ZDROJ NEKONEČNÉ ENERGIE


CONTINUOUS ELECTRICAL GENERATOR
(Překlad z celosvětového patentu
WO 200 20125774)

Vynálezce: Alberto Molina-Martinez; patent udělen 12.9.2002

Pracovní název A.R.T.: Kontinuální elektromagnetický generátor (KEG)


Od dob kdy Nikola Tesla vynalezl a patentoval systém vícefázového generátoru, asynchronního motoru a transformátoru, nedošlo na tomto poli k žádnému podstatnému zdokonalení. Generátory produkují vícefázové napětí a proudy pomocí mechanické rotace, při níž je magnetické pole nuceno rotovat mezi radiálně rozprostřeným vinutím generátoru. Základní myšlenkou nového systému indukčního generátoru je vyvolat rotaci elektromagnetického pole indukujícího napětí a proudy, generujícího využitelnou elektromotorickou sílu bez mechanického otáčení. Tato napětí a proudy pak mohou měniče zpracovat do podoby vhodné k použití a přenosu na dlouhé vzdálenosti.

Ve všech stávajících generátorech je k vybuzení mechanicky rotovaných elektromagnetických pólů, které indukují napětí a proudy ve vodičích při relativní rychlosti či pohybu mezi nimi a hmotou pólů, využíváno malé množství energie, které obyčejně nepřesahuje jedno procento výstupního výkonu, a to ani u velkých generátorů.

Zbytek energie investované do procesu získávání elektřiny je využit k pohybu mas, vyrovnávání mechanických a třecích ztrát, ztrát na kartáčcích, ventilaci, pohybu masou kotvy, ve vzduchových mezerách, dále pak ztrát synchronní reaktancí, vířivými proudy, hysterezních ztrát -- zkrátka všeho, co má v konečné bilanci na svědomí deficit mezi dodávanou mechanickou energií a získávaným výkonem, to znamená, že množství vyprodukované elektrické energie je vždy menší, než příkon.

STRUČNÝ POPIS VYNÁLEZU

Kontinuální elektrický generátor (KEG) sestává ze stacionárního cylindrického elektromagnetického jádra, zhotoveného z tenkých lamel naskládaných na sebe tak, aby vytvořily blok, do jehož drážek jsou vloženy dvě soustavy trojfázového vinutí, mezi nimiž nedochází k žádnému fyzickému pohybu ani vzájemným posunům. Při dočasném připojení jednoho z těchto vinutí k trojfázovému zdroji se vytvoří rotující elektromagnetické pole, protínající stacionární cívky druhého vinutí, v němž indukuje napětí a proudy stejným způsobem a ve stejné míře, jako v běžných generátorech, přičemž k buzení a udržování zmíněného rotujícího magnetického pole je z výstupního výkonu odebíráno jen asi jedno procento, nebo méně.

V kontinuálním elektrickém generátoru nedochází k žádným mechanickým ztrátám, jelikož se v něm nic nepohybuje. Projevuje se jen synchronní jalový odpor, vířivé proudy a hysterezní ztráty (důležité položky při volbě materiálů generátoru), které ale nejsou větší, než u běžných klasických generátorů.

U běžného generátoru se na vlastním vytvoření rotovaného magnetického pole podílí méně než 1% z celkové produkované výstupní energie, zatímco přebytek dodávané mechanické energie, vynucovaný těmito systémy, je v rámci produkce elektrického proudu spotřebován k jeho rotaci a převyšuje celkový výstupní výkon. V kontinuálním elektrickém generátoru neexistuje potřeba mechanického pohybu; jelikož jeho pole rotuje elektromagneticky není žádná mechanická energie potřebná. Při správném nastavení budících proudů, vhodném materiálu jádra a jistém způsobu vinutí, je KEG výrazně účinnější, než běžný generátor; může vyprodukovat podstatně více energie, než potřebuje k vlastní funkci. Když je v KEG zapojena zpětná vazba, může být dočasný napájecí zdroj odpojen a generátor si neomezeně dlouho udrží svou funkčnost.

