CN202395533U - 发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发电机，该发电机适合提高（i）发电效率和（ii）电功率密度；其中所述发电机包括：（i）多个圆盘表面；每个圆盘表面连接至磁体阵列，该磁体阵列以匹配的磁体对的方式排列在两个相邻圆盘表面上，从而在所述匹配的磁体对之间形成多个磁场；（ii）多个固定支架，用于支撑电磁线圈阵列；每个线圈位于所述匹配的每对磁体对之间；（iii）固定至每个所述圆盘表面的旋转轴，该旋转轴适合使每对所述匹配的磁体对绕发电机线圈旋转，从而提供随时间变化的磁通量，并在每个所述发电机线圈上产生电功率。

Description

发电机

技术领域

本实用新型通常涉及经发电机线圈引入变化的磁通量的发电机。 

本实用新型具体地涉及通过穿过多个发电机线圈的多个磁体的旋转运动来改变磁通量。 

背景技术

早期的发电机设备，一直被认为获得变化的磁场的唯一的方式是移动穿过磁体的电线线圈或移动穿过线圈的磁体。很多年的时间，发电机工程集中在移动穿过磁体的线圈或穿过线圈的磁体的不同结构上。自从该观点出现后，虽然没有效率，通过该方式进行发电很多年没有变过。 

由于大量燃料的燃烧引起的能源成本的上升及环境污染问题促使政府和工业界关注，并优先考虑发电效率的提高。在提高发电机效率做出先驱性贡献的是Ecklin的US3879622专利，通过参考引入此处。 

在一个实施例中公开了永磁电动机，该电动机利用置于两个永磁体之间的偏置弹簧往复磁化元件。旋转百叶窗形式的磁屏蔽位于每个永磁体和所述往复元件之间，从而将所述元件交替的屏蔽和暴露至磁场，从而产生往复运动。第二个实施例中利用一对往复偏置弹簧永磁体，相邻的同性磁极由磁屏蔽分隔开， 该磁屏蔽将所述同极交替的暴露或屏蔽给所述磁场的排斥力。在他的SAG 6发电机构想中，Ecklin使用了与该参考文献中稍微不同的结构，在该结构中，磁体和线圈都是静止的。不再把大部分的输入功率用于移动沉重的线圈或磁体，所述SAG6发电机明显更高效。 

发电机的一个显著特点是具有一种结构，该结构将给定发电机物理尺寸的输出功率最大化。安装空间限制、更方便的处理能力需要将用于给定的输出功率的物理尺寸最小化的发电机结构。 

将US4691119通过参考引入此处，US4691119公开了一种包括永磁体交流发电机阵列的交流发电系统。这些交流发电机的定子绕组相互串联电气连接，且通过调整定子的相对角位置，来控制每个交流发电机的输出电压的相位角，从而调整所述交流发电机阵列的总输出电压。该交流发电机实行由内向外的设计，其中多个永磁体定位于在无磁性支撑结构的圆周位置上，从而形成转子。定子具有带有纵向插槽的核心，该纵向插槽用于接受位于所述转子结构中的定子绕组，从而所述定子和转子的相对转动会在所述定子绕组中产生电压。 

将US7218025通过参考引入此处，该专利公开了旋转的磁发电装置，该装置提供由中心旋转的磁性圆柱体产生的交流电流，该磁性圆柱体具有内腔，内腔具有中心固定的线圈，该线圈由直流电流驱动，在多个插入所述中心旋转的磁性圆柱体内腔的钕磁体上产生驱动旋转力，所述中心旋转的磁性圆柱体具有带有上磁环的上外缘和带有下磁环的下外缘，所述两个磁环使所述中心旋转的磁性圆柱体悬挂在由框架构件支撑的两个固定磁场之间，所述中心旋转的磁性圆柱体还包括插有尺寸相同、间隔开的多个钕合金磁体的外围表面，插有尺寸相同、间隔开的多个钕合金磁体的下表面，插有尺寸相同、间隔开的多个钕合金磁体的上表面。多个间隔缠绕的电机定子悬挂在所述中心旋转的磁性圆柱的上表面以上、所述下表面以下、以及所述外围表面周围，该电机定子由所述构件支撑并隔绝，每个电机定子连接至外部，从而传输由于转动所述中心旋转的磁性圆柱体而产生的交流电流，所述整个装置为真空密封的。 

将美国专利申请10/272,839通过参考引入此处，该申请公开了一种飞轮电机/发电机，该飞轮电动机/发电机具有支撑物，以保持在所述转子的环形阵列上的永磁体。本实用新型独特的方面包括：所使用的磁体的形状、用于固定所述磁体的固定装置、紧邻磁体的所述转子的结构。该设计的核心功能在于：1）当离心加速度超过100,000 g's时，控制在所述转子上的压力以及高速的磁体，2）当所述组件静止时，当所述磁体没有合适固定，由于相互的引力或斥力而以有害的方式相互定位时，固定该磁体。还在所述磁体的末端设置重要的特征，以帮助所述转子的组装，并将所述磁体保持在合适的方位。 

