一種空心轉子能量轉化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明型專利是涉及一種空心轉子能量轉化裝置，它是利用空心轉子(12)的螺旋輪(1)結構，使燃料混合物在噴射驅動裝置(11)和點火驅動裝置(10)的無接觸作用下完成吸入壓縮燃燒排出四個過程，實現(xiàn)不斷循環(huán)持續(xù)轉化成機械能和電能。其轉化效率比活塞式和轉子式結構技術的軸扭力發(fā)動機提高很多，同時降低了噪音和提高了旋轉平衡度。由于循環(huán)過程是在空心轉子內部完成，而且膨脹力直接驅動轉子運轉，而定子(6)主要是燃料供給和點火時間和吸入參數的控制，所以磨損少、安全、可靠、維護低、好清洗、壽命長。這里燃料混合氣體的主要成分除了氧氣外，至少還包括柴油、汽油、煤油、生物油以及其它可燃燒產生熱能的一種或多種混合物。
【專利說明】一種空心轉子能量轉化裝置 所屬【技術領域】
[0001] 本發(fā)明型專利是涉及一種空心轉子能量轉化裝置，它是利用空心轉子的螺旋輪結 構，使燃料混合物在噴射驅動裝置和點火驅動裝置無接觸作用下完成吸入、壓縮、燃燒、排 出的四個過程，實現(xiàn)不斷循環(huán)持續(xù)轉化成機械能和電能。其轉化效率比傳統(tǒng)的活塞式和轉 子式結構技術的軸扭力發(fā)動機提高很多，同時降低了噪音和提高了旋轉平衡度。由于燃燒 循環(huán)過程是在空心轉子內部完成，而且膨脹力直接驅動轉子運轉，而定子主要是燃料供給 和控制點火時間和吸入參數，所以磨損較少、安全可靠、維護較低、清洗方便、壽命較長。這 里燃料混合氣體的主要成分除了氧氣外，至少還包括柴油、汽油、煤油、生物油以及其它可 以燃燒產生熱能的一種或多種混合物。

【背景技術】
[0002] 目前用于軸扭力的發(fā)動機技術主要是活塞式結構和轉子式結構。而這兩種結構據 統(tǒng)計只有30% -40%的燃燒能轉化為動能，其它都是以熱能散發(fā)和廢氣排放散失。這種結 構都是在定子燃燒室里面燃燒，且轉子在定子里面的軸上進行相對運動，所以至少有軸摩 擦和密封件摩擦。這些摩擦損耗，和固有密封隨著運行磨損的加大導致高壓氣體泄漏，即效 率低下。同時，為了減少泄漏損耗，還增加了很多潤滑油系統(tǒng)，這些輔助系統(tǒng)除了消耗自身 的能量外，還要耗用材料資源和人力維護資源。
[0003] 同時，現(xiàn)有技術的燃燒室降溫和磨損件降溫也需要消耗自身能量，至少燃燒能的 20%-25%通過水循環(huán)系統(tǒng)散失，盡管利用現(xiàn)有計算機技術可有效控制水循環(huán)，但是從燃燒 室到水溫采樣的熱阻差異、溫控滯后、冷卻液泄漏異常，即帶來燃燒有效熱量散失和燃燒不 徹底尾氣危害環(huán)境的結果。
[0004] 往復活塞發(fā)動機，除了轉速低、體積大、重量重、震動大，這種復雜結構還對慣性力 相互擬制，同時也擬制了它向高速平穩(wěn)方向發(fā)展的可能。當高速運轉時，曲軸的磨損加大， 震動加大，其效率只能維持在一定的范圍，目前轉速最高6500RPM，效率最高40%。工作 2000小時后，缸套與活塞磨損超過0. 19_，氣體泄漏就會更加嚴重，導致效率下降到35% 以下。而且往復曲軸的噪音在高速下，除了消耗能量外，還給工作環(huán)境帶來了很大的危害。 活塞往復形成的動力波動，使轉動有明顯的震動脈動，而且隨著速度的增加，這種震動脈動 頻率逐漸增加，它既消耗了動力，也增加了噪音。最危險的是曲軸、飛輪、進氣閥、排氣閥邏 輯異常時，會導致燃燒室高壓氣體無法釋放而瞬間爆震，有時也會因為噴油管道直通燃燒 室關閉泄露自燃引起瞬間爆震，即嚴重時可能造成金屬碎片飛濺。
[0005] 特別是往復活塞式發(fā)動機的排氣閥，通常是在活塞做功到達死點前就已經打開， 由于燃料混合氣體燃燒后體積增加到原來壓縮前的60-90倍，若瞬間不能全部利用，就會 使膨脹力產生破壞力對其它閥門和缸壁破壞。因此，至少有40% -45%燃燒能從廢氣口排 除。盡管渦輪增加技術在一定程度上對之有再利用價值，最多再利用5-8%的排出廢氣能， 但是其運行要求轉子超過2000RPM才有效，否則剩只能被渦輪自身的摩擦消耗殆盡。然而， 低于2000RPM是目前發(fā)動機最常用的轉速段，因此大量的燃燒能自然消失。
[0006] 三角活塞旋轉式發(fā)動機，也就是汪克爾轉子發(fā)動機運動零件相對較少，轉子每旋 轉一圈就作功三次，與一般的活塞發(fā)動機每旋轉兩圈才作功一次相比，具有高馬力容積比 的優(yōu)點。但是壓縮比較低，使得燃燒不能夠很充分，尾氣排放嚴重，而且在三角的頂角處有 與定子外殼的摩擦，長時間工作，這個磨損增大，即導致高壓氣體的容積損耗加大，軸封間 也有的磨損導致容積泄露。同時這個頂角的摩擦與活塞式結構的摩擦是同樣的原理，而且 隨轉度增加，摩擦產生的熱量更大，所以采用散熱系統(tǒng)的能量消耗更大。
[0007] 易理偶式轉子發(fā)動機雖然整體積小、重量較輕，同功率比往復式發(fā)動機的體積減 少，重量也減輕很多。但是，軸間的磨損導致高壓氣體損失依然嚴重。而且前后的齒輪數量 增加了很多，咬合驅動轉子產生磨損增加了很多，即消耗能量多。同時，也由于固有的潤滑 油泵系統(tǒng)的維護經常出現(xiàn)異常，即整體異常頻率增加。
