一种重力能（或引力能）转换成电能的方法和装置与流程

一种重力能(或引力能)转换成电能的方法和装置
1.【技术领域】新能源
2.【传统能源和一些新能源的优缺点】
3.1、化石能源即火电(如煤、石油、气等)
4.优点：容易开采、容易运输、成本低。
5.缺点：严重污染环境，利用效率低，既破坏了自然生态环境，又是不可再生能源。
6.2、水能即水电
7.优点：环保清洁能源，可持续，可循环，可再生。
8.缺点：前期投资大，建设周期长，对自然环境和生态环境有一定的影响。
9.3、风能
10.优点：环保清洁能源，可再生，可持续。
11.缺点：装机容量小，受气候和地域的限制，维护不方便，生产叶片的过程中，会产生各种粉尘和化学污染物，并入电网难，还会占用大量土地。
12.4、太阳能
13.优点：1)普遍。到处都有，可直接开发和利用，且无需开采和运输。2)无害。开发利用不会污染环境，它是最清洁能源之一。3)巨大。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万吨煤。4)长久。太阳的能量是用之不竭的。
14.缺点：1)不稳定。由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及阴、晴、云、雨等随机因素的影响。2)效率低和成本高。3)还有生产多晶硅的过程，会产生含氟废气毒物，污染环境。
15.5、核能
16.优点：1)不会排放巨量的污染物质到大气中，不会造成空气污染，不会产生温室效应。2)能量密度高，体积小。3)运输方便。
17.缺点：1)技术含量高，成本高。2)热效率低，热污染严重，3)会产生高低阶放射性废料，必须慎重处理。
18.6、地热能
19.优点：高效节能，舒适保健，节省空间，热稳定性好，调节方便。
20.缺点：获取能量的最佳手段尚无共识，大型项目可能破坏自然生态系统
21.7、氢能
22.优点：原料丰富，不污染环境，不影响地球上的物质循环。
23.缺点：成本高，生产存储难，高压存储不安全。
24.8、生物质能
25.优点：1)可再生性，低密度性，高可靠性。2)分布广泛，蕴藏量巨大。3)电能质量好，有巨大的社会效益，生态效益和经济效益。
26.缺点：有低污染性，能量偏低，水分偏高。
27.【目的和内容】一、发明目的：解决能源危机和环境污染
28.1、能源危机：众所周知，现在环境的污染问题十分严重。随着人类资源消耗量的不
断增大，人类可利用的能源数越来越少，人类所面临的生存环境和生活环境遇到了前所未有的严重挑战，尤其是我国是第一人口大国，也是世界能源消费大国；中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的 76％，已成为中国大气污染的主要来源；而中国石油对外依存度达60％
‑‑
77％，天然气超过30％，超过美国对外依存度的53％，即突破60％的安全线。能源危机已上升为国家战略安全问题，中国发展新能源比任何国家都更加紧迫。
29.2、环境污染：火力发电，汽油车，柴油车等对空气污染十分严重。在电动车行业，表面上看很环保，没有污染，但是根据《美国国家科学院院刊》2014年5月公布的一份报告，学者们详细地比较了11种轻型汽车，。最后发现，倘若电动车的电能全部来自火电，那么其“生命周期”内造成的空气污染引发死亡人数是汽油车的3倍。根据中国2014年前三季度的电力工业统计，77％的发电量都来自火电，这算起来比汽油车污染还大。鉴于以上这两种因素，激发我们研究新能源汽车技术的动力和梦想。
二、

技术实现要素：

30.(一)什么是重力能？即重力能的具体含义是什么？
31.(二)那么重力能是如何开发和利用？或者说重力能的发电原理是什么？
32.(三)我们发明的主要产品的具体形状和名称以及它们的主要特征和用途？
33.下面具体阐述：
34.(一)、首先，我们先了解一下，什么是重力能？根据调查，到目前为止，在教科书上没有一个明确的定义，也没有哪个国家或能源领域的科学家把重力能作为一种新能源加以立项和研究，但不代表它就不存在，它就不会被人们发现和利用。其次，众所周知，重力是万有引力的一个分力，是物体由于地球的吸引而受到的力，叫重力，我们通常也叫地心引力，重力的方向总是竖直向下的。第三，我们大家都知道水力发电，叫水能，发电原理是水位差；风力发电，叫风能(或者叫空气能)，发电原理是气压差；太阳(是一种热力) 发电，叫太阳能，发电原理是温度差；火力发电，叫火能，发电原理是压强差(通常也叫压力差)；我们从它们的发电原理可知，它们有一个共同特点，都有一个