因此，仍需要有效率的发电机，将给定物理尺寸的电功率输出最大化。 

发明内容

因此，本实用新型的主要目的是提供一种发电机，通过配置强大的、不同的、均匀的、具有高磁通密度和匹配发电机线圈的多个磁场，该发电机将发电效率和发电机单位给定物理尺寸的发电量最大化，最大程度利用了发电机的体积。 

根据本实用新型的优选实施例，本实用新型的一个目的是公开： 

一种发电机，包括：

（i）多个表面，磁体阵列固定至每个表面；

（ii）多个静止不动的发电机线圈阵列；

（iii）固定至所述表面的旋转轴。

将所述多个表面排列为适合在位于任意两个相邻表面上的相对的磁体之间产生磁场。每个所述发电机线圈阵列位于所述任意两个相邻表面之间；所述发电机线圈的数目、尺寸、形状以及排列与所述磁场的完全等同。 

当轴旋转时，通过移动穿过所述发电机线圈的所述匹配的磁体对，产生随时间变化的磁通量，从而在每个所述发电机线圈上产生电功率。 

其中通过使用强大、不同的、均匀的多个磁场和匹配的发电机线圈配置所述发电机，从而使所述发电机适合将发电效率和密度最大化。 

本实用新型的一个目的是提供一种发电机，该发电机适合提高（i）发电效率；（ii）电功率密度。所述发电机包括： 

（i） 多个圆盘表面；每个圆盘表面连接至磁体阵列，该磁体阵列作为匹配的磁体对排列在两个相邻圆盘表面，从而在所述匹配的磁体对之间形成多个磁场；

（ii）多个固定支架，用于支撑电磁线圈阵列；每个线圈位于所述匹配的每对磁体对之间；

（iii）固定至每个所述圆盘表面的旋转轴，该旋转轴适合使每对所述匹配的磁体对穿过所述发电机线圈转动，从而提供随时间变化的磁通量，并在每个所述发电机线圈上产生电功率。

本实用新型的一个目的是提供一种发电机，包括：

a.具有主纵轴的多个圆盘表面，每个圆盘表面连接至偏移的磁体阵列上，该磁体阵列以匹配磁体对的方式排列在两个相邻的圆盘表面上，从而在所述匹配磁体对之间形成多个磁场；所述磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A；

b.多个固定支撑结构，每个固定支撑结构具有位于每对所述匹配磁体对中间的电磁线圈阵列，当电压施加在所述电磁线圈上时，所述电磁线圈适合提供轴向磁场；每个所述电磁线圈阵列相对于所述主纵轴倾斜角度A； 

c.固定至每个所述圆盘表面的旋转轴，该旋转轴适合使每对所述匹配磁体对绕发电机线圈旋转，从而提供随时间变化的磁通量，并在每个所述发电机线圈上产生电功率。

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机将发电效率约提高至90%（根据IEC 60034-30）。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机将所述发电效率约提高至90%（根据Edict 553/2005）。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁体的形状选自圆形或多边形。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁体为由选自钐或钕的稀土材料制成的磁场源。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁场源对以相反的磁极彼此面对。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁场源对以相同的磁极彼此面对。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁体为铸铁构件。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁体对为偏移放置。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，包括将双向缠绕的线圈排列在所述阵列中，用于优化发电机效率。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中设置在所述固定支架中的线圈相对于所述圆盘表面倾斜角度A。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中施加在所述倾斜线圈上的力有水平和竖直分量。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中当电压施加到所述发电机线圈上时，所述水平力可用于使所述磁体绕轴旋转，从而将所述发电机变成电动机。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机线圈包括几根绕铁磁材料芯缠绕的导体。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机线圈尺寸和形状适合在所述磁体对之间产生的磁场的尺寸和形状。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中将所述发电机构造为使磁体和发电机线圈之间的空气间隙最小，从而减少损耗。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中位于每对所述匹配的磁体对之间的所述磁场是不同的，并通过具有非磁性层的表面分隔开。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述阵列安装于圆盘表面。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中在圆盘上的所有磁体具有相同的磁极方向。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述匹配磁体对具有相反的磁极方向，用于在它们之间产生磁场。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与所述发电机包的铁壁接触，从而提供通向磁场的低损耗介质路径。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中在所述两个相邻径向线上的磁体交错排列。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁体排列在从所述圆盘的中心至所述圆盘边缘的曲线上。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述磁体排列在从所述圆盘中心至所述圆盘边缘的螺旋线上。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机构造为球形结构，包括位于第一球内部的第一表面和位于第二球（位于所述第一球内部）外表面的第二表面。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机构造为椭球形结构，包括位于第一椭球内部的第一表面和位于第二椭球（位于所述第一椭球内部）外表面的第二表面。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，还包括位于内部的第一波形表面和位于外部的第二波形表面。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述第一表面和第二表面与所述由铁制成的旋转轴接触，从而提供用于封闭磁场的低损耗介质路径。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中每个所述静止不动的发电机线圈位于由在磁性元件对之间产生的磁场所限定的方向上。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机线圈具有由所述磁场所限定的尺寸和形状。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述位于两个表面上的磁体尺寸相同，并且所述发电机线圈的形状为像磁场一样的圆柱形。 