[0008] 另外，現(xiàn)有軸扭力發(fā)動機都是單一的將燃燒能轉化為軸扭力的機械能，不能直接 將之轉化成電能，而且必須通過一段軸連接才能實現(xiàn)發(fā)電機的發(fā)電效果，從而使燃燒能轉 電能的效率更加低下。
[0009] 現(xiàn)有專利號02113455是涉及一種滾動螺旋發(fā)動機，包括汽缸體、汽缸蓋，配氣機 構，能量轉換機構，冷卻機構，潤滑機構；其特征在于：能量轉換機構包括螺旋轉換機構和 連續(xù)步進旋轉機構：其中，螺旋轉換機構由滾動花鍵付及滾動螺旋付串行排列組成，滾動花 鍵付由外套、中套、內套、鋼球組成，滾動螺旋付由螺旋套、中套、內套、鋼球組成，滾動花鍵 付和滾動螺旋付的內套為一整體；內套的一端或兩端與一個或多個汽缸體內的活塞桿串 接；連續(xù)步進旋轉機構包括螺旋轉換機構中的兩套旋向相反滾動螺旋付和輸出齒輪，由兩 個螺旋套分別通過離合器與輸出齒輪連接；兩套螺旋付的內套為一整體，兩個螺旋套裝在 兩個止推軸承中間。盡管改變了曲軸連接為螺旋套結構，但是推力的活塞桿的原動力沒有 改變，而且增加的部件之間依然有相對磨損，即消耗自身能量。
[0010] 現(xiàn)有專利號200910206243是涉及一種轉子發(fā)動機，在發(fā)動機殼體內形成壓縮空 氣緩沖室、燃燒室和轉子室，空氣壓縮機出氣口通壓縮空氣緩沖室經單向氣門連通燃燒室， 燃燒室上連接燃料噴射裝置和正時點火裝置，燃燒室的噴氣口連通轉子室，轉子室內安裝 轉子，轉子由轉子軸和轉子葉片組成，轉子葉片同心圓形分布上轉子軸上，轉子軸安裝在發(fā) 動機殼體上，轉子軸上安裝空氣壓縮機。盡管該發(fā)明結構簡單，零件少，制造容易，性能穩(wěn) 定，維護簡單，可以使用多種燃料，但是其轉子葉片與殼體間長期磨損會導致高壓氣體損 失，導致效率下降。而且速度越高，磨損越大。
[0011] 現(xiàn)有專利號200910103789是一種環(huán)缸轉子發(fā)動機，由轉子與定子組成。轉子與定 子之間的空間為環(huán)形燃燒室，轉子上安裝有8個活塞且分為2組在環(huán)形燃燒室內做逐步交 替換位轉動，環(huán)形燃燒室被活塞分割成8個汽缸，運轉時，當一組活塞前進時，另一組活塞 靜止。使環(huán)形燃燒室內一組汽缸容積在減小，另一組汽缸容積在增大。彼此間容積發(fā)生變 化從而實現(xiàn)4個沖程。8個汽缸中，對置的2個汽缸沖程相同，膨脹力是通過轉子內的連接 構件傳遞給齒輪曲軸的，再由齒輪曲軸傳遞給輸出軸從而使輸出軸不斷的旋轉。由于曲軸 存在和齒輪傳遞，就會加大磨損，同時軸間隙對著速度的增加，會使氣體泄漏即效率下降。
[0012] 現(xiàn)有專利號201020170497是涉及一種轉子發(fā)動機，在定子內腔中設有轉子，兩端 固定端蓋，轉子中心軸穿接在端蓋上，轉子上開有通槽，內裝兩個葉片，兩葉片之間接有彈 簧，兩葉片的外露邊頂在定子內腔邊沿，在兩葉片的外露邊上嵌接轉子密封條；定子的內腔 為兩個半圓加上、下兩個直線過渡段；在定子的下直線過渡段上嵌接定子下密封條，兩邊開 有進氣口和排氣口；在定子的上直線過渡段上嵌接有定子上密封條，兩邊開有連通孔和壓 縮氣通道；連通孔中設有控制閥，上口通向儲氣罐；在壓縮氣通道中裝有單向進氣閥，上口 通向儲氣罐；在連通孔旁開有火花塞孔，內裝有火花塞。盡管該發(fā)明產品體積小，馬力大，省 油，運轉平穩(wěn)，噪音低，但是轉子中心軸穿接在端蓋上，而且這種固有嵌接轉子密封條隨著 運行時間和速度的加快，磨損加大，即原能量泄漏加大效率下降。
[0013] 現(xiàn)有專利號201010245132是一種新型螺桿轉子發(fā)動機，其特點是在啞鈴形的殼 體中有兩個特制的喇叭形螺桿，小頭相對，鉚接在主軸上成為整體，并與側面一齒輪嚙合起 到導流作用，四周與缸體密合缸體中部螺桿相對的空間為燃燒室，有火花塞和噴油嘴，運行 時，由進氣螺桿壓縮空氣進入燃燒室，油料在其中連續(xù)燃燒并推動做功螺桿運轉做功。但齒 輪連接增加摩擦損耗，同時燃燒室的間隙隨著速度的增加會逐漸增加，即容積能量損耗加 大效率下降。


【發(fā)明內容】

[0014] 為了彌補現(xiàn)有發(fā)動機技術缺陷，本發(fā)明產品技術主要依靠空心轉子內部自身燃燒 能膨脹力的徑向分量直接推動轉子旋轉，既提高了轉化效率，同時也降低了噪音，提升了旋 轉速度，又減少故障、安全可靠、維護較低、清洗方便、提高壽命的特點。其主要結構特征如 下：
[0015] 1、一種空心轉子能量轉化裝置結構特征在于：至少包括，轉子（12)整體呈空心 椎體狀，由螺旋輪（1)、前蓋（2)、后蓋（4)、散熱環(huán)（13)、軸頭（15)組成的轉子在兩個軸承 (14)的支撐下固定在定子（6)上，燃料噴射裝置（11)固定在定子上與前蓋同心對準，螺旋 輪中段內壁固定裝有至少一組點火頭（3)，與點火頭圓周角徑向對應的點火驅動裝置（10) 至少一組固定在定子上，螺旋輪后段伸入發(fā)電裝置（5)的空心中央，啟動電機（9)與啟動裝 置（8)同心固定在定子前段與軸頭同心對準，具有慣量的軸頭在啟動時與啟動裝置串接啟 動后分離而靜止時又串接，傳感器（7)固定安裝在定子上而且非接觸地靠近在轉子前中后 各段外圍，散熱環(huán)由多個葉片組成固定在螺旋輪高溫區(qū)的外壁周圍可隨轉子同步轉動，輔 助部件（16)固定裝在定子的任意位置。