Jako každý jiný generátor, může i KEG vybudit své elektromagnetické pole minimálním podílem jím vyrobené elektrické energie. Musí být pouze spuštěn krátkým připojením indukovaných (výstupních) cívek k externímu třífázovému zdroji, a poté odpojen. Pak už běží sám a v závislosti na konfiguraci trvale generuje velký přebytek elektrické energie.

Systém kontinuálního elektrického generátoru lze navrhnout pomocí klasických matematických rovnic a vzorců, užívaných v rámci kalkulace konstrukce elektrických generátorů a motorů. Vyhovuje všem pravidlům a parametrům užívaným k výpočtu elektrické indukce při výrobě elektrické energie alternátory a generátory.

S výjimkou zákona o zachování energie, který není prezentován žádnou matematickou rovnicí (jde o pouhou teoretickou představu, jenž při matematické kalkulaci libovolného druhu elektrického stroje nehraje vůbec žádnou roli), vyhovuje kontinuální elektrický generátor všem zákonům fyziky a elektrotechniky. Jeho existence nabádá k revizi tzv. zákona o zachování energie. Podle mého názoru elektřina není konvertována z mechanické energie vkládané do stroje, za účelem pohybovat hmotou proti veškerému odporu. Mechanický systém ve skutečnosti tedy jen připravuje cestu kondenzaci elektřiny. Totéž dělá i KEG, který však elektřině otevírá schůdnější cestu.

PODROBNÝ POPIS VYNÁLEZU

Prezentovaný vynález je kontinuální a plně autonomně pracující elektrický generátor, schopný vyrábět více energie, než potřebuje k vlastní činnosti, a který tudíž vyrábí veškerou energii potřebnou k vlastnímu provozu. Základní myšlenka vychází z principu indukce elektrického napětí a proudů bez jakéhokoliv fyzického pohybu, za použití rotujícího magnetického pole, vytvořeného ve třífázovém statoru při jeho dočasném připojení k třífázovému zdroji, a v umístění nehybných vodičů do dráhy řečeného rotujícího magnetického pole při úplném vyloučení použití mechanických sil.

Výchozí systém vyobrazený na FIG. 1 předvádí jedno z možných provedení prezentovaného vynálezu. Je zde stacionární feromagnetické jádro [1],  třífázová indukující vinutí [3] rozmístěná po 120°, v zapojení do hvězdy [6] za účelem vybuzení a udržování rotujícího elektromagnetického pole po přiložení třífázového napětí; v tomto případě jde o dvoupólové uspořádání.

Do nepohyblivého feromagnetického jádra jádra [1] je bez jakékoli vzduchové mezery mezi oběma díly vlisována druhá část nepohyblivého feromagnetického jádra [2]. Na této druhé části [2] se nachází druhé třífázové vinutí [4a] (na FIG. 1) [4b] (na FIG. 2), uspořádané vůči indukčním vinutím vnější části jádra [3] tak, jak je ukázáno na FIG. 1 a 2. Mezi oběma jádry není vůbec žádný pohyb a žádná vzduchová mezera. Není zde hřídel, protože žádná část jádra, ani celek, nerotuje. Obě části jádra mohou být složena z izolovaných lamel nebo z elektricky nevodivého slisovaného či stmeleného feromagnetického prášku.

Systém za provozu indukuje třífázové napětí a proudy z nepohyblivých vodičů [4a - FIG. 1] vnitřních vinutí [4b - FIG. 2] - po aplikaci třífázového proudu na svorky A [5a], B [5b] a C [5c] - na externí vinutí [3]; a poté indukuje třífázové napětí a proudy do externího vinutí [3] (tedy zpět do vinutí, jímž byl vybuzen) po aplikaci třífázových proudů na vývody T1 7a, T2 7b a T3 7c vnitřního vinutí [4b - FIG. 2] (tedy po připojení zpětné vazby).