本实用新型的另一个目的是提供上述电功率，其中所述发电机线圈形状为像所述磁场一样的圆锥形，该磁场由位于所述较大的第一表面上的较大磁体和位于所述较小的第二表面上的较小磁体产生的。 

本实用新型的另一个目的是提供一种用于产生电功率、同时提高发电效率和电功率密度的方法。该方法特别包括选自以下的步骤： 

a． 提供多个圆盘表面；

b．提供多个磁体阵列；

c． 将所述磁体阵列连接至每个所述圆盘表面，从而可得到两个相邻圆盘表面上匹配的磁体对，从而在所述匹配的磁体对之间可产生多个磁场；

d．   将多个发电机线圈阵列放置在每个所述匹配的磁体对之间；

e． 将旋转轴连接至所述圆盘表面；

f． 旋转所述旋转轴，从而转动所述匹配磁体对；

从而在提高所述发电效率和所述电功率密度的同时，通过随时间变化的磁通量在每个发电机线圈上产生电功率。

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括从圆形或多边形中选择所述磁体形状的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括从由钐或钕稀土材料制成的磁场源中提供磁体的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述的方法，该方法还包括将所述磁场源对调整至以相反磁极彼此面对的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述的方法，该方法还包括将所述磁场源对调整至以相同磁极彼此面对的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述的方法，该方法还包括从铸铁构件中选择磁体的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述的方法，该方法还包括将所述磁性元件对偏移放置的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将双向缠绕的线圈定位于阵列中，用于优化发电机效率的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述线圈定位于以一定角度倾斜的偏移磁体的体积中。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括选择包括几根绕铁磁材料芯缠绕的导体的发电机线圈的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括使所述发电机线圈的尺寸和形状适合在所述磁体对之间产生的磁场的尺寸和形状的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括配置所述发电机的步骤，从而使磁体与发电机线圈之间的空气间隙最小，从而减少损耗。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括使用所述具有非磁性层的圆盘表面将位于每对所述匹配的磁体对之间的所述磁场区别和分隔开的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述阵列安装在所述圆盘的表面的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括调整在所述圆盘上的所有磁体，使其具有相同的磁极方向的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括调整所述匹配的磁体对，使其具有相反的磁极方向，以在磁体对之间产生磁场的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与所述发电机包的铁壁接触，从而提供通向磁场的低损耗介质路径的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述磁体排列在从所述圆盘中心至所述圆盘边缘的曲线上的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述磁体排列在从所述圆盘中心至所述圆盘边缘的螺旋线上的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述发电机构造为球形结构的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述发电机构造为椭球形结构的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述第一表面和第二表面与所述旋转轴接触，从而提供用于封闭磁场的低损耗介质路径的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将每个所述固定发电机线圈放置于由在磁体对之间产生的磁场所限定的方向上的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括将所述发电机线圈构造为具有由所述磁场所限定的尺寸和形状的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括通过所述发电机将发电效率约提高至90%（根据IEC 60034-30）的步骤。 

