特斯拉开关之卡洛斯•贝尼特斯专利 产生电流的系统
卡洛斯也有过另一个设计，这次是与电池一起运行（虽然他倾向于认为以60伏电池组为单位，而不是12伏电池），而他的专利包括了我们今天往往称之为特斯拉开关的东西。然而，不是迅速地切换，卡洛斯用了一小时的时间间隔的切换。较低的电压克服了开关触点要浸没在油中的要求。 卡洛斯•贝尼特斯专利 GB 14,311 1916年8月17日 产生电流的系统 本人，卡洛斯•F•贝尼特斯，土木工程师，居住地墨西哥，瓜达拉哈拉，奥坎波街，141，在此郑重声明本发明性质： 本发明组成这个增补专利的目的，涉及系统中用于产生电流的新的改进，在主专利第17811号中，和在1915年4月14日提交的增补专利第5591号中所描述的。 系统还可进一步简化，并通过电池的增加来改进，这，用前述的系统适当地调节，可以交替充放电，产生额外的电能，可以任何所需方式使用。 换言之，在这种配置中，我用的是组合：两个串联连接的电池和两个并联连接的电池，使用这些对，以便一对的放电是用来给另一对充电的，反之亦然。 这种新配置的另一个目的是允许使用低压、小容量电容器和额外的设施来启动系统。 通过考虑下图对实施本发明的方法之一的说明，将能更好地理解这种改进的优点： 图中，1、2、3和4是电池，当从某些外部源充电时，它将以下列方式维持其无限期充电： 如图中所示的建立的连接，即，以电池1和2串联连接通过开关5（开关6打开），电池3和4并联连接通过开关7（开关8打开）。在这些条件下，假设四个电池是类似的，具有类似的电压，电池1和2串联将有一个组合的电压大于并联连接的电池3和4，所以，它们之间连接的负载，将具有一个电流从电池1和2流动进入电池3和4。 换句话说，如果导线13连接到电池1和2组合的正极端子，和到电池3和4组合的正极10和32，则将在两组电池之间建立一个电流，直到其电压相匹配。当然，由电池1和2提供的电流会在电池3及4中产生一个较小的充电，但那个电流可以通过我的较早的专利（第17811/14号）中所述的任何一种方法来提高，而通过这些手段，它总是能够让电池对彼此交替地充电和放电，保持一个恒定的、预定的电荷，而且此外，产生额外的电能，可用于任何所选的目的。 以这些目标放入视线中，并用作为例证，在增补专利第5591/15号的图.1中所示的配置中，导线13连接到电容器14。一个普通的感应线圈的初级绕组15有一个断续器，通过其末端16和17，连接到导线13。那个感应线圈15的次级绕组的末端18和19连接到电容器（或电容器组）22的连接点20和21。连接点20和21还通过火花隙23连接到高频变压器的初级绕组26的末端24和25。那台变压器的次级绕组27的末端28和29连接到感应线圈15的末端16和17。最后，导线30跨接电容器14，并向外部负载提供动力，如图中所示的白炽灯。 做这样的配置，由电池1和2存储的电能，传递通过末端9、导线13、初级绕组15、电池4的终端10，开关7的极31和电池3的终端32，将返回通过电池3的末端12到电池1和2的组合。 电流通过初级绕组15传送的结果，在其次级绕组中产生高压电流，并收集到电容器22里，通过火花隙23的放电，在高频变压器的初级和次级线圈26和27里产生高频电流。由于线圈末端28和29连接到线圈末端16和17，这极大地增强了电池1和2所提供的电流，因此存储电池3和4现在收到充分的充电电流去保持它们完全地充电，以及通过导线30驱动额外负荷。 在这些条件下，当其中一个电池的电压被降低，而另一种是增加，几个小时后，两个电压相称，那么于是它不可能产生任何电流流动，除非开关5、6、7和8运行，反转的电池的作用，并允许进程完全地继续像以前那样，以电池1和2并联连接而电池3和4串联连接。 当变压器15的初级绕组上的电阻不高，有可能通过直接从感应线圈15获得高频电流来简化上述电路，在这种情况下，次级绕组的末端18和19的直接连接到相同线圈的末端16和17，而电容器22的第二组和高频变压器26/27可以省略。在这些条件下，断路器或断续器是感应线圈结构的一部分，起着火花间隙的作用，而电容器14通过相同线圈的初级绕组15以振荡的形式放电，从而直接增加由蓄电池提供的电能能量。 