CN1661230A - 固体物质发电机组 - Google Patents

Abstract

一种将固体物质的重力势能转化成动能，又转化成电能的发电机组。它利用的是“锥体上滚”过程中的“能量最小原理”。它解决了：如何让这一过程不断进行下去及如何发电。由于过双锥体高度连线的垂直剖面是一个菱形，而双锥体高度连线和下面的锥面线组成一个倒三角形，特点是：上宽下窄，利用这一特点，在前一轨道下方一恰当位置放置一个与前一轨道相同地轨道，当双锥滚动到二倍双锥体高度后，它将脱离前一轨道并沿这一轨道向上滚动。如果放置许多这样地轨道，它将不停地滚动下去。也可把轨道组成环形。由于锥体是在滚动，高度连线就是其轴心线。可在轴上安装轴承，并固定上齿轮，轴承上安装货架以固定发电机，齿轮来带动转子即可发电。

Description

固体物质发电机组

所属技术领域：

本发明构思来源于″锥体上滚″现象，原理来源于″锥体上滚″现象中地″能量最小原理″和其它发电机组一样，是一种将物质所蕴含地各种能先转化成动能，进尔又可以转化成电能的能量转化装置。

背景技术：

我们通过分析风力发电站。水力发电站和火力发电站可以知道：它们均是通过流体态媒介物的动能转化成电能如：风力发电---它是空气流动时地动能通过风叶带动发电机发电。又如：水力发电---它是水的重力势能由于落差(或重力压力)转化成动能，再通过水轮机带动发电机发电。再如火力发电---它是先将化学能转化成热能，热能再转化成水蒸汽的动能来带动蒸汽轮机及发电机来发电。

所以我们可以把这些通过流体态媒介物的动能转化成电能的发电机组称为流体物质发电机组。

其特点是：

1.发电机组只是将其它各种形式地自然存在，客观存在的能源先转换成动能后再转换成电能地一种能量转化设备。

2.这些流体态物质在发完电以后，无需再投入多地人力物力。

如：风力发电---空气动能转化成电能后，风速减小，空气即融入其它空气中。而水力发电---水的重力势能转化成动能，通过水轮机带动发电机发出电以后，水流则由于重力势能作用，流向下游。火力发电---高温高压水蒸汽气流经过蒸汽轮机以后，速度降低，水蒸汽经冷凝降温后重新利用。

它们存在缺点是：或受地域限制或有污染。如果将其它形式地能转化成流体态动能则需消耗一定地能，且有污染。

发明内容：

本发明构思来源子″锥体上滚″现象。其应用地原理即是″锥体上滚″现象中地″能量最小原理″.是一种将固体态物质地重力势能先转化成动能，然后再转化成电能地一种能量转化装置。

正因为它是一种将固体态体物质所蕴含地重力势能转化成动能，然后又转化成电能，所以，它克服流体物质发电机存在地域限制和污染地缺点。

和本发明最相近地是水力发电，因为它们都是利用物质的重力势能先转化成动能，然后转化成电能。区别在于一个利用地是流体态物质---水，一个利用地是一定形状地固体态物质。正因为它们利用地物质地不同，所以，在重力势能地利用方式上才有着本质地不同。因而，它才克服了流体物质发电机存在缺点。

技术方案是：

本发明是利用双锥体向上滚动中的″最小能量原理″，即：在重力场中的物体，在地球引力作用下，重力有降低的趋势。由于轨道是不平行的，它们之间有夹角，再加上双锥体地顶角作用，使重心位置由高向低变化，直到轨道顶端，重力势能最小。

如何让这一过程不断重复下去是解决这一部题的关键：

由于过双锥体高度连线地垂直剖面是一个菱形，而双锥体高度连线和菱形下边两边组成一个倒三角形，即上宽下窄。我们正是利用其这一特点。

现在我们假设双锥体处于转道顶端，其势能最小，如果此时没有外力作用(即没有任何阻挡物)，它将脱离轨道，做自由落体运动，如果此时我们在其下方恰当位置放置一个同样地轨道(要求：在俯视时，该轨道与前一轨道所成轨道夹角应与倒三角形的二个锥面线所组成地角相同)，由于该轨道置后于前一个轨道，所以当双锥体脱离前一轨道后，它将继续沿该轨道向上移动(既由于其又处于不稳定状态，又由于它在前一运动过程中获得动能)。当它移动至该轨道顶端时，我们如果此时在其下方恰当位置再放置一个同样地轨道，那么如果此时没有外力作用，它同样将沿该轨道向上移动。同理，它将沿我们设置的一系列轨道不停地运动下去......