本实用新型的另一个目的是提供上述方法，该方法还包括通过所述发电机将所述发电效率约提高至90%（根据Edict 553/2005）的步骤。 

附图说明

为了更好的理解本实用新型及其实施例，请参考附图，其中数字表示相应的元件，其中： 

图1展示了本实用新型实施例的系统将风能和太阳能转化为电功率的方框图；

图2展示了本实用新型实施例圆柱形结构的发电机的非尺寸比例的横截面视图；

图3a展示了本实用新型实施例的用于安装磁体阵列的圆盘的非尺寸比例的俯视图，其中圆形和六角形磁体以一种排列方式安装在所述圆盘上；

图3b展示了本实用新型实施例的用于安装磁体阵列的圆盘的非尺寸比例的俯视图，其中磁体以第二种排列方式安装在所述圆盘上；

图3c展示了本实用新型实施例的用于安装磁体阵列的圆盘的非尺寸比例的俯视图，其中圆盘中心附近的磁体尺寸较小，随着磁体向圆盘边缘排列，磁体尺寸逐渐增大；

图4a展示了包括四对不同的相互面对的装置的两个相邻表面的非尺寸比例的横截面图；

图4b展示了固定有磁体阵列的两个相邻表面的非尺寸比例的横截面图，其中磁体排列为倾斜的对，在每对装置中倾斜有发电机线圈；

图5a展示了本实用新型实施例的小球结构位于较大球中的非尺寸比例的横截面图，通过调整磁场和发电机线圈阵列的第一结构来使两球绕同一旋转轴转动；

图5b展示了本实用新型实施例的小球结构位于较大球中的非尺寸比例的横截面图，通过调整磁场和发电机线圈阵列的第二结构来使两球绕同一旋转轴转动；

图5c展示了本实用新型实施例的小椭球结构位于较大椭球中的非尺寸比例的横截面图，两球绕同一旋转轴转动；

图6展示了本实用新型实施例的小的任意形状结构位于较大的结构中的非尺寸比例的横截面图，两种结构具有绕同一旋转轴转动的平行的曲面。

具体实施方式

连同本实用新型的所有章节，提供下面描述，从而使本领域技术人员可使用本实用新型，下面描述列出了发明人实施本实用新型的最佳实施例。然而， 既然本实用新型的一般原则具体限定为涉及发电机，那么各种修改对本领域技术人员是显而易见的。 

在下面的详细描述中，阐述了许多具体的细节，是为了彻底理解本实用新型的实施例。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，也可实施这些实施例。说明书中的“一个实施例”或“实施例”指的是实施例中特定的特征、结构或特性至少包括在本实用新型的一个实施例中。因此，在说明书中不同部分出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都涉及同一个实施例或发明。此为，可以以合适的方式将在一个或多个实施例中的特定特征、结构或特性结合。 

附图展示了本实用新型的优选实施例。此处公开的本实用新型的实施例为发明人在商业环境下实施其发明的最优方式，然而，应该理解在本实用新型的范围内，可进行各种修改。 

术语“发电机线圈”在下文中非限制地指的是所述发电机产生电压输出的元件，通常构造为绕铁磁芯缠绕的多根导线。 

术语“铁磁芯”在下文中非限制地指的是如铁、镍或钴和各种展示极高磁导率、特征饱和点和磁滞的合金材料的材料结构。 

术语“二极管整流桥”在下文中非限制地指的是使用四个二极管的电路，以提供全波整流将交流电压转化为脉动直流电压。 

术语“永久磁场源”在下文中非限制地指的是有特殊材料制成的装置，该装置本身可产生很长时间的磁场。 

术语“磁性元件”或“磁体”在下文中非限制地指的是永久磁场源或匹配的铸铁构件。在相互面对的任意对磁性元件（如磁体）之间产生磁场。 

术语“非磁性物质”在下文中非限制地指的是该物质的单个原子的磁场随机排列，从而磁场倾向于抵消的物质。 

术语“无刷发电机”在下文中非限制地指的是不使用刷子的发电机，该刷子与发电机线接头接触，用于整流电压输出，将交流电压转化为直流电压输出。 

术语“磁通量”在下文中非限制地指的是对给定区域磁场强度的测量，用图表表示为环绕永磁体的线。 

术语“磁通密度”在下文中非限制地指的是通过与磁通量方向垂直的单位面积的磁通量。 

术语“高密度发电”在下文中非限制地指的是每个物理尺寸提供的电功率约高于90%。 

术语“约”在下文中非限制地指的是低于或高于所指的值的25%的范围。 

术语“国际电工委员会（IEC）60034-30”在下文中非限制地指的是由IEC制定的新标准。‘IEC 60034-30, 单速三相笼型感应电动机能效分级’。 

该标准的目的是提供一套全球统一的性能标签，对单速三相笼型感应电动机的能效分级进行划分。所考虑的电动机范围为50Hz或60Hz的三相笼型感应电动机： 

·   额定功率范围为0.75kW至200kW 

·   额定电压高达1000V 

·   额定连续工作制- S1 

·   额定保护IP4x 或更高 

术语“Edict 553/2005”在下文中指的是从2005年年末更新的规定。用于电动机的首部立法“能源效率法”，发布于2002年，为“标准”（强制）电动机和“高效”（自动）电动机建立了两套最低能效性能标准（MEPS）（参见Agenor Gomes Pinto Garciaa, Alexandre S. Szkloa, Roberto Schaeffera and Michael A. McNeilb, "Energy-efficiency standards for electric motors in Brazilian industry", Energy Policy, Volume 35, Issue 6, June 2007, Pages 3424-3439）。

