一种空心转子能量转化装置制造方法
【专利摘要】本发明型专利是涉及一种空心转子能量转化装置，它是利用空心转子(12)的螺旋轮(1)结构，使燃料混合物在喷射驱动装置(11)和点火驱动装置(10)的无接触作用下完成吸入压缩燃烧排出四个过程，实现不断循环持续转化成机械能和电能。其转化效率比活塞式和转子式结构技术的轴扭力发动机提高很多，同时降低了噪音和提高了旋转平衡度。由于循环过程是在空心转子内部完成，而且膨胀力直接驱动转子运转，而定子(6)主要是燃料供给和点火时间和吸入参数的控制，所以磨损少、安全、可靠、维护低、好清洗、寿命长。这里燃料混合气体的主要成分除了氧气外，至少还包括柴油、汽油、煤油、生物油以及其它可燃烧产生热能的一种或多种混合物。
【专利说明】一种空心转子能量转化装置 所属【技术领域】
[0001] 本发明型专利是涉及一种空心转子能量转化装置，它是利用空心转子的螺旋轮结 构，使燃料混合物在喷射驱动装置和点火驱动装置无接触作用下完成吸入、压缩、燃烧、排 出的四个过程，实现不断循环持续转化成机械能和电能。其转化效率比传统的活塞式和转 子式结构技术的轴扭力发动机提高很多，同时降低了噪音和提高了旋转平衡度。由于燃烧 循环过程是在空心转子内部完成，而且膨胀力直接驱动转子运转，而定子主要是燃料供给 和控制点火时间和吸入参数，所以磨损较少、安全可靠、维护较低、清洗方便、寿命较长。这 里燃料混合气体的主要成分除了氧气外，至少还包括柴油、汽油、煤油、生物油以及其它可 以燃烧产生热能的一种或多种混合物。
【背景技术】
[0002] 目前用于轴扭力的发动机技术主要是活塞式结构和转子式结构。而这两种结构据 统计只有30% -40%的燃烧能转化为动能，其它都是以热能散发和废气排放散失。这种结 构都是在定子燃烧室里面燃烧，且转子在定子里面的轴上进行相对运动，所以至少有轴摩 擦和密封件摩擦。这些摩擦损耗，和固有密封随着运行磨损的加大导致高压气体泄漏，即效 率低下。同时，为了减少泄漏损耗，还增加了很多润滑油系统，这些辅助系统除了消耗自身 的能量外，还要耗用材料资源和人力维护资源。
[0003] 同时，现有技术的燃烧室降温和磨损件降温也需要消耗自身能量，至少燃烧能的 20%-25%通过水循环系统散失，尽管利用现有计算机技术可有效控制水循环，但是从燃烧 室到水温采样的热阻差异、温控滞后、冷却液泄漏异常，即带来燃烧有效热量散失和燃烧不 彻底尾气危害环境的结果。
[0004] 往复活塞发动机，除了转速低、体积大、重量重、震动大，这种复杂结构还对惯性力 相互拟制，同时也拟制了它向高速平稳方向发展的可能。当高速运转时，曲轴的磨损加大， 震动加大，其效率只能维持在一定的范围，目前转速最高6500RPM，效率最高40%。工作 2000小时后，缸套与活塞磨损超过0. 19_，气体泄漏就会更加严重，导致效率下降到35% 以下。而且往复曲轴的噪音在高速下，除了消耗能量外，还给工作环境带来了很大的危害。 活塞往复形成的动力波动，使转动有明显的震动脉动，而且随着速度的增加，这种震动脉动 频率逐渐增加，它既消耗了动力，也增加了噪音。最危险的是曲轴、飞轮、进气阀、排气阀逻 辑异常时，会导致燃烧室高压气体无法释放而瞬间爆震，有时也会因为喷油管道直通燃烧 室关闭泄露自燃引起瞬间爆震，即严重时可能造成金属碎片飞溅。
[0005] 特别是往复活塞式发动机的排气阀，通常是在活塞做功到达死点前就已经打开， 由于燃料混合气体燃烧后体积增加到原来压缩前的60-90倍，若瞬间不能全部利用，就会 使膨胀力产生破坏力对其它阀门和缸壁破坏。因此，至少有40% -45%燃烧能从废气口排 除。尽管涡轮增加技术在一定程度上对之有再利用价值，最多再利用5-8%的排出废气能， 但是其运行要求转子超过2000RPM才有效，否则剩只能被涡轮自身的摩擦消耗殆尽。然而， 低于2000RPM是目前发动机最常用的转速段，因此大量的燃烧能自然消失。
[0006] 三角活塞旋转式发动机，也就是汪克尔转子发动机运动零件相对较少，转子每旋 转一圈就作功三次，与一般的活塞发动机每旋转两圈才作功一次相比，具有高马力容积比 的优点。但是压缩比较低，使得燃烧不能够很充分，尾气排放严重，而且在三角的顶角处有 与定子外壳的摩擦，长时间工作，这个磨损增大，即导致高压气体的容积损耗加大，轴封间 也有的磨损导致容积泄露。同时这个顶角的摩擦与活塞式结构的摩擦是同样的原理，而且 随转度增加，摩擦产生的热量更大，所以采用散热系统的能量消耗更大。
[0007] 易理偶式转子发动机虽然整体积小、重量较轻，同功率比往复式发动机的体积减 少，重量也减轻很多。但是，轴间的磨损导致高压气体损失依然严重。而且前后的齿轮数量 增加了很多，咬合驱动转子产生磨损增加了很多，即消耗能量多。同时，也由于固有的润滑 油泵系统的维护经常出现异常，即整体异常频率增加。
