專利名稱：高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)。
緣于人類科技的發(fā)達(dá)，科技產(chǎn)品日新月異地不斷問世，再加以各式科技產(chǎn)品為人們所普遍喜愛和利用，雖直接增進(jìn)了人們的工作效率，簡化工作的流程及工時(shí)，然而，在無形之中一些機(jī)具的使用卻也間接地造成了地球自然生態(tài)的污染，且此生態(tài)環(huán)境污染的事實(shí)，亦已喚醒了人類對(duì)環(huán)保意識(shí)的覺醒。因此，對(duì)于地球生態(tài)污染的來源，不論是廢氣、垃圾、油污、自然礦產(chǎn)等污染源，皆為全人類今日全力防止并鏟除的工作努力目標(biāo)。
在眾多污染源中，廢氣的污染堪稱最為普遍、最為常見、且時(shí)時(shí)在發(fā)生的重要污染源。廢氣的污染源來自以燃燒石油為主要?jiǎng)恿Φ钠鸵妫溆谌紵龝r(shí)所產(chǎn)生的噪聲、排放出的殘存物質(zhì)、高溫氣體元素及新的化合氣體等所造成的污染最為嚴(yán)重，諸如汽車、機(jī)車及小型引擎工具割草機(jī)、鏈鋸機(jī)等汽油引擎，皆同屬于此類污染的來源。
因此，近年來遂有人開始以充電式電池可反復(fù)充電使用、不受場(chǎng)地的限制、不受石油短缺影響的優(yōu)良特性，作為電動(dòng)引擎中能量的來源，以取代汽油燃料的地位。除此，此直流電能的提供亦直接消除了汽油引擎在使用上所帶來的種種污染，對(duì)于地球環(huán)保工作的推行，貢獻(xiàn)甚巨。
然而，此直流電能應(yīng)用于電動(dòng)引擎中時(shí)，也產(chǎn)生了一些技術(shù)上的瓶頸，諸如電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能是藉由線圈產(chǎn)生的磁力來推動(dòng)物體做功，在此轉(zhuǎn)換過程中，如使用以往的技術(shù)實(shí)施時(shí)，勢(shì)必造成電動(dòng)引擎內(nèi)電感線圈的轉(zhuǎn)換效率低、易生熱能、耗電、續(xù)航力(即持續(xù)使用時(shí)間)不足等缺點(diǎn)。

圖1所示即為電感由直流電源驅(qū)動(dòng)的等效電路圖，在直流電源V串聯(lián)開關(guān)S、電感性負(fù)載L、電阻R的電路中，當(dāng)開關(guān)S閉合而成為回路時(shí)，其回路中有V=I×R+L×(di/dt) V當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)的壓降P=I×V=I2×R+L×I×(di/dt)I2×R阻抗所轉(zhuǎn)換的熱能L×I×(di/dt)電感上的能量(du/dt)=L×I×(di/dt) U電感儲(chǔ)存的能量對(duì)時(shí)間軸的積U=(1/2)L×I2分(如圖2所示斜線部分)因此，當(dāng)電流I流經(jīng)如線圈、馬達(dá)等電感性負(fù)載L時(shí)，其電感上所產(chǎn)生的壓降VL、電流IL對(duì)時(shí)間軸的曲線如圖2所示，由此曲線圖中明顯可見，當(dāng)接點(diǎn)開關(guān)S導(dǎo)通后時(shí)間t自0開始時(shí)，其上的電壓VL便開始急劇下降，直至?xí)r間達(dá)t1時(shí)方維持于一穩(wěn)定的低電位，其上的電流IL則隨時(shí)間的增長而開始急劇上升，直至?xí)r間到達(dá)t1以后則維持一穩(wěn)定的高電流量，而電感上的功率(ILVL=L×I×di/dt)對(duì)時(shí)間軸也形成一曲線，電感上儲(chǔ)存的能量U則于時(shí)間t1內(nèi)達(dá)到最高峰，于時(shí)間t1以后增進(jìn)的能量已相當(dāng)少。由此可見，以往所使用的諸多電能轉(zhuǎn)動(dòng)能的轉(zhuǎn)換工具，利用電感儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，僅于其回路導(dǎo)通后至?xí)r間t1內(nèi)所發(fā)揮的效能最佳(t1的時(shí)間依所使用電感阻抗的不同而各異)，時(shí)間到達(dá)t1以后，電流IL維持穩(wěn)定的高電流量(di/dt幾乎為零)，自此以后直流電源V所提供的電能皆落在I2R(熱)上，其目的僅為了維持能量U在電感上保存的時(shí)間，卻造成了I2R(熱)的產(chǎn)生。這樣，直流電源于電動(dòng)引擎中除少部分消耗于磁能的轉(zhuǎn)換外，絕大部分電能則轉(zhuǎn)換成熱能消耗殆盡，對(duì)于充電完成的直流電力而言，其續(xù)航力將受嚴(yán)重的折扣影響。
