是可以向工业用户索要与阈值以下的功率因数成比例的功率因数。对于每个电力公司，这个阈值是变化的，但是通常在0.85至0.95之间。由此，如果电力公司设置0.95的阈值，并且用户的功率因数是0.85，则电力公司可以对使用的所有实际功率索要固定的资费。对于较差功率因数的典型资费可以是大约10％。

校正功率因数具有除了电力成本的优势。因为需要较少的电流来传输相同的电力，所以用户系统的内部电力能力增大。结果是，无需提供增大的容量电线、开关箱和变压器来为额定的设备供电。在使用点处的电压可以下降，并且欠压减小了电动机可以携带的负载，而不过热或熄火。

可以通过多种机制来引起降低的功率因数。第一个机制是由电容器、电感器、或电容器和电容器的一些组合而引起的电抗负载。这些负载将供应给用户的电流的相位转换为电压。相移意味着在交流(AC)周期的一些部分中，除了消耗的实际功率，过剩电力被传送给用户，并且在AC周期的其他部分，过剩电力反射回至电力公司。通过将合适的取消电感器或电容器添加至用户电力电路，可以通过这个机制来校正功率因数减小。添加取消电感器或电容器的一个问题是所述电感器或电容器可以取决于如何使用用户的装备而变化。一些系统通过切换进或切换出额外的电容器或电感器来适应变化的使用。

尼古拉·特斯拉提出了感应电动机。依赖于负载，感应电动机呈现出对电力线滞后的功率因数。大负载的感应电动机可以具有高达0.90的功率因数。对于小的低速电动机，功率因数可以低至0.5。在启动期间的感应电动机可以具有范围为0.10到0.25的功率因数，当转子旋转更快时其上升。

作为第二个减小功率因数机制，客户不能得到来自AC周期所有部分的电力。例如，开关模式电源取得在电压周期峰值处的大部分电力。这往往会使电力信号的正弦波的形状“变平”，引起谐波。谐波在被反射回电力公司和其他用户的电力线上产生不需要的信号。由此，就用户而言，谐波是浪费的电力。使用过滤器可以去除不需要的谐波。

第三个减小功率因数机制是在用户的处所外部产生的被传输给用户的尖峰和谐波形式的能量。虽然尖峰和谐波穿过功率仪表，但是这些尖峰和谐波不能被用户有用地使用，并且可能会损害设备。

发明内容

本文公开的示例性实施例尝试克服上述讨论的传统系统的缺点。特别地，本文的一些实施例尝试减小负载所消耗的功率，增大负载的功率因数，减少产生的或发送给用户的谐波和尖峰，并且减少产生的或发送给用户的电磁干扰(EMI)。

在一个实施例中，功率因数调节器包括：功率因数测量单元，被配置为测量连接至负载的输入线路上的功率因数并且基于测量到的功率因数产生功率因数校正信号；以及功率因数调节单元，被连接至所述功率因数测量单元，包括：固定电容器，被串联连接至第一开关装置；以及可调元件，具有被并联连接至所述固定电容器且被串联连接至第二开关装置的可变电容，其中响应于所述功率因数校正信号，通过调节所述可调元件的电容或者通过切换第一开关装置和第二开关装置，来调节功率因数调节单元的总电容。

在另一个实施例中，可调元件包括：包括不导电材料的容器；第一电极，在容器的第一端处被放置在容器中，其中第一电极在容器内是可移动的；第二电极，在容器的第二端处被放置在容器中；压缩材料，放置在第一电极与第二电极之间的容器中；被连接至第一电极的第一连接和被连接至第二电极的第二连接，用于连接至电路；以及连接到第一电极的压缩装置，将第一电极朝向第二电极移动以施加压缩至压缩材料并从而改变可调元件的电气特性。

在又一实施例中，可调元件包括：容器，由不导电材料组成；第一电极，在容器的第一端处被放置在容器中；第二电极，在容器的第二端处被放置在容器中；压缩材料，被放置在第一电极与第二电极的容器中；被连接至第一电极的第一连接和被连接至第二电极的第二连接，用于连接至电路；以及绕在容器周围的线圈以在压缩材料内产生磁场从而改变可调元件的电气特性。

在再一实施例中，电路包括：电容器；第一可调元件，被连接至电容器的第一端子且被配置为通过压缩第一可调元件内部的压缩材料来调节第一可调元件的电气特性；以及第二可调元件，被连接至电容器的第二端子且被配置为通过压缩第二可调元件内部的压缩材料来调节第二可调元件的电气特性，其中第一可调元件和第二可调元件调节它们的电气特性以控制从电容器到负载放电的电荷。

在另一实施例中，滤波器包括：谐波检测器，被配置为检测负载产生的谐波并且如果检测到谐波则发送信号；以及可调元件，与负载并联连接且被配置为响应于从谐波检测器发送的信号，调节可调元件的品质因数Q以抑制谐波。

在又一实施例中，功率因数调节的方法包括：由功率因数测量单元测量在连接至负载的输入线路上的功率因数；基于测量到的功率因数产生功率因数校正信号；由具有并联连接至可调节元件的固定电容器的功率因数调节单元接收功率因数校正信号；响应于功率因数校正信号，切换串联连接至固定电容器的第一开关装置以调节功率因数调节单元的电容；以及响应于功率因数校正信号，调节具有可变电容的可调元件的电气特性以进一步调节功率因数调节单元的电容。

在再一实施例中，功率因数调节单元包括：固定电容器，被串联连接至开关装置；以及可调元件，具有可变电容且被连接至固定电容器，其中通过调节可调元件的电气特性来调节功率因数调节单元的总电容。

在另一实施例中，一种储能装置，包括：容器，由不导电材料组成；压缩材料，位于所述容器中；第一端子，用于将外电路连接至所述压缩材料；第二端子，用于将所述压缩材料连接至所述外电路；以及压缩装置，位于所述容器中，施加固定力以压缩所述压缩材料。

在又一实施例中，一种储能装置，包括：容器，由不导电材料组成并且具有内腔；压缩材料，在所述容器的所述内腔中；第一端子，用于将外电路连接至所述压缩材料；第二端子，用于将所述压缩材料连接至所述外电路；压缩装置，位于所述容器中且在第一位置与第二位置之间移动，其中所述第一位置施加压缩至所述内腔中的所述压缩材料，并且所述第二位置减轻所述内腔中所述压缩材料上的压缩；以及基于温度移动装置，基于所述储能装置的温度在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述压缩装置。

一种储能装置，包括：容器，由不导电材料组成；粉末状磁铁矿混合物，放置在所述容器中；第一端子，用于将外电路连接至所述粉末状磁铁矿混合物；第二端子，用于将所述粉末状磁铁矿混合物连接至所述外电路；以及压缩装置，位于所述容器中，施加固定力以压缩所述粉末状磁铁矿混合物。

在再一实施例中，一种用于为包括两个端子和压缩材料的储能装置再充电的方法，所述压缩材料包括磁铁矿且由压缩装置压缩，在所述储能装置运行期间所述压缩装置施加固定力至所述压缩材料，所述方法包括：施加磁场至所述储能装置；使用磁场传感器确定所述磁场的北极和南极；以及定向所述储能装置，使得所述储能装置的端子分别指向由所述磁场传感器确定的磁场的所述北极和南极。

在另一实施例中，一种防止储能装置过热的方法，包括：由温度测量装置测量储能装置的内部温度；确定所述储能装置的所述内部温度是否高于温度阈值；以及如果所述储能装置的内部温度低于所述温度阈值，则使用压缩装置施加力至压缩材料。

在又一实施例中，一种使用储能装置的方法，包括：使用压缩装置压缩包含在所述储能装置中的压缩材料；将第一端子连接至外电路；通过第一端子接收来自所述外电路的电流；将来自所述第一端子的所述电流传输至所述压缩材料；在所述压缩材料中存储电荷；将第二端子连接至所述外电路；以及通过传递存储在所述压缩材料中的电荷由所述第二端子将电流驱动至所述外电路。

在再一实施例中，一种使用储能装置的方法，包括：将第一端子连接至外电路；在所述第一端子处接收来自所述外电路的电流；将来自所述第一端子的所述电流传输至包含在所述储能装置内的电荷存储材料，其中所述电荷存储材料包括磁铁矿；在所述电荷存储材料中存储电荷；将第二端子连接至所述外电路；以及通过传递存储在所述电荷存储材料中的电荷由第二端子将电流驱动至所述外电路。

实施例的另外的特征和优点将在下面的说明书中阐述，部分地根据说明书是显而易见的。可以由在书面说明书中的示例性实施例和其权利要求书以及附图中特别指出的结构实现和得到本发明的目的和其它优点。

应该理解的是，本发明的前述总体说明和随后的详细说明是示例性的和说明性的，并且旨在提供对请求保护的本发明的进一步说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分且示出发明的实施例，并且和说明书一起用于解释本发明。

图1示出根据示例性实施例的电力系统。

图2示出根据示例性实施例的电力系统。

图3示出根据示例性实施例自动地调节功率因数的系统。

图4示出根据示例性实施例的功率因数调节单元。

图5示出根据示例性实施例的功率因数调节单元的外壳。

图6示出根据示例性实施例的不包含功率因数测量单元的功率因数调节单元的外壳。

图7示出根据示例性实施例的几个功率因数调节器的示例性安装。

图8示出根据示例性实施例用于多个负载的单个功率因数调节器的示例性使用。

图9示出根据示例性实施例的可调元件。

图10示出根据另一示例性实施例的可调元件。

图11示出根据又一示例性实施例的可调元件。

图12示出根据又一示例性实施例的可调元件。

图13示出根据示例性实施例用于可调元件的等效电路。

图14示出根据示例性实施例使用可调元件来提高功率因数的系统。

图15示出根据示例性实施例使用可调元件作为过电压吸收器(surgearrester)的系统。

图16示出根据示例性实施例包含可调元件的变压器。

图17示出根据示例性实施例包含可调元件的电动机(electricmotor)。

图18A示出根据示例性实施例使用可调元件作为可变电阻器以限制电容器放电的系统。

图18B示出根据示例性实施例使用可调元件的系统。

图18C示出根据示例性实施例的可调元件。

图18D示出根据示例性实施例使用可调元件的系统。

图18E示出根据示例性实施例使用可调元件的系统。

图18F示出根据示例性实施例使用可调元件的系统。

图18G示出根据示例性实施例使用可调元件的系统。

图18H示出根据示例性实施例使用可调元件的系统。

图19示出根据另一示例性实施例的可调元件。

图20示出根据示例性实施例用于感应电动机和功率因数调节单元组合的相对于调节单元设置的功率因数。

图21示出根据示例性实施例由于使用功率因数调节单元的百分比节省。

图22示出根据示例性实施例的储能装置。

图23示出根据示例性实施例的储能装置。

图24示出根据示例性实施例的储能装置。

具体实施方式

将参照如下讨论的细节来描述本发明的各个实施例和方案，并且附图将示出各个实施例。以下说明和附图解释了本发明且不应被解释为限制本发明。描述了各种具体细节以提供对本发明各个实施例的彻底理解。然而，在某些示例中，没有描述公知的或常规的细节以便提供本发明实施例的简明讨论。

