專利名稱：永磁大功率空間波引擎的制作方法
技術領域：
本發明屬于車輛、艦船及小型飛行器的動力牽引裝置，主要涉及車輛、艦船及小型飛行器的無外力驅動技術。
迄今為止，除火箭推動的車輛、艦船及航空航天系統，都通過系統內部動力與運動環境介質相互作用，產生的反作用力，驅動運動系統。例如傳統車輛輪式驅動都要依靠主動車輪與路面磨擦，產生前進動力，車輛獲得的動能越大，車輪與路面的磨擦能耗也越大，當磨擦總能耗等于車輛的最大輸出功率時，車輛達到極限速度。輪式驅動在冰雪路面上，車輪與路面的磨擦力減小，車輛獲得的動能同時減小，驅動效率降低；在不平整的路面上，主動輪與路面的正壓力劇烈變化，能耗增大的同時，車輛發生劇烈顛頗，性能變差；對車輪和路面的磨損，縮短了車輛與公路的使用壽命。艦船和空氣動力飛行器依靠螺旋槳反向推動海水和空氣，產生反作用力，通過系統能量在運動介質中的耗散獲得動能，存在能量轉換環節多，能效低，傳動控制過程復雜和系統內外封閉性差的弱點；對運動道路、水域、機場及發射場等輔助設施的承載能力要求高，對運動環境介質密度變化敏感。
依據《物質內部空間勢能》原理，研制的空間波引擎，通過系統內部物體與它所在空間的慣性作用，使系統內部能量直接轉化為空間勢能，驅動運動系統。運動過程沒有外力參與，不產生動力磨擦和介質運動能量耗散，系統內部機械能守恒，從而大幅度提高了系統能量轉化效率，簡化了能量傳動設施設備，降低了系統對運動環境介質和運動輔助設施的依懶性。在汽車、造船、飛機制造工業和空間飛行器研制領域，具有很高的技術經濟價值和廣闊的應用前景。
本發明的目的是，通過運動系統與它所在空間的內部作用，產生空間勢能，并直接轉化為系統的平動動能；替代現有動力技術中，通過環境介質的反作用力，產生前進動力的技術現狀。在動力原理上獲得了突破性進展，使運動系統的能量轉化效率大幅度提高。同時，通過大功率永磁直線振動電機，提高了原有空間波引擎的功率，使空間波引擎從實驗階段，進入實際應用階段。
空間波引擎是在系統內力作用下，系統內部振子的直線振動與旋轉復合，引起振子內部慣性力波動，轉化為系統內部空間勢能，驅動運動系統的裝置。當振子質量為m，振子的直線振動頻率f與轉動角速度ω＝2πf線性復合時，振子中的振動慣性力F1＝mω2X＝K1X與轉動慣性離心力F0＝mω2X＝K0X，相位差為π弧度，在振幅最大點，慣性力互相疊加，在振動原點或轉動圓心，慣性力則互相抵消，從而在振子中合成單向傳播的慣性空間波。當振子處于旋轉共振狀態時，振子振動與轉動能量，大小相等，方向相反，產生的內部空間勢場強度K1＝K0＝mω2，振子的振幅A等于振子的最大轉動半徑，振動勢能E1＝K1A2/2與轉動勢能E0＝K0A2/2之和等于慣性空間波的能量E＝E1+E0＝KA2＝mω2A2＝mgA(其中g＝v2/A＝Aω2)由于系統所受合外力為零，機械能守恒，單位時間內空間波對系統功率為P＝mv2＝mgA，空間作用力F＝mv2/A＝mg，當系統總質量為M時，系統加速度a＝F/M＝mv2/MA＝mg/M，如果不計空間介質阻力，引擎持續地獲得能量，系統將不斷加速，不存在速度極限。