由圖2可知，電感儲(chǔ)存的能量在t1時(shí)間內(nèi)已幾乎充滿，t1以后的時(shí)段電池所供應(yīng)的電能都消耗在I2R上并轉(zhuǎn)換成熱，如果我們只需要利用磁能，那么在開關(guān)在時(shí)間軸上的0-t1內(nèi)閉合為最經(jīng)濟(jì)。又，電感儲(chǔ)存的能量U會(huì)轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)上的磁力就是要轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的驅(qū)動(dòng)力，雖然U在轉(zhuǎn)換動(dòng)能的過程中，會(huì)因磁阻而損耗部分能量，但也還剩余許多能量，如能將此剩余的能量回收，效率定可大幅度提升。
有鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，使加在電動(dòng)引擎上的能量及其輸出的功率皆保持最高效率的狀態(tài)，并在供電系統(tǒng)中的適當(dāng)位置處，將線圈上所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)能量予以轉(zhuǎn)換回收，使得供電系統(tǒng)得以發(fā)揮最佳的供電效益，創(chuàng)造最佳的功率輸出、完全回收殘余能量、延長充電電池的使用周期等，以創(chuàng)造出一種最高效能的使用狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，為一含有電感線圈電感性負(fù)載回路，負(fù)載前串接開關(guān)，負(fù)載后串接整流二極管和電容，電容的正極經(jīng)充電二極管與可充電電池連接。
在本發(fā)明的實(shí)施措施中所述開關(guān)由方波脈沖發(fā)生器控制通斷，該方波脈沖發(fā)生器的脈寬可調(diào)整。
所述電感線圈可多組并聯(lián)，每組線圈其串接開關(guān)，各開關(guān)由方波脈沖發(fā)生器控制通斷，以達(dá)到?jīng)_桿最大的速度。
所述可充電電池直接提供電動(dòng)引擎所需的能量，且反電動(dòng)勢(shì)能量的回收亦直接輸入該電池中。
所述充電電池與一充電控制電路連接。
本發(fā)明藉由開關(guān)通斷的周期性反復(fù)動(dòng)作，使得電感性負(fù)載于最佳效能時(shí)段導(dǎo)通以進(jìn)行功率輸出，而于開關(guān)斷開的時(shí)段將電感性負(fù)載上的反電動(dòng)勢(shì)能量回收到充電電池中。其優(yōu)點(diǎn)是可達(dá)到最佳能量輸出和減低熱能產(chǎn)生的功效，并藉由充電電池的回收再使用而使得充電電池在輸出效能上更具延續(xù)性、耐用性、功效性。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為習(xí)知結(jié)構(gòu)的等效電路圖2為電感能量輸出曲線圖；圖3為本發(fā)明原理電路示意圖；圖4為本發(fā)明工作波形圖；圖5為本發(fā)明之一實(shí)施電路圖；圖6為本發(fā)明沖桿連續(xù)加速等效示意圖；圖7為本發(fā)明之一實(shí)施動(dòng)作波形圖；圖8為本發(fā)明之二實(shí)施動(dòng)作圖；圖9為本發(fā)明之三實(shí)施動(dòng)作圖。
首先請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明為一含有電感線圈L的電感性負(fù)載回路，負(fù)載L前串接開關(guān)S，負(fù)載L后串接整流二極管D1和電容C，電容C的正極經(jīng)充電二極管D2與可充電電池B連接。電容C上的電位提供給電池B一個(gè)V2電位。在開關(guān)S接通的T1時(shí)間內(nèi)，直流電源V1提供電動(dòng)引擎做功的能量(參見圖4)，開關(guān)的通斷可藉由功率半導(dǎo)體元件組成的方波脈沖發(fā)生器控制，該方波脈沖發(fā)生器的脈寬可調(diào)整。在開關(guān)S開路的瞬間，線圈L上將依電感原理產(chǎn)生一反電動(dòng)勢(shì)emf，且此反電動(dòng)勢(shì)V=--L×(di/dt)的能量會(huì)經(jīng)二極管D1由電容C承接，將此電能經(jīng)二極管D2輸入電池B中，達(dá)到能量回收的功效。如反電動(dòng)勢(shì)所轉(zhuǎn)換的電能可與電池B的瞬間最高充電允許值相匹配時(shí)，則可省略電容C及二極管D2而令電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)換電能直接輸入電池B中。