图1示出示例性电力系统100。电力公司提供电力至电力网105。通过电力网105将电力作为电能传输给用户110。用户110具有由电力公司提供的仪表115来测量用户110消耗的电力。电力被用户110操作的一个或多个负载120消耗。理想地，由电力网105提供的且由仪表115计量的所有电力被负载120消耗。然而，实际上，一些电力通过仪表115从负载反射回至电力网105，一些电力从电线125辐射，一些电力作为电线125中的热量浪费了。在到负载的途中和在任何电力被反射回时，被传输至负载和反射回电力网105的电力引起电线125的加热。

图2示出根据示例性实施例的电力系统200。电力公司经由电力网205将电力供应给用户210。由仪表215来计量用户。在仪表215与负载220之间的是功率因数调节器230。功率因数调节器230执行几个功能，包括将从负载反射的电力回收回至负载，以及减小负载的总功耗。在来自电力网的尖峰和谐波到达负载之前，功率因数调节器还可以过滤它们，从而防止谐波和尖峰在负载中的损耗。另外，功率因数调节器过滤由负载产生的尖峰和谐波。由于过滤了引起EMI的尖峰和谐波，所以功率因数调节器还减小了EMI。

当被供应交流电(AC)时，电阻性负载例如电阻器使用供应至负载的所有电力。然而，包括电容、电感、或电容和电感的一些组合的电抗性负载不损耗供应至负载的所有电力。在交流电周期的一个周期中电抗性组件存储能量，然后在交流周期的下一个周期释放能量。电容存储电场中的能量，而电感存储磁场中的能量。被释放的能量沿着电线被反射回电力网。由此，反射的能量不得不被不必要地传输至负载，且不必要地被反射回电力网，在两个方向上的传输损耗都浪费能量。如果观测电线225上的电压和电流，则纯电容性或电感性负载的功率因数是电线225中电压与电流之间相位角的余弦。如果电压和电流正好同相，则功率因数是1，并且流入负载的功率是RMS电压乘以RMS电流。如果电压和电流异相90°或270°，则功率因数是0，并且没有平均功率供应至负载。如果电压和电流正好异相，则功率从负载流至电网。对于纯电感性负载和纯电容性负载的上述组合，由下式给出供应给负载的RMS功率P

|P|＝|S||cosθ|

其中，S是通过RMS电压乘以RMS电流而测量到的视在功率，并且θ是电线225上电压与电流之间的相位角。许多不同的负载(包括电动机、变压器、电磁铁和螺线管)可以具有显著的电感。具有显著电容的负载并不很常见。如果电感性负载被耦合到恰当大小的电容性负载，则电感性负载和电容性负载通过在电容性负载和电感性负载之间来回地传递能量而抵消了彼此的效应。这防止将能量反射回电力网。电容器的大小被确定为使得电压与电流之间的相位角接近零。电容值取决于负载的电感以及负载的电阻和负载的电容。对于一些负载，电容值、电阻值和电感值是不变的，但对于大多数负载，电阻和电感是变化的。例如，当转子转动时，由于电动机产生的反电动势(EMF)，无负载电动机具有高电感、高视在电阻。当电动机被加以负载时，随着反EMF减小，视在电阻减小。由此，当电动机上的负载改变时，所需的电容器的值也改变。尽管可以为稳态条件设置电容器的大小，但是如果条件改变了则电容器的大小将是不合适的。

图3示出根据示例性实施例自动地调节功率因数的系统300。系统300包括负载305、功率因数调节器单元310和功率因数测量单元315。功率因数调节单元310和功率因数测量单元315可以被包括在功率因数调节器307中。功率因数测量单元315测量输入线路320上的功率因数。可以以许多方式来执行测量。例如，可以对电流和电压波形进行采样，并且可以计算电流和电压的相位角。然后基于电压与电流相位角之间的差值，计算电流与电压之间的相位角。功率因数是差角的余弦。可替代地，可以对电流和电压进行采样、相乘、并进行平均以得出被传输至负载的功率。然后可以由实际功率(realpower)除以视在功率S来得出功率因数。基于该测量到的功率因数，功率因数测量单元315产生功率因数校正信号以校正功率因数。

如图3所示，功率因数测量单元315被连接至功率因数调节器单元310，且将功率因数校正信号发送至功率因数调节器单元310。功率因数调节器单元310调节该功率因数调节器单元310的电容以减小负载305的功率因数。

功率因数测量单元315可以被适配为以多种方式来调节被发送至功率因数调节器单元310的信号。在一些实施例中，功率因数测量单元315被配置为测量输入线路320上的功率因数，并计算校正功率因数所需的准确电容。在一些实施例中，功率因数测量单元315和功率因数调节器单元310形成控制系统。功率因数测量单元315测量功率因数，并计算由功率因数调节器单元310提供的当前电容是否太高或太低。基于上述计算，功率因数测量单元315将信号发送至功率因数调节器单元，以便(a)如果电容太低则该功率因数调节器单元增大由功率因数调节器单元310提供的电容，或者(b)如果电容太高则该功率因数调节器单元减小由功率因数调节器单元310提供的电容。以这种方式，控制系统300连续地适配于改变功率因数和负载。当调节功率因数时，控制系统300可以被设计为稳定的。使用例如主极点补偿可以提供稳定性。

在一些实施例中，可以由分立电子组件来形成功率因数测量单元315。在其他实施例中，可以由ASIC装置、可编程微型计算机芯片或专用电子芯片来形成功率因数测量单元315。

图4示出根据示例性实施例的功率因数调节单元405。在一些实施例中，功率因数调节单元405包含类似于功率因数测量单元315的功率因数测量单元410。在其他实施例中，功率因数测量单元410在功率因数调节单元405的外部。在另外的实施例中，由手动开关和调节旋钮来手动地控制功率因数调节单元405，并且不需要功率因数测量单元410。

功率因数调节单元405包括固定电容器415和可调元件420。尽管在该示例性实施例中绘示了两个电容器，但是一个或多个固定电容器415中的每个可以具有相同或不同的电容，使得固定电容器的切换可以为相等增量或其他大小的增量。每个固定电容器415与至少一个开关425和至少一个可选保险丝430串联连接，跨接在连接至负载的供电线路440上。可调元件420也与开关425和可选保险丝430串联连接。开关425允许固定电容器415和可调元件420被切换在电路中和切换出电路。保险丝430保护电容器415、连接至电力输入电线450的电源、以及负载免受电流浪涌的影响。

在一些实施例中，开关425是机械开关，例如继电器开关、振簧继电器开关、带有螺线管驱动器(solenoidactuator)的机械开关、或带有机动化驱动器的机械开关。在其他实施例中，开关425是固态开关，例如晶体管、晶闸管、三端双向可控硅元件或固态继电器。

另外的保险丝435保护所有的电容器415、可调元件420以及负载免受电流浪涌的影响。在一些实施例中，开关425被手动地控制。在其他实施例中，由功率因数测量单元410经由电线445来控制开关425。在一些实施例中，可调元件420被手动地控制。在其他实施例中，由功率因数测量单元410经由电线445来控制可调元件420。

可选的指示器455可以被连接在供给线路440与功率因数调节单元405的输出之间。可选指示器455允许操作者查看调节单元405是否仍在操作或者保险丝435是否已经熔断。额外的可选指示器还可以与电容器415和可调元件420并联放置。额外的可选指示器允许操作者查看哪个开关425闭合了以及哪个保险丝430可能被熔断了。指示器435和额外的指示器被安装在功率因数调节单元405中，使得从功率因数调节单元405的任何外壳外部是可以看见它们的。可选的指示器455、435可以是LED灯、计量器，根据触发因素改变颜色的装置、根据触发因素物理地移动的装置、根据触发因素延伸的装置、或者用于显示调节单元或保险丝的状态的其他指示器装置。在另一个实施例中，显示单元可以代替指示器455、435。通过将功率因数调节单元405连接至负载，显示单元可以显示由功率因数调节单元405节省的安培、电压和瓦特的数量。显示单元还可以显示关于功率因数调节单元405的其他重要信息，诸如功率因数调节单元405在任何时刻的功率因数校正值。显示单元还可以报告功率因数调节单元405的状态，包括在功率因数调节单元405内发生的故障或误差。

可选电源开关460可以与一个或多个输入电力电线450串联布置，从而允许手动地将电力切断。

根据开关425中的哪个是闭合还是打开的，可以改变功率因数调节单元405的电容。可调元件420允许调节功率因数调节单元405以提供由电容器415的组合可得的电容值之间的电容值。在该示例性实施例中，电容器415的值范围为大约1μF到100μF。然而，与本公开的实施例兼容的任何电容值均在本公开的范围内。

在一些实施例中，功率因数调节单元405不包含任何固定电容器415，而仅仅依赖于可调元件420的电容。

在一些实施例中，可调元件420是可变电容器。在其他实施例中，可调元件420是可变电感器或可变电阻器。在另其他实施例中，可调元件420是具有可调节的电阻、电容和电感的元件。在又其他实施例中，可调元件420是具有可调节的非线性特性并且可以包括其特性以与可调元件两端的电压或通过可调元件的电流改变的非线性方式一样改变的元件。可调元件420的可调节的非线性特性还可以展示滞后作用，其中可调元件420的瞬时特性取决于通过可调元件420的电流和可调元件420两端的电压的历史过程(history)。可调元件420在每端处具有被连接至电极421之间的材料422的电极421。材料422影响可调元件420的电气特性。

在操作中，功率因数测量单元410切换电容器415的开关425近似地调节功率因数。然后，如果必要，使用上述方法之一来微调调节单元405，功率因数测量单元410引起对调元件420的调节。如果例如连接到供电线路440的负载不需要任何负载因数校正，则与可调元件420串联的开关425允许防止可调元件420影响电路。