‘
力’和一个
‘
差’。同理，我们把重力发电，就叫重力能或者引力能。水能其实也是一种重力能，因为它是液态，有自然流动属性，为了提高水能的发电效率，我们通常建筑一个很高的水坝，也就是提高水的重力势能。由此可知，地球上的一切具有质量的物体本身所具有的能量，我们都可以叫做重力能。
35.(二)、那么重力能是如何开发和利用？或者说重力能的发电原理是什么？我们大家都知道，重力是地球上一种天然的力，根据前面各种能源发电原理可知，重力能的发电原理其实就是少一个
‘
差’了。经过我们多年的理论和实践研究发现，我们发明了三种重要产品：1、一种重力能转换器，也可以叫重力势能转换器，它的最大特点就是产生一个高度差，即如何把重力能转变成重力势能；2、一种带有移动轴承的杠杆或者带有移动滚珠的杠杆，主要特点是转移重力势能和动能，即转移重力能；3、一种发动机的部分主体结构，它的主要特点是把重力能转换为电能的一个装置。
36.(三)、下面我们具体介绍这三种产品形状和名称以及它们的主要特征和用途？
37.1、什么是重力能转换器或重力势能转换器？(1)在一种圆盘(直径和厚度大小类似刹车盘)的一面挖去一个圆形凹槽，像一条光滑的跑道，这个圆形光滑跑道我们称为轨道，
这个轨道的圆心要偏离圆盘的圆心，这两个圆心的距离我们称为偏心距，这个偏心距的大小取决圆盘直径的大小，轨道的宽度和深度根据实际需要而定，这种形状我们叫做偏心圆形轨道实心圆盘，如说明书附图第1页，图1是偏心圆形轨道实心圆盘示意图。(2)如果在圆盘的其他位置，挖去一些圆形孔(或者椭圆形孔)，使圆盘质量更轻，这种形状我们叫做偏心圆形轨道有通风孔(或者叫做平行孔)圆盘，如说明书附图第1页，图2是偏心圆形轨道有平行孔圆盘示意图。(3)在三叶柄风叶尾端装着离心球，然后在叶柄上安装一个偏心圆环，这种结构我们称为偏心圆环带离心球三叶柄风轮；如说明书附图第1页，图3是偏心圆环带离心球三叶柄风轮示意图，其他叶数同理可做。(4)在汽车轮圈上直接安装一个偏心圆环，如说明书附图第1页，图4是偏心圆环五轮辐轮圈示意图，这种结构我们称为偏心圆环五轮辐轮圈，其他轮辐数以此类推。(5)在圆盘的一面挖去一个偏心圆盘，我们称为偏心凹圆盘圆盘，如说明书附图第2页，图5是偏心凹圆盘圆盘示意图，外圆盘圆心位置要留着，不能挖去。(6)在圆盘的一面挖去阴影部分，留下一个偏心凸圆环，这种结构我们称为偏心凸圆环圆盘，如说明书附图第2页，图6是偏心凸圆环圆盘示意图。(7)在一个正方形盘内挖去一个偏心圆形轨道槽，这种结构我们称为偏心圆形轨道正方形盘，如说明书附图第2页，图7是偏心圆形轨道正方形盘示意图。(8)在一个椭圆形盘内挖去一个偏心圆形轨道槽，这种结构我们称为偏心圆形轨道椭圆形盘，如说明书附图第2页，图8是偏心圆形轨道椭圆形盘示意图。
38.总之，从以上这八个产品的图形结构看都有一个共同特点，即都有一个偏心圆，那么自然就有一个偏心距，不管是偏心圆形轨道、偏心圆环、偏心凹圆盘还是偏心凸圆环等，它们主要特点是产生一个高度差，我们把能够产生高度差的偏心圆形轨道槽、偏心圆环、偏心凹圆盘和偏心凸圆环圆盘等类似结构都叫做重力能转换器或者重力势能转换器。
39.2、什么是一种带有可以移动轴承的杠杆(我们称为可移动轴承杆)？首先选择一种轴承，轴承的外径要与偏心圆形轨道盘的轨道宽度一致，轴承的宽度要与偏心圆形轨道的深度配套，轴承的中心轴必须和杠杆垂直，轴承中心轴的一端最好固定在杠杆的动力点处，轴承的另一端和轴承另一面持平，轴承内侧与杠杆之间的距离不能太长，因为动力点是可以移动的，所以说，像这种带有可以移动轴承的杠杆我们称为可以移动轴承杆；如果一支杠杆上只一个可以移动轴承的杠杆，我们称为单移动轴承杆，如说明书附图第3页，图9是单移动轴承杆示意图；如果一支杠杆上有两个大小一样相互对称的可以移动轴承的杠杆，我们称为双移动轴承杆。如说明书附图第3页，图10是双移动轴承杆示意图；其次，在这个杠杆的中间(或者合适的地方)切开，用一个弹簧套把它们连接起来，弹簧外套是做固定的，两边杠杆和弹簧是连接在一起的，杠杆一端只带一个轴承，像这种结构我们称为有固定弹簧的单移动轴承杠杆；如说明书附图第3页，图11 是有固定弹簧的单移动轴承杆示意图；如果是带两个轴承，我们叫做有固定弹簧的双移动轴承杠杆，如说明书附图第3页，图12是有固定弹簧的双移动轴承杆示意图。这些杠杆的主要作用是用来转移重力势能和动能的。如果把杠杆上的轴承换作滚珠也行，有两个轴承或者滚珠的杠杆，我们也可以称为t型轴承(或者t型滚珠)杠杆。
