CN105378269A - 风力发电机 - Google Patents

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Abstract

所提供的风力发电机经配置以在线圈横切磁场的通量线时产生到接收装置的电流。风力发电机包括线圈框架电枢，在所述线圈框架电枢周围缠绕线圈。稀土磁体邻近线圈设置。一组翼可以耦合到线圈框架电枢。当由移动空气推动该组翼的推动作用引起线圈运动时，由于移动的线圈横切磁体的磁场的通量线而产生电场和电流。替代地，该组翼可以耦合到至少一个磁体。当引起磁体运动时，产生电场/电流。

Description

风力发电机
相关申请的交叉引用
该申请要求提交于2014年5月22日的美国专利申请No.14/284,577的优先权，其是提交于2013年5月23日的美国专利申请No.13/900,851的部分继续并要求其优先权。上述专利申请中的每个的全部内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明一般涉及用于从风能产生电力的方法和设备，但更具体地涉及用于产生风能或空气能的自然源和人工源中的任一者或两者的电力的方法和设备。
背景技术
大气风的湍流通过风力机的翼板给风力机提供动力。翼板以不同的设计方法形成，从简单的一般翼板到先进的专利翼板。同时，出于许多已知原因，产生电力的替代形式是重要的。由于例如复杂的制造方法和材料的重量，目前仍证实许多风力机是昂贵的。如此，需要一种成本有效的方法和设备，其能够以合理价格利用来自风湍流的大气压力产生电场以为公众所用。可选地并更具体地，需要一种成本有效的方法和设备使用自然或人工风能和/或空气能产生电力。
发明内容
在一些实施例中，如在舒尔特(Shurite)电流表的内部，静止磁体及其磁力定位在框架环/螺线管线圈(一个或更多)内(即，大致在中间)，所述框架环/螺线管线圈放置在针尖针状物(一个或更多)上(或者在一端或两端处具有尖锐端点的装置或棒上，比如针状物—例如钉子或螺钉)；其中磁体可以使环/螺线管线圈平衡。一组翼、轮叶、叶片或风轮机(风轮机通气口)耦合到围绕其缠绕环/螺线管线圈(一个或更多)的框架。当移动风或空气(来自自然和/或人工源)冲击一组翼的“推动”作用引起线圈(一个或更多)运动时，这最终由于移动线圈(一个或更多)横切磁体(一个或更多)的磁场的通量线而导致电场和电流产生。替代地，一组翼耦合到磁体(一个或更多)，其中环/螺线管线圈或多个线圈单独附接到设备并保持静止。当由移动风或空气冲击该组翼的“推动”作用引起磁体运动时，由于线圈(一个或更多)横切磁体(一个或更多)的磁场的通量线而产生电场和电流。
本发明的第一方面提供一种电力发电机，包括：至少一个磁体，其邻近线圈框架电枢设置，线圈框架电枢包括在其周围缠绕线圈的框架，其中电力发电机经配置响应于线圈横切至少一个磁体的磁场的通量线而产生电力。
至少一个静止磁体的磁场，从而产生电力。
本发明的第二方面提供一种电力发电机，其包括：涡轮叶片组件；线圈框架电枢，其由两个针状物可旋转地支承并机械地耦合到涡轮叶片组件；和磁体，其设置在线圈框架电枢下方；其中响应于线圈横切至少一个磁体的磁场的通量线，产生电力。
本发明的第三方面提供一种电力发电机，其包括：线圈框架电枢，其经设置以在外部框架内旋转；一组翼，其附接到线圈框架电枢；第一钕磁体，其设置在线圈框架电枢内；第二钕磁体，其设置在外部框架上方；正极引线，其从线圈框架电枢的第一端连接到与外部框架接合的第一针尖针状物；和负极引线，其从线圈框架电枢的第二端连接到与外部框架接合的第二针尖针状物。
附图说明
根据下文结合附图详细描述的本发明的各种方面将更易于理解本发明的这些和其他特征，其中：