图5示出根据示例性实施例的功率因数调节单元405的外壳505。输入电力电线510对应于电力输入电线450。输出电线515对应于连接至负载的供电线路440。指示器520对应于供电线路440两端的指示器455。指示器525对应于放置在电容器415和可调元件420两端的可选指示器以指示开关425是否闭合和保险丝430是否没有被熔断。用于易于替换的保险丝支架530包含保险丝430、435。开关535对应于可选的主电源开关460。

图6示出不包含功率因数测量单元410的功率因数调节单元的外壳605。输入电力电线610对应于电力输入电线450。输出电线615对应于连接至负载的供电线路440。指示器620对应于供电线路440两端的指示器455。指示器625对应于放置在电容器415和可调元件420两端的可选指示器以指示开关425是否闭合和保险丝430是否没有被熔断。用于易于替换的保险丝支架630包含保险丝430、435。开关635对应于可选的主电源开关460。在外壳605中，开关425对应于外壳605外部的手动机械开关640。由可调旋钮645来控制可调元件420。

调节旋钮645可以被直接连接到可调元件420并且可以被用于机械地调节可调元件420的参数。可替代地，调节旋钮645可以被连接至电子调节电路。电子调节电路可以将调节旋钮645的位置转换为施加到可调元件420的电压或电流。调节电路还可以将信号提供给机械地调节可调元件420的参数的驱动器。

功率因数调节器可以被放置在设施的电力系统的多个位置中。图7示出根据示例性实施例的几个功率因数调节器的示例性安装。由电力网705为设施710供给电力。仪表715计量流入设施710的负载720-740的电力。功率因数调节器745接近负载720安装且将负载720的功率因数校正为接近于一(unity)。功率因数调节器750接近负载725安装且将负载725的功率因数校正为接近于一。功率因数调节器755接近负载730和735安装。功率因数调节器755将组合负载730和735的功率因数校正为接近于一。因此，因为校正了负载720-735中的每一个，所以仪表715所显示的总功率因数接近于一。如图7所示，功率因数调节器可以被连接在负载与剩余电力系统(例如，负载720、725)之间。可替代地，由单个功率因数调节器例如功率因数调节器750可以来同时校正多于一个的负载(例如负载730、735)。一些负载例如负载740具有已经接近于一的功率因数，因此，不需要功率因数调节器。一般地，由一个或多个功率因数调节器可以来校正负载的任何组合，在一些示例中功率因数调节器接近于单个负载放置并且在其他示例中功率因数调节器校正多个负载。

功率因数调节器745-755可以被物理地放置在相应负载720-735的箱子或外壳中、相应负载720-735的开关箱中、或者沿着到相应负载720-735的电线的任何位置处。功率因数调节器可以是单独组件、与原始设备制造商组件整合、或者被添加作为零件市场组件。

功率因数调节器745-755的每个可以被配置为监控相应负载720-735的电力、电压和安培的量。功率因数调节器745-755可以被编程为对于相应负载720-735中的每个可接受的范围。可接受的范围可以是正常操作条件下负载720-735的电压、安培或瓦特值的低和高阈值。如果负载720-735不在可接受的范围内操作，则负载可能出故障。功率因数调节器745-755还可以包括通信装置，该通信装置可以被配置为当相应负载720-735没有在可接受的范围内操作时将消息发送至另一个装置。通信设备可以通过有线或无线通信方法(例如WiFi、蓝牙、无线电频率、红外线)来传输消息，或者通过任何其他通信方法来发送消息。

图8示出根据实施例用于多个负载的单个功率因数调节器的示例性使用。由电力网805来驱动设施810。仪表815可以计量流入设施810的负载820-840的电力。功率因数调节器845校正组合负载820-835的功率因数。负载840具有已经接近于一的功率因数，因此不需要功率因数调节器且被直接连接至仪表815。

功率因数调节器845可以被物理地放置在任何负载820-835的箱子或外壳中、任何负载820-835的开关箱中、或者沿着到任何负载820-835的电线的任何位置处。功率因数调节器可以是单独组件、与原始设备制造商组件整合、或者被添加作为零件市场组件。

除了功率因数调节，功率因数调节845可以被用作断路器。功率因数调节845可以被配置为检测故障条件，并且当检测到故障条件时立即中止到负载820-835的电流。

此外，功率因数调节器845可以调节接收三相功率的负载的功率因数。为了解释三相功率，功率因数调节器845包括三个功率因数调节器，每个被连接至携带三相功率的三个相位的三个电路导体中的一个。使用三个功率因数调节器，功率因数调节器845可以从电力网805接收高达480V的三相功率。

图9示出根据示例性实施例的可调元件900。可调元件900可以被用作图4所示的可调元件420且可以被配置为不使用固定电容器415来操作。可调元件900包括容器905。容器905可以由非导电材料(例如，尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氧化铝、玻璃、树脂、玻璃纤维树脂、酚醛树脂、或与本公开的实施例兼容的任何其他绝缘材料)制成。容器905具有在其每端处放置的电极910、915。在一些实施例中，两个电极910、915都是固定的。在其他实施例中，电极中的一个是固定的，并且另一个电极是可移动的。在另其他实施例中，910、915都是可移动的。在一些实施例中，如图9所示，电极中的一个(例如，电极910)在容器905的内部与电极910之间具有弹簧945。弹簧在电极910的背上提供压力，将电极910推向电极915。弹簧945使得对电极910与915之间的材料940压缩的调节更可靠。

电极910、915可以由铜、金、银、钯、铂、钌、镍、铁、铝、钨、钛、钛亚硝酸盐、钽、氮化钽、铬、铅、镉、锌、锰、钴酸锂、磷酸铁锂、锂锰氧化物、羟基氧化镍、或上述的任何组合或与本公开的实施例兼容的任何其他金属制成。电极可以由上述金属中的一种或多种形成，并且然后涂覆在上述金属中的第二种上。电极910、915还可以由半导体材料(例如，以金刚石或石墨的形式的碳、硅、碳化硅、锗、或这些半导体彼此之间的任何组合、或与上述金属之一的组合)制成。在一些实施例中，电极910、915由相同的材料制成。在其他实施例中，电极910、915由不同的材料制成。

使用压缩装置920，电极915是可移动的。在箭头925的方向上推或拉压缩装置920使得压缩装置920在箭头935的方向上通过容器905中的孔滑动。压缩装置920被连接到移动电极915且将移动电极915推向电极910或者使其远离电极910。

材料940被放置在电极910与915之间。如上所述，由移动电极915将材料940朝电极910压缩。材料940允许电流在电极910、915之间流动，并且影响可调元件900电气特性。对材料940进行压缩改变电气特性。

定位螺丝钉930被放置在容器905的螺纹孔中。容器905中的定位螺丝钉930从容器外部延伸且通过其中放置有压缩装置920的容器中的孔。当电流压缩装置被放置为使得实现可调元件900的正确的电气特性时，定位螺丝钉930可以拧紧压缩装置920，从而防止压缩装置移动。经由压缩装置920到电极910、915的连接950允许可调元件900被连接在电路中，例如，像图4中的可调元件420一样。

在一些实施例中，材料940包括粉末状磁铁矿(Fe₃O₄或FeO·Fe₂O₃)。在一些实施例中，粉末状磁铁矿是电极910、915之间的唯一材料。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与液体混合。液体可以是矿物油、合成油、液体电解质或半固体电解质。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与其他粉末状材料混合。其他粉末状材料可以包括碳的任何同素异形体，诸如金刚石或石墨、石英、蓝宝石、绿宝石、金、铜、银、铂、钯、镍、钼、铝、二硫化钼、二硫化钛、二氧化硅、金刚砂、粉末状稀土磁性材料、三氧化二钛、掺杂有氟或锑的锡或与本公开实施例兼容的任何其他粉末状材料。材料可以是水晶的、多晶的或非晶形的形式。例如，材料940可以包括一半磁铁矿和一半碳。在一些实施例中，不包括磁铁矿粉末，并且在容器905中仅仅包括除了磁铁矿的上述粉末状材料中的一个或多个。在一些实施例中，磁铁矿和/或其他粉末状材料以硬树脂被放置在电极之间。在其他实施例中，在使用材料之前可以对其加热以调节材料的电气特性。

图10示出根据另一实施例的可调元件1000。可调元件1000可以被用作图4中的可调元件420。可调元件1000包括容器1005。容器1005可以由非导电材料(例如，尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氧化铝、玻璃、树脂、玻璃纤维树脂、酚醛树脂、或与本公开的实施例兼容的任何其他绝缘材料)制成。容器1005具有在其每端处放置的电极1010、1015。在一些实施例中，两个电极1010、1015都是固定的。在其他实施例中，电极中的一个(例如，电极1010)是固定的，并且另一个电极是可移动的。在另其他实施例中，1010、1015都是可移动的。在一些实施例中，如图10所示，电极中的一个(例如，电极1010)在容器1005的内部与电极1010之间具有弹簧1045。弹簧在电极1010的背上提供压力，将电极1010推向电极1015。弹簧1045可以允许对电极1010与1015之间的材料1040压缩的调节更可靠。

电极1010、1015可以由铜、金、银、钯、铂、钌、镍、铁、铝、钨、钛、钛亚硝酸盐、钽、氮化钽、铬、铅、镉、锌、锰、钴酸锂、磷酸铁锂、锂锰氧化物、羟基氧化镍、或上述的任何组合或与本公开的实施例兼容的任何其他金属制成。电极可以由上述金属中的一种或多种形成，并且然后涂覆在上述金属中的第二个上。电极1010、1015还可以由半导体材料(例如，以金刚石或石墨的形式的碳、硅、碳化硅、锗或这些半导体彼此之间的任何组合、或与上述金属之一的组合)制成。

使用压缩装置1020，电极1015是可移动的。在箭头1025的方向上转动压缩装置1020使得与容器1005中的螺纹孔啮合的螺纹1030在箭头1035的方向上移动。压缩装置1020被连接到移动电极1015。压缩装置1020将电极1015推向电极1010或者使其远离电极1010。

材料1040被放置在电极1010与1015之间。如上所述，由移动电极1015将材料1040朝电极1010压缩。材料1040允许电流在电极1010、1015之间流动，并且影响可调元件1000电气特性。对材料1040进行压缩改变电气特性。