也就是说，双锥体在某一轨道上运动的同时，实际上在某一时段内也是在稍微置后于其的第二轨道上运行，甚至是第三轨道上运行(受轨道夹角，轨道与水平线之间地夹角以及锥面夹角等方面因素影响)。或者说，双锥体在运动过程中(除去初始阶段和制动后重新启动阶段)基本上每时每刻，都在二个或二个以上轨道上运行(二个以上只是在其某一时段)。正因为是这样，才保证了其连续不断地运行。

双锥体在一系列轨道上地运动过程，实际上是″锥体上滚现象″地运动组合，或者是″锥体上滚现象″的延续，因为我们不可能把双锥体造地非常大，轨道也不可能无限长，而本发明正好解决了这一难题。

如果需要，我们可以把轨道搞成一个环形，这样它将不停地运动下去。

另一个问题：就是发电的问题。

我们知道由于过双锥体高度连线地垂直剖面是一个菱形，而双锥体无论如何滚动这一菱形将永远成立，且由于是滚动，而高度连线实际上成了轴心线。那么，如果我们在轴上安装轴承，轴承上安上货架，在货架上安装发电机，同时，再在轴上固定一个齿轮，这样随着双锥体地运动，齿轮也将带动发电机的转子转动，这样就构成了我们所需要的固体物质发电机。

还有一个问题：连结问题。

以上我们分析了一个双锥体地运动情况，其实我们可以在轨道上放置多个同样地双锥体，同时为求同步，我们可以把这些双锥体连结在一起。

为了求稳，我们可以多做几列这样地轨道，并且可以把各列也连结在一起。

本发明着重解决了以上几个问题，还有些问题将在下面具体实施方法中讲述。

总之，固态物质发电机利用地是一定外型地固体物质，所以，它克服了流体物质发电机地缺点，它与水力发电一样是利用自然界地一种客观存在，普遍存在地物质的重力势能，先转换成动能，再转化成电能。所以：

1.它没有区域限制。

2.它环保，无污染。

附图说明：

下面将结合附图图例对本发明作进一步更样尽地说明：

图1(a)是锥体上滚侧面图。

图1(b)是锥体上滚俯视图。

图2是双锥体在各运动阶段中运动轨迹侧面示意图。

图3是过双锥体高度连线地双锥体垂直剖面图。

图4是双锥体上货架，发电机，轴承，齿轮安装示意图。

图1(a).为锥体上滚地侧面图，9.为底面积，高度，顶角均相同且底部连接在一起地双锥体(顶角度如图1(b)中4所示。5为双锥底所组成的角度)1.2.为有一定夹角地双轨道(夹角如图1(b)中6所示)。8.为水平面。

图1(b)是锥体上滚俯视图。其中：6是轨道夹角。5是双锥体二个锥面所形成地夹角。4是双锥体的锥顶角。7是前后二个轨道间形在地夹角。

图2是双锥体在各个运动阶段侧面示意图。其中：O为双锥体重心，AB为水平线，1.为轨道1. 2为轨道2，3为轨道3，4为轨道4，A为轨道1的顶端，F为轨道2的顶端，G为轨道3的顶端，OC为过双锥体重心地垂线，OA为重心降低轨迹。CD为固定各个轨道地水平连线，OB为重心下降高度(在1轨道上)。AC为轨道1双轨道中地一条。HF是双锥体脱离轨道1后在轨道2上地运动轨迹。