图1为利用三个中心安装的磁体的本发明的一个实施例的侧视图。
图2为本发明的一个实施例的俯视图。
图3为利用两个中心安装的磁体的本发明的一个替代实施例的侧视图。
图4是利用一个中心安装的磁体的本发明的一个替代实施例的侧视图。
图5为利用一个偏离中心的磁体的本发明的一个替代实施例的侧视图。
图6为利用风轮机的本发明的另一个替代实施例的侧剖视图。
附图不一定按比例绘制。附图仅为示意性表示，并不旨在描绘本发明的具体参数。附图旨在仅描述本发明的典型实施例，并因此不应被视为限制本发明的范围。在附图中，相同附图标记表示相同元件。
具体实施方式
现在将参考其中示出实施例的附图在本文更完整地描述说明性实施例。然而，该公开可以以许多不同形式实施，并且不应被解释为限于本文提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开完全和完整，以及向本领域技术人员完整传递本公开的范围。在描述中，可以省略已知特征的细节以避免不必要地混淆所呈现的实施例。
本文使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形成“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指示。当词语以“复数形式(s)”结束时，将理解，所述术语引用的条目可以包括单数条目或多个这种条目，即，其表示所述条目的“至少一个”。此外，术语“一”、“一个”等等的使用不指示对数量的限制，而是指示所参考的条目中的至少一个的存在。术语“组”旨在表示至少一个的数量。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”或“含有”和/或“包含有”，当用于该说明书中时，指定所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元素、部件和/或其集合的存在或附加。
整个说明书对“一个实施例”、“实施例”、“多个实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”或类似语言的引用表示结合该实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，整个说明书出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“在多个实施例中”、“在一些实施例中”和类似语言可以全部但不必须指示同一个实施例。将理解，本领域技术人员可以通过将一个实施例的一个或更多个特征与另一个实施例的一个或更多个特征“混合和匹配”来交叉实施例。这种交叉产生的实施例的任何变体包括在本发明的范围内。
本发明的实施例提供一种用于通过运动中的线圈(一个或更多)或至少一个磁体产生电力的方法和设备。至少一个磁体可以是任何合适尺寸或形状。移动空气推动一组翼、叶片或轮片(为简洁起见，在下文中每个都被称为“一组翼”或“多个翼”)或涡轮。移动空气可以源自任何自然或人工源，诸如但不限于，自然风、风扇或甚至个人吹风。一组翼可以耦合到线圈框架电枢，使得当移动空气推动一组翼时，导致线圈(一个或更多)横切磁体产生的磁场的通量线。反之亦然，一组翼可以耦合到磁体(一个或更多)，从而当由于移动空气推动一组翼引起磁体运动时，导致磁体(一个或更多)的通量线横切线圈，从而产生电场或电力。一组翼能够由各种形状的铝、塑料、金属或硬纸板组成。线圈框架电枢可以由塑料、陶瓷或另外合适的材料组成。