经由压缩装置1020到电极1010和1015的连接1050允许可调元件1000被连接在电路中，例如，像图4中的可调元件420一样。

在一些实施例中，材料1040包括粉末状磁铁矿。在一些实施例中，粉末状磁铁矿是电极1010、1015之间的唯一材料。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与液体混合。液体可以是矿物油、合成油、液体电解质或半固体电解质。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与其他粉末状材料混合。其他粉末状材料可以包括作为金刚石或石墨的碳、石英、蓝宝石、绿宝石、金、铜、银、铂、钯、镍、钼、铝、二硫化钼、二硫化钛、二氧化硅、金刚砂、粉末状稀土磁性材料或与本公开实施例兼容的任何其他粉末状材料。材料可以是水晶的、多晶的或非晶形的形式。例如，材料1040可以包括一半磁铁矿和一半碳。在一些实施例中，不包括磁铁矿粉末，并且在容器1005中仅仅包括除了磁铁矿的上述粉末状材料中的一个或多个。在一些实施例中，磁铁矿和/或其他粉末状材料以硬树脂被放置在电极之间。在其他实施例中，在使用材料之前可以对其加热以调节材料的电气特性。

可替代地，图11示出根据示例性实施例的另一个可调元件1100。可调元件1100可以被用作图4中的可调元件420。可调元件1100包括容器1105。容器1105具有在其每端处放置的电极1110、1115。如图11所示，由不同的压缩装置例如压电驱动器1145来分别代替图9和图10的压缩装置920或1020。压电驱动器1145可以被放置在电极1115与容器1105的内部之间以将电极1115推向电极1110或使其远离电极1110。可替代地，可以使用磁驱动器来代替压电驱动器1145。磁驱动器被放置在电极115与容器1105的内部之间以将电极1115推向电极1110或者使其远离电极1110。在另一实施例中，可以使用永久磁铁来代替压电驱动器1145。永久磁铁被放置在电极1115与容器1105的内部之间。可以由驱动器来确定容器外部的第二永久磁铁的位置，以吸引或排斥容器内部的永久磁铁，从而将电极1115推向电极1110或者使其远离电极1110。

在一些实施例中，如图10所示，电极中的一个(例如，电极1110)在容器1105的内部与电极1110之间具有弹簧1150。弹簧在电极1110的背上提供压力，将电极1110推向电极1115。弹簧1150使得对电极1110与1115之间的材料1140压缩的调节更可靠。

电极1110、1115可以由铜、金、银、钯、铂、钌、镍、铁、铝、钨、钛、钛亚硝酸盐、钽、氮化钽、铬、铅、镉、锌、锰、钴酸锂、磷酸铁锂、锂锰氧化物、羟基氧化镍、或上述的任何组合或与本公开的实施例兼容的任何其他金属制成。电极可以由上述金属中的一种形成，并且然后涂覆在上述金属中的第二个上。电极1110、1115还可以由半导体材料(例如，以金刚石或石墨的形式的碳、硅、碳化硅、锗或这些半导体彼此之间的任何组合、或与上述金属之一的组合)制成。

经由压缩装置1120到电极1110和1115的连接1155允许可调元件1100被连接在电路中，例如，像图4中的可调元件420一样。

在一些实施例中，材料1140包括粉末状磁铁矿。在一些实施例中，粉末状磁铁矿是电极1110和1115之间的唯一材料。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与液体混合。液体可以是矿物油、合成油、液体电解质或半固体电解质。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与其他粉末状材料混合。其他粉末状材料可以包括作为金刚石或石墨的碳、石英、蓝宝石、绿宝石、金、铜、银、铂、钯、镍、钼、铝、二硫化钼、二硫化钛、二氧化硅、金刚砂、粉末状稀土磁性材料或与本公开实施例兼容的任何其他粉末状材料。材料可以是水晶的、多晶的或非晶形的形式。例如，材料1140可以包括一半磁铁矿和一半碳。在一些实施例中，不包括磁铁矿粉末，并且在容器1105中仅仅包括除了磁铁矿的上述粉末状材料中的一个或多个。在一些实施例中，磁铁矿和/或其他粉末状材料以硬树脂被放置在电极之间。在其他实施例中，在使用材料之前可以对其加热以调节材料的电气特性。

通过使用驱动器可以构造可替代的驱动系统以转动压缩装置1020(图10)来压缩粉末。可能的驱动器包括步进电动机或齿轮传动电动机以转动压缩装置1020。

图12示出根据实施例的可调元件1200。可调元件1200可以被用作图4中的可调元件420。可调元件1200包括容器1205。容器1205具有在其每端处放置的电极1210、1215和压缩装置1220。如图12所示，线圈1245缠绕在容器1205周围。电流可以穿过线圈1245，从而在容器1205中的磁铁矿粉末材料1240内产生磁场。由电流和线圈1245产生的额外磁场使得粉末被磁化。被磁化的磁铁矿粉末具有与未磁化的磁铁矿粉末不同的感应特性。由此，通过线圈1245的电流的应用改变了可调元件的感应特性。另外，磁化的磁铁矿粉末颗粒被吸引至其他磁化的磁铁矿粉末颗粒，使得粉末被压缩。该压缩使得可调元件的电阻和电容改变。可替代地，不是使用线圈1245，而是通过外部电磁铁或永久磁铁可以来提供磁场。可以调节永久磁铁或电磁铁的位置来改变通过可调元件的磁场的强度和方向。另外，通过电磁铁的电流可以被用来调节磁场的强度。

可以通过使用驱动器来构建驱动系统以转动压缩装置1220来压缩粉末。可能的驱动器包括步进电动机或齿轮传动电动机以转动压缩装置1220。可以通过来自电线445提供的功率因数测量单元410的信号来控制步进电动机或齿轮传动电动机。

因此，通过调节电极1210、1215之间粉末的一个或多个压缩，或者通过调节通过线圈1245的电流，可以改变可调元件的电感、电容和电阻。由此可以调节调节单元405来校正连接到供电线路440的负载的功率因数。可以使用来自电线445提供的功率因数测量单元410的控制信号来控制用于压缩磁铁矿粉末材料1240的任何驱动器或者控制通过线圈1245的电流。

线圈1245可以与如上图9-图11描述的任何实施例结合。此外，线圈1245可以形成在容器周围，该容器没有其他的调节器件且充满粉末状材料1240。

经由压缩装置1220到电极1210和1215的连接1250允许可调元件1200被连接在电路中，例如，像图4中的可调元件420一样。

在一些实施例中，材料1240包括粉末状磁铁矿。在一些实施例中，粉末状磁铁矿是电极1210、1215之间的唯一材料。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与液体混合。液体可以是矿物油、合成油、液体电解质或半固体电解质。在一些实施例中，粉末状磁铁矿与其他粉末状材料混合。其他粉末状材料可以包括作为金刚石或石墨的碳、石英、蓝宝石、绿宝石、金、铜、银、铂、钯、镍、钼、铝、二硫化钼、二硫化钛、二氧化硅、金刚砂、粉末状稀土磁性材料或与本公开实施例兼容的任何其他粉末状材料。材料可以是水晶的、多晶的或非晶形的形式。例如，材料1240可以包括一半磁铁矿和一半碳。在一些实施例中，不包括磁铁矿粉末，并且在容器1205中仅仅包括除了磁铁矿的上述粉末状材料中的一个或多个。在一些实施例中，磁铁矿和/或其他粉末状材料以硬树脂被放置在电极之间。在其他实施例中，在使用材料之前可以对其加热以调节材料的电气特性。

在一些实施例中，磁铁矿粉末或粉末的混合物被放置在容器(例如容器905、1005、1105、1205)中。当填充容器时，磁铁矿粉末或粉末的混合物受到磁场。磁场是由线圈例如线圈1245、外部电磁铁或永久磁铁提供的。在一些实施例中，根据上面讨论的方法中的一个来压缩磁铁矿粉末或粉末的混合物，同时施加磁场。在其他实施例中，在去除磁场之后，根据上面讨论的方法中的一个来压缩磁铁矿粉末或粉末的混合物。在另一个实施例中，在压缩之前将磁场施加到磁铁矿粉末或粉末的混合物。

在一些实施例中，磁铁矿粉末或粉末的混合物与树脂(例如，环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、聚酯树脂，缩醛树脂或甲基异丁烯酸甲酯树脂)混合。粉末树脂混合物被放置在容器(例如容器905、1005、1105、1205)中。然后使用上述描述的压缩装置中的一个来压缩树脂粉末，直到实现了复合粉末和树脂的一个或多个期望电气特性。当实现了复合粉末和树脂的电气特性时，树脂被固化。树脂可以是热活化树脂、光活化树脂、或通过混合树脂的一个或多个成分而激活的树脂。当使用适当方法固化容器中的树脂时，可以使用可调装置。

在一些实施例中，未固化的粉末树脂混合物可以受到磁场以实现复合粉末和树脂的期望电气特性。当粉末树脂混合物在容器905、1005、1105、1205中时，可以通过缠绕在容器周围的线圈、外部电磁铁或永久磁铁来施加磁场。可以单独施加磁场或者可以结合压缩来施加磁场。可以在固化树脂之前和/或在固化树脂过程中施加磁场。

在一些实施例中，树脂是硬的非粘弹性材料，在其他实施例中，树脂是粘弹性材料且在固化时可以容易地变形。在一些实施例中，由诸如橡胶或硅树脂的弹性材料来代替树脂。

磁铁矿是在室温下使用2.5x10⁴Ωm^-1的导电率来导电的氧化铁，也是铁淦氧磁物。当为粉末形式时，通过磁铁矿粉末的电力的流动取决于磁铁矿粉末的填充物。因为电流必须在粉末的颗粒之间穿行，所以疏松填充物减少电力的流动。将其他粉末状的材料和/或油或电解质混合允许调节导电率。

流经磁铁矿粉末的电流产生与磁铁矿的磁化耦合的磁场且还引起磁铁矿粉末颗粒的移动。磁铁矿颗粒的移动还改变导电率。流经粉末的电流与粉末的磁化的相互作用增强了可调元件的电感。将其他粉末状的材料与磁铁矿混合还改变了流经可调元件的电流与磁铁矿的磁化之间的耦合，由此，改变了电感。

并非形成粉末状材料的所有颗粒都必须是电连接的。例如，随着粉末的正确压缩，大部分粉末状材料被连接至电极910、915中的一个或另一个，但不是电连接到两个电极910、915。电连接到一个电极的粉末可以接近被连接至另一电极的粉末，从而使得电容器形成在粉末内。粉末和粉末组合的压缩允许改变可调元件的电容。

由此，可调元件具有包括可以通过改变粉末组合的压缩来调节电感、电容和电阻的特性。这允许调节可调元件以调节可调元件的电容、电阻和电感以校正负载的功率因数。

另外，当被压缩时的磁铁矿的特性是基于流经磁铁矿材料的电流和磁铁矿材料两端的电压的历史过程的。例如，流经磁铁矿的电流产生磁场。磁场磁化磁铁矿粉末，使得颗粒拧在一起。这种将粉末颗粒拧在一起减小了磁铁矿粉末的电阻率。减小的电阻率导致更多的电流流过以及更多的磁化，这将粉末中的颗粒更多地拧在一起，再次减小电阻率。由此，在正确的条件下，磁铁矿粉末可以具有非线性特性。取决于粉末的组合，当去除电流时，粉末可以放松至其初始状态，或者保持减小的电阻状态。