Po přiložení třífázového napětí na svorky A [5a], B [5b] a C [5c] mají proudy stejnou velikost, ale jsou časově posunuté o úhel 120°. Tyto proudy produkují magnetické hybné síly, které zpětně vytvářejí rotující magnetický tok. Uspořádání může být tak jako u běžných alternátorů a třífázových motorů odlišné, ale podstata zůstane stejná: stacionární, ale přesto elektromagneticky rotující magnetické pole indukující napětí a proudy na nepohyblivé vodiče vložené do cesty rotujícímu magnetickému poli.

Na diagramu je dvojpólové uspořádání vinutí, ale stejně jako u běžných generátorů a motorů může být použito mnoho jiných.

 

FIG. 2 ukazuje třífázové vnitřní vinutí [4b] poskytující vzhledem k úhlu rozmístění po 120° prakticky symetrická napětí a proudy. Princip je stejný jako u dvoupólového uspořádání. Lze použít i mnoho jiných, třífázových nebo mnohofázových verzí. Všude, kde vodič kříží rotující magnetické pole, v něm indukuje napětí odebíratelné na příslušných svorkách. Zapojení závisí jen na tom, jak systém hodláme využít. V tomto případě na vývodech T1 [7a], T2 [7b] a T3 [7c] získáme třífázové napětí proti nulovému bodu [8]. Výstupní napětí je jako u každého jiného generátoru závislé na hustotě rotujícího magnetického toku, počtu závitů vodičů, frekvenci (místo rychlosti otáčení rotoru) a délce vodičů křížících magnetická pole.

FIG. 3 znázorňuje alternativní provedení prezentovaného vynálezu. Generátor je sestaven z několika jednodílných lamel [9], naskládaných na sebe do potřebné tloušťky. Tato součást může být vyrobena i jako jednodílný blok z lisovaného a stmeleného elektricky nevodivého feromagnetického prášku. Drážky [10] obsahují vnitřní [4a/4b] i vnější vinutí [3], tedy indukující a indukované vinutí (viz FIG. 5). V tomto případě zde máme 24 drážek (8 pólů), ale jejich počet lze měnit podle designu a potřeby.

FIG. 4 ukazuje variantu provedení prezentovaného vynálezu s dvojdílným laminovaným jádrem. Z praktických důvodů, k ulehčení vložení cívek, je jádro rozděleno na dvě části [9a], [9b], jak je zřejmé z nákresu. Poté jsou obě části pevně slisovány, bez jakékoli štěrbiny (vzduchové mezery), jakoby to bylo jádro z jediného kusu.

Výše popsaná vrstvená jádra lze poskládat z tenkého (0,15 mm nebo jemnějšího) izolovaného dynamoplechu [9] či [9a] a [9b], čili z materiálu s vysokou magnetickou propustností (permeabilitou) a malými hysterezními ztrátami, jako například Hiperco 50A nebo podobně (Metglas?), kvůli redukci ztrát, nebo se slisovaného, elektricky izolovaného feromagnetického prášku, který má nižší ztráty vířivými proudy a nízké hysterezní ztráty, čímž se generátor stává vysoce výkonným.

ČINNOST GENERÁTORU

Kontinuální elektrický generátor na následujících zobrazeních je navržen a vypočten k produkci výrazného rotujícího elektromagnetického pole při malých budících proudech. Použitím laminovaného materiálu, jako již uvedeného Hiperco 50A (viz http://www.suppliersonline.com/propertypages/hiperco.asp [ASTM A801 Alloy Type 1] vložka gewo), lze vybudit rotující magnetická pole o síle přes 2 Tesla, protože jádro nemá žádnou ztrátovou vzduchovou mezeru a odpadají i ostatní dříve uvedené ztráty. Vybuzení lze dosáhnout dočasným připojením třífázového proudu na svorky A, B a C [12] indukčních cívek [13], [14] a [15] (5a, 5b a 5c na FIG. 1), rozmístěných po 120° (viz FIG. 5).