本发明的实施例提供在有形规模下产生电力的方法和设备。在一些实施例中，如舒尔特电流表内部，磁体及其磁力大致定位在矩形环/螺线管线圈(“线圈(一个或更多)118”)的中间，所述矩形环/螺线管线圈围绕被称为线圈框架电枢的内框架缠绕并设置在磁体的磁化(非磁化)针尖针状物(为简洁起见，本文将其称为“针状物(一个或更多)”)上以使线圈框架电枢平衡。另一个磁体(一个或更多)能够紧靠地放置在线圈上方或下方或旁边，以产生电力。针尖针状物可以由诸如铜和/或铝等的导电金属组成。
在一些实施例中，仅使用在线圈框架电枢周围缠绕的线圈的上方或下方或旁边的磁体，即，没有磁体放置在线圈框架电枢内。通常，一组翼(一个或更多)耦合到线圈框架电枢，但不限于在线圈框架电枢的侧面的接口处。当移动空气“推动”进入翼中时，使得保持线圈的线圈框架电枢以恒定360度旋转通过磁体(一个或更多)的通量线，最终将产生电流。当由于能量源而导致运动中的环/螺线管线圈横切磁通量线时，产生电流。类似地，在一些实施例中，一组翼附接到磁体(一个或更多)而不是线圈框架电枢，使得当移动空气推动一组翼时，磁体(一个或更多)旋转而线圈(一个或更多)保持静止。当由于能量源导致磁体(一个或更多)运动而使得磁体的磁通量线横切环/螺线管线圈时，产生电流。
现在参考图1和图2，存在第一磁体104、第一磁体104上方的第二(中间)磁体102和第一磁体104下方的第三磁体106。磁体邻近绕在线圈框架电枢112周围的线圈(一个或更多)118，使得来自磁体102、104和106的磁场入射在线圈118(一个或更多)上。在一些实施例中，第一磁体104、第二磁体102和第三磁体106中的至少一个为稀土磁体。在实施例中，稀土磁体可以包括钕磁体和/或钐-钴磁体。作为单个磁体的一种替代，可以在每个位置(示出第一磁体104、第二磁体102和第三磁体106的每个的位置)使用磁体阵列。例如，磁体102可以由多个较小磁体代替。磁体(一个或更多)102定位在第二磁体(一个或更多)104上方。顶部磁体(一个或更多)102的磁场在针状物105、122和126的帮助下将中间磁体(一个或更多)104在适当位置保持静止，针状物105、122和126附接到磁体(一个或更多)104并且在金属板128和130的表面区域之间悬浮或“浮动”。金属板128和130由诸如铜、金、银、铝和/或钨等的导电金属形成。线圈(一个或更多)通过针状物122和126分别与金属板126和130电接触以将电力递送到仪表136。顶部磁体102位于设备的外框架107上的保持装置上，并且磁体(一个或更多)102静止。将理解，磁体(一个或更多)102能够位于将其保持在适当位置的任何合适设备的顶上。外框架107容纳在本文进一步讨论的线圈框架电枢112。第二磁体(一个或更多)104能够在水平轴线上具有任何形状。在针状物(105、122和126)的帮助下，磁体(一个或更多)102(上方的)和磁体(一个或更多)104(中间的)被保持在距离彼此预定距离的位置处。所述距离基于磁体的大小以及/或磁场的通量线延伸的距离。
在实施例中，当与磁体(一个或更多)102间隔适当距离时，磁体(一个或更多)104变得由磁化针状物悬浮。在一些实施例中，磁体(一个或更多)102和磁体(一个或更多)104具有相同大小并具有相同表面高斯，并且在其他实施例中，磁体(一个或更多)102和磁体(一个或更多)104能够是彼此具有不同表面高斯的不同大小。在该实施例中，通过自然风或来自人工源(能量源)的风或空气，在磁体(一个或更多)104和/或102静止时，由附接翼(一个或更多)117的运动使保持线圈(一个或更多)118的线圈框架电枢112旋转，从而由横切磁体104和/或102的通量线的线圈(一个或更多)118产生电力。
在可选实施例中，当静止线圈(一个或更多)118在磁体(一个或更多)104和/或磁体(一个或更多)102通量线内时，通过借助自然风或来自人工源的移动空气运动的附接翼117旋转悬浮磁体104，从而产生电力。