[0016] 2、螺旋輪（1)結構特征在于：至少包括，一從前輪腔（1. 2)到后輪腔（1. 7)腔數 至少1個且螺旋旋轉角超過2 π，二前輪腔容積從前到后逐漸平滑變小，而后輪腔的容積保 持不變，三輪墻（1. 1)從前到后連續(xù)增厚無臺階，四從輪前壁（1. 4)到輪后壁（1. 5)逐漸加 厚內部無臺階，五輪后筋（1.6)厚度大于輪前筋（1.3)，六點火頭安裝單元（1.9)位于螺旋 輪內壁且與外壁無任何泄露，七點火頭安裝單元處是由非導磁材料密封即可使磁力線從內 壁到外壁相互完全導通，八螺旋輪的后端側面有排氣口（1.8)的開孔且孔數量與輪腔數對 應，九前輪腔和后輪腔通透，而且輪腔數前后--對應。
[0017] 3、前蓋（2)結構特征在于：至少包括，一在前蓋半徑不同圓周上有燃料的吸入口 (2. 2)的開口，且與螺旋輪腔體位置和數量一一對應，二輪前筋座（2.4)輪前壁座（2. 5)與 輪前筋（1. 3)輪前壁（1. 4) 一一對應密封固定連接，三在前蓋半徑上固定著門閥（2. 3)和 吸入口對應，且其關閉面積大于吸入口（2.2)的吸入面積，四門閥與燃料噴射裝置的噴射 嘴（11. 1)所在圓周半徑R和同圓周角等同，且保持一定的軸向轉動間隙距離，五自動開關 (2. 1)固定在前蓋后面只能從外部打開而內部向外始終關閉，六自動開關裝置控制門閥的 彈力大于1個大氣壓差時外部壓力才可打開門閥，七自動開關固定在吸入口轉動方向的前 方，即從前往后軸向看轉子若順時針則自動開關就在吸入口的順時針方前方處固定。
[0018] 4、燃料噴射裝置（11)結構特征在于：至少包括，一由外殼（11. 5)和內殼（11. 6) 組成對外密閉的內部空腔，二在空腔里固定著的噴射嘴（11. 1) 一端連接燃料混合通道 (11. 4)，另一端對著吸入口（2. 2)的旋轉方向前方邊沿，三噴射嘴安裝方位與前蓋的吸入 口一一對應，四燃料輸送通道（11. 2)和高壓空氣輸送通道（11. 3)通過過濾網在內部相通， 五內殼直徑大于軸頭直徑即轉子轉動無接觸無摩擦。
[0019] 5、點火頭（3)結構特征在于：至少包括，一感應面（3. 1)固定在點火安裝單元 (1. 9)里，二磁力可穿透密閉輪壁抵達感應面，三點火線圈（3. 2)纏繞在內導磁體（3. 4)上， 四電極（3.3)與點火線圈首尾焊接且極間有一定的間隙可保證通電打火，五多個點火頭安 裝圓周角ω等于2 π除以輪腔數n，即ω = 2 π /η。
[0020] 6、點火驅動裝置（10)結構特征在于：至少包括，一驅動電纜（10. 1) -端首尾直接 與驅動線圈（10.3)焊接，另一端與定子的輔助部件直接焊接，二驅動線圈纏繞在外導磁體 (10. 2)上，三驅動線圈固定在非導磁環(huán)（10. 4)外壁上，其圓周角ω等于點火頭安裝的圓周 角ω，四非導磁環(huán)與螺旋輪外壁有一定的徑向旋轉間隙即保證轉子轉動無接觸無摩擦，但 不影響磁力傳遞。
[0021] 7、后蓋（4)結構特征在于：至少包括，一輪后壁槽（4. 1)輪后筋槽（4. 3)與螺旋輪 的輪后壁（1. 5)和輪后筋（1. 6) -一對應密封嵌入固定，二后蓋受力面（4.2)緊固著驅動 軸（4.4)保證與轉子有同等轉矩同步轉動。
[0022] 8、發(fā)電裝置（5)結構特征在于：至少包括，一轉子的外部固定著發(fā)電轉子材料 (5. 4)，二感應定子線圈（5. 1)和位置傳感器（5. 2)圍繞著發(fā)電轉子材料被包涵在發(fā)電外殼 (5. 3)里面，三發(fā)電外殼固定在定子上且與轉子無接觸無摩擦，四感應定子線圈的與定子的 輔助部件相連接，即接通感應電流。
[0023] 9、輔助部件（16)結構特征在于：至少包括，一用于對感應電流進行整流和逆變的 電路模塊，二固定裝有蓄電瓶與逆變電路連接和用電設備連接，三固定著燃料噴射裝置控 制端口電路和點火驅動控制端口電路，四固定在定子上的壓力傳感器、溫度傳感器、轉子位 置傳感器、氣體傳感器、吸入口傳感器、點火線圈傳感器、和其它需要控制檢測的傳感器圍 繞著轉子周圍無接觸摩擦，五固定有CPU控制電路模塊與所有傳感器、電源、和輸出控制端 連接，六固定其它用于功能擴展的輔助部件。
[0024] 本發(fā)明技術除了上述的結構特征外，還包括如下內容特點：
[0025] 1、螺旋輪前后蓋的連接和點火頭的連接是相對靜止固定沒有磨損密封件，在吸氣 壓縮膨脹排氣循環(huán)過程中內部高壓氣體是沒有可能泄露到外面。所以，螺旋輪的輪腔吸入 燃料混合物后，壓縮燃燒膨脹氣體持續(xù)的徑向推動做功，直到沒有再利用價值為止，從而實 現(xiàn)燃燒能轉化率最高的效果。
[0026] 2、由于螺旋輪轉動后，前輪腔容積隨著運轉的進行，必然形成相對真空，低于一個 大氣壓時，吸氣口的門閥自動被外部的燃料混合氣體氣壓打開，即保證燃料混合氣體的快 速進入，也節(jié)約了噴油嘴的壓力能耗。
[0027] 3、軸頭具有一定慣量，當輪腔在最短時間π /2內做功，則可依靠軸頭慣性持續(xù)轉 動3 31 /2時間，S卩進入第二次做功。
[0028] 4、燃料噴射裝置沒有和轉子的前蓋吸入口連接，而燃料混合氣體是通過噴射嘴的 噴射和吸入口的吸入空中對接，所以轉子前輪腔的燃料不會因為噴射閥門異常持續(xù)噴射燃 料堆積過剩，即便點火時間提前也不會引燃上行油路，所以徹底杜絕了自燃或爆震的可能。 同時噴射驅動裝置與轉子是無接觸無摩擦。