图3是过双锥体高度连线地双锥体垂直剖面图。其中XY为高度连线，角Z是由双锥体的二个锥面组成，高度连线XY和二个锥面及其连线正好组成一个倒三角形XYZ。

图4是货架；发电机；齿轮；轴承安装示意图。其中A′和B′是锥体，C′是轴，D′和E′是轴承，F′是齿轮，G′是货架，H′是发电机。

具体实施方式：

为了便于理解，下边我们先分析一下锥体上滚地原理。如图1(a， b)。

锥体上滚地运动过程为：当我们把双锥体放在双轨道顶角处，松开双手后，双锥体就会自动沿轨道向上滚动，直至轨道地宽度等于二倍地锥体高度，如果此时没有外力作用，它将作自由落体运动(不计其获得地动能)。

其原理是什么呢？其应用是″最小能量原理″，即：重力场中的物体在地球引力作用下，重力有降低的趋势。由于轨道是不平行的，它们之间有夹角，再加上双锥体地顶角作用，使双锥体沿轨道由低向高运动，而重心则不断降低，也就是说在这一过程中，重力势能不断转换成动能。

那么，如何让这种重力势能连续不断转换成动能呢？请参看图2。

我们假设轨道A处地宽度等于二倍锥体高度(即双锥体二顶角间距离)，那么，双锥体沿轨道向上移动到A处重心O降到最低(重心应为锥体底面的圆心)，重心O降低地高度应为OB的长度(AB为水平线)，双锥体由轨道顶角C处向上滚动到A处即完成一个动运过程，那么如何让这个过程能持续不断地进行下呢？下面让我们再研究一下双锥体。

我们知道双锥体过二个顶角和底面圆心所形成地垂直剖面是一个菱形(如图3所示)，而以双锥体的二个顶角X和Y的连线以及双锥体的底锥面所形成地角Z正好组成一个倒三角形，且无论双锥体如何滚动，倒三角永远成立。而倒三角形有什么特点呢？那就是上宽下窄，而我们下边利用的也正是它地这一特点。

我们假设轨道A处既是重心的最低点又是轨道地顶端，那么，此时双锥体如果没有外力作用，它将向下掉落，做自由落体动运，我们假设此时在下边又有一个轨道夹角与前一个轨道夹角相同，且与前一个轨道平行排列但其轨道与前一个轨道所形成夹角(由于这一轨道置后于前一轨道，所以侧面上看二轨道虽然平行，但正面看二组轨道之间必然存在夹角，请参看图1b中角7)与双锥体地二个锥面所形成地夹角相同(如图1b中所示角5等于角7)地轨道，那么此时双锥体由于又处于不平衡状态(对于轨道2来说，其位置置后于轨道1，虽然双锥体在轨道1地A处于轨道宽度等于二倍锥体高度，但对于轨道2却不然)，它将由H处向F处动运。我们再假设F处为轨道2的顶端，又是二倍锥体高度处，那么，此时，双锥体如果没有外力作用，仍将做自由落体运动，假设此时在下边又有一个同样条件地轨道3，那么，双锥体又处于不平衡状态，那么它将重新向上滚动，依次类推，双锥体将不断重复前面地运动...

双锥体不可能无止境地向前一直滚下去，这就须要我们把它的运动轨道做成一个环形，这样它就可在这个环形轨道上不停地滚动下去。

另外，我们可以多放置一些这样地双锥体，让其在轨道上运行，但其个数最多不能超过轨道的个数减去一(仅对环形轨道上的双锥体而言，对线形轨道则毫无意义，因为我们不可能有几个轨道就在上面放几个双锥体，不让其运动，这样就失去这一研究地意义，在这里提及数量只是最大化利用其价值和能量)。

如果我们想使各双锥体运行同步，我们可以把这些双锥体串连在一起。另外，如果想使其更平稳地运行，我们可以多做几列这样地轨道，二列；三列，甚至更多，并且在上放置许多双锥体，且连在一起。

双锥体在一系列轨道上地运动过程，实际上是″锥体上滚现象″地运动组合。

那么如何用来发电呢？

既然双锥体是在轨道上滚动，那么，滚动就肯定有一个轴，双锥体的高度连线(即图3中XY线)实际上就是其轴心线。无论双锥体如何滚动，因轴仅只是在转动，而我们利用地正是这一点。因为其仅仅是在转动，我们可以在其轴上安上轴承，轴承上安装上货架，货架上安装上发电机，同时再在轴上固定一个齿轮(如图四所示)，而齿轮是用来带动发电机的转子转动。就这样，固体物质发电机组组成了。