Na FIG. 5 je prostorové uspořádání indukujících vinutí [13], [14] a [15], a indukovaných vinutí [18a], [18b], [19a], [19b], [20a] a [20b]. Indukující i indukovaná vinutí  [16] a [17] jsou umístěna ve společných drážkách [10] při stejném uspořádání. I když systém pracuje obousměrně, jeví se jako lepší uspořádání s indukujícím vinutím [13], [14] a [15] ve vnitřní, a indukovaným vinutím [18a], [18b], [19a], [19b], [20a] a [20b], ve vnější straně drážky, protože k vybuzení velmi silného rotujícího magnetického pole díky malým ztrátám vystačíme v procesu s nevelkým vinutím, zatímco k extrakci energie produkované v systému jsou potřebná větší a silnější vinutí. Obě vinutí jsou propojena do hvězdy (nezobrazeno), ale lze je zapojit různými způsoby, jako u každého jiného generátoru. Toto provedení je ekvivalentní k provedení, znázorněnému na FIG. 1 a 2.

Indukující cívky [13], [14] a [15] jsou navrženy a vypočteny tak, aby generátor mohl být spuštěn běžným třífázovým síťovým napětím (například 230V/50Hz na fázi). Není-li toto napětí k dispozici v místní síti, můžeme ho přivést na potřebnou úroveň nastavitelným třífázovým transformátorem, elektronickým variátorem či invertorem, atd. Jakmile se vybudí dostatečně silné rotující magnetické pole, křížící indukované cívky [18a], [18b], [19a], [19b], [20a] a [20b], objeví se na svorkách T1, T2, T3 a N [21] třífázové napětí proporcionální hustotě magnetického toku, počtu závitů cívek, použité frekvenci (namísto zrychlení) a délce vodičů protínajících rotující pole, jako u každého jiného alternátoru. Můžeme je zapojit jak chceme, do hvězdy či trojúhelníku, atd., jako u každého jiného alternátoru či generátoru. Výstupní proudy budou třífázové (nebo vícefázové, podle uspořádání) a použijeme-li zapojení do hvězdy získáme nulový vodič [21], jako u každého jiného alternátoru.

Výstupní střídavé napětí a proudy vykazují perfektní, naprosto symetrické sinusové vlny, dokonale oddělené v čase. Napětí a proudů získaných touto metodou lze využít libovolným konvenčním způsobem. V závislosti na provedení může být vyprodukováno jakékoli napětí.

 


FIG. 6 Vzorec magnetických toků produkovaných třífázovým indukujícím vinutím [13], [14] a [15]. Tento vzorec se podobá vzorci ve statoru asynchronního motoru. Protože zde však není žádná vzduchová mezera, vzniká pro magnetický indukční tok zcela homogenní cesta bez přechodů mezi materiály. Jádro je zhotoveno z velmi tenkých izolovaných lamel z materiálu s vysokou magnetickou propustností a malými hysterezními ztrátami; zásluhou tenkých lamel jsou zde jen minimální ztráty vířivými proudy. Nejsou zde žádné protiproudy či zatížení produkovaná kotvou, a proto se magnetický tok i při malém budícím proudu, čili příkonu energie, blíží saturaci. V důsledku časového posunu použitých tří fází a kvůli prostorovému uspořádání indukujících vinutí, se v jádru vytvoří rotující magnetické pole, jak je zřejmé z FIG. 7.

 

Po spuštění generátoru je malá část získané energie vrácena zpět (FIG. 8 a 9) k napájení indukujících cívek [3] (na FIG. 1) nebo [13], [14] a [15] (na FIG. 5), jako u každého jiného autoexcitovaného alternátoru nebo generátoru. Napětí a fázové úhly by samozřejmě měly být dokonale identické a uspořádané, a je-li to nutné, mělo by být zpětnovazební napětí řízeno a nastavováno variabilním transformátorem, elektronickým variátorem, posouvačů fáze (k srovnání fázových úhlů) nebo jiným regulátorem napětí či fázového úhlu.