[0029] 5、轉子內部的點火頭沒有接觸外部的點火驅動裝置，而是通過高頻磁力穿透輪壁 感應獲得點火電勢能，不會對轉子轉動造成任何摩擦，同時也徹底杜絕了明火對油道泄露 引燃爆震的可能。
[0030] 6、加長螺旋輪的導程和螺旋數，使高壓氣體的膨脹力得到充分釋放，直到剩余能 量無法利用后從排氣口排出，即保證了在低速度下自行加大壓縮力徹底燃燒的效果。
[0031] 7、加大螺旋輪的直徑，相當于加大了轉子的轉矩，即提高了轉子的軸輸出扭力力 矩。
[0032] 8、一次吸氣到排氣的循環(huán)最短可以在一個轉子旋轉一周2 π周期內完成，若采用 一個輪腔，則一個旋轉周期內氣體膨脹做功時間是η /2,同樣僅需4個輪腔，而且逐次完成 吸氣排氣循環(huán)，則膨脹力做功時間達到2 π即一圈。
[0033] 9、輪腔數和點火時間決定螺旋輪做功脈動的頻次和周期，當增加輪腔數和減少點 火時間間隔，則膨脹力持續(xù)做功，脈動隨之趨近于〇。
[0034] 10、利用轉子帶動散熱環(huán)的葉片進行散熱，由于葉片與空氣的摩擦力遠遠小于水 循環(huán)需要的克服重力的提升力和循環(huán)體內的摩擦力，既達到無法利用的余熱散發(fā)效果，也 達到提升整體效率的目的。這種風力散熱方式，也排除了冬季水冷循環(huán)系統(tǒng)被凍裂的可能， 同時由于啟動時速度較低散熱效率較低即提高了低溫環(huán)境的啟動溫度，無需輔助加熱而消 耗能量。
[0035] 11、除了前后支撐軸承固定需少量潤滑油外，無需其它特意的潤滑系統(tǒng)，即減少了 潤滑油系統(tǒng)引發(fā)的整機故障，和節(jié)約了材料資源。
[0036] 12、由于排氣口在靜止時，與前輪腔完全導通，所以減速或停止后會使高壓氣體完 全釋放，不存在尾氣殘留導致氣道積碳自燃危險隱患。
[0037] 13、由于螺旋輪只有前后的支撐軸承在磨損，其它部件都相對固定沒有磨損，即噪 音源只在軸承上，所以整體運行噪音很低，同時整機壽命增加。
[0038] 14、傳感器包括對轉子速度、輪腔溫度、噴射嘴壓力、吸入口位置、燃油噴射驅動裝 置電流、啟動電機電流、點火驅動裝置電流、點火線圈位置、以及其它異常信息進行實時跟 蹤，得知異常后，立即傳遞給定子上的計算機CPU中心，經過運算與處理給出對應的輸出， 即保證了各個運行參數在既定的程序下進行，也減少了異常和故障的可能。
[0039] 15、通過加大螺旋輪前后直徑的縮小比例，或增加點火頭到前蓋的壓縮距離，則對 低燃點燃料無需點火就可以完成燃燒膨脹，使膨脹力直接產生徑向推力做功，這樣整體結 構更加簡單。
[0040] 16、采用多組點火頭和點火驅動裝置，在不同的位置點火以適應不同的轉子速度， 可以最大的滿足燃燒能的轉化和釋放。即在定子上的點火驅動裝置沿螺旋輪軸向多組安 裝，低速啟動時，則在距離前蓋最遠處點火，當啟動后進入中速，則在距離前蓋較近處點火， 當進入高速運轉時，則在距離前蓋最近處點火。
[0041] 17、若輸出軸上不加機械負載，而且加大發(fā)電裝置的功率，那么就可以當成燃燒能 發(fā)電裝置，無需軸連接，和無軸磨損帶來的能量消耗。同時定子線圈和轉子的能量轉換，遵 循感應型發(fā)電機原理，和直流無刷發(fā)電機原理、高效永磁發(fā)電機原理、無刷勵磁同步發(fā)電機 原理，即轉化效率最高。
[0042] 18、由于吸入到排氣整個循環(huán)通道是平滑流暢，沒有直角拐彎，也沒有齒輪轉化機 構，而且吸入后到排氣口是通透，所以不會有積碳產生。即便長時間工作，在內壁上形成氧 化薄膜，則需要打開前后蓋子，用軟體工具進入螺旋輪的輪腔即可清理，即簡單方便。
[0043] 19、在啟動裝置里設定了轉子轉動正確方向的機械裝置，當出現(xiàn)倒轉時立即剎車 并鎖定，直到異常取消，才可以再次正常啟動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1 :本發(fā)明產品結構立體示意圖
[0045] 注解：
[0046] 1、螺旋輪
[0047] 3.點火頭
[0048] 4.后蓋
[0049] 5.發(fā)電裝置
[0050] 6.定子
[0051] 7.傳感器
[0052] 8.啟動裝置
[0053] 9.啟動電機
[0054] 10.點火驅動裝置
[0055] 11.燃料噴射裝置
[0056] 12.轉子
[0057] 13.散熱環(huán)
[0058] 14.軸承
[0059] 15.軸頭
[0060] 16.輔助部件
[0061] 1.8、排氣口
[0062] 圖2 :本發(fā)明產品軸向剖面圖
[0063] 注解：
[0064] 1、螺旋輪
[0065] 2、前蓋
[0066] 3、點火頭
[0067] 4、后蓋
[0068] 5、發(fā)電裝置
[0069] 6、定子
[0070] 7、傳感器
[0071] 8、啟動裝置
[0072] 9、啟動電機
[0073] 10、點火驅動裝置
[0074] 11、燃料噴射裝置
[0075] 12、轉子
[0076] 13、散熱葉環(huán)
[0077] 14、軸承
[0078] 15、軸頭
[0079] 16、輔助部件
