專利名稱：飛輪式引擎的制作方法
飛輪式引擎本發(fā)明屬于車輛、船舶及航天航空系統(tǒng)的動カ牽引裝置，主要涉及車輛、船舶及航天航空系統(tǒng)的節(jié)能及無外力驅(qū)動技木。迄今為止，除火箭推動的航天系統(tǒng)外，所有車輛、船舶、航空等運動系統(tǒng)都通過內(nèi)部動カ與環(huán)境介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生反作用力推進運動系統(tǒng)。例如車輛需要依靠主動車輪與路面摩擦，產(chǎn)生反作用力推動車輛前迸；傳統(tǒng)船舶依靠螺旋槳反向推動海水，產(chǎn)生前進動力；飛機依靠依靠螺旋槳或噴氣發(fā)動機反向推動空氣，產(chǎn)生前進動力。其中部分動能耗散在路面、海水、空氣等環(huán)境介質(zhì)中，普遍存在動カ效能 低，受環(huán)境影響大的弱點。尤其是車輛在冰雪和顛簸不平路面上運行時，能耗增加，路面與輪胎的磨損也加大。同時大多數(shù)車輛、船舶、航空等運動系統(tǒng)以化學燃料為主要能源，對環(huán)境造成嚴重污染，既不節(jié)能也不環(huán)保。依據(jù)《物質(zhì)內(nèi)部勢能》研制的飛輪式引擎，以運動系統(tǒng)所在空間為動カ載荷，運動過程無外部介質(zhì)參與，不產(chǎn)生摩擦動カ和環(huán)境介質(zhì)能耗，大幅度提高了運動系統(tǒng)的能量轉化效率，簡化了傳動設施設備，降低了運動系統(tǒng)對環(huán)境介質(zhì)和輔助設施的依賴性。同時，飛輪式引擎工作的主要能源為彈性力，電能僅作為輔助能源。弾性力作為新的能源引入動カ系統(tǒng)，其優(yōu)點是產(chǎn)生彈性力的原料十分廣泛，如金屬彈簧、空氣彈簧、電磁彈簧、永磁彈簧、甚至橡膠彈簧均可用作飛輪引擎的能源，并且價格低廉、清潔、無污染。在汽車、造船、航空航天領域具有較高的技術經(jīng)濟價值和廣闊應用前景。本發(fā)明的目的是，以飛輪式引擎替代傳統(tǒng)汽車、造船、航空航天系統(tǒng)的主動輪、螺旋槳及噴氣及火箭發(fā)動機，簡化動カ傳動裝置，降低原有動カ系統(tǒng)對環(huán)境介質(zhì)的依賴性，提高運動系統(tǒng)能效。同吋，以彈性原料替代化學燃料作為汽車、造船、航空航天飛行器的主要能源，拓寬了應用能量來源，降低了能源成本，有利于研制出更加高效、節(jié)能、環(huán)保的新型運載工具。在基礎理論方面，根據(jù)《物質(zhì)的內(nèi)部勢能》原理，物質(zhì)的質(zhì)量是物質(zhì)與它所在空間的相互作用，質(zhì)量越大的物體與它所在空間的作用越強，物體在空間變速變向運動時，物體內(nèi)部產(chǎn)生的慣性カ即物體與它所在空間的相互作用力。當一物體在弾性カ和轉動カ矩共同作用下，周期性變速變向復合運動時，物體內(nèi)部慣性カ大小和方向發(fā)生周期性變化，形成的慣性カ波即宏觀物體的物質(zhì)波，物質(zhì)波的空間動カ效應通過本發(fā)明可以得到驗證。從外觀上看，飛輪式引擎類似ー個水平旋轉的飛輪，在飛輪內(nèi)部，沿飛輪直徑裝配一個直線対稱的機械振動系統(tǒng)，靜止狀態(tài)下，磁性彈簧振子處于飛輪軸心位置，兩根動カ彈簧從飛輪邊緣作用于飛輪軸心的磁性振子。當彈簧的弾性系數(shù)k，磁性振子質(zhì)量m和飛輪的旋轉角速度《，滿足k = Hico2條件時，通過固定在飛輪輪軸上的換向電刷和纏繞在振動管外圍的電磁擾動線圈，產(chǎn)生同步電磁擾動力，實現(xiàn)磁振子在飛輪內(nèi)部旋轉振動復合諧振，形成如圖I所示的運動軌跡，磁振子內(nèi)部慣性カ大小和方向發(fā)生周期性變化，形成物質(zhì)波效應，沿物質(zhì)波的傳播方向產(chǎn)生空間動力。