在能量的回收過程中，電流方向不變、電磁方向也沒變IMAX=(V1-V2-VD1-VD2)/ZLVemf=--L×(di/dt)當(dāng)(V1-V2)越大時(shí)，di/dt也會(huì)越大，能量回收效果更好。由于在T1時(shí)間內(nèi)I2R很少，儲(chǔ)存的磁能又能回收，則傳統(tǒng)所規(guī)定電壓值的線圈或馬達(dá)，在使用圖3的條件下，可以大幅度提升V1值，使在T1時(shí)間內(nèi)U增大而得到更大的磁力。依物理動(dòng)力學(xué)原理，質(zhì)量m的物體在t時(shí)間內(nèi)受到一個(gè)推力F,F對(duì)物體所作的功WW=F×d d物體行進(jìn)的距離d=V0×t+(1/2)×a×t2=(1/2)×a×t2顯然磁力對(duì)物體做功多寡，時(shí)間也是一個(gè)重要因素，請(qǐng)一并參閱圖4，為了兼顧導(dǎo)通T1時(shí)間又能回收儲(chǔ)存在電感內(nèi)的能量，物體亦有足夠的受力時(shí)間，開關(guān)S可用方波信號(hào)控制，其中T1是電感能量幾乎充滿的時(shí)間，T2是反電動(dòng)勢(shì)回收至電池的足夠時(shí)間，對(duì)每一T1、T2的循環(huán)而言，符合高效率運(yùn)轉(zhuǎn)原理，n個(gè)循環(huán)組成一個(gè)施力的循環(huán)，因V1的提高，F(xiàn)也會(huì)提高，雖然F施力時(shí)間比傳統(tǒng)的短，但F提升的比例很大，所以對(duì)物體所作功的總和還是比傳統(tǒng)的大很多。
圖5所示即為圖3中基本電路的另一變換實(shí)施，此電路中將開關(guān)S、線圈L、二極管D等三種元件作重復(fù)并聯(lián)，使三個(gè)開關(guān)S1、S2、S3于不同時(shí)間依序各自完成通斷的程序，便可獲得一連續(xù)驅(qū)動(dòng)力F，并保持于L×i×(di/dt)的最佳功效狀態(tài)中，以增進(jìn)電動(dòng)引擎的使用功效。因此本發(fā)明的系統(tǒng)亦可用于如圖6所示的將數(shù)個(gè)線圈串聯(lián)、沖桿連續(xù)加速的結(jié)構(gòu)中，圖中上部所示的沖桿為一導(dǎo)磁桿體，可被電感線圈coil吸引，產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量來對(duì)外做功。而其開關(guān)S1、S2、S3在時(shí)間軸上的控制(如圖7所示)，將視沖桿行進(jìn)狀況而定，以使沖桿連續(xù)加速達(dá)到最快速度的目的。三個(gè)線圈上所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)將依序轉(zhuǎn)換成電能并以一連續(xù)的能量加到電容C上，再藉由二極管D4輸入至電池B中，使電池B獲得一連續(xù)性的充電能量。
圖8所示為本發(fā)明系統(tǒng)的較佳實(shí)施例，其將電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的電能予以回收后直接輸入電池B中，并由電池B直接提供電動(dòng)引擎動(dòng)能所需的電能。在此電路中，除了如前述采用多組開關(guān)S、線圈L、二極管D相互并聯(lián)以提升回收的電能外，于V2點(diǎn)上的電位將經(jīng)由一DC/DC轉(zhuǎn)換器被提升為V1，并由V1點(diǎn)提供線圈L1、L2一個(gè)穩(wěn)定的電源。依此，則電池B的電能將不斷于釋放及補(bǔ)充中反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，因此，在開關(guān)S1、S2以方波中T1、T2的時(shí)間間隔作反復(fù)通斷工作時(shí)，除使得電動(dòng)引擎的線圈L獲得一最佳的輸出功效外，在開關(guān)S1、S2切斷后，自線圈L上的反電動(dòng)勢(shì)所獲得的電能經(jīng)回收后，將使得電池B內(nèi)的電能獲得完整且充分的發(fā)揮。