[0080] 1.8、排氣口
[0081] 4. 4、驅動軸
[0082] 圖3 :本發(fā)明產品的螺旋輪軸向剖面圖
[0083] 注解：
[0084] 1. 1、輪墻
[0085] 1.2、前輪腔
[0086] 1. 3、輪前筋
[0087] 1. 4、輪前壁
[0088] 1. 5、輪后壁
[0089] 1. 6、輪后筋
[0090] 1. 7、后輪腔
[0091] 1.8、排氣口
[0092] 1.9、點火頭安裝單元
[0093] 圖4 :本發(fā)明產品的螺旋輪從小圓往大圓方向看的徑向剖面圖
[0094] 注解：
[0095] 1. 1、輪墻
[0096] 1.2、前輪腔
[0097] 1. 3、輪前筋
[0098] 1. 4、輪前壁
[0099] 1. 5、輪后壁
[0100] 1.6、輪后筋
[0101] 1.7、后輪腔
[0102] 1.8、排氣口
[0103] 1.9、點火頭安裝單元
[0104] 圖5 :本發(fā)明產品的前蓋后視徑向剖面圖
[0105] 注解：
[0106] 2.1、自動開關
[0107] 2. 2、吸入口
[0108] 2. 3、門閥
[0109] 2. 4、輪前筋座
[0110] 2. 5、輪前壁座
[0111] R、多個吸入口圍成圓周的半徑
[0112] 圖6 :本發(fā)明產品的燃油噴射裝置徑向剖面圖
[0113] 注解：
[0114] 11. 1、噴射嘴
[0115] 11. 2、燃料輸送通道
[0116] 11. 3、高壓空氣輸送通道
[0117] 11. 4、燃料混合通道
[0118] 11. 5、外殼
[0119] 11. 6、內殼
[0120] 圖7 :本發(fā)明產品的點火頭結構安裝徑向剖面圖（內），和點火驅動裝置結構安裝 徑向剖面圖（外）的組合圖
[0121] 注解：
[0122] 3. 1、感應面
[0123] 3. 2、點火線圈
[0124] 3. 3、電極
[0125] 3. 4、內導磁體
[0126] 10. 1、驅動電纜
[0127] 10. 2、外導磁體
[0128] 10. 3、驅動線圈
[0129] 10. 4、非導磁環(huán)
[0130] 圖8 :本發(fā)明產品的后蓋的軸向剖面圖（左）和前視徑向剖面圖（右）
[0131] 注解：
[0132] 4. 1、輪后壁槽
[0133] 4. 2、受力面
[0134] 4. 3、輪后筋槽
[0135] 4. 4、驅動軸
[0136] 圖9 :本發(fā)明產品的發(fā)電裝置軸向剖面圖
[0137] 注解：
[0138] 5. 1、感應定子線圈和發(fā)電勵磁線圈
[0139] 5. 2、位置傳感器
[0140] 5. 3、發(fā)電外殼
[0141] 5. 4、發(fā)電轉子材料
[0142] 1. 1、輪墻
[0143] 1.5、輪后壁
[0144] 圖10 :本發(fā)明產品工作原理框圖
[0145] 注解：
[0146] 1、燃料控制端：有各種閥門和連接機構能夠識別和接收來自CPU的信號指令，并 對噴射嘴進行有效的關閉和打開，而且開關頻率滿足最大轉子轉速的需要。
[0147] 2、螺旋輪工作：按照真空吸入A-瞬間壓縮B-點燃膨脹C-廢氣排出D四種狀態(tài)進 行持續(xù)的循環(huán)過程。
[0148] 3、輸出軸轉動：具有承載和連接負荷力矩的能力。
[0149] 4、發(fā)電機工作：完成轉子的動能向電能的轉化過程，至少包括感應和逆變兩個過 程，且遵循感應型發(fā)電機原理，或直流無刷發(fā)電機原理、高效永磁發(fā)電機原理、無刷勵磁同 步發(fā)電機原理任意一種過程。
[0150] 5、啟動電機：能夠接收蓄電瓶電源使其轉動力矩帶動轉子旋轉起來。
[0151] 6、傳感器：對轉子和定子運行的所有程參數進行確認和跟進，包括轉子轉動角度、 轉子速度、轉子溫度、吸入口位置、點火線圈位置、排出口氣壓，噴射嘴氣壓、所有驅動電流 電壓、以及對轉子和定子正常運行有幫助的其它參數的探測與感應。
[0152] 7、CPU :能夠完成計算機的所有功能，至少包括識別和接收傳感器的所有信號，能 夠進行邏輯換算和數據儲存，能夠輸出有效指令對所有終端進行控制。
[0153] 8、蓄電瓶：能夠吸收發(fā)電裝置的電能，同時向啟動電機、各種驅動裝置、傳感器和 CPU部件提供電源。
[0154] 圖11 :本發(fā)明產品的燃料噴射驅動過程工作原理框圖
[0155] 注解：
[0156] 6. 1、電流傳感：專用于檢測門閥的輸入電流的傳感器。
[0157] 6. 2、氣體傳感：專用于檢測噴射嘴的氣體流出壓力的傳感器。
[0158] 6. 3、位置傳感：專用于檢測吸入口來臨前的無接觸檢測傳感器。
[0159] 7、CPU :能夠完成計算機的所有功能，至少包括識別和接收傳感器的所有信號，能 夠進行邏輯換算和數據儲存，能夠輸出有效指令對所有終端進行控制。
[0160] 8、蓄電瓶：能夠吸收發(fā)電裝置的電能，同時可以向啟動電機、各種驅動裝置、傳感 器和CPU部件提供電源。
[0161] 10、電流運放：將控制信號進行運算放大至電流具有打開控制電磁閥的能力，該電 磁閥是專門用于控制噴射嘴開關。
[0162] 11、電磁閥門：常態(tài)閉合的電磁開關，可滿足轉子最高轉速的對應打開和關閉。