由于磁体(一个或更多)102的引力场，磁化针状物将磁体(一个或更多)104(中间的)保持悬浮，使得线圈(一个或更多)118被保持得比其自然重量轻，其中例如，在该实施例中，当悬浮时，20磅线圈或磁体重量可能仅为几盎司。该磁场还将磁体104(下方的)保持静止。
在一个相关实施例中(现在参考图3)，磁体(一个或更多)106不存在。然而，磁体(一个或更多)104和磁体102存在并附接到针尖针状物(一个或更多)105、122和126，其分别由金属板(或其他金属硬表面)128和130轻轻地保持在适当位置，其中引线利用正极引线150和负极引线152使128和130与电路的仪表136附接。
在另一个相关实施例中(现在参考图4)，磁体(一个或更多)102也不存在。然而，磁体(一个或更多)104存在并附接到针尖针状物(一个或更多)105、122和126，其分别由金属板(或其他金属硬表面)128和130轻轻地保持在适当位置，其中引线利用正极引线150和负极引线152将128和130与电路的仪表136附接。因此，在该实施例中，当附接的线圈(一个或更多)118静止时，利用附接翼117旋转附接磁体(一个或更多)104来产生电力。在其他实施例中，翼(一个或更多)117附接到线圈框架电枢112(其保持线圈(一个或更多)118)。因此，当线圈(一个或更多)118运动时，磁体(一个或更多)104静止，从而产生电力。在该实施例中，本发明的一个方面提供通过使用针状物(一个或更多)105、122和126以及附接板128和130产生电力的方法，其中针状物(一个或更多)的尖端产生“失重”和/或极小摩擦，分别使得旋转线圈(一个或更多)118或旋转磁体104的实际重量远小于它们的自然重量。例如，20磅磁体(一个或更多)或20磅线圈(一个或更多)可为失重的。当磁体(一个或更多)104或线圈(一个或更多)118旋转时，由本发明产生的失重和/或减小的摩擦导致更快、更强及更容易的速度。可以在本发明的实施例中实现这种极大的失重和/或减小的摩擦，仅利用人类儿童向创造性设备上吹气以推动附接到针状物(一个或更多)105、122和126的翼或风轮机，从而当磁体(一个或更多)104或线圈(一个或更多)118旋转时产生电力。在该实施例和本发明的一个方面中，提供一种产生电力的方法，其中与一般现有风力技术不同，实现了每分钟更快的旋转，其中每天二十四小时和每周七天产生更多的电力。在该实施例和本发明的一个方面中，提供一种产生电力的方法，其中最小的自然风或人工空气(任何能量源)将使相应磁体(一个或更多)104或线圈(一个或更多)118旋转，从而在24小时基础上产生电力，因此解决要求更强的风来产生电力的问题。
在本发明的这些方面中的所有前述实施例中，一旦任何能量源推动翼(一个或更多)117，则由于实现的极大失重和降低的摩擦，线圈(一个或更多)118或磁体(一个或更多)104旋转360度。由于本发明的悬浮(即，“浮动”)方面，存在失重和降低的摩擦。尖锐针状物尖105、122和126允许这种移动。一旦运动，磁体(一个或更多)或线圈(一个或更多)将在相当大的时间周期内继续开始其自己的360度运动(角动量)，而无需任何能量源推动翼、多个翼或风轮机。
在一些实施例中，线圈引线118(线圈还可在本文被称为“环”)的第一端120与针状物122接合并且线圈引线118的第二端124与针状物126接合。针状物122和126分别与第一金属板128和第二金属板130的压痕接合。线圈绕组分别通过针状物122和126与板126和130电接触，以将电力递送到仪表136。第一板128位于线圈框架电枢112的顶部上方，并且第二板130位于线圈框架电枢112的底部下方。在实施例中，第一板128和第二板130中的每个都由诸如铜的导电金属形成。这继而将使附接到线圈框架电枢112的翼(一个或更多)117平衡和旋转，其中诸如自然风和/或人工空气源的移动空气使得线圈框架电枢112转动线圈(一个或更多)118贯穿静止磁体或多个磁体102、104、106的通量线，从而产生电力。