 

Další možná metoda spočívá v použití elektronického měniče či variátoru [25], který zpočátku konvertuje dvě nebo tři fáze střídavého proudu [24] na stejnosměrný proud elektronickým usměrňovačem [26], a následné elektronické konverzi tohoto stejnosměrného proudu [27] na třífázový proud [28] k dodávce třífázových proudů posunutých v čase o 120° pro elektromagnetická pole A, B a C [3]. Některé variátory nebo konvertory umí zpracovat oba druhy napětí, některé akceptují jen třífázové. Tato sestava užívá variátoru na 3 kVA připojeného dvěma vstupy síťového napětí 220 V.

Rotující magnetické pole vytvářené proudy, procházejícími indukujícími třífázovými vinutími [13], [14] a [15], indukuje napětí na svorkách T1, T2, T3, N, [29] (7a, 7b, 7c, [8] na FIG. 2). Od výstupních vedení [29] vede odbočka [30] do zpětnovazebního systému, který převádí zpětnovazební střídavé proudy v diodovém usměrňovači [31] na stejnosměrný proud [32], a pak, přes elektronický konvertor nebo variátor [25], zpět na DC svorky z elektronického usměrňovače [26] (viz FIG. 8). Jakmile se uzavře tato zpětná vazba, může být zařízení odpojeno od dočasného zdroje [24] a bude neomezeně dlouho generovat elektrickou energii.

 

Na FIG. 9 je náhradní provedení kontinuálního elektrického generátoru. Co se týče provedení popsaného na FIG. 1 a 2, zůstávají základní principy stejné. Hlavní rozdíly, vzhledem k tomu, co bylo pojednáno a znázorněno předtím, spočívají ve tvaru lamel a fyzickém rozložení vinutí. Varianta zpětné vazby využívající proměnných a fázi posunujících transformátorů už byla rovněž popsána.

Feromagnetické jádro [11] je zhotoveno z nedělených lamel [9], jako na FIG. 3 (nebo pro usnadnění 9a, 9b jako na FIG. 4) naskládaných do požadované výšky. Štěrbiny [10], stejně jako předtím, obsahují jak indukující [13], [14] a [15] tak i indukovaná [18a-b], [19a-b] a [20a-b] vinutí [16] a [17] uložená ve společné štěrbině [10]. Vstupní třífázové vedení [12] napájí indukující třífázová vinutí [13], [14] a [15]. V prvním příkladě jsou zpočátku napájena z dočasného zdroje [33], a později, jakmile generátor přejde do autonomního provozu, zpětnovazební třífázovou smyčkou [34].

Indukující vinutí [13], [14] a [15] mají dvoupólové uspořádání, ale stejně tak mohou být k vybuzení rotujícího elektromagnetického pole použita četná jiná, tří- nebo vícefázová uspořádání. Tato vinutí jsou zapojena do hvězdy (zde neznázorněno) jako u provedení na FIG. 1, 2 a 8, ale lze je zapojit mnoha různými způsoby. Indukující vinutí [13], [14] a [15] jsou umístěna ve vnitřní části [16] štěrbiny [10].

Indukovaná vinutí [18a-b], [19a-b] a [20a-b] zde mají dvojpólové uspořádání, identické s uspořádáním indukujících vinutí [13], [14] a [15], avšak i zde lze podle designu a potřeb využít i mnoho dalších variant. Indukovaná vinutí musí být vypočtena tak, aby generátor vykazoval co nejmenší synchronní jalový i ohmický odpor. Pak půjde většina výstupního výkonu do zátěže, místo aby byla zadržena uvnitř k překonání vnitřní impedance. Zde znázorněná vinutí jsou zapojená do hvězdy za účelem vytvoření nulového vodiče [21], stejně jako u provedení na FIG. 2, ale mohou být zapojena různě, zcela podle potřeby. Indukovaná vinutí [18a-b], [19a-b] a [20a-b] jsou ve vnější části [17] štěrbiny [10].