以类似的方式，当磁铁矿粉末为高电阻状态时，在磁铁矿粉末两端放置高电压可以减小电阻。在高电阻状态下，磁铁矿的颗粒没有在电极之间被电良好地连接。由此，一个或另一个电极附近的颗粒将达到与其相应电极的电压接近的电压。带有相反极性的粉末的颗粒将吸引，从而压缩一些量的颗粒粉末。压缩量的颗粒粉末将具有更大的导电率。由此，当大电压被放置在粉末两端时，颗粒粉末可以快速成为导电的。取决于粉末的成分，当去除电压时，粉末可以放松至初始状态，或者保持减小的电阻状态。

可调元件的特性、电感、电容和电阻形成电感器-电容器-电阻器(LCR)滤波器。图13示出具有等效电感L、等效电阻R和等效电容C的可调元件的等效电路。等效电路形成具有以下谐振频率的带通滤波器

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{LC}-{\left(\frac{R}{L}\right)}^2}$

并且Q值为

$Q=\frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}}$

因此，可调元件可以被配置为使得带宽大约为f₀/Q在谐波频率f₀周围的特定频带通过，且抑制其他频率。如上所讨论的，通过压缩可调元件中的粉末材料或者将磁场应用至可调元件都可以调节可调元件的电感、电容和电阻。然而，电感、电容和电阻值不是独立的。例如，调节电阻，也可能调节电容和电感。如果压缩和磁场都被施加到可调元件中的粉末，则可以稍微独立地调节等效电感L、等效电阻R和等效电容C的值。还可以通过改变可调元件的压缩和磁场来调节可调元件的谐振频率和Q。由此，可调元件形成可调滤波器，可以根据需要来调节其频率和Q。在处理非线性负载的功率因数校正时这是特别有用的。如以上所讨论的，非线性负载产生电力线频率的谐波。被反射回输电网的电力线频率的谐波是被浪费的电力。电力线频率的谐波可以是电力线频率的奇数或偶数倍。检测并抑制这些谐波提高了功率因数。通过过滤引起EMI的尖峰和谐波，功率因数调节器还减小EMI。

图14示出通过过滤由连接到电力线1412的负载1410产生的谐波，使用可调元件1405来改善功率因数的系统1400。可调元件1405被配置为具有与电力线频率相同的谐振频率。如果由谐波检测器1415检测到谐波，则谐波检测器1415经由电线1420来发送信号以调节可调元件的Q来抑制谐波。

如果存在由例如与可调元件1405串联的额外电容器或电感器引起的明显的额外电感，则可调元件滤波器的谐振频率将改变。负载可以具有明显的电感或电容。例如，电感电动机具有相当大的电感。另外，感应电动机的电感随着电动机的旋转速度和负载改变。由此，可调元件过滤器的谐振频率f₀和Q必须被连续地调节以考虑进感应电动机的电感变化。如果可调元件是任何功率因数调节单元(例如，功率因数调节单元405)的一部分，则功率因数调节单元内的固定电容器可以与可调元件并行地切换。由此，改变可调元件过滤器的谐振频率f₀和Q。因此，不受被添加至电路的额外电感或电容的影响，连续地调节可调过滤器的谐振频率和Q以维持正确的谐振频率。

如上所讨论的，粉末的特性可以取决于流经可调元件的电流和可调元件两端的电压的历史过程。由此，可调元件的电容、电阻和电感可以被配置为根据在电力线上发生的电压或电流的特定组合来改变。例如，根据在电力线上发生的过电压或电力线上的尖峰，可调元件可以被配置为改变谐振频率f₀和Q。

在被合适地调节的可调元件(例如，可调元件900、1000、1100、1200)中粉末材料(包括由树脂包围的粉末或者液体的粉末)的非线性特性使得可调元件适合作为过电压吸收器和能量尖峰去除器。通过调节可调元件中粉末材料的成分、可调元件中粉末材料的压缩以及穿过上述可调元件的任何磁场，可以改变可调元件变为突然导电时刻的电压或电流。如果，例如RMS线路电压为110V，则峰值电压将是156V。被合适地调节的可调元件可以在170V处变为突然导电。在这种情况下，在线路电压上高于170V的任何尖峰将使得可调元件变为突然导电，并且能量将在可调元件中被损耗而不是在被放置在可调元件之后的任何负载设备中损耗。

图15示出使用可调元件作为过电压吸收器的系统1500。过电压吸收器1505被放置在输电网与负载1510之家的电力线1512两端。电力线1512上的尖峰1520使得可调元件1505中的粉末材料变得导电，从而耗散可调元件而不是负载1510中尖峰的能量。

在一些实施例中，可调元件1505被配置作为可复位的过电压吸收器。可调元件1505被配置为当电力线1512上的浪涌发生时，增大可调元件1505中粉末材料的导电率。在浪涌之后，可调元件保持增大的导电率状态。当例如电力线1512上的电力减小至零达一段时间时、或者当例如通过靠近永久磁铁而使外部磁场穿透可调元件或者通过去除永久磁铁来从可调元件去除外部磁场时，可调元件1505被配置为返回至初始导电率。

可调元件中磁铁矿粉末的磁特性允许将可调元件用作变压器的磁芯的一部分。图16示出包含可调元件1610的变压器1605。可调元件1610形成变压器的磁芯的一部分，其中由磁元件1615来完成磁芯的磁电路。一次绕组1620和二次绕组1625被缠绕在变压器1605的磁芯周围。如上所讨论的，当压缩、磁场、电压或电流被施加至可调元件时，可调元件的磁特性改变。由此，可调元件可以被用于改变变压器1605的磁芯的磁导率，因此，改变变压器的一次绕组1620与二次绕组1625之间的耦合。在一些实施例中，如图16所示，一次绕组1620和二次绕组1625被缠绕在可调元件1610周围。在其他实施例中，一次绕组1620和/或二次线圈1625被缠绕在磁元件1615周围。在一些其他实施例中，可调元件1610被连接至电力线1630(其被连接至一次绕组)两端，如图16所示。由此，可调元件1610可以被配置为如上关于浪涌抑制所讨论的吸收电力线1630上的尖峰，和/或改变变压器磁芯的磁特性以减小传输至二次绕组1625的电量。可替代地，可调元件1610可以被连接至二次绕组1625和输出电力线1635两端，以便检测二次绕组1625上的尖峰。由此，可调元件1610可以被配置为吸收电力线1635上的尖峰和/或改变变压器磁芯的磁特性，以减少传输给二级绕组1625的电量。

在一些实施例中，可调元件1610被配置作为可复位的过电压吸收器。可调元件1610被配置为当电力线1630上的浪涌发生时，减小磁芯变压器1605的磁导率。当例如电力线1630上的电力减小至零一段时间时、或者当例如靠近永久磁铁来穿透外部磁场或者通过去除永久磁铁来从可调元件去除外部磁场时，可调元件1610被配置为返回至初始磁电感。

可调元件中磁铁矿粉末的磁特性允许将可调元件用作电动机的磁芯的一部分。图17示出包含可调元件1710的电动机1705的横截面。电动机包括定子1715和转子1720。转子在轴1725上旋转且包括带有电线圈1731的磁芯1730。定子包括具有磁元件1735和1736的磁芯、可调元件1710、以及缠绕在磁元件1736周围的定子线圈1740。可调元件1710形成磁芯的一部分，其中由磁元件1735、1736和磁芯1730来完成磁芯的磁电路。如上所讨论的，当压缩、磁场、电压或电流被施加至可调元件时，可调元件的磁特性改变。由此，可调元件可以被用于改变电动机1705的磁芯的磁导率，因此，改变定子1715与转子1720之间的耦合。在一些实施例中，如图17所示，定子1715的一部分由可调元件1710形成。在其他实施例中，转子芯1730的一部分由可调元件1710形成。在其他实施例中，可调元件1710被连接在定子线圈1740的供应源(supply)的两端。由此，可调元件1710可以被配置为吸收定子线圈1740上的尖峰或者补偿电动机1705的功率因数。

磁铁矿粉末的磁特性允许可调元件被用作可变电容器。如上所述，通过改变施加到磁铁矿粉末的磁铁矿粉末或磁场的压缩量，可以改变可调元件的电气特性。在改变的电气特性中，有一个可调元件的总电容的改变。由此，如上所述的可调元件可以被实现为可变电容器。

可调元件也可以与电容器组合使用，以允许电容器起类似电池的作用以限制从带电电容器放出的电荷量。图18A示出根据示例性实施例使用可调元件以及电容器的电路图。如图18A所示，第一可调元件1810和第二可调元件1820被连接至电容器1820。第一可调元件1810被连接至电容器1820的第一端子且第二可调元件1820被连接至电容器的第二端子。电容器1820还被连接到输入(未示出)，例如电源。当将电位差施加到电容器1820时，能量被存储在电容器的电场中。存储在电容器中的能量可以被释放，但释放几乎是瞬间的。通过将可调元件1810、1812连接至电容器，可以减缓能量释放，并且负载1805可以接收来自电容器1820的能量。可调元件1810、1812可以具有几乎无限可调的阻抗。通过调节可调元件1810、1812的阻抗，可以控制提供给负载1805的能量的多少。

如图18B所示，示出具有单个可调元件1810的可替代实施例。在使用这个系统执行的试验中，可调系统1810包括磁铁矿和石墨。在试验中，磁铁矿范围为12克至300克，并且石墨范围为从磁铁矿的大约1％至大约15％，尽管碳负载可以是1％、3％、5％、12％、20％、25％、50％或任何其他百分比，虽然更高的碳负载可能需要较少的压缩，并且电力能力将是更低的。在试验中，压实压力也是变化的。该配置的试验示出了可调元件1810的低通过滤性质。

图18C示出在图18B中示出的系统中使用的示例性可调元件1810。可调元件1810被构造为带有盖的外壳和在每端处的端子。在一个示例性配置中，在施加2000欧姆的DC电偏压处理之前，在带有初始电阻的增强的机械压实压力下，可调元件1810具有300克的磁铁矿和3克的石墨。当在可调元件1810两端受到100.0DC伏特的电偏压时，电阻开始减小，并且在几分钟之后降为32欧姆。当它被放置在图18B所示的电路中时，电阻进一步减小，并且呈现额外53瓦特的电力损耗，其等于大约15欧姆的107伏特AC线电压的等效电阻。如下数据示出这个可调元件对功率因数和谐波失真的影响。这个数据还示出在适度负载下对于1/3马力电动机在AC线两端使用80微法拉运行电容器的效果。