在動カ控制方面，飛輪由ー個直流調(diào)速電機帶動旋轉，當飛輪轉動角速度《 =V k/m時,磁性振子的振幅A最大,輸出的動カ最強，當飛輪轉動角速度to < V k/m時,磁性振子的振幅A減小,輸出動力隨之減小。同時,磁性振子的振動方向由安裝在飛輪輪軸上的換向電刷控制，當換向電刷繞飛輪軸轉動一定角度吋，磁性振的振動方向也改變相應角度，使動カ輸出方向在180°內(nèi)任意可調(diào)。在結構設計方面，飛輪的邊緣厚重結實，使飛輪轉動時具有較大的轉動慣量，以保持飛輪轉速和整體系統(tǒng)的穩(wěn)定。在飛輪內(nèi)部，振動管腔貫穿飛輪軸心，沿飛輪直徑左右對稱裝配，磁性振子及動カ彈簧裝配于振動管腔內(nèi)部，電磁擾動線圈纏繞振動管腔外部，總體呈管狀結構鑲嵌于飛輪中心位置。飛輪輪軸由上下兩部分構成，分別用螺絲固定于飛輪兩側，在飛輪輪軸上裝配調(diào)向換向電刷、傳動皮帶輪及軸承支架。飛輪水平運轉時，以較小的電磁擾動カ即可維持振子的振動周期和方向，飛輪豎直運行時，由于重力對振子振動方向產(chǎn)生向下擾動，必須加強電磁擾動カ，對抗重力作用，耗電量隨之増加。在材料及用途方面，磁性振子由柱狀鐵芯及固定于柱形鐵芯兩端的圓盤形釹鐵硼強磁體構成，磁體的S極向內(nèi)、N極向外，以響應電磁線圈的電磁擾動；動カ彈簧選材較為豐富，如金屬強簧、空氣彈簧、磁能彈簧、橡膠彈簧均可用作動カ彈簧，除空氣彈簧外，采用其它種類彈簧時，可在振動管腔上方設置排氣孔，并在振動管腔內(nèi)注入少量潤滑油，以減少磁性振子與振動管腔的摩擦及空氣阻力。振動管腔應選用堅固耐磨的抗磁材料，如銅管或不銹鋼管；纏繞振動管腔外部的電磁擾動線圈，通常根據(jù)振子質(zhì)量大小和外接電源電壓確定 線徑和匝數(shù)，振子質(zhì)量越大，線圈的線徑越粗，匝數(shù)越多，線圈導線與裝配在輪軸上的換向電極相連，隨著飛輪輪軸的轉動和碳刷角度的變化，向電磁線圈輸送同步交變電流，對磁性振子產(chǎn)生同步電磁擾動力。為調(diào)控動カ輸出方向，換向碳刷的方向可轉動調(diào)節(jié)。飛輪式引擎與傳統(tǒng)動カ系統(tǒng)相比，具有無排放、無污染、無噪音的優(yōu)點。對路面、水域、環(huán)境不產(chǎn)生損害，同時具有結構簡單，能量密度大、驅(qū)動效率高特點。根據(jù)慣性離心カ公式F = mr W2計算,振子質(zhì)量為Ikg,轉速在300-600轉/分鐘,振幅為0. 2米的單ー引擎可產(chǎn)生200-800牛頓的動カ輸出，完全可滿足普通車輛、船舶的動カ需要，與現(xiàn)有的電動車船相比，至少可節(jié)約50%以上的電能。同時，由于物質(zhì)波不依賴任何環(huán)境介質(zhì)，也可作為陸、海、空、天一體化動カ系統(tǒng)。


飛輪式引擎主要由1磁性振子、2動カ彈簧、3振動管腔、4排氣孔、5電磁擾動線圈、6飛輪外殼及螺絲孔、7飛輪輪軸固定圓盤、8飛輪輪軸、9飛輪軸承、10換向電刷、11傳動皮帶輪、12直流調(diào)速電機、13電機皮帶輪、14傳動皮帶、15系統(tǒng)支架、16直流電源、17電子調(diào)控器。圖I為飛輪式引擎原理圖，其中a為飛輪軸心，b為飛輪旋轉方向，c為磁性振子運動軌跡，A為磁性振子振幅。圖2為磁性振子局部裝配圖，其中1為磁性振子，2為動カ彈簧，3振動管腔，4為排氣孔，5為電磁擾動線圈。圖3為飛輪平剖面圖，示意沿飛輪直徑裝配的機械振動系統(tǒng)結構，其中1為磁性振子、2為動カ彈簧、3為振動管腔、5為電磁擾動線圏、6為輪軸固定螺絲孔。圖中切分線為圖四飛輪的橫切面。圖4為飛輪橫切面及軸向裝配圖，示意飛輪內(nèi)部磁性振子、振動管腔、動カ彈簧及電磁擾動線圈呈管狀結構；其中1為磁性振子、3為振動管腔、5為電磁擾動線圈；飛輪的輪軸通過飛輪壁上螺絲孔6和輪軸固定盤7固定在飛輪兩側，在輪軸8上分別裝有兩個軸承9，以及調(diào)向換向電刷10和傳動皮帶輪11。