本实用新型通过迅速改变穿过固定线圈的磁通量进而改变通过多个发电机线圈的磁通量，进行发电。多个匹配的磁体对产生快速交替的磁场，所述磁体对固定至旋转轴，并由旋转轴移动。多个磁体成对排列，在每对磁体对之间产生强大的均匀的磁通密度，每对磁体产生的磁场都不同于另外一对磁体产生的磁场。每个发电机线圈的物理尺寸与在每对磁体（匹配的磁体对）之间产生的磁场的体积和形状相适合。所有发电机线圈的数目和排列适合匹配的磁体对的数目和排列。当用所述旋转轴移动所述磁体时，每个发电机线圈反复经历随时间变化的磁通量，该磁通量由于移动穿过所述固定发电机线圈的每个匹配磁体对的磁场而产生。因此，产生了穿过所述每个发电机线圈的电压。 

具有高磁通密度的强大的、不同的、均匀的磁场和匹配的发电机线圈的结构利用了所述发电机的大部分体积，这适合在给定发电机物理尺寸上使发电效率和发电量最大化。 

参考附图1，展示了发电系统将风能和太阳能转化为电功率的应用的方框图。将风能20应用于转子，从而机械地转动所述发电机10的旋转部分。通常利用太阳能30加热低沸点液体，利用产生的热量通过热交换器启动绕发电机10的轴旋转的电动机，从而将太阳能转化为旋转力。发电机10通过改变通过发电机线圈的磁通量，从而产生电功率。通过旋转穿过所述静止不动的发电机线圈的磁体产生所述变化的磁通量。发电机10通常产生交流电（AC）输出。可选择的交流/直流(DC)转换器40通过通常所知的二极管整流桥，将所述发电机的交流输出转化为直流电流输出。所述发电机是无刷的，通过二极管整流桥将所述交流电压转化为直流电压，而不是通过具有刷子的机械整流装置。 

参考附图2，展示了所述发电机200的圆柱形结构实施例的横截面视图。所述发电机包括顶部圆盘210、中间圆盘220和底部圆盘230。磁体211、212、213和214固定至圆盘210的底部，这些磁体代表在圆盘210的整个底部表面上的以密集阵列排列的多个磁体。类似的磁体221、222、223和224安装在圆盘220上，这些磁体代表磁体的密集阵列。磁体211和221位于彼此对面，构成一对（匹配的磁体对），在二者之间产生均匀的磁场。类似的，在圆盘210上的所有磁体都具有在圆盘220上的与其相配的磁体，构成磁体对，在磁体对之间产生磁场。一层非磁性物质磁性将在所述圆盘表面的磁体相互隔开。因此，在位于圆盘210和220上的相对的磁体之间形成多个均匀的、不同的磁场。安装在圆盘230上的磁体231、232、233和234代表磁体的密集阵列。磁体231和221位于彼此对面，构成匹配磁体对，并在二者之间产生均匀的磁场。类似的，在圆盘230上的所有磁体都具有在圆盘220上的与其相配的磁体。一层非磁性物质磁性将在所述圆盘表面的磁体相互隔开，因此，在位于圆盘210和220上的相对的磁体之间形成多个均匀的、不同的磁场。 

所述磁体可以是多边形或圆形，或者是磁场源，该磁场源通常是由钐、钕稀土材料制成，或由铸铁制成的构件制成。安装在圆盘210和圆盘220封闭的体积中的发电机线圈241、242、243和244代表多个发电机线圈，所述多个发电机线圈像所述匹配的磁体对一样编号，像所述磁场一样排列。类似的，安装在圆盘220和圆盘230封闭的体积中的发电机线圈251、252、253和254代表多个发电机线圈，所述多个发电机线圈像所述匹配的磁体对一样编号，像所述磁场一样排列。 

应该指出的是，所述发电机线圈的数目、尺寸、形状和排列完全等同于所述磁场的数目、尺寸、形状和排列。 

当所述轴旋转时，固定至轴201上的圆盘210、220和230也旋转（从而整个磁性元件也旋转）。固定至所述圆盘上的所有磁体的转动产生通过所述每个发电机线圈、随时间变化的磁通量，并在所述每个发电机线圈中产生交流电压。圆盘210的顶部和圆盘230的底部由低磁损耗金属制成，该金属与所述发电机包的铁壁接触，以将所述磁力线的损耗减至最少。将发电机结构打包在具有低磁损耗的铁壁包中，该铁壁包用于封闭所述磁力线，从而将损耗减至最少。所述匹配的磁体对之间的磁体要么都为永久磁体源，具有相反或相同的磁极，要么含有一个永久磁体源或一个铸铁构件。将所述匹配的磁体对和所述发电机线圈之间的间隙减至最小，以将能量损耗减至最少。当想要增加输出功率时，在所述发电机200中的圆盘数目可以以非限制性的方式从最少的顶部圆盘和底部圆盘的数目增加至任何实际的圆盘数。由多个匹配的磁体对、匹配的磁体对与匹配的发电机线圈的密集结构、最小的空气间隙和最少的磁场损耗产生的高磁通密度在本实用新型中适合提供高效率、高密度的发电。 