这种设计的本质部分在专利中没有明确指出的是，一百年前的惯常做法是什么，即，输入电源接点到初级（升压）变压器15的接点17，是通过“断续器”接触送入的。当线圈16到17通电时连接打开，导致线圈的绝缘铁线束芯磁化，并吸附断续器枢杆，突然中断到线圈的电流，在变压器15的两个绕组里导致高频共振振荡，产生剩余功率，运行系统及其附加负载。在贝尼特斯时代，门铃用这种风格的断续器在金属铃上产生冲击作用。这种方法极便宜、极简单、极可靠。 那么据我所知，在两对电池之间的电压差，给电容器14充电和给升压变压器15的初级绕组16到17加电。这引起了一个电流在这个绕组里流动，导致磁芯用继电器相同的方式去吸附断续器的枢杆。这样非常急遽地中断电流会在初级绕组中引起一个强大的反电动势脉冲。铁芯本身是一种低频材料，由于它的存在，初级绕组的共振频率非常可观地降低了，而线圈在其共振频率上振荡，不只是一个周期，而是多个周期。这些周期中的每一个都在次级绕组18到19中产生一个高电压，而且这些周期的每一个都贡献出高压电给系统。那种电力被输送到三个出口。首先，它回流给电池对之一提供充电功率。其次，它增加了额外的功率给电容器去驱动其自身的初级绕组。第三，它为负载提供功率，这里显示为一系列并联连接的灯。 那只是为了第一个断续器脉冲。打断的电流通过初级绕组16到17致使其铁芯不再是电磁铁，所以它不再吸附断续器的枢杆，虽然这从人的角度看起来非常快，其实相比于绕组里的多个振荡振铃来说是非常慢的。当枢杆返回到其起始位置时，它建立电流再次流过初级绕组。然而，通过那些在次级绕组里的共振振荡，增加了那些给初级绕组加电的电容器上的电荷，因此当事先打开断续器触点时，会有更高度的充电。这个过程不断重复，提供电池充电和向负载供电。 根据卡洛斯所言，在电池系统上有一个轻微的总体消耗，因此, 约一小时后，操作开关，把电池的串联连接改成并联连接，而并联连接的电池变成串联连接的电池。这个正时似乎很奇怪，因为过分频繁地切换电池仅仅是要求电池有一个低得多的容量。 由于我们不熟悉感应线圈和断续器，现在有了固态电子学，我们可以从这一时期由阿尔弗雷德•鲍尔摩根著的、出版于1913年的书《业余爱好者的无线电报建设》获得装配和运行信息，在这里可以免费下载：http://www.free-energy-info.tuks.nl/Morgan.pdf 例如，断续器细节包括： “充电电容器的一些手段是必要的。一个感应线圈对业余爱好者是最实用的。感应线圈包括导线绕着中央铁芯绕制的初级线圈和由数千匝严格绝缘的导线包围着的次级线圈。初级线圈连接到直流源，其中还包括一个断续器去快速连续地“导通”和“中断”电流。每次电路的“导通”和随之而来的铁芯的磁化，都在次级绕组中诱导出瞬时反向电流，每一个“中断”和相应的去磁诱导出一个瞬时直流。通常，感应电流会是相等的，但通过电容器跨接断续器的方法，电路在“导通”时，为电流和铁芯的磁化达到最高值需要相当长的时间，而当中断时，去磁和电流下降几乎是瞬时的。电路中感应电动势的值随磁力线切割电路的速度而变化，因此，感应电动势在“中断”时变得高到足以跃过一个火花间隙。” 与感应线圈有关的公式所依赖的条件在实际实践中从来不能满足和依赖。要构建一个给定大小的线圈，有必要使用凭经验获得的尺寸。因此，业余爱好者应紧盯这里给出的原则或暗示，或最新出现的关于感应线圈建造的书。 很长一段时间，感应线圈是一个昂贵、低效的仪器，直到无线电报要求它要有更严格、高效的设计和结构。制造商的目的是用一个最少数量的次级线去产生尽可能长的火花长度。作为这种要求的结果，无线线圈现在用一个较大直径的铁芯制作，给出更粗和更稠密的火花。在这种情况下的次级是短的，并使用大截面积的导线以降低电阻和最小化热量。 感应线圈没有哪个部分可以开发出其最大效能而不会真的影响和降低其它部分的效能的。下面给出关于建造的建议，这样它们可能被证明对于线圈建造者是个有用的指南。 铁芯：一些不太熟悉磁性原理的实验者认为，如果感应线圈有一个类似闭合铁芯的变压器，那么线圈的效能将大幅增加。但是，情况并非如此，因为由此铁芯的磁化和去磁不能足够迅速地在闭合铁芯里发生——当应用一个中断的直流电代替交流电时。 感应线圈的铁芯因此总是直的。出于同样的原因，它从来都不是实心的，而是总是用成束的软铁丝构成，以便磁性能发生快速变化。