如上表所示，改善了功率因数且减小了谐波失真，并且可调元件类似于低通滤波器。

可以使用多于一个的可调元件。参照图18D，系统被示为在AC线的正/热或负/中性管脚上具有并联的两个可调元件1810。图18E示出并联的三个可调元件1810。对于图18D和图18E中的两个配置，在每个装置中使用12克至50克的磁铁矿和高达大约15％的石墨来进行试验。这些试验示出增大的热管理、增大的功率因数以及减小的谐波失真。

图18F示出在可调元件1810周围且与可调元件1810并联的感应线圈1825。在一个示例性配置中，可调元件1810具有25克的磁铁矿和1％-3％的碳。感应线圈1825是缠绕在可调元件1810周围的感应器电线，其中线圈1825被连接至如图所示的电路。在这个配置中，试验示出减少的热量产生。小的修整电阻器被添加至线圈线路以提供线圈与磁铁矿部分之间的有效电阻平衡。修整电阻器大小为从0.25欧姆一直到1.0欧姆，但是取决于期望配置、电动机大小和AC电路设计，其范围可以为从0.01欧姆到2.0欧姆。

在图18G中示出修整电阻器1830。使用修整电阻器1830、以及25克磁铁矿、1％碳添加、以及包围大约2.5英寸的14计量单位铜线的线圈来进行试验。

添加修整电阻器迫使更多的电流流过可调元件管脚，导致功率因数的增大以及谐波失真的减小。此外，添加带有线圈和修整电阻器的第二可调元件可以被用于进一步减小谐波失真且增大功率因数，如图18H所示。

图19示出根据示例性实施例的可调元件1900。可调元件1900可以被用作图18所示的可调元件1810或1812并且可以被配置为与电容器操作。可调元件1900包括容器1905。容器1905可以由任何非导电材料(例如，尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氧化铝、玻璃、树脂、玻璃纤维树脂、酚醛树脂、或与本公开的实施例兼容的任何其他绝缘材料)制成。容器1905具有在其每端处放置的电极1910、1915。在一些实施例中，两个电极1910、1915都是固定的。在其他实施例中，电极中的一个是固定的，并且另一个电极是可移动的。在另其他实施例中，电极1910、1915都是可移动的。在一些实施例中，如图19所示，电极中的一个(例如，电极1910)在容器1905的内部与电极1910之间具有弹簧1945。弹簧1945在电极1910的背上提供压力，将电极1910推向电极1915。弹簧1945使得对电极1910与1915之间的材料1940压缩的调节更可靠。

电极1910、1915可以由铜、金、银、钯、铂、钌、镍、铁、铝、钨、钛、钛亚硝酸盐、钽、氮化钽、铬、铅、镉、锌、锰、钴酸锂、磷酸铁锂、锂锰氧化物、羟基氧化镍、或上述的任何组合或与本公开的实施例兼容的任何其他金属制成。电极可以由上述金属中的一种或多种形成，并且然后涂覆在上述金属中的第二个上。电极1910、1915还可以由半导体材料(例如，以金刚石或石墨的形式的碳、硅、碳化硅、锗或这些半导体彼此之间的任何组合、或与上述金属之一的组合)制成。在一些实施例中，电极1910、1915由相同的材料制成。在其他实施例中，电极1910、1915由不同的材料制成。

使用压缩装置1920，电极1915是可移动的。在箭头1925的方向上推或拉压缩装置1920使得压缩装置1920在箭头1925的方向上通过容器1905中的孔滑动。压缩装置1920被连接到移动电极1915且将移动电极1915推向电极1910或者使其远离电极1910。

材料1940被放置在电极1910与1915之间。由移动电极1915将材料1940朝电极1910压缩。通过上述任意方法(诸如螺丝钉、压缩装置或驱动器)可以执行材料1940的压缩。材料1940允许电流在电极1910、1915之间流动，并且影响可调元件1900电气特性。对材料1940进行压缩改变电气特性。

经由压缩装置920到电极910、915的连接950允许可调元件900被连接在电路中，例如，像图18A和图18B中的可调元件1810、1812一样。

可调元件1900的压缩材料是多个小铝珠。铝珠可以涂覆有绝缘涂层，诸如硅或表现出绝缘特性的任何其他类型的材料。在如上描述的一些实施例中，磁铁矿被描述为材料l940。磁铁矿或类似材料可以与铝珠混合，或者可以省去磁铁矿。

通过机械压缩，铝珠可以改变可调元件1900的电气特性。然而，任何压缩技术(诸如如上所述的那些)可以动态地改变的铝珠的电气特性。包括如上所述的铝珠的可调元件1900可以被连接到任何大小的电容器，从具有非常小电容的电容器到具有大电容的电容器，诸如超级电容器。

表1示出对与上述讨论的功率因数调节单元405类似的功率因数调节单元进行试验的结果。用于试验的功率因数调节单元是手动的，其中固定电容器(例如，电容器415以及可调元件，例如，可调元件420)的开关被手动地切换以校正功率因数。另外，用于试验的功率因数调节单元具有可调元件，通过压缩可调元件中的纯磁铁矿粉末来手动地调节该可调元件。功率因数调节单元的负载是Marathon^TM制造的1马力感应电动机。在有负载和无负载下电压241V处运行该感应电动机。调节单元设置对应于来自电容器的电容量和磁铁矿粉末的压缩。为零的调节单元设置对应于从电路断开的功率因数调节单元。

图20尤其示出用于感应电动机和功率因数调节单元组合的调节单元设置与功率因数。如图20所示，当感应电动机带着负载或不带负载运行时，功率因数明显提高。尤其，对于无负载电动机，调节单元可以被设置在60与70之间以在0.64处最大化功率因数，并且对于负载电动机将功率因数增大至大约0.9。

表1

图21尤其示出由于使用功率因数调节单元的百分比节省。对于无负载电动机，功率因数调节单元提供高达74％的节省。

表2示出对与用于获得表1结果的功率因数调节单元类似的功率因数调节单元进行试验的结果。功率因数调节单元的负载是Marathon^TM制造的1/2马力、115V、60HZ感应电动机。

表2

对于无负载电动机，功率因数调节单元提供高达70％的节省且对于负载电动机，其提供36％的节省。另外，对于负载和无负载电动机，带有功率因数调节单元的功率因数是一。

表3示出对与用于获得表1结果的功率因数调节单元类似的功率因数调节单元进行试验的结果。功率因数调节单元的负载是Marathon^TM制造的1马力、115/230V、60HZ感应电动机。

表3

对于负载电动机，功率因数调节单元提供高达51％的节省且对于无负载电动机，其提供41％的节省。另外，对于负载电动机，带有功率因数调节单元的功率因数是一。

表4示出由独立试验公司对结合1/3马力感应电动机的功率因数调节单元的上述试验结果的验证。感应电动机是在1762RPM下运行的115V、60HZ电动机。使得功率因数调节单元引起电动机2.3A的电流损耗和44％的节省。

表4

电源调节和节省装置可以被实施为储能装置2200。虽然在本文中这种装置可以被称为储能装置，这种储能装置也可以被认为电池、电磁存储元件或者赝电容。在图22中示出储能装置2200的一个实施例。如图22所示，容器2201围绕储能装置2200的内部材料和组件。容器2201包括在容器2201的每端处放置的插塞2202、2204以密封容器2201的每端。在这个示例性实施例中，容器2201和插塞2202、2204由塑料组成，虽然容器和插塞可以包括任何非导电材料。在可替代实施例中，容器的一端可以被基本上密封，并且只有一个插塞可以被用于密封另一端。

衬垫2210内衬于容器2201内部，且在图22中示出。衬垫2210延伸容器2201的整个长度。然而，衬垫2210可以大致延伸插塞2202、2204之间的距离，或者衬垫可以大致延伸容器2201的长度。衬垫2210可以包括金属，诸如钢、锌、铜、黄铜或任何其它类型的金属。

在由衬垫2210和插塞2202、2204形成的内腔中，容器2201还容纳在容器2201每端处的金属盘2220、2222。金属盘2220、2222充当储能装置的2200的内部电路的导电板。金属盘2220、2222不接触金属衬垫2210，并且在金属盘2220、2222与金属衬垫2210之间存在空间或间隙，使得金属衬垫2210不被连接至储能装置2200的内部电路。金属盘2220、2222中的一个可以接触金属衬垫2210，但金属盘2220、2222中的至少有一个不接触金属衬垫2210。金属衬垫2210与金属盘2220、2222中的至少一个之间的间隙或空间的大小取决于储能装置2200的大小。间隙或空间的大小可以是小的，但是对于防止金属盘2220、2222中的至少一个与金属衬垫2210之间的电流而言它是足够大的。例如，间隙或空间的大小可以为大约0.125英寸或0.5英寸。

尽管示例性实施例记载了金属盘2220、2222的形状，但是这些金属组件可以是任何形状，诸如可以增大磁铁矿接触量的杯状形状或凹形形状。在一个实施例中，金属组件的形状可以像延伸至磁铁矿的活塞、螺丝钉或钉子。

金属衬垫2210是可选的。金属衬垫2210可以提高储能装置2200的存储能力，但是金属衬垫2210不是操作储能装置2200所必需的。例如，包含在储能装置2200中的材料可以影响是否值得包括金属衬垫。

金属盘2220、2222中的至少一个或两个可以在容器2201内移动。用于说明的目的，第一金属盘2220可以是固定的，同时，第二金属盘2222可以移向第一金属盘2220或者远离第一金属盘2220。

储能装置2200具有在容器2201的每端处放置的第一端子2230和第二端子2232。第一端子2230和第二端子2232将储能装置2200的内部组件连接至外部电路(未示出)。第一端子2230可以连接到固定金属盘2220。电线2234将固定金属盘2220连接至第一端子2230。第二端子2232可以被连接至螺丝钉2236。在一些实施例中，螺丝钉2236可以被用作端子以对存储在储能装置2200中的电荷进行导电并且可以被用在外部电路中。螺丝钉2236可以通过插塞2204和金属盘2222从容器2201的一端延伸至由衬垫2210和插塞2201、2204形成的内腔。虽然螺丝钉2236将朝着插塞2204之外的第一端子2230延伸，但是螺丝钉2236的长度可以取决于储能装置2200的期望大小和容量。第一端子2230、第二端子2232、电线2234以及螺丝钉2236可以由相同或不同的导电材料制成。例如，第一端子2230、第二端子2232、导线2234、螺丝钉2236可以由诸如金属(包括铜、锌、黄铜或钢)的导电材料制成。