[0163] 12、噴射嘴：專用于燃油混合氣體噴射，出口出含有氣體傳感器，且能承受高壓氣 體的沖擊的噴射。
[0164] 13、吸入口 ：轉子的前蓋半徑處，并含有位置傳感器的檢測感應點。
[0165] 圖12 :本發(fā)明產品的點火驅動過程工作原理框圖
[0166] 注解：
[0167] 6. 4、位置傳感：專用于檢測點火線圈來臨前的無接觸檢測傳感器。
[0168] 6. 5、電流傳感：專用于高頻線圈電流的檢測傳感器。
[0169] 7、CPU :能夠完成計算機的所有功能，至少包括識別和接收傳感器的所有信號，能 夠進行邏輯換算和數據儲存，能夠輸出有效指令對所有終端進行控制。
[0170] 8、蓄電瓶：能夠吸收發(fā)電裝置的電能，同時可以向啟動電機、各種驅動裝置、傳感 器和CPU部件提供電源。
[0171] 14、逆變轉化電路：將直流電源轉化成交流高頻的電路。
[0172] 15、高頻線圈：能夠將高頻交流電轉成磁力并有一定的方向。
[0173] 16、感應線圈：能夠感應磁力并在線圈的出頭位形成電動勢。
[0174] 17、電極放電：在異性電荷累計后自動電流放電。

【具體實施方式】
[0175] 下面結合附圖對實施本發(fā)明型產品的進一步說明。
[0176] 依照附圖所示，輔助部件（16)的蓄電瓶電源開通使啟動電機（9)啟動，接著啟動 裝置（8)帶動轉子（12)開始轉動，螺旋輪（1)也跟著同步轉動。當螺旋輪被轉動后，由于 前蓋（2)密閉，所以前輪腔（1. 2)在螺旋推力下，形成相對真空。當真空壓差大于1個大氣 壓時，即前蓋的門閥（2.3)被外部噴射嘴（11. 1)的噴射氣體壓力打開，燃料混合氣體通過 吸入口（2.2)噴入前輪腔。螺旋輪被繼續(xù)帶動轉動，燃料混合氣體從前段被壓縮至中段達 到一定的壓力和溫度，此刻點火頭（3)按照CPU設定好的運算程序即刻點火引燃，即前輪腔 瞬間產生膨脹力，由于輪墻（L 1)在外力帶動作用下一直旋轉，此時膨脹力加大了原方向 的輪墻推力，盡管也有部分反方向的膨脹力，但反方向的前蓋門閥關閉，于是膨脹的高壓氣 體只能按照原來方向繼續(xù)前進，而且膨脹力隨著向螺旋輪后段移動過程中，徑向推力持續(xù) 做功，直到不能再利用即從排氣口（1.8)排出。當輪墻得到膨脹力轉化的徑向推力后，即徑 向轉動的速度瞬間增加，帶動具有慣量的軸頭繼續(xù)轉動，于是前輪腔的真空第二次形成，且 真空度增加了很多，此時噴油嘴按照定子上CPU設定好的運算程序瞬間將燃料混合氣體第 二次噴入吸入口。依次循環(huán)，螺旋輪轉動起來，從而帶動整個轉子轉動起來。此時，由于啟 動裝置（8)具有自動分離作用，轉子自行轉動后，啟動電機便自動來開轉子而停止轉動。同 時轉子轉動后，其后段的發(fā)電轉子材料（5.4)在發(fā)電裝置里，依照右手定律使周圍的感應 定子線圈（5. 1)產生感應電流，該電流在定子的輔助部件（16)整流作用下，對蓄電瓶充電 保存。噴射驅動控制端口放大噴射容量，則燃料混合氣體膨脹力做功加強，轉子轉速提升。 當噴射容量為〇時，則螺旋輪的后蓋無法吸入燃料混合氣體，即轉子自行停止。轉子停止運 轉后軸頭與啟動裝置串接等待下次啟動。
[0177] 螺旋輪轉動過程由CPU計算機處理完成，如附圖10原理框圖所示，蓄電瓶電源開 關接通后，啟動電機得到指令帶動轉子開始轉動，同時靠近轉子的位置傳感器檢測到轉子 正確位置后，則將該信號傳遞給CPU，CPU再經過其它信號數據分析處理后發(fā)出指令給燃料 噴射驅動裝置的燃料控制端，便噴射嘴打開對準轉子吸入口射入燃料混合氣體。同時CPU 對轉子位置傳感器提供的信號進行運算和分析后，發(fā)出指令給點火驅動裝置點火控制端開 始點火。當轉子速度增加到一定程度后，CPU通過速度傳感器，確認螺旋輪已經開始啟動， 各個傳感器進入實時監(jiān)測狀態(tài)。在啟動過程中，啟動電機若發(fā)生異常，則啟動電機的傳感 器反饋該信號給CPU，CPU經過運算和分析后必要關閉啟動電機，待故障排除后，再次啟動。 轉子正常運轉過程中，當排氣口的氣體傳感器檢測到廢氣異常后，將該信號傳遞給CPU，CPU 經過運算和分析發(fā)出指令給相關的輸出控制端，進行相應的調整，以保證最佳的運行狀態(tài)。
[0178] 燃料噴射驅動過程由CPU計算機處理完成，如附圖11原理框圖所示，蓄電瓶電源 開關接通后，靠近吸入口的傳感器檢測到轉子吸入口到來，則將該信號傳遞給CPU，CPU再 經過其它信號數據分析處理后發(fā)出指令給電流運放電路，使放大后的電流進入常閉態(tài)的高 頻電磁閥門，高頻電磁閥門被打開后，噴射嘴對準吸入口噴射燃料混合氣體。若在高頻電磁 閥門出現(xiàn)異常，則立即由附近的電流傳感器將信號傳遞給CPU，CPU對該信息立即進行運算 和處理必要時發(fā)出指令給電流運放停止輸出，待故障排除后恢復正常。
[0179] 點火驅動過程由CPU計算機處理完成，如附圖12原理框圖所示，蓄電瓶電源開關 接通后，靠近轉子的點火線圈傳感器檢測到轉子點火線圈到來時，則將該信號傳遞給CPU， CPU再經過與其它信號數據分析處理后發(fā)出指令給逆變轉化電路，使直流轉化成高頻的交 流進入高頻線圈，高頻線圈產生的磁場透過非導磁材料進入感應線圈的感應面，感應線圈 得到磁場即產生感生電動勢，當電勢在電極端積累后立即電離放電，即點燃燃料混合氣體。 若在逆變電路輸出端出現(xiàn)異常，則立即由附近的電流傳感器將信號傳遞給CPU，CPU接到該 信息立即進行運算和處理必要時發(fā)出指令給逆變電路前段停止輸出，待故障排除后恢復正 堂 巾。