圖5為飛輪架構及驅(qū)動圖，飛輪通過軸承9裝配在系統(tǒng)支架15上，同時，直流調(diào)速電機12與飛輪軸向平行固定系統(tǒng)支架上，通過傳動皮帶輪11、13及傳動皮帶14向飛輪傳送動カ；直流電源16與電子調(diào)控器17向系統(tǒng)供應電能和控制系統(tǒng)正常運轉。以電動車船應用為例，現(xiàn)有的電動車電能貯存在量小，耗電量大，每充一次電行駛距離短，加速性能差。采用飛輪式引擎后，動カ系統(tǒng)內(nèi)置于車船內(nèi)部，動カ系統(tǒng)結構簡化，電能消耗可降低50%以上，動カ增強，可有效提高電動車的加速性能。飛輪式引擎用于船舶動カ時，一方面可大量節(jié)能源，另ー方面它是ー種內(nèi)置式引擎，不需要螺旋槳及傳動裝置，可増加船舶的密閉性，減少行駛阻力，提高行駛速度。在航空航天領域，以化學燃料替代動カ彈簧后，引擎飛輪不僅可以立式運行，輸出功率也會大幅度提高，可用于研制垂直起降的飛行器。同吋，由于飛輪式引擎不依賴空氣介質(zhì)，飛行器不僅可在大氣層飛行，也可以太空飛行，與傳統(tǒng)火箭相比，具有比沖高、重 量輕，可重復使用，不產(chǎn)生空間拉圾等優(yōu)點。
權利要求
1.一種新型動力引擎，主要由飛輪式外觀及磁性彈簧振子內(nèi)核構成，其特征是，當飛輪內(nèi)部動力彈簧的彈性系數(shù)k，磁性振子質(zhì)量m和飛輪的旋轉角速度ω，滿足k = πιω2條件時，通過固定在飛輪輪軸上的換向電刷和纏繞在振動管外圍的電磁擾動線圈，產(chǎn)生同步電磁擾動力，控制磁性振子的振動周期和方向，實現(xiàn)磁性振子在飛輪內(nèi)部的復合諧振，同時，在磁性振子內(nèi)部形成慣性力波，即宏觀物體的物質(zhì)波，產(chǎn)生空間動力效應。
2.如權利要求I所述的飛輪式引擎，其特征是裝配于車輛、船舶、航空航天器內(nèi)部，以其所在的空間為動力載荷，在無環(huán)境介質(zhì)參與的情況下，驅(qū)動運動系統(tǒng)，適用于陸地、水域、大氣層及外太空多種環(huán)境。
3.如權利要求1、2所述的飛輪式引擎，其特征是將彈性材料作為一種新的廉價清潔能源，用于車輛、船舶、航空航天器的驅(qū)動。
全文摘要
飛輪式引擎是汽車、船舶、飛機及空間飛行器的新型動力牽引裝置。該裝置是依據(jù)《物質(zhì)的內(nèi)部勢能》原理，將運動系統(tǒng)內(nèi)力直接轉化為空間動力的力學裝置?！段镔|(zhì)的內(nèi)部勢能》原理認為，物質(zhì)質(zhì)量是物質(zhì)與它所在空間的相互作用，慣性力是物體與空間的相互作用力。宏觀物體通過變速變向復合諧振運動，在物體內(nèi)部形成的慣性力波，即宏觀物體的物質(zhì)波，沿物質(zhì)波傳播方向產(chǎn)生空間動力效應。根據(jù)這一力學原理研制的飛輪式引擎，既證實這一動力學原理，又革新了傳統(tǒng)動力技術，具有廣闊的應用前景和重要的物理意義。
文檔編號H02K7/02GK102769351SQ20111012079
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權日2011年5月3日
發(fā)明者馬衛(wèi)斌 申請人:馬衛(wèi)斌