本發明的設計結構是，沿一空心飛輪的直徑，固定一個圓筒型直線振動電機，在飛輪轉軸上裝置振動電機的電流換向器，并外接直流電源；當飛輪轉動時，電源及換向器為振動電機輸入方波交變電流，驅動電機振子沿飛輪直徑旋轉共振。飛輪額定轉速由直線振動電機的最大響應頻率決定，引擎的輸出功率等于振動電機功率的2倍。因此，研制大功率引擎，必須提高直線振動電機的功率；為此，采用剩磁密度和效頑力高，磁體質量小的圓柱形稀土永磁振子，以抗磁耐磨的管形絕緣陶瓷為振子滑筒，滑筒內部抽成真空狀態，以減小空氣阻尼力，外表面螺旋形繞制初級線圈，當線圈中通以方波交變電流時，永磁振子在真空瓷管內部往復振動，瓷管兩端以強度較大的彈簧緩沖，制成圓筒型直線振動電機。這種電機具有工藝簡單，結構緊湊，能量密度高的特點；如振子質量為3.0kg，振幅為0.2m，額定頻率為65Hz的直線振動電機，總重量不超過15kg，飛輪直徑≤0.5m，輸出功率達20kw，這種直線振動電機和一個20kw的旋轉電機，裝配的單引擎功率可達40kw，加之驅動能效成倍提高，完全可滿足車輛、艦船和小型飛行器的動力需求。
傳統的外力反作用動力裝置，產生的有效動能僅為系統輸出能量的一半左右，另一半的能量消耗在環境介質中；空間波引擎產生的內勢能直接轉化為系統動能，轉化過程沒有外力參與，使系統輸出能量100％的轉化為系統動能，比傳統引擎的平均能量轉化效率提高了一倍。在能量轉化過程中，也省去了系統內外動力傳遞過程中的能耗和設施設備，簡化了能量轉換體系，提高了系統內外封閉性能，方便了動力設備的檢修和維護；同時，也縮小了操縱控制范圍，全方位提高了動力系統的安全性能。此外，動力裝置對公路不產生磨擦擠壓，不傷害水域生物，也不產生噪音污染。慣性空間波僅限于振子內部空間，對系統內部及外界生物不產生危害。
圖一，永磁直線振動電機構造二，飛輪與直線振動電機構造三，空間波引擎與發動機的一體化裝配構造圖1、為圓柱形釹鐵硼永磁振子；2、為真空陶瓷滑筒；3、為繞在滑筒上的螺旋線圈；4、為振子與飛輪邊緣的緩沖彈簧；5、為電機電流換向器；6、為空心圓餅形飛輪；7、為飛輪轉軸(由于直線振動電機沿飛輪直徑裝配，轉軸通過軸端的加固盤，固定在飛輪兩側)；8、為飛輪傳動輪(皮帶輪或齒輪)；9、為引擎與系統的裝配軸承；10、為飛輪與轉軸加固盤。11、為旋轉電機或發動機；12、為旋轉電機轉軸；13、為電機皮帶輪或齒輪；14、傳動皮帶或傳動軸；15、為發動機與引擎的一體化固定方梁；16、為直線電機的輸電線；17、為直線電機控制器；18、為旋轉電機控制器，19、為系統總電源。
如圖三所示，本發明與發動機(電動機)一體化裝配，可用于驅動四輪均為被動輪的車輛，以及沒有螺旋槳的艦船和飛行器。
以電動轎車驅動為例，直徑為0.4m的引擎飛輪，永磁振子質量為1.8kg，振幅為0.15m，振動頻率為55Hz時，直線振動電機額定功率為5kw，與一臺額定功率5kw的旋轉電機(或內燃動力發電機)一體化裝配，合理設定皮帶輪的變速比，使旋轉電機在額定轉速下，帶動飛輪以55轉/秒轉動，引擎輸出功率為10kw，替代了傳統輪式驅動的全部動力裝置，在10秒內可以將1噸重的轎車從零加速到50公里/小時，并不斷加速，當外界空氣阻力等于引擎的空間作用力時，達到恒速運動；同時，采用空間波引擎，還能使車輛在水平路面產生滑行效果，提高了車輛的防滑和搞震性能。