40.3、什么是一种发动机的部分主体结构和它的工作原理？1)部分主体结构指的是气缸、活塞、连杆曲轴和飞轮。活塞位于气缸内，曲轴安装于曲轴箱内，飞轮固定于曲轴后端，伸出到发动机缸体外负责对外输出动力，连杆用来连接活塞与曲轴，负责两者之间的动力和运动。2)活塞行程：当活塞向上运动到最高位置，称为上止点，当活塞向下运动到最低位
置，称为下止点，活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上下止点的距离称为活塞行程，通常活塞行程为曲柄半径的两倍。如果发动机的曲轴转一圈就完成一个工作循环的就是一个二冲程，对外做一次功，这种发动机一般是柴油发动机；如果是转两圈才完成一个工作循环的就是四冲程，对外做一次功，这种发动机一般是汽油发动机。而我们所需要的就是这些简单的结构和它的工作原理，其他许多系统全部都不需要，只要在活塞上固定一个联轴节就可以了，气缸盖也不要了。根据发动机的气缸数量不同，分别有单缸发动机，双缸发动机，四缸发动机等等，如说明书附图第4页，图13是双气缸双曲轴发动机主体结构示意图，图14是双气缸单曲轴发动机主体结构示意图；如说明书附图第5页，图15是单缸发动机主体结构示意图，图16是四缸发动机主体结构示意图。这些说发动机部分主体结构主要特点就是把重力能转换为电能的一个装置。
41.【实施方案】一种重力能(或引力能)转换为电能的方法和装置。由于转换器的种类多，可移动轴承杆形状和种类很多，包括发动机的种类也很多，可以组装成很多种方案。这里重点陈述两种主要方案。
42.方案一、举例说明，如说明书附图第6页，图17是单盘双杆双缸示意图；我们先看一下示意图，把一个转换器安装固定在一个车厢上，转换器转动轴和车轮的转动轴用皮带和皮带轮(这里暂时用同步轮)连接起来，然后用两支等长等臂单移动轴承杠杆固定在转换器旁边，杠杆轴承端的轴承应放在圆盘轨道内，杠杆的支点的位置应该放在圆盘上边轨道和下边轨道转动180度时的最高点和最低点的垂直平分线上，实际上是圆盘转动90度时的那上下两个轨道点，然后以这两个点画两条和地面平行线，这样就找到杠杆的支点，杠杆的轴承也应该放在转换器的转动轴的垂直线上，杠杆的另一端和一个两个气缸一个曲轴的发动机主体结构相连，气缸的活塞行程刚好等于圆盘偏心距的两倍，也就是圆盘转动半圈时圆盘上边轨道的最高点和最低点的距离，或者圆盘下边轨道的最高点和最低点的距离。其次，现在我们看看它的工作原理，转换器已经固定在车厢上时就和车厢构成质量共同体，车厢是不会转动的，但会移动，转换器不但会移动，还会转动的，车厢的质量很大，而转换器的质量很小。当车厢行驶时，转换器没有负载时，即发动机还没有连接时，我们马上可以看出一个现象，转换器的转速和车厢的转速是一样的，注意车厢的转速和车厢速度是不同的，圆盘的轨道也一直在变化，重点是上止点和下止点不断变化，杠杆支点的左右两边也同时上下移动，这时我们可以判断杠杆的轴承有三个力在起作用，即车厢的部分重力和圆盘的转动惯性力和整个车厢的质量惯性力的合力，也可以说这三个合力就是杠杆轴承端的动力，根据杠杆平行原理，我们就可以简单算出杠杆另一端的负载，这个负载的质量其实就是车轮质量、车厢部分质量和转换器的质量，这些质量我们完全可以预先知道的，高度差也是预先知道的，根据重力势能定理和公式e