如果其带动地是直流发电机，那么，它就是固体物质直流发电机组。

如果其带动地是交流发电机，那么，它就是固体物质交流发电机组。

至于齿轮的大小可以根椐我们的意图来决定(仅对于交流发电机而言)，因其必需重新调整其频率(频率视国情而定)。如果是为了调整频率(仅对交流发电机而言)，我们可以在轴上安一个较大的齿轮，而在发电机上安一个较小的齿轮(因为双锥体在运动时都有一个衡定地速度，这样，我们也可以通过变速系统地齿轮比，来调整到我们所需要地频率。但最好采用发出电流后再统一调整地方式)。

另外还需说明几点：

1.固体物质发电机最好在环形轨道上运行，这样就可以源源不断地得到电能。

2.从图2中双锥体在第2.3.4轨道上运行情况我们可以看出：双锥体在轨道上运行时使用地仅仅是双锥体锥面地一部分，即图3中三角形XYZ中XZ和YZ边靠近XY边地那部分。这就为我们更好地利用双锥体又提供了一个条件，我们可以取二个锥体其靠近锥顶角地那部分，这样，在连结在一起地二个双锥体之间就有一个空隙，我们就可以做一个非常大的齿轮(至于大齿轮安在转子上还是双锥体的转动轴上，根椐我们的目的而定)，在双锥体的轴承下方安一个发电机(这个下方可以是轨道下方任何一个地方，只要我们的齿轮有足够大，并且不影响双锥体转弯儿。这样我们就可以达到我们所需要地齿轮比。如图4所示。

3.速度地确定。

速度地快慢由五个方面因素决定：

(1).是重力势能地大小。重力势能越大，速度越快。

(2).是轨道夹角地大小。夹角越大，速度越快。但它又有一个限度，最好在30--90度之间(因为夹角一但成为180度，这一现象将不存在)。

(3).是双锥体地二个锥面角度大小(即图3中角XZY)。对于同样重量地双锥体而言其锥面夹角越小其重心越高，所以速度就越快。

(4).是水平线与轨道之间地夹角(见图1a中1与8地夹角)。这个夹角越大，速度越小，所以其最好在20度左右(主要是由于重心降低高度变小引起，因为夹角越大，双锥体上升到二倍体后，重心降低高度越小)。

(5).发电机功率的大小，由于发电机是由动能通过发电机的导线切割磁力线，克服安培力做功才发出电能，所以发电机的功率大小蒋直接影响速度的快慢，所以最好发电机发出的电能占重力势能的80％---85％，这样一方面能最大限度地利用重力势能，另一方面也能保持一定动能(即速度)，保持能量转化地连续性，同时也解决了双锥体滚动时和连结以及变速时的能量消耗(由于摩擦产生地热能)。

正是由于这几方面因素地决定，所以给速度地确定增加了不确定地因素，我们必须通过测定这些连结在一起地双锥体的衡定速率，然后再调整齿轮比。

4.制动：我们可以采用让各个轨道直立地方法，这样就相当于让双锥体在二条平行线上滚动(把各轨道顶端看成二条平行线)，由于失去重力势能转换成动能的条件，也就失去了动力，同时由于各个轨道间存在一定地距离，双锥体在直立地各轨道间运行也会消耗一部分动能，因此，其运行一段后就会自动停于来，但一般不采用这种方式，这是因为当使用轨道竖起这种方式来制动双锥体时，无论是二个锥体锥面所形成地角XZY大于或小于轨道夹角，都会因接触面积小而给锥面和轨道造成一定程度损坏，并且还会给下一步起动造成一定困难，所以最好不采用这种方式。

另外，可以采用如同车辆制动一样，不让其滚动地方法来制动。

把摩擦片安装在连结各个双锥体的连结物上。制动时，摩擦片压紧双锥体锥壁以制动。

5.图3中双锥体的二个锥面所组成地角XZY与轨道夹角以及轨道与水平面地夹角，这三者之间地关系：

首先分析一下轨道与水平面夹角(即图二中角ACD)，根椐″能量守恒定律″，在图二中AD的最大值是与OC相等(在一切条件都满足地条件下，并且忽略由于摩擦产生的热能)，在这一过程中重力势能先转化成动能，动能又转化成势能，失去了利用价值，所以轨道与水平面的夹角不可太大(90度时这一现象将不存在)，但却不能为0度，因为一但为0度，重力势能利用率虽然达到最大，但却不能在该轨道下方放置轨道，不能保持该现象地连续性，所以该角度最好为20度左右。