[0180] 燃料混合氣體循環(huán)在一個輪腔里完成，并分四個狀態(tài)，即真空吸入A、瞬間壓縮B、 點燃膨脹C、廢氣排出D。但采用一個輪腔時，四個狀態(tài)必須至少在螺旋一個圓周角2π內 完成，且膨脹時間必須大于η /2后再進入后輪腔，否則能量會提前散失。
[0181] 螺旋輪的螺旋極角Θ大小是反應螺旋輪導程不變情況下螺旋的數量和螺旋線長 的長度。若螺旋直徑Φ -定，則Θ越大，螺旋數量越少螺旋線約短，反之數量越多線越長。 即當Θ增加時膨脹力在徑向的余弦分量減少，軸向的正弦分量在增加，反之徑向力增加軸 向力減少。但是膨脹氣體與腔體內壁的實際摩擦力隨著螺旋線的加長而在增加，所以Θ = 45度附近是有效做功最高的理論角度。
[0182] 若轉子的轉速要求較高，則這四個循環(huán)狀態(tài)最少在一個螺旋圓周2 π內完成，即 膨脹力做功一次轉動一圈。在轉子要求低速時，由于壓縮程度較低壓力不足，所以必須采取 加長螺旋輪導程來實現(xiàn)增加壓縮力，即從Α狀態(tài)到Β狀態(tài)，需要轉子轉動η圈后再點燃。為 此，當在低速場合使用，可采取長導程的驅動力，高速場合可采用短導程的驅動力，最低導 程長度等于螺旋輪的直徑即可滿足一般轉子轉速要求，否則導程很短對應轉速極高，對一 般的使用工況將失去意義。
[0183] 由于多組軸向點火頭和點火驅動裝置，可在不同的位置點火以適應不同的轉子速 度需要，以最大的滿足燃燒能的轉化和釋放。即可在定子上的點火驅動裝置沿螺旋輪軸向 多組安裝，低速啟動時在距離前蓋最遠處點火，當啟動進入中速后，在距離前蓋較近處點 火，當進入高速運轉時，則在距離前蓋最近處點火。
[0184] 為了提高轉子的動能，可以在螺旋輪徑向增加多個輪腔，即增加膨脹力有效做功 強度，同時也要增加相應的吸入口、燃料噴射裝置、點火頭和點火驅動裝置。但為了保證轉 速的平衡性，需要輪腔個數采取偶數成對出現(xiàn)。
[0185] 為了減少轉子的脈動，可以將多個輪腔的四狀態(tài)循環(huán)逐次進行，點火依次進行即 做功的脈動幅度下降，脈動周期縮短，脈動頻率增加，對輸出和周邊的干擾減少。
[0186] 為了提高低速的能量轉化效率，可以適當的加長螺旋輪導程，使燃燒后的膨脹力 徑向分量持續(xù)做功，直到沒有利用價值后再從排氣口排出。同時，采用多輪腔和逐次點火方 式，使一個輪腔先燃燒將溫度通過輪墻傳遞給下一個輪腔溫度，這樣也保證了壓縮的時間 足夠長，而且溫度上升快，即膨脹力有效做功周期更長，從而提高了轉化效率。
[0187] 為了適應不同燃料在不同的環(huán)境的正常使用，可以改變散熱環(huán)尺寸或材質。當環(huán) 境溫度較低而且燃料的熱當量偏低，則散熱環(huán)的葉片數減少直徑減少，反之葉片數增加直 徑增加，這樣以減少因散熱過大導致的啟動困難和燃燒能的損失。若環(huán)境長期處在低于常 溫下，可以取消散熱環(huán)，利用轉子外壁自行和空氣摩擦散熱。若環(huán)境長期處在高于常溫下， 可采用超導材料制作散熱環(huán)，并且葉片數量和直徑足夠大。
[0188] 轉子經過長時間工作后，在螺旋輪內壁上可能會形成氧化薄膜，該薄膜加厚則會 使氣體通道變窄而影響做功，則需要停車打開前蓋和后蓋，用軟體工具進入螺旋輪的輪腔 清理，即簡單方便。
[0189] 由于轉子轉動的方向由螺旋輪的輪墻轉角方向決定，即從前蓋到后蓋高壓氣體做 功的方向被確定，所以不允許工作過程轉子倒轉，否則會對前蓋造成沖擊，即在啟動裝置里 設定了轉子轉動正確方向的機械裝置，當倒轉時啟動裝置立即剎車并鎖定，直到異常取消， 才可以再次正常啟動。
[0190] 在體積受限的超低速工況下，采用立式安裝，即螺旋輪的前蓋朝上后蓋超下。燃料 混合氣體被吸入前輪腔后，由于受到自身重力朝下的作用，壓縮過程在低速向下壓縮效率 自然增加，同時也使膨脹的高壓氣體逆向做功減少，即膨脹力有效做功強度增加，即效率得 到提升。
[0191] 在此已經涉及到的和未來涉及到本發(fā)明產品的各種應用，其改進、接近或類似裝 置，則視為與本發(fā)明雷同。也包括聯(lián)想到類似結構和不同用途而產生的其它結構產品，則也 視為與本發(fā)明雷同。
【權利要求】
1. 一種空心轉子能量轉化裝置結構特征在于：至少包括，轉子（12)整體呈空心椎體 狀，由螺旋輪（1)、前蓋（2)、后蓋（4)、散熱環(huán)（13)、軸頭（15)組成的轉子在兩個軸承（14) 的支撐下固定在定子（6)上，燃料噴射裝置（11)固定在定子上與前蓋同心對準，螺旋輪中 段內壁固定裝有至少一組點火頭（3)，與點火頭圓周角徑向對應的點火驅動裝置（10)至少 一組固定在定子上，螺旋輪后段伸入發(fā)電裝置（5)的空心中央，啟動電機（9)與啟動裝置 (8)同心固定在定子前段與軸頭同心對準，具有慣量的軸頭在啟動時與啟動裝置串接啟動 后分離而靜止時又串接，傳感器（7)固定安裝在定子上而且非接觸地靠近在轉子前中后各 段外圍，散熱環(huán)由多個葉片組成固定在螺旋輪高溫區(qū)的外壁周圍可隨轉子同步轉動，輔助 部件（16)固定裝在定子的任意位置。
2. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的螺旋輪（1)，其結構特征在于：至 少包括，一從前輪腔（1. 2)到后輪腔（1. 7)腔數至少1個且螺旋旋轉角超過2 π，二前輪腔 容積從前到后逐漸平滑變小，而后輪腔的容積保持不變，三輪墻（1. 1)從前到后連續(xù)增厚 無臺階，四從輪前壁（1.4)到輪后壁（1.5)逐漸加厚內部無臺階，五輪后筋（1.6)厚度大于 輪前筋（1.3)，六點火頭安裝單元（1.9)位于螺旋輪內壁且與外壁無任何泄露，七點火頭安 裝單元處是由非導磁材料密封即可使磁力線從內壁到外壁相互完全導通，八螺旋輪的后端 側面有排氣口（1.8)的開孔且孔數量與輪腔數對應，九前輪腔和后輪腔通透，而且輪腔數 前后 對應。
3. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的前蓋（2)結構特征在于：至少包 括，一在前蓋半徑不同圓周上有燃料的吸入口（2.2)的開口，且與螺旋輪腔體位置和數量 一一對應，二輪前筋座（2. 4)輪前壁座（2. 5)與輪前筋（1. 3)輪前壁（1. 4) 一一對應密封固 定連接，三在前蓋半徑上固定著門閥（2. 3)和吸入口對應，且其關閉面積大于吸入口（2. 2) 的吸入面積，四門閥與燃料噴射裝置的噴射嘴（11. 1)所在圓周半徑R和同圓周角等同，且 保持一定的軸向轉動間隙距離，五自動開關（2.1)固定在前蓋后面只能從外部打開而內部 向外始終關閉，六自動開關裝置關閉門閥的彈力至少支撐大于1個大氣壓差時外部壓力才 可打開門閥，七自動開關固定在吸入口轉動方向的前方，即從前往后軸向看轉子若順時針 則自動開關就在吸入口的順時針方向前方處固定。
4. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的燃料噴射裝置（11)，其結構特征 在于：至少包括，一由外殼（11. 5)和內殼（11. 6)組成對外密閉的內部空腔，二在空腔里固 定著的噴射嘴（11. 1) 一端連接燃料混合通道（11. 4)，另一端對著吸入口（2. 2)的旋轉方向 前方邊沿，三噴射嘴安裝方位與前蓋的吸入口一一對應，四燃料輸送通道（11.2)和高壓空 氣輸送通道（11.3)通過過濾網在內部相通，五內殼直徑大于軸頭直徑即轉子轉動無接觸 無摩擦。
5. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的點火頭（3)，其結構特征在于： 至少包括，一感應面（3. 1)固定在點火安裝單元（1.9)里，二磁力可穿透密閉輪壁抵達感應 面，三點火線圈（3. 2)纏繞在內導磁體（3. 4)上，四電極（3. 3)與點火線圈首尾焊接且極間 有一定的間隙可保證通電打火，五多個點火頭安裝圓周角ω等于2 π除以輪腔數η，即ω =2 π /η。
6. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的點火驅動裝置（10)，其結構特征 在于：至少包括，一驅動電纜（10. 1) -端首尾直接與驅動線圈（10. 3)焊接，另一端與定子 的輔助部件直接焊接，二驅動線圈纏繞在外導磁體（10.2)上，三驅動線圈固定在非導磁環(huán) (10. 4)外壁上，其圓周角ω等于點火頭安裝的圓周角ω，四非導磁環(huán)與螺旋輪外壁有一定 的徑向旋轉間隙即保證轉子轉動無接觸無摩擦，但不影響磁力傳遞。
7. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的后蓋（4)，其結構特征在于：至少 包括，一輪后壁槽（4. 1)輪后筋槽（4. 3)與螺旋輪的輪后壁（1. 5)和輪后筋（1. 6) -一對 應密封嵌入固定，二后蓋受力面（4.2)緊固著驅動軸（4.4)保證與轉子有同等轉矩同步轉 動。
8. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的發(fā)電裝置（5)，其結構特征在于： 至少包括，一轉子的外部固定圍繞著發(fā)電轉子材料（5. 4)，二感應定子線圈（5. 1)和位置傳 感器（5. 2)圍繞著發(fā)電轉子材料被包涵在發(fā)電外殼（5. 3)里面，三發(fā)電外殼固定在定子上 且與轉子無接觸無摩擦，四感應定子線圈的與定子的輔助部件相連接，即接通感應電流。
9. 根據權利1所述的一種空心轉子能量轉化裝置中的輔助部件（16)，其結構特征在 于：至少包括，一固定裝著用于對感應電流進行整流和逆變的電路模塊，二固定裝有蓄電瓶 與逆變電路連接和用電設備連接，三固定著燃料噴射裝置和控制端口電路以及點火驅動裝 置和控制端口電路，四固定在定子上的壓力傳感器、溫度傳感器、轉子位置傳感器、氣體傳 感器、吸入口傳感器、點火線圈傳感器、和其它需要控制檢測的傳感器圍繞著轉子周圍無接 觸摩擦，五固定有CPU控制電路模塊與所有傳感器、電源、和輸出控制端連接，六固定其它 用于功能擴展的輔助部件。
【文檔編號】F02B53/00GK104061065SQ201310086198
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權日:2013年3月18日
【發(fā)明者】王軍 申請人:王軍