导线总是尽可能为高渗透率（磁导率），从而创造一个强磁场。瑞典或俄国的铁质量好，是最好的，因为它的磁滞损耗小。导线直径越小，涡流损失和由此产生的加热也越少，但渗透率也降低，而铁芯将不会那么有效，因为铁的量从而减少并增加了氧化表面。 可预先购买品质优良的导线切割成不同的长度。用这种形式买铁芯，在需要建造一个铁芯时将节省大量的劳力。如果导线不够直，可通过轧压弄直，每次一条放在两块板之间。最好把导线重新退火。要这样做，可将导线放入一根铁管内，两端用粘土塞住。然后置于炉火中，直到整个物件达到赤热状态。然后使火逐渐退去，让管子和导线保留在灰烬中直到冷却。冷却后，把它们从管中取出，并用砂纸把每一条打磨明亮。这样清理后，把导线浸入热水中，然后干燥。然后将它们浸渍在质量好的清漆里，并再次使其干燥。 清漆使得铁芯里的涡电流的流动产生了阻力而极大地减少了那些损失。高强度纸管的内径等于完成芯的直径，芯是由纸张滚动成形井用虫胶粘合。当它完全干透，除去管子而导线紧紧地压在里面。下表给出了不同尺寸的实际线圈的铁芯尺寸： 初级绕组：感应线圈的初级匝数对次级匝数之比，与初级和次级电流之比无关。已发现在实践中，在铁芯上用导线紧紧缠绕成两层形成最好的初级。初级应始终被虫胶或其他绝缘清漆彻底覆盖。由于在初级几乎不通风，导线必须足够大，以避免所有的加热。下表包含所给出的各种尺寸的初级导线： 在大型线圈中，初级的电感导致一个“反冲”和火花易于通过相邻匝之间传递。出于这个原因，用双纱包线总是一个好主意，并通过在一个有液体石蜡的平底锅里浸泡初级和铁芯，并让石蜡在里面与它们一起硬化，从而进一步彻底绝缘。之后，平底锅略加温，使结块的石蜡松化，刮擦除去多余的蜡要用用钝刀，以避免损伤导线。石蜡硬化时会缩小，而浸渍多孔物质的适当方法是，让它浸泡直到冷却。 减少“反踢”、以及跨接断续器的电容的大小的一个很好的方法，是使初级与一个较小直径导线绕制的许多匝连接成并联，其效果是产生的电导率等于大直径的导线，并同时在铁芯上造成一个更紧凑的初级的绕组。这种绕制方法在大线圈上是是非常可取的，因为它减少了初级的截面积，并允许次级放在更靠近的铁芯的地方，这里的磁场是最强的。 初级绕组几乎覆盖了铁芯的整个长度，因为携带铁芯的优势并没有远远超出初级的端部，因为大部分的磁力线在初级绕组的端部弯曲并返回，而没有传递通过铁芯的最末端。 绝缘管：在高应力时一个感应线圈无损的成功运运行，很大程度上取决于隔离初级和次级绕组的绝缘管。也许最好是硬橡胶管。用蒸气可以轻松地软化一些数层的半英寸硬橡胶片去建造一个管子，然后卷成一个架子。管子应该与初级紧密配合，而且比铁苡短约一英寸(25毫米)。管子就位后，倒入蜂蜡和松香去填充所有空隙，防止火花由于绕组的电容作用从管子的内面跳到初级。 次级：作为无线电发报机使用的线圈在其次级上必须有一个大的横截面，以便产生一个激烈的击穿放电。 34号和32号线规线一般用于小型线圈，而30与和28号线规线用于大型线圈。丝包线是惯例，但漆包线也正被使用。纱包线占用了太多的空间，而且绝缘性能差。 漆包线用醋酸纤维素作为绝缘涂层，其绝缘强度是纱线的大约两倍，而且比纱包线占用少得多的空间，极大地节省了空间，因而可以在次级里绕制更多的匝数而无需增加其到铁芯的平均距离。 缠绕漆包线时，必须考虑到漆包线的绝缘是刚性的，并没有弹性。因此，若要能够扩展，漆包线必须缠绕得比纤维或纱包线更为松散。在绕组中插入一层纸托为扩展腾出空间，并不会大大增加直径。次级的长度一般不超过铁芯长度的一半。 产生长达2英寸（50毫米）火花的线圈，可在两个部分或分层绕组中绕制，但不推荐用于分层绕组，因为线圈发出长度超过一英寸的火花。最好是在此类线圈中插入一层纸托。纸张应很好地上过虫胶或石蜡，而且亚麻的品质优良。如这个剖面图所示，它应该从次级的两端突出约四分之一英寸（6毫米）： 当每层很长时，这种纸张的插入增加了绝缘和减少层与层之间火花跳跃的可能性。大线圈的次级由八分之一（3毫米）到八分之三英寸（10毫米）厚度的“馅饼”或“薄饼”组成。“馅饼”用三重厚的彻底干燥的吸墨纸彼此分开，然后浸泡在熔化的石蜡中。当每个“馅饼”完成后，要做连续性测试，如果不合格就要丢弃。它们是串联连接的： …