电磁线圈的缠绕可以以两个相反的方向，产生两个相反的磁场方向，从而产生相反的力矢量。在一个实施例中，线圈阵列可包括以优化电动发电机效率的方式排列的、双向缠绕的线圈。 

参考附图3a，为具有在两条相邻径向线上排列的多个磁体31的圆盘30的俯视图，并展示了磁体覆盖圆盘30整个表面的多条径向线。在整个圆盘表面的磁体阵列密集地排列在所述圆盘的整个表面上。所述圆盘的表面上覆盖有非磁性物质，该非磁性物质将在所述圆盘上的单个磁体与置于第二对面圆盘上对应的磁体之间产生的多个平行的磁场隔离开。在该实施例中，圆形磁体31沿着两条相邻的径向线类似地排列。所述磁体可以为任意的多边形。例如六边形磁体34，沿着径向线排列。 

现在参考图3b，为具有在两条相邻径向线上排列的多个磁体32的圆盘30的俯视图，并展示了覆盖圆盘30的整个表面的磁体的多条径向线。所述在整个圆盘表面的磁体阵列密集地排列在所述圆盘的整个表面上。所述圆盘的表面上覆盖有非磁性物质，该非磁性物质将在所述圆盘上的单个磁体与置于面对该圆盘的第二圆盘上的对应的磁体之间产生的多个平行磁场隔离开。在该实施例中，沿着一条径向线排列的磁体32与沿着另一条相邻径向线排列的磁体交错排列。 

现在参考图3c，为具有沿着径向线尺寸逐渐变化的多个磁体33的圆盘30的俯视图。所述最小的磁体位于所述圆盘中心附近，最大的磁体位于圆盘的边缘附近。安装不同的磁体是一个实施例，该实施例可提供固定至圆盘上的磁性盘的更高的面积利用率。 

磁体阵列在表面的排列也可采用其他形式。在一个实施例中，所述磁体阵列可从圆盘中心至圆盘的边缘螺旋排列。在另一个实施例中，所述磁体阵列可沿着从所述圆盘中心至所述圆盘边缘的不同曲线排列。 

现在参考图4a，该图为两个相邻圆盘的横截面视图，该圆盘具有固定至该圆盘、彼此面对的磁体对。固定至圆盘40a的磁体45a以及固定至圆盘40b的磁体45b为一对永久场源。永久磁场源45b具有朝上的北磁极，永久磁场源45a具有朝下的南磁极。因此，这对磁体之间的磁场产生引力。 

磁体44a和磁体44b为永磁体，彼此以北磁极相对。因此，该对磁体之间的磁场产生斥力。 

磁体43a为铸铁构件，磁体43b为具有任意磁极方向的永久磁场源。由于所述永久磁场源磁化所述铸铁构件43a，在所述磁体对之间产生磁场。 

磁体42a为永久磁场源，磁体42d为铸铁构件。从而该匹配的磁体对与所述匹配的磁体对43a和43b相反。 

对固定至所述圆盘表面的、不同的匹配磁体对的组合进行优化设计，产生优选的系统性能。 

现在参考图4b，展示了相邻表面的非尺寸比例的横截面视图，该相邻表面固定有成对排列的磁体阵列。固定至圆盘46的所述磁体和圆盘48的所述磁体彼此偏移。因此，匹配的磁体对之间的磁通量相对于圆盘平面倾斜了任意角度，所述磁体对之间的线圈也倾斜同样的角度。结构47支撑倾斜的线圈，当电压施加至所述线圈上时，磁场具有倾斜的力矢量。力矢量的水平分量对所述转子施加旋转力。因此，当电压施加至所述线圈上时，所述倾斜的磁场和线圈的结构可用作电动机。 

现在参考图5a，展示了使用球形结构的发电机的横截面图。该实施例包括用于第一磁体阵列的外球500和用于第二磁体阵列的内球501。所述磁体511、512、513和514固定至球500的内表面上，代表在球500的整个内表面上的多个磁体的阵列。所述磁体521、522、523和524固定至位于球500的体积中的球501的外表面上，代表在球501的整个外表面的磁体阵列。在球500的所述内表面的每个磁体与在球501的所述外表面上对应的磁体紧密配合，并产生强大的圆柱形均匀磁场。因此，多个均匀的磁场放射性的指向球500的体积内和球501的外部。覆盖球500内表面和球501的外表面的非磁性物质将所述多个磁场彼此隔离开，将由于磁场泄露造成的损耗降至最低。发电机线圈531、532、533和534安装在球500的体积内、球501的外部。每个发电机线圈具有与在所述体积中产生的磁场的尺寸和形状一样的尺寸和形状。线圈的数目与匹配的磁体对的数目相同，并且所述线圈像在所述匹配的磁体对之间产生的磁场一样放射性地排列。当随时间变化的磁通量施加到所述发电机线圈，所述发电机线圈产生电功率。当球500和球501绕轴502转动时，施加到所述发电机线圈上的磁通量为随时间变化的。因此，在每个线圈上产生穿过静止不动的发电机线圈阵列的多个磁场和电压。由低磁损耗的材料构成的球500和球501与由铁或另外的低磁损耗材料制成的轴502接触，共同用于封闭所述磁场环。低磁场损耗还通过在每个发电机线圈和所述磁体对之间的小的空气间隙来实现。所述结构实现了由于低损耗产生的高发电效率，以及由于有效利用所述发电机体积产生的高功率密度。 