绕组铜线圈118(其附接到线圈框架电枢112)将使用针尖针状物122与126和/或充当针状物的其他金属物体右侧朝上以及倒置地连接。该针状物旋转并且还与正极引线150和负极引线152两者电接触，引起电子流动以产生电流。应注意，除了来自稀土磁体102、104的阻力，还存在来自摩擦力的较小阻力，所述稀土磁体102、104在基座144上的静止磁针状物(一个或更多)105的针尖上方和下方静止。第一引线和第二引线附接到仪表136以指示例如所产生的电量。
在一些实施例中，一组翼117耦合到线圈框架电枢112(例如，在其侧面的接口处)。其他实施例可以使用除了所示形状以外的翼形状，诸如弯曲表面等等。在一些实施例中，一组翼可以包括相比所示出的四个翼更多或更少的翼。在一些实施例中，一组翼可以包括用作通气口的涡轮形状(参见图6)，其附接到针状物(一个或更多)105、122和126。
本发明还包括接收装置。在出于公开的目的选择的示例实施例中，接收装置为微安/毫安表(本文中也被称为“量表”)136。量表136用作通过本发明的实施例产生的电流的指示。量表136在本文中还可以被称为或视为接收装置，其最终使用所产生的电流。
一组翼117被形成为使得它们能够经由它们到线圈框架电枢112的连接(或在一些实施例中，到磁体的连接)无缝地旋转，所述线圈框架电枢112在磁针状物105、122和126上平衡。当移动空气撞击翼117时，翼被推动，使线圈框架电枢112在针状物105、122和126上旋转。同时，由于磁体102和104保持静止时，形成磁力线。
本发明的一个实施例包括线圈(一个或更多)118，其例如包括铜。线圈(一个或更多)118可以包括其他金属，诸如金、银、钨等等。当在围绕磁体旋转的运动中时，铜引线为良好的电导体。根据法拉第定律，每当静止磁体102、104之间的磁力线切割线圈(一个或更多)118时，产生电力，所述线圈(一个或更多)118为完整电路的一部分。这可以在线圈(一个或更多)118(由于附接在线圈框架电枢112处的翼117导致的)运动时或者在磁体104(由于附接到磁体104的翼导致)运动时发生。
通过在线圈框架电枢112周围缠绕螺旋形状的引线(例如，由铜制成)形成实施例中的线圈(一个或更多)118。当接通电流时，线圈(一个或更多)118实际上起到磁体的作用。这时发生，铜线圈118在其周围拥有与普通磁体一样的类似磁力线。如以上提及的，每当磁线基于每分钟转速切割完整电路中的线圈(一个或更多)118时，在量表136或其他接收装置的轴或线圈弹簧内产生电流。
现在参考图5，在本发明的另一个实施例中，仅存在单个偏离中心的磁体141。电力发电机的所有其他元件保持相同。当线圈(一个或更多)118旋转时，其切割磁体(一个或更多)141的通量线，从而导致产生电流。应理解，虽然磁体被示为在线圈上方，但磁体(一个或更多)141能够位于当线圈旋转时横切磁体(一个或更多)141的通量线的任何位置。
因此，无论磁体在线圈(一个或更多)118内部还是外部，只要线圈(一个或更多)118运动，磁体仍产生电场或电流。或者反之亦然，如果任何外部磁体141运动并且靠近设备的线圈(一个或更多)118，则其仍产生电场或电流。此外，在替代实施例中，线圈和/或磁体可以经配置具有线性运动而不是旋转运动。例如，当通过靠近线圈的其磁场时，恒定的交替前后位置可用于产生电场。
现在参考图6，示出利用风轮机的本发明的另一个替代实施例的侧剖视图。涡轮组件129安装在基座144上并机械耦接到线圈118，使得其相对于磁体102和104旋转。替代地，设备可以被配置为使得磁体旋转而线圈静止。在操作期间，涡轮旋转(例如，由于风)并且作为结果，通过电路的仪表136的正极引线150和负极引线152传递电力。