Z indukovaných vinutí [18a-b], [19a-b] a [20a-b] jsou vyvedeny tři fáze a nulový vodič [21]. Rotující magnetické pole vytvářené v jádru (viz FIG. 6 a 7) indukujícími vinutími [13], [14] a [15], indukuje napětí mezi svorkami T1, T2 a T3 a nulovým vodičem [29]. Z každého třífázového výstupního vedení [21], je odvedena návratová odbočka [34], zajištující zpětnou vazbu systému.

Spouštěcí třífázový zdroj [33] je přechodně připojen k vývodům A, B a C [12]. Kontinuální elektrický generátor je spuštěn krátkým připojením k externímu třífázovému zdroji, a pak odpojen.

Jelikož potřebné napětí pro zpětnovazební linky lze přesně vypočíst a získat pomocí odboček, vyvedených přímo z indukovaných vinutí, napětí potřebné pro indukující vinutí (v rámci výchozího požadavku na systém), může být vhodné umístit doprostřed zařízení nastavitelný třífázový transformátor nebo jiný typ regulátoru napětí [35] pro přesnější úpravu napětí vraceného do budících (indukujících) cívek.

Za nastavitelným transformátorem [35] je zapojen třífázový, fázi posouvající měnič [36] upravující a vytyčující libovolný potřebný fázový zdvih úhlu napětí a proudů před jejich návratem do buzení. Tyto systém funguje obdobně jako systém na FIG. 8, používající variátor nebo měnič [25].

Jakmile se napětí a fáze generátoru srovnají s parametry dočasného zdroje [33], jsou zpětnovazební vedení [34] připojena k vedením A, B a C [12] k uzavření okruhu zpětné vazby [37] a dočasný zdroj [33] je odpojen. KEG pak trvale běží neomezeně dlouho, a je schopen bez jakéhokoliv externího zdroje trvale dodávat velké množství energie.

Elektrickou energii generovanou tímto systémem lze použít k svícení a produkci tepla, pohonu vícefázových motorů, produkci použitelného jedno- i vícefázového napětí a proudů, napětí a proudů transformovatelných pomocí transformátorů, napájení konvertorů výstupního střídavého vícefázového proudu na stejnosměrný proud, a jinak. Elektřina získaná popisovanými způsoby je stejně všestranná a dokonalá jako elektřina získávaná běžnými elektrickými generátory. Kontinuální elektrický generátor je však autonomní - jakmile jednou běží, je zcela nezávislý na libovolném jiném zdroji energie, může být přenášen bez jakéhokoli omezení; může být postaven v jakékoli velikosti a bude poskytovat potřebné množství elektřiny neomezenou dobu.

KEG je a zůstane velmi jednoduchý stroj. Základním principem těchto zařízení je bezpohybový systém s ultra-nízkými ztrátami a design, zaručující velmi malý synchronní jalový odpor.

Indukovaná vinutí musí být vypočtena tak, aby generátor měl co možná nejnižší synchronní jalový odpor a vlastní odpor. Pak jde většina produkované energie do zátěže, místo aby byla promarněna v překonávání vnitřní impedance.

 

Několik záběrů - pravděpodobně funkční prototyp zařízení poslední generace.

Tento generátor o průměru asi 30 cm podle údajů vynálezce nepřetržitě dodává 1kW elektrické energie (při cca 900V/DC)

 ORIGINÁL TEXTU A NÁKRESŮ
(334 Kb zip - formát: Alterna Tiff !)


UPOZORNĚNÍ!

Veškeré informace obsažené v tomto článku jsou určeny výhradně pro informaci,
k dalšímu studiu a nekomerčnímu použití!

Tento vynález je celosvětově chráněn mezinárodním patentovým právem!