现在参考图5b，展示了使用球形结构的发电机的横截面图，与图5a所示的不同，在球500的内表面使用了更大的磁体，在球501的外表面使用了更小的磁体，并使用了锥形发电机线圈。该实施例包括外球500和内球501。所述磁体551、552、553和554固定至球500的内表面，代表在球500的整个内表面上的磁体阵列。所述磁体561、562、563和564固定至位于球500的体积内的球501的外表面，代表在球501的整个外表面的磁体阵列。在球500的所述内表面的每个磁体与在球501的所述外表面上对应的磁体紧密配合，并产生强大的圆锥形均匀磁场。覆盖球500内表面和球501的外表面的非磁性物质将所述多个磁场彼此隔离开，将由于磁场泄露造成的损耗降至最低。发电机线圈571、572、573和574安装在球500的内部、球501的外部。每个发电机线圈具有与在所述体积中产生的磁场尺寸和形状相同的尺寸和形状。线圈的数目与匹配的磁体对的数目相同，并且所述线圈像在所述匹配的磁体对之间产生的磁场一样放射性地排列。当球500和球501绕轴502转动时，施加到所述发电机线圈上的磁通量是变化的。因此，在每个线圈上产生穿过静止不动的发电机线圈阵列的多个磁场和电压。具有低磁损耗的球500和球501与由铁或另外的低磁损耗材料制成的轴502接触，共同用于封闭所述磁场环。低磁场损耗还通过在每个发电机线圈和所述磁体对之间的小的空气间隙来实现。所述结构实现了由于低损耗产生的高发电效率，以及由于有效利用所述发电机体积产生的高功率密度。 

现在参考图5c，展示了具有椭球形结构的发电机实施例的横截面。固定至较大的表面500和内表面501上的磁体阵列和匹配的磁体对以及所述静止不动的发电机线圈排列在由表面500和501围绕的体积中。除了椭球形状，该实施例中的结构的和操作类似于图5a所示的球形实施例的结构，且将图5c的部件设计为与图5a中部件相同的数目。 

现在参考图6，展示了具有用于固定磁体的波形表面的发电机实施例的横截面。相邻的外表面60a和表面61a具有固定至其上的磁体，所述磁体彼此面对，并且发电机线圈位于所述匹配的磁体对的体积中。磁体阵列和线圈的排列遵循上面所述实施例中磁体和发电机线圈排列的原则。类似地，所述磁体阵列排列在表面60b和61b。表面60a、60b、61a和61b固定至旋转轴62，并随所述轴转动。 

应该理解的是，在本实用新型所限定的范围内，可以不同的方式更改前面所描述的发电机的实施例，包括所述磁体、所述表面、在所述表面的磁体阵列的排列。 

还应该理解的是，上面所述的方法和装置被解释为包括：用于实施所述方法的装置、使用该装置的方法、在通用或专用计算机系统上以公知或本领域技术人员所知的方式，实施各种自动控制方法的计算机软件，在此处不需要为了使本领域技术人员实施本实用新型而对这些进行详细描述，因为本领域技术人员精通该行业、控制计算机及编程，并且可进入操作系统。 

对于本实用新型的主要实施例，类型和模式的具体的选择不是决定性的，但是特别指明的可能是相关的。详细描述的实施例是通过举例的方式解释本实用新型，而不是为了限制本实用新型的范围。通常没有限制，像“可”、“应该”、“优选”、“必须”或其他标识重要性或动机程度的短语不应该认为是对权利要求范围的限制或其等同物的范围的限制，除非以文字限定其范围的方式明确的出现在权利要求中。应该理解，一个实施例中描述的特征和步骤可以与其他实施例一块使用，并不是所有的本实用新型的实施例具有特定图中展示的或一个实施例中所描述的特征和/或步骤。即，所述公开应当从组合的角度来理解，其中每个元件的每个实施例都配合每个元件的每个其它实施例一起公开（事实上，在同一元件的可兼容实现的变形的不同组合中）。本领域技术人员可想到所述实施例的变形。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”及其词形变换，当用于权利要求中时，意思是“包括但不限于”。权力要求中的每个元件的单数形式可表示一个或多个元件，当提供一种或多种组合的选择时，应该理解为该权利要求需要选自不同选择中的一个构件，并不需要选择其中的每一个。应该理解摘要不用于限制本申请或权利要求的范围。 