在示例性实施例中，通过转动螺丝钉2236，金属盘2222可以在容器2201内移动。例如，螺丝钉2236可以与可移动金属盘2222中的螺纹孔啮合，进而使得可移动金属盘2222沿着螺丝钉2236在朝向静止金属盘2220或远离静止金属盘2220的方向上移动。通过将金属盘2236朝着静止金属盘2220移动，将压缩施加至压缩材料2240，诸如包括在容器2201的内腔中的磁铁矿混合物。尽管螺丝钉被描述为将压缩施加至磁铁矿混合物2240的方法，但是本文描述的任何压缩方法可以被用于将压缩施加至磁铁矿混合物2240，诸如压缩装置、夹具、活塞或驱动器。

在示例性实施例中，在储能装置2200的电使用过程中，可移动金属盘2222施加固定压缩力至磁铁矿混合物2240。可以通过试验来确定施加的力的大小。一旦确定了力的大小，相同的压缩可以被施加至其他储能装置2200以获得相同的特性。力的大小还可以取决于被包含在容器2201中磁铁矿混合物2240的重量。

在一些实施例中，塑料插塞2204可以与可移动金属盘2222一起移动。如果可移动的盘子2222没有接触金属衬底2210，则塑料插塞2204可以与可移动的盘子22226一起移动以确保压缩被施加至所有磁铁矿混合物2240。在另一个实施例中，塑料插塞2202、2204可以保持静止。

磁铁矿混合物2240包括磁铁矿，诸如粉末状的磁铁矿。磁铁矿混合物2240还可以包括其它元素和化合物，诸如碳和酸性催化剂(诸如硫酸、盐酸、柠檬酸、醋酸、磷酸或具有酸性pH值的任何水溶液)。磁铁矿的百分比可以是磁铁矿混合物2240的成分的从0-100％、2-98％或10-50％任何范围。基于使用的催化剂、施加的压缩的量、以及包含在磁铁矿混合物2240中的其他材料，包含在磁铁矿混合物2240中磁铁矿的量变化。例如，磁铁矿混合物2240可以包括与作为催化剂的弱酸一起混合的50％磁铁矿和50％碳。

被压缩的磁铁矿混合物2240在金属盘2220、2222之间的电容器2201的内腔内存储电荷。当储能装置2200被连接到外部电路时，储能装置2200通过端子2230、2232来发射存储在磁铁矿混合物2240中的电荷。

图23示出能够减少储能装置2300内压缩和温度的储能装置2300。类似于图22中示出的实施例，储能装置2300包括容器2301、插塞2302、2304、金属盘2320、2322和磁铁矿混合物2340。这些组件在功能和成分上可以基本上类似于参考图2所述的那些组件。在图23中没有示出金属衬垫，但是与参照图22描述的金属衬垫基本上类似的金属衬垫可以被包括在储能装置2300中。

在图23示出的实施例中，第一金属衬垫2320是可移动的，并且第二金属衬垫2322是静止的。活塞2350推动可移动金属盘2320以施加压缩至磁铁矿混合物2340。如果可移动金属盘2320与活塞2350都包括导电材料，则非导电密封2351可以存在于可移动金属盘2320与活塞2350之间，使得活塞2350密封可移动金属盘2320。非导电密封2351可以由任何绝缘材料(诸如硅或橡胶)制成。活塞2350可以包括基本上刚性材料，诸如金属。活塞2350被连接至热弹簧2352。活塞2350中的金属可以导热，并且热量可以被发射至热弹簧2352。在替代实施例中，储能装置2300配置有适合在活塞内的弹簧。

孔2360可以存在于最接近热弹簧2352的插塞2302中。孔2360允许空气和热量通过它耗散。孔2360还防止空气由覆盖弹簧2352的容器2301的腔中活塞2350的移动被压缩。所以如果活塞释放磁铁矿混合物2340上的压缩，则活塞2350通过孔2360来推动来自覆盖热弹簧2352的腔的空气，但是空气不施加对抗远离磁铁矿混合物2340的活塞2350的移动的强作用力。

在低于阈值的某些温度处，热弹簧2352施加固定力至活塞2350以压缩磁铁矿混合物2340。金属盘2230与活塞2350的厚度，其是磁铁矿混合物2340与热弹簧2352之间的距离，可以是大约0.125英寸或大约0.0625英寸。如果储能装置2300的温度超过阈值，则热弹簧2352减小在活塞2350上的压力量，这进而为磁铁矿混合物2340减压。当没有压缩磁铁矿混合物2340时，储能装置2300不对磁铁矿混合物2340的电力导电，或者通过储能装置2300进行导电的电荷量降低。当储能装置2300没有导电时，储能装置2300的温度下降。因此，热弹簧2352和活塞2350充当安全阀以防止储能装置2300过热或爆炸。一旦储能装置2300冷却，热弹簧2352重新施加压力至磁铁矿混合物2340，并且储能装置2300再次是充分可操作的。其结果是，储能装置2300上可能不需要阀。

在储能装置2300的正常操作期间(即，安全操作温度内)，基于温度阈值，当热弹簧2352可变地施加和释放磁铁矿粉末2340上的压力时，热弹簧2352可以施加固定力。当储能装置2300的温度超过阈值时，弹簧2352施加较小的力至活塞2350。

虽然已经用于说明的目的描述了热弹簧2352，可以通过其他方法来压缩和减压磁铁矿混合物2340。在可替代实施例中，储能装置2300可以使用压敏弹簧和活塞来缓减压力。在其他实施例中，活塞2350可以被连接至驱动器、电动机或移动两个位置之间的活塞2350的其他机械装置，其中第一位置压缩磁铁矿混合物2340并且第二位置为磁铁矿混合物2340减压。数字温度计可以测量储能装置2300的温度，并且当温度超过阈值时发送占用电动机、驱动器、或控制活塞2350的移动的其他装置的信号，使得可以为磁铁矿混合物2340减压。在安全操作温度中压缩磁铁矿混合物2340以及在不安全操作温度中为磁铁矿混合物2340减压的任何装置或方法落入示例性实施例的范围内。

当储能装置2300为磁铁矿混合物2340减压时，储能装置2300可能不为外部电路提供足够的电荷。所以，储能装置2300可以与类似的储能装置结合以创建多余的磁铁矿储能装置作为电源。换言之，外部电路的电源可以是多单元储能装置，包括多个储能装置2200和/或储能装置2300。

因为储能装置2300具有防止储能装置2300过热的安全系统，储能装置2300可以接受大电流，而不损坏储能装置2300。因为储能装置2300可以接收大电流，所以储能装置2300充电和再充电非常快。

由活塞2350施加的压缩量可以取决于外部条件，诸如空气压力和温度。例如，诸如气压计的压力传感器或诸如温度计的温度传感器可以被包括在储能装置2300中。由活塞2350施加的力的大小可以取决于气压或温度。例如，因为储能装置2300不太可能在较低温度下过热，所以如果空气温度较冷，那么活塞2350可以施加更大的压缩力至磁铁矿混合物2340。作为另一个示例，如果气压是低的(诸如在高地势)，则活塞2350可以施加较小的压缩力。因此，基于温度传感器或压力传感器的读数，活塞2350的压缩力变化。

虽然图23中示出的端子2330从可移动金属盘延伸至容器2301的外部，但端子2330可以具有不同的配置。例如，端子2330可以只从可移动金属盘2320延伸至活塞2350以电连接至活塞2350和可移动金属盘2320。假设活塞2350是导电金属，则活塞2350可以从可移动金属盘2320导电。可以包括导电材料的热弹簧2352也可以从活塞2350导电。可以包括第二端子(未示出)以将弹簧2352连接到外部电路。在这个构造中，弹簧2352施加压缩并作为电线来导电。

考虑到磁铁矿的磁性能，使用磁场可以为带有磁铁矿混合物2340的储能装置2300再充电。当储能装置2300接收磁场时，使用储能装置2300产生电流，这导致储能装置2300的再充电。地球产生磁场并且地球磁场可以被用于协助为储能装置2300充电。为了更有效的充电，储能装置2300可以以地球磁场为导向。当储能装置2300被定向为北-南布置(例如，通过校准带有北极的正极端子和带有南极的负极端子)时，储能装置2300获得地球的极性并且在磁铁矿混合物2340内产生电荷。指南针可以被用于确定北极的方向，并且可以相应地校准储能装置2300用于再充电。还可以使用无线连接至电源垫的另一个磁铁或磁感应来为储能装置2300再充电。为了根据磁铁或电源垫进行更有效的充电，可以使用磁场传感器(例如，指南针)来确定北极，并且储能装置2300、另一个磁铁、和/或电源垫可以与地球的磁极对准。热量或微波还可以为储能装置2300中的磁铁矿混合物2340充电。由此，储能装置2300无需被连接至外部电源以便再充电。还可以通过将储能装置2300连接到充电电路来为储能装置2300充电。由充电电路施加的电荷可以是脉冲电荷或稳定电荷。

图24示出根据另一个实施例的储能装置2400。与图23中示出的实施例类似，储能装置2400包括容器2401、金属盘2420、2422、端子2430、2432和磁铁矿混合物2440。这些组件在功能和成分上可以基本上类似于参考图23所述的那些组件。在图24中没有示出金属衬垫，但是与参照图22描述的金属衬垫基本上类似的金属衬垫可以被包括在储能装置2400中。

储能装置2400还包括缠绕在容器2401周围的线圈2470。电流可以通过线圈2470，这进而改变磁铁矿混合物2440的电气特性。流经线圈2470的电流量可以是固定电流。流经线圈2470的电流以与压缩磁铁矿混合物2440类似的方式来激励磁铁矿混合物2440。在本实施例中，流经线圈2470的电流可以代替压缩，或者线圈2470可以与压缩协作来激励磁铁矿混合物2470。

与传统的储能装置相比较，图22、图23和图24中示出的储能装置具有许多优势。磁铁矿储能装置制作廉价，磁铁矿储能装置不使用有毒材料，并且磁铁矿储能装置当被快速充电时可以吸收每单位体积的大量能量。

图22、图23和图24中示出的储能装置可以被用在大量应用中。一种这样的应用使用储能装置来储存从可再生能源获取的能量。例如，当发电机聚集来自可再生能源的能量时，大规模储能装置可以被连接至太阳能或风能发电机。储存的能量可以被提供给有需求的输电网。这种能量存储可以防止在非高峰能源使用期间可再生能源的浪费。