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＝mgh，以及功和能的关系，我们就不难算出车厢有多少重力能转换成重力势能。第三，用牛顿三大力学定律来分析，特别是牛顿第二运动定律，公式是f＝ma可知，当f不变时，即牵引力不变时，m和a成反比，即质量越大，加速度越小，质量越小，加速度越大。用动能定理和公式ek＝1/2mv2也可知，ek不变时，m和v2成反比，也就是说，当车厢匀速行驶时，车厢总动能不变的情况下，转换器的转速可以变得非常大，那么转换器产生的重力势能也很大。也可以换一种说法，当车厢的牵引力和所消耗的动能不变的情况下，有相当一部分能量被我们回收和利用。要想回收更多的能量，我们可以增加转换器的数量和转换器的直径，同时增加发动机的气缸数和曲轴数，还可以增加转换器的转速。这
种工作方式和发动机的工作原理一样，只是能量来源不同，转换方式不同而已。我们把这种可移动轴承杠杆和地面平行的安装方法，称为平行安装方法，简称平行法。
43.方案二、我们举一个例子说明，如说明书附图第7页，图18是双环双杆双缸示意图。先把两个直径相等的光滑圆环固定在车轮上，圆环的圆心要偏离车轮中心轴，一个往上偏离，一个往下偏离，偏心距相等，然后用两个有固定轴套的可移动轴承杠杆，轴套内有弹簧，固定在车厢的车架上，轴承必须和圆环最高点内圆相切，再用两支等长等臂普通杠杆同它们相连，杠杆的另一端和发动机气缸活塞相连，两支有弹簧的杠杆和车轮中心轴正垂直，上面两支普通杠杆和车轮中心轴平行，两个气缸的行程刚好等于偏心距的两倍；从图中我们不难看出，当车厢行驶时，车轮转一圈，发动机也转一圈，也就是说发动机的转速和车轮的转速是一样的，车厢的速度是车速，车速和转速是不同的。由于圆环质量很小，又是固定在车轮上，既不会影响车轮的正常行驶，也不会增加能量的消耗。具体说杠杆的轴承受到车轮的转动惯性力、车厢整体的质量惯性力、车厢部分重力和车轮重力这三种力的作用下，前后轮各产生一个重力势能出来，车厢整体所消耗的能量又没有增加，也可以这样说，车厢所消耗的能量有相当一部分被我们重新回收和利用。那么究竟产生多少重力势能？根据重力势能公式e
p
＝mgh和重力做功的关系，车厢和车轮的质量我们是可以称出来的，偏心距我们是可以量出来的，高度差等于两倍偏心距，那么发动机的外力就是车厢的部分重量和车轮的重量在做功，注意不是整车质量，这个功的大小就是它们重力势能的大小，也就是说车厢的整体重量有多少重力能转换为重力势能，这个我们是可以预先设计和计算出来的。我们把可移动轴承杠杆垂直地面的安装方法，叫做垂直安装方法，简称垂直法。
44.另外再举两个更具体例子来补充说明。例一，我们把一个等臂杠杆看作一个跷跷板，固定在车厢上，跷跷板的动力端(即杠杆的轴承端)就是车厢的部分质量，阻力端可以挂一个50kg重的物体，当车厢行驶时，这个物体会上下移动，我们就可以说这个50kg重的物体在做功，即重力做功，根据杠杆平行原理，这时我们就可以说车厢有50kg的重量在做功。根据重力做功原理和重力势能公式e
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＝mgh，h就是高度差，我们可以求出这个50kg重的物体做一次功的大小，根据功和能的关系和功率公式p＝w/t，我们就可以求出这个物体能产生多大的功率，然后选择一个相应功率大小的发电机代替这个50kg重的物体，结果就很清楚了。
45.例二，再说一个更容易理解的常识来说明，如果一个体重60kg的人在平直的马路上行走，双脚有规律的上下替换，抬起的那只脚差不多没有用几斤力，这只脚与地面就具有一个高度差，也就是说这只脚有一个重力势能，而落地的那只脚一定是60kg的力，那么这只脚就有一个60kg的动能，所以说落地的那只脚的动能比抬起的那只脚的势能大的多，而这个人的重量就是地球的引力重量，是永远不会消失的。因此说，重力(或者叫引力)在运动过程是可以发电的。
46.总之，重力能和风能、太阳能、水能一样，是地球本身固有能源，只不过还没有被人类所认知，并加以开发和研究利用，水能实际上也是一种重力能，它是比较早被人类开发和利用，而风能、太阳能、生物质能等一些新能源也是近几十年才被开发和利用，还有一些新能源正在研究和开发中，如可燃冰、重力能、渗透能、波浪能、潮汐能等，虽然都是环保清洁的新能源，但是效果和效率并不是非常令人满意的。一句话，重力能是最环保、最理想、最节能、零排放的清洁能源，转化效率最高，成本最低，结构简单，维护方便，不受任何自然环境
和气候变化的影响，可持续，可循环，永不枯竭。我们的产品可以用在任何纯电交通工具上，还可以用在发电厂上。