圖9所示為圖3中基本電路的另一變換實(shí)施，此電路中于電池B的V2端點(diǎn)處設(shè)一與交流電源相連接的充電控制電路(此充電電路的詳細(xì)電路并非本發(fā)明的主要專利訴求，故此處不多加贅述)，利用此控制電路可于電池B的電位降低至一定的最低電位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)充電電路，將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，并對(duì)電池B進(jìn)行充電，待充電達(dá)一定高電位時(shí)，充電電路將自動(dòng)切斷充電回路，等待下一次充電電路的啟動(dòng)。由此可明顯證明，本發(fā)明如在此狀態(tài)下使用，將可完全取代傳統(tǒng)中以交流電源為能量來源的電感性負(fù)載電動(dòng)機(jī)，以使得電感性負(fù)載電動(dòng)機(jī)的使用更據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可移動(dòng)性及便利性，由于效率提升、省電及充電時(shí)間的隨機(jī)分布，可降低使用者的用電成本。
綜上所述，本發(fā)明藉由可反復(fù)充電使用的充電式電池作為其電能的來源，以提供電動(dòng)引擎達(dá)到動(dòng)能輸出的功效，且于回路中分別設(shè)一開關(guān)、一回收電路，并藉由開關(guān)執(zhí)行一通一斷的反復(fù)動(dòng)作，使得電動(dòng)引擎的輸出功率達(dá)到最佳的狀態(tài)，而于電感性負(fù)載的一端所連接的充電電池除可達(dá)到電能回收的功效外，還可將此回收的電能同時(shí)反復(fù)的供給電動(dòng)引擎作為電能的來源。依此原理，本發(fā)明的應(yīng)用除可取代汽油引擎達(dá)到動(dòng)能輸出功效外，亦可取代交流馬達(dá)而應(yīng)用于冷氣機(jī)、電扇等電器用品中，同時(shí)，藉由本發(fā)明的直流供電模式及充電時(shí)間隨機(jī)分布的特性，而有降低用電成本之效。
上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍。凡依本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍所做的等同變換與修飾，皆應(yīng)為本發(fā)明的專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1．一種高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，為一含有電感線圈的電感性負(fù)載回路，其特征在于負(fù)載前串接開關(guān)，負(fù)載后串接整流二極管和電容，電容的正極經(jīng)充電二極管與可充電電池連接。
2．如權(quán)利要求1所述的高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)由方波脈沖發(fā)生器控制通斷，該方波脈沖發(fā)生器的脈寬可調(diào)整。
3．如權(quán)利要求1所述的高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，其特征在于所述電感線圈多組并聯(lián)，每組線圈其串接開關(guān)，各開關(guān)由方波脈沖發(fā)生器控制通斷，以達(dá)到?jīng)_桿最大的速度。
4．如權(quán)利要求1所述的高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，其特征在于所述可充電電池直接提供電動(dòng)引擎所需的能量，且反電動(dòng)勢(shì)能量的回收亦直接輸入該電池中。
5．如權(quán)利要求4所述的高效能電動(dòng)引擎供電系統(tǒng)，其特征在于所述充電電池與一充電控制電路連接。
全文摘要
本發(fā)明為一含有電感線圈的電感性負(fù)載回路,負(fù)載前串接開關(guān),負(fù)載后串接整流二極管和電容,電容的正極經(jīng)充電二極管與可充電電池連接。本發(fā)明藉由開關(guān)通斷的周期性反復(fù)動(dòng)作,使得電感性負(fù)載于最佳效能時(shí)段導(dǎo)通以進(jìn)行功率輸出,而于開關(guān)斷開的時(shí)段將電感性負(fù)載上的反電動(dòng)勢(shì)能量回收到充電電池中。本發(fā)明可達(dá)到最佳能量輸出和減低熱能產(chǎn)生的功效,并藉由充電電池的回收再使用而使得充電電池在輸出效能上更具延續(xù)性、耐用性、功效性。
文檔編號(hào)H02J15/00GK1231538SQ9910606
公開日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1999年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月29日
發(fā)明者劉丙寅 申請(qǐng)人:劉丙寅