表5示出与常规碱性电池相比，示例性实施例的磁铁矿储能装置的特征。磁铁矿储能装置可以被配置为非常轻的。尽管在以下试验中磁铁矿储能装置具有大致等于碱性电池的重量，但是如果磁铁矿储能装置使用类似于碱性电池的包装时，它可以具有较小的重量。其结果是，磁铁矿电池可以具有比常规的相似大小的碱性、铅酸或锂离子电池更轻的重量。其结果是，如上所示的电池可以非常适合于较轻重量是有用的应用，诸如电动汽车或便携式计算机设备(例如移动电话、笔记本电脑、平板电脑)。

	磁铁矿储能装置	碱性电池
			开路电压	1.65V	1.61V
在10°F为闪光灯充电的持续时间	28小时	24小时
			在130°F为闪光灯充电的持续时间	24小时	20小时
重量	4.79盎司	4.71盎司
			体积	42毫升	45毫升

表5

表5中包括在10°F和130°F处为磁铁矿储能装置和碱性电池的闪光灯(flashlight)充电的持续时间。对于10°F试验，在进行试验之前，将每个装置放置在冰箱中12小时。在冷温度试验中，磁铁矿储能装置的预试验电压是1.49伏，且在冷温试验中，碱性电池的预测电压时1.45伏。对于130°F试验，在进行试验之前将每个装置放置在烤箱中2-4小时。在热温试验中，磁铁矿储能装置的预试验电压为1.65伏，且在热温试验中，碱性电池的预试验电压为1.45伏。在热浸或冷浸装置之后，在热或冷温度环境中，冷温试验和热温试验将闪光灯打开。

对热温试验也进行类似的试验。将第一磁铁矿储能装置加热到140°F下24小时，并随后允许其被冷却至室温12-24小时。同时，第二磁铁矿储能装置未受到高热，而仍维持在室温。第一和第二磁铁矿储能装置被放置在相同的闪光灯中，并且两个磁铁矿能量存储设备被类似地执行，使得观察不到第一与第二磁铁矿储能装置之间的差异。

表6示出三个试验(快速放电试验、中间放电试验和缓慢放电试验)的结果。对常规的碱性电池和磁铁矿储能装置进行每个试验，并且在73°F下进行所有三个试验。通过为每个试验连接不同的白炽灯来控制电池的放电速率。为磁铁矿储能装置和电池放电的快速放电试验为大约20分钟，为磁铁矿储能装置和电池放电的中间放电试验为大约2-3小时，并且为磁铁矿储能装置和电池放电的慢放电试验为大约8-10小时。

	碱性电池	磁铁矿储能装置
			快放电试验每分钟电压降	.066	.007
中间放电试验每30分钟电压降	.009	.012
			慢放电试验每小时电压降	.05	.07

表6

在试验中，通过为闪光灯连续供电24小时来放电的被放电磁铁矿储能装置被放置在磁铁旁边用于再充电。磁体的北极邻近于磁铁矿储能装置的正端子放置，并且磁体的南极邻近于磁铁矿储能装置的负端子放置。磁铁产生49.5-52MGOe的最大能量。在这种定向下，磁铁保持邻近于磁铁矿储能装置5分钟。在邻近磁铁5分钟之后，磁铁矿储能装置为闪光灯供电45分钟。

以上描述的实施例旨在是示例性的。本领域技术人员应该认识到大量替代组件和实施例可以替代本文描述的特定示例且仍落在本发明的范围内。

Claims (39)

1.一种储能装置，包括：

容器，由不导电材料组成；

压缩材料，位于所述容器中；

第一端子，用于将外电路连接至所述压缩材料；

第二端子，用于将所述压缩材料连接至所述外电路；以及

压缩装置，位于所述容器中，用于施加固定力以压缩所述压缩材料。

2.根据权利要求1所述的储能装置，其中所述压缩装置包括在所述容器的第二端处的可移动金属盘，所述可移动金属盘在所述容器内朝向或远离位于所述容器的第一端处的静止金属盘移动。

3.根据权利要求2所述的储能装置，其中所述可移动金属盘具有螺纹孔，螺丝钉与所述螺纹孔相啮合，并且当所述螺丝钉在所述容器的第二端处转动使得所述可移动金属盘朝向所述静止金属盘移动时，所述可移动金属盘压缩所述压缩材料。

4.根据权利要求1所述的储能装置，其中所述压缩装置是被连接至位于所述容器的第一端处的弹簧的活塞，所述压缩装置朝着所述容器的第二端推动所述活塞，从而压缩所述压缩材料。

5.根据权利要求1所述的储能装置，其中所述压缩材料包括粉末状磁铁矿。

6.根据权利要求5所述的储能装置，其中所述压缩材料包括与碳混合的粉末状磁铁矿。

7.根据权利要求5所述的储能装置，其中所述压缩材料包括与酸性催化剂混合的粉末状磁铁矿。

8.根据权利要求7所述的储能装置，其中所述酸性催化剂能够是具有酸性pH值的水溶液。

9.根据权利要求1所述的储能装置，还包括：

第一金属盘，位于所述容器中且处于所述容器的第一端处，并且被连接至所述第一端子；

第二金属盘，位于所述容器中且处于所述容器的第二端处，并且被连接至所述第二端子。

10.根据权利要求8所述的储能装置，还包括：

沿着所述容器的内表面的金属衬垫。

11.根据权利要求9所述的储能装置，其中在所述第一金属盘和第二金属盘中的至少一个与所述金属衬垫之间存在一空间。

12.一种储能装置，包括：

容器，由不导电材料组成并且具有内腔；

压缩材料，处于所述容器的所述内腔中；

第一端子，用于将外电路连接至所述压缩材料；

第二端子，用于将所述压缩材料连接至所述外电路；

压缩装置，位于所述容器中，且在第一位置与第二位置之间移动，其中所述第一位置施加压缩至所述内腔中的所述压缩材料，并且所述第二位置减轻所述内腔中所述压缩材料上的压缩；以及

基于温度移动装置，其基于所述储能装置的温度在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述压缩装置。

13.根据权利要求12所述的储能装置，其中如果所述储能装置的温度低于阈值，则所述基于温度移动装置朝向所述第一位置移动所述压缩装置。

14.根据权利要求12所述的储能装置，其中如果所述储能装置的温度超过阈值，则所述基于温度移动装置朝向所述第二位置移动所述压缩装置。

15.根据权利要求12所述的储能装置，其中所述基于温度移动装置是热弹簧。

16.根据权利要求12所述的储能装置，其中所述压缩材料包括粉末状磁铁矿。

17.根据权利要求16所述的储能装置，其中所述压缩材料包括与碳混合的粉末状磁铁矿。

18.根据权利要求16所述的储能装置，其中所述压缩材料包括与酸性催化剂混合的粉末状磁铁矿。

19.根据权利要求18所述的储能装置，其中所述酸性催化剂能够是具有酸性pH值的水溶液。

20.根据权利要求12所述的储能装置，还包括：

沿着所述容器的内表面的金属衬垫。

21.一种储能装置，包括：

容器，由不导电材料组成；

磁性材料，包括粉末状磁铁矿且位于所述容器中；

第一端子，用于将外电路连接至所述粉末状磁铁矿的混合物；

第二端子，用于将所述磁性材料连接至所述外电路；以及

压缩装置，位于所述容器中，用于施加固定力以压缩所述磁性材料。

22.一种用于为包括两个端子和压缩材料的储能装置再充电的方法，所述压缩材料包括磁铁矿且由压缩装置压缩，在所述储能装置运行期间所述压缩装置施加固定力至所述压缩材料，所述方法包括：

施加磁场至所述储能装置；

使用磁场传感器确定所述磁场的北极和南极；以及

定向所述储能装置，使得所述储能装置的端子分别指向由所述磁场传感器确定的磁场的北极和南极，其中所述储能装置的正端子被定向为指向所述北极。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述磁场是地球的磁场。

24.一种防止储能装置过热的方法，包括：

由温度测量装置测量储能装置的内部温度；

确定所述储能装置的内部温度是否高于温度阈值；以及

如果所述储能装置的内部温度低于所述温度阈值，则使用压缩装置施加力至压缩材料。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述压缩材料包括粉末状磁铁矿。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述压缩材料包括与碳混合的粉末状磁铁矿。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述压缩材料包括与酸性催化剂混合的粉末状磁铁矿。

28.根据权利要求24所述的方法，其中所述压缩装置是活塞，所述温度测量装置是热弹簧，并且当所述储能装置的内部温度低于所述温度阈值时由所述热弹簧将所述活塞朝着所述压缩材料推动。

29.根据权利要求28所述的方法，其中当所述温度高于所述温度阈值时，所述热弹簧施加较小的力至所述活塞，从而为所述压缩材料减压。

30.一种使用储能装置的方法，包括：

使用压缩装置压缩包含在所述储能装置中的压缩材料；

将第一端子连接至外电路；

通过所述第一端子接收来自所述外电路的电流；

将来自所述第一端子的电流传输至所述压缩材料；

在所述压缩材料中存储电荷；

将第二端子连接至所述外电路；以及

通过经所述第二端子传递存储在所述压缩材料中的电荷，将电流驱动至所述外电路。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述压缩材料包括粉末状磁铁矿。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述压缩材料包括与碳混合的粉末状磁铁矿。

33.根据权利要求31所述的方法，其中所述压缩材料包括与酸性催化剂混合的粉末状磁铁矿。

34.根据权利要求30所述的方法，其中所述压缩装置是由热弹簧朝向所述压缩材料推动的活塞，所述热弹簧施加力至所述活塞。

35.根据权利要求34所述的方法，其中当所述储能装置的内部温度低于温度阈值时，由所述压缩装置来压缩所述压缩材料。

36.一种使用储能装置的方法，包括：

将第一端子连接至外电路；

在所述第一端子处接收来自所述外电路的电流；

将来自所述第一端子的电流传输至包含在所述储能装置内的电荷存储材料，其中所述电荷存储材料包括磁铁矿；

在所述电荷存储材料中存储电荷；

将第二端子连接至所述外电路；以及

通过经所述第二端子传递存储在所述电荷存储材料中的电荷，将电流驱动至所述外电路。

37.根据权利要求36所述的方法，还包括：

使用压缩装置来压缩所述电荷存储材料。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述电荷存储材料包括与碳混合的粉末状磁铁矿。

39.根据权利要求38所述的方法，其中所述电荷存储材料包括与酸性催化剂混合的粉末状磁铁矿。