空間波引擎用于艦船的驅動，代替發動機與螺旋槳的作用，使艦船動力由船尾部推進，轉變為船首牽引，動力效率比傳統的螺旋槳推進提高出50％以上；同時，提高了艦船的密封性和操縱控制性能。
空間波引擎驅動總質量為M的直升機，系統的垂直爬升動能等于系統內部空間勢能減去地球(或其他星體)對飛行器的引力勢能，即W＝(mg-Mg0)A＝MV2/2(其中g0＝9.8米/秒，為地表引力強度)；總重為1噸的直升機，采用功率分別為20kw的兩臺反向旋轉的空間波引擎驅動，總功率為40kw，轉動力矩相互平衡，不計空氣阻力，垂直爬升速度可達9米/秒，當系統的輸出功率等于引力勢能時，系統可處于空間旋停狀態。
空間波引擎用于空間飛行器時，與火箭發動機都具有不依靠外力作用產生動力的特點。火箭發動機通常為一次利用，產生空間拉圾和浪費箭體材料，操縱控制性能相對較差；空間波引擎則具有可多次重復利用，系統密封性和操縱控制性能好的優點。空間波波源不斷從發動機獲得能量，在真空沒有速度極限，可用于航天飛機、飛船、外星飛行器以及衛星空間狀態調整和變軌動力裝置。
權利要求
1.一種永磁大功率空間波引擎，由一臺旋轉電機、一臺永磁直線振動電機和飛輪三部分組成，其特征是，直線振動電機沿飛輪直徑固定，電機驅動電流由直流電源和裝配在飛輪轉軸上電流換向器供給，當飛輪在旋轉電機帶動下，以角速度ω轉動時，直線振動電機永磁振子m以振幅A和頻率f＝ω/2π，沿飛輪直徑旋轉共振，振子內部慣性力波動，對系統所作的功W＝mA2ω2＝mAg等于系統的內部空間勢能，系統內部空間勢能直接轉化為運動系統M的動能，驅動系統以速度V=2mAg/M]]>直線運動的裝置。
2.如權利要求1所述的永磁大功率空間波引擎，其特征是無路面磨擦力和介質運動反作用力等外力參與，通過系統內力作用，使運動系統內部能量，直接轉化為運動系統自身的平動動能。
3.如權利要求書1、2所述永磁大功率空間波引擎，其特征是永磁振子在系統內力的作用下，沿飛輪直徑振動與旋轉，產生特定的旋轉共振運動，引起永磁振子慣性力波動，連續單向輸出內部空間勢能，形成空間動力作用，驅動運動系統。
全文摘要
永磁大功率空間波引擎是車輛、艦船和飛行器的新型動力牽引裝置。是依據《物質內部空間勢能》原理，通過轉動飛輪內部機械振子的徑向旋轉共振，將系統內力轉化為慣性空間波，具有無外力參與，連續單向輸出空間勢能，直接驅動運動系統的特點；它比傳統主動輪依靠路面磨擦力，螺旋槳依靠海水和空氣等環境介質運動的反作用力，間接驅動運動系統的能效高出10－100％；并且簡化了傳動和控制體系，提高了系統的防滑、抗震和封閉性能。適用于陸上、水中、大氣層和外太空多種運動環境。永磁大功率空間波引擎采用了結構緊湊、能量密度高的永磁直線振動電機，引擎的輸出功率達數十千瓦，比原有的空間波引擎(離心陀引擎)輸出功率高出1000多倍，達到車船動力的實際應用水平。
文檔編號H02K33/18GK1641982SQ20051000600
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月6日 優先權日2005年1月6日
發明者馬衛斌 申請人:馬衛斌