双锥体的二个锥面所组成地角XZY与轨道的夹角最好采用120度和45度或90度和30度这样地组合关系。

另外，在图二中OC的值至少应是AD的二至三倍。

6.拐弯，可以采用慢慢地改变轨道方向，只要不使双锥体脱轨即可。

7.在图2中重心O由高处降至A处这一运动过程，只有初始启动和制动后重新启动时才会出现，而在运动过程中不会出现这种情况，仅仅作为示意图而矣。

8.在图1(b)中角5与角7的关系由前后二个轨道间的距离来决定。

9.功率的确定，功率的确定可以从二个方面来确定：

(1).从重力势能方面判定。

由于双锥体在一系列轨道上运行时使用地仅仅是双锥体的一部分，所以双锥体在一系列轨道上运行时地重心降低高度应为：双锥体脱离前一轨道后并在后一轨道上运行至二倍双锥体高度后重心降低的高度(如：图2中在轨道2上从H到F时重心降低的高度)，单位时间内双锥体下降地高度与双锥体重力的乘积，再乘以85％即为单个发电机的功率(这里以利用率85％计算)。

(2).从速度方面确定。

在发电机未接通发电地情况下，测试双锥体从静止到某一时刻地即时速度及时间，根椐物体的动能等于它的质量跟它的速度平方乘积的一半来计算出动能，再用动能除时间再乘以85％即为发电机地功率(动能实际上是重力在这一时段内所做的功)。

10.如果采用加大齿轮来改变齿轮比的方式，则双锥体的轨道应改为倒″八″字轨道，即去掉原来双轨道交叉连接形成夹角时，靠近夹角的那一部分，这样形成空间才能使双锥体运行。而连接各个轨道的轨道连线则变成相互平行地平行线。

最后，把这些直流或是交流发电机或并联或串联在一起，然后，再通过升降压系统和调频系统(仅指交流发电机组)后，再并入电网使用。

这些被我们并联或者是串联在一起地直流或者是交流发电机就组成了：固体物质直流发电机或者是固体物质交流发电机组，我们统称其为固体物质发电机组。

由于其利用地是：″能量最小原理″，其能量来源是：固体物质地重力势能，其不源源不断地转化成动能，然后又转化成电能，所以它解决了流体物质发电机地域限制地缺点，并且无污染，环保，高效，节能。

Claims (4)

1.一种固体物质发电机组，各种形式地能通过流体媒介物地动能带动发电机的转子转化成电能，其特征是：本发明不通过流体媒介物，直接将固体物质所蕴含地重力势能通过本装置转化成电能。

2.根椐权利要求1所述的固体物质发电机组，其特征是：其构思来源于″锥体上滚现象″，其原理是″锥体上滚″现象中的″能量最小原理″，其能量来源的是固体物质的重力势能。

3.根据权利要求1所述的固体物质发电机组，其特征是：其重点解决了让″锥体上滚现象″不断进行下去，让重力势能不断转化成动能，进尔又转化成电能和发电的问题，不断进行下去是由于过双锥体高度连线地垂直剖面是一个菱形，而高度连线和锥面下二边正好组成一个倒三角形，正是利用倒三角形地上宽下窄地特点，在该轨道下边恰当位置一个与前一轨道一样地轨道，这样，当双锥体落离前一轨道后，将沿这一轨道运行下去，若放置许多这样地轨道，它将一停地运动下去，发电地问题是由于双锥体在滚动，所以高度连线实际上就是其轴心线，在轴上安装上轴承，轴承上安装上货架，货架上固定发电机，同时在轴上固定上齿轮，以带动发电机的转子来发电。

4.根椐权利要求1所述的固体物质发电机组，其特征是：其在一系列轨道上运行的过程实际上是″锥体上滚现象″的组合。