本发明的实施例还提供一种产生电力的方法，所述步骤包括：将风力发电机暴露于风源，所述风力发电机包括：至少一个磁体，其设置在附接到至少一个针状物的线圈框架电枢内，所述线圈框架电枢包括在其周围缠绕线圈的内框架；其中响应于移动风或空气冲击附接到至少一个磁体的一组翼，由线圈(一个或更多)横切至少一个磁体的磁场的通量线。这使得线圈暴露于变化的磁场，根据法拉第感应定律，这产生电力。
出于说明和描述目的，已经提供本发明的各种方面的前述描述。并不旨在详尽或者将本发明限制于所公开的精确形式，并且明显地，许多修改和变型是可能的。对于本领域技术人员明显的是，这种修改和变型旨在包括在由随附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种电力发电机，其包括：
至少一个磁体，其设置在线圈框架电枢内，所述线圈框架电枢包括在其周围缠绕线圈的框架，
其中所述电力发电机经配置响应于所述线圈横切所述至少一个磁体的磁场的通量线，产生电力。
2.根据权利要求1所述的电力发电机，其中所述通量线通过所述线圈的旋转被横切。
3.根据权利要求2所述的电力发电机，其中所述线圈框架电枢包括附接到所述框架的一组翼，并且所述线圈的旋转响应于移动空气冲击所述一组翼。
4.根据权利要求1所述的电力发电机，其中所述至少一个磁体包括两个磁体。
5.根据权利要求1所述的电力发电机，其中所述至少一个磁体为稀土磁体。
6.根据权利要求4所述的电力发电机，进一步包括其上嵌入所述两个磁体中的一个磁体的保持装置。
7.根据权利要求6所述的电力发电机，其中针状物嵌入在所述两个磁体的第二磁体内，所述针状物使所述两个磁体的所述第二磁体在所述线圈框架电枢内平衡。
8.根据权利要求1所述的电力发电机，所述电枢进一步包括在所述线圈框架电枢顶部处的第一金属板和在所述线圈框架电枢底部处的第二金属板。
9.根据权利要求1所述的电力发电机，进一步包括将所述线圈的第一端连接到金属板的第一针状物和将所述线圈的第二端附接到第二金属板的第二针状物。
10.根据权利要求1所述的电力发电机，进一步包括仪表。
11.根据权利要求10所述的电力发电机，进一步包括将所述第一金属板附接到所述仪表的正极引线和将所述第二金属板附接到所述仪表的负极引线。
12.根据权利要求1所述的电力发电机，进一步包括基座。
13.一种电力发电机，其包括：
涡轮叶片组件；
线圈框架电枢，其由两个针状物可旋转地支承并机械地耦合到所述涡轮叶片组件；和
磁体，其邻近所述线圈框架电枢设置；
其中响应于所述线圈横切所述至少一个磁体的磁场的通量线，产生电力。
14.根据权利要求13所述的电力发电机，其中所述两个针状物为非磁性的。
15.根据权利要求14所述的电力发电机，其中所述两个针状物由选自包括以下项的组的材料组成：塑料、铝和陶瓷。
16.根据权利要求13所述的电力发电机，其中所述磁体包括稀土磁体。
17.根据权利要求13所述的电力发电机，其中所述磁体包括钕磁体。
18.根据权利要求13所述的电力发电机，其中所述磁体包括钐钴磁体。
19.一种电力发电机，其包括：
线圈框架电枢，其经设置在外部框架内旋转；
一组翼，其附接到所述线圈框架电枢；
第一钕磁体，其设置在所述线圈框架电枢内；
第二钕磁体，其设置在所述外部框架上方；
正极引线，其从所述线圈框架电枢的第一端连接到与所述外部框架接合的第一针尖针状物；和
负极引线，其从所述线圈框架电枢的第二端连接到与所述外部框架接合的第二针尖针状物。
20.根据权利要求19所述的电力发电机，其中所述四个翼由铝组成。
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