据悉，上面所述实施例中的一些可能描述了发明人实施的最佳实施例，因此可包括对本实用新型很重要的结构、行为或结构和行为的细节，这些可描述为实施例。此处描述的结构或行为可通过本领域所知的具有相同功能的同等物替代，即使结构和行为有所不同。因此，本实用新型的范围仅仅由权利要求中使用的元件和限制因素限制本实用新型的范围。 

Claims (26)

1.发电机，其特征在于，包括：

（i）多个圆盘表面；每个圆盘表面连接至磁体阵列，该磁体阵列以互相匹配的磁体对的形式排列在两个相邻圆盘表面上，从而在所述匹配的磁体对之间形成多个磁场；

（ii）多个固定支架，用于支撑电磁线圈阵列；每个线圈位于每一对匹配的磁体对之间；

（iii）固定至每个所述圆盘表面的旋转轴，该旋转轴适合使每对所述匹配的磁体对绕发电机线圈旋转，从而提供随时间变化的磁通量，并在每个所述发电机线圈上产生电功率。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述磁体的形状选自圆形或多边形。

3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述磁体为由选自钐或钕的稀土材料制成的磁场源。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，成对磁场源以相反磁极彼此面对。

5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，成对磁场源对以相同磁极彼此面对。

6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述磁体为铸铁构件。

7.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述磁体对为偏移放置。

8.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，该发电机包括将双向缠绕的线圈排列在所述阵列中，用于优化发电机效率。

9.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，设置在所述固定支架中的所述线圈相对于所述圆盘表面倾斜角度A。

10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于，施加在倾斜线圈上的力有水平和竖直分量。

11.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于，当电压施加到所述发电机线圈上时，水平力可用于使所述磁体绕轴旋转，从而将所述发电机变成电动机。

12.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机线圈包括几根绕铁磁材料芯缠绕的导体。

13.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，将所述发电机构造为使磁体和发电机线圈之间的空气间隙最小，从而减少损耗。

14.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，位于每对所述匹配的磁体对之间的所述磁场是不同的，并通过具有非磁性层的表面分隔开。

15.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述阵列安装于圆盘表面。

16.根据权利要求15所述的发电机，其特征在于，圆盘上的所有磁体具有相同的磁极方向。

17.根据权利要求15所述的发电机，其特征在于，顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与所述发电机包的铁壁接触，从而提供通向磁场的低损耗介质路径。

18.根据权利要求15所述的发电机，其特征在于，在两个相邻径向线上的磁体交错排列。

19.根据权利要求15所述的发电机，其特征在于，所述磁体排列在从所述圆盘的中心至所述圆盘边缘的曲线上。

20.根据权利要求15所述的发电机，其特征在于，所述磁体排列在从所述圆盘中心至所述圆盘边缘的螺旋线上。

21.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机构造为球形结构，包括位于第一球内部的第一表面和位于第二球外表面的第二表面，所述第二球位于所述第一球内部。

22.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机构造为椭球形结构，包括位于第一椭球内部的第一表面和位于第二椭球外表面的第二表面，所述第二椭球位于所述第一椭球内部。

23.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，该发电机还包括位于内部的第一波形表面和位于外部的第二波形表面。

24.根据权利要求22所述的发电机，其特征在于，所述第一表面和第二表面与由铁制成的旋转轴接触，从而提供用于封闭磁场的低损耗介质路径。

25.根据权利要求22-23中任意一项所述的发电机，其特征在于，位于两个表面上的磁体尺寸相同，并且所述发电机线圈的形状为像磁场一样的圆柱形。

26.发电机，其特征在于，包括：

a.具有主纵轴的多个圆盘表面，每个圆盘表面连接至偏移的磁体阵列上，该磁体阵列以匹配磁体对的方式排列在两个相邻的圆盘表面上，从而在所述匹配磁体对之间形成多个磁场；所述磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A；

b.多个固定支撑结构，每个固定支撑结构具有位于每对所述匹配磁体对中间的电磁线圈阵列，当电压施加在所述电磁线圈上时，所述电磁线圈适合提供轴向磁场；每个所述电磁线圈阵列相对于所述主纵轴倾斜角度A； 

c.固定至每个所述圆盘表面的旋转轴，该旋转轴适合使每对所述匹配磁体对绕发电机线圈旋转，从而提供随时间变化的磁通量，并在每个所述发电机线圈上产生电功率。

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