[0008] 另外，现有轴扭力发动机都是单一的将燃烧能转化为轴扭力的机械能，不能直接 将之转化成电能，而且必须通过一段轴连接才能实现发电机的发电效果，从而使燃烧能转 电能的效率更加低下。
[0009] 现有专利号02113455是涉及一种滚动螺旋发动机，包括汽缸体、汽缸盖，配气机 构，能量转换机构，冷却机构，润滑机构；其特征在于：能量转换机构包括螺旋转换机构和 连续步进旋转机构：其中，螺旋转换机构由滚动花键付及滚动螺旋付串行排列组成，滚动花 键付由外套、中套、内套、钢球组成，滚动螺旋付由螺旋套、中套、内套、钢球组成，滚动花键 付和滚动螺旋付的内套为一整体；内套的一端或两端与一个或多个汽缸体内的活塞杆串 接；连续步进旋转机构包括螺旋转换机构中的两套旋向相反滚动螺旋付和输出齿轮，由两 个螺旋套分别通过离合器与输出齿轮连接；两套螺旋付的内套为一整体，两个螺旋套装在 两个止推轴承中间。尽管改变了曲轴连接为螺旋套结构，但是推力的活塞杆的原动力没有 改变，而且增加的部件之间依然有相对磨损，即消耗自身能量。
[0010] 现有专利号200910206243是涉及一种转子发动机，在发动机壳体内形成压缩空 气缓冲室、燃烧室和转子室，空气压缩机出气口通压缩空气缓冲室经单向气门连通燃烧室， 燃烧室上连接燃料喷射装置和正时点火装置，燃烧室的喷气口连通转子室，转子室内安装 转子，转子由转子轴和转子叶片组成，转子叶片同心圆形分布上转子轴上，转子轴安装在发 动机壳体上，转子轴上安装空气压缩机。尽管该发明结构简单，零件少，制造容易，性能稳 定，维护简单，可以使用多种燃料，但是其转子叶片与壳体间长期磨损会导致高压气体损 失，导致效率下降。而且速度越高，磨损越大。
[0011] 现有专利号200910103789是一种环缸转子发动机，由转子与定子组成。转子与定 子之间的空间为环形燃烧室，转子上安装有8个活塞且分为2组在环形燃烧室内做逐步交 替换位转动，环形燃烧室被活塞分割成8个汽缸，运转时，当一组活塞前进时，另一组活塞 静止。使环形燃烧室内一组汽缸容积在减小，另一组汽缸容积在增大。彼此间容积发生变 化从而实现4个冲程。8个汽缸中，对置的2个汽缸冲程相同，膨胀力是通过转子内的连接 构件传递给齿轮曲轴的，再由齿轮曲轴传递给输出轴从而使输出轴不断的旋转。由于曲轴 存在和齿轮传递，就会加大磨损，同时轴间隙对着速度的增加，会使气体泄漏即效率下降。
[0012] 现有专利号201020170497是涉及一种转子发动机，在定子内腔中设有转子，两端 固定端盖，转子中心轴穿接在端盖上，转子上开有通槽，内装两个叶片，两叶片之间接有弹 簧，两叶片的外露边顶在定子内腔边沿，在两叶片的外露边上嵌接转子密封条；定子的内腔 为两个半圆加上、下两个直线过渡段；在定子的下直线过渡段上嵌接定子下密封条，两边开 有进气口和排气口；在定子的上直线过渡段上嵌接有定子上密封条，两边开有连通孔和压 缩气通道；连通孔中设有控制阀，上口通向储气罐；在压缩气通道中装有单向进气阀，上口 通向储气罐；在连通孔旁开有火花塞孔，内装有火花塞。尽管该发明产品体积小，马力大，省 油，运转平稳，噪音低，但是转子中心轴穿接在端盖上，而且这种固有嵌接转子密封条随着 运行时间和速度的加快，磨损加大，即原能量泄漏加大效率下降。
[0013] 现有专利号201010245132是一种新型螺杆转子发动机，其特点是在哑铃形的壳 体中有两个特制的喇叭形螺杆，小头相对，铆接在主轴上成为整体，并与侧面一齿轮啮合起 到导流作用，四周与缸体密合缸体中部螺杆相对的空间为燃烧室，有火花塞和喷油嘴，运行 时，由进气螺杆压缩空气进入燃烧室，油料在其中连续燃烧并推动做功螺杆运转做功。但齿 轮连接增加摩擦损耗，同时燃烧室的间隙随着速度的增加会逐渐增加，即容积能量损耗加 大效率下降。
【发明内容】
[0014] 为了弥补现有发动机技术缺陷，本发明产品技术主要依靠空心转子内部自身燃烧 能膨胀力的径向分量直接推动转子旋转，既提高了转化效率，同时也降低了噪音，提升了旋 转速度，又减少故障、安全可靠、维护较低、清洗方便、提高寿命的特点。其主要结构特征如 下：
[0015] 1、一种空心转子能量转化装置结构特征在于：至少包括，转子（12)整体呈空心 椎体状，由螺旋轮（1)、前盖（2)、后盖（4)、散热环（13)、轴头（15)组成的转子在两个轴承 (14)的支撑下固定在定子（6)上，燃料喷射装置（11)固定在定子上与前盖同心对准，螺旋 轮中段内壁固定装有至少一组点火头（3)，与点火头圆周角径向对应的点火驱动装置（10) 至少一组固定在定子上，螺旋轮后段伸入发电装置（5)的空心中央，启动电机（9)与启动装 置（8)同心固定在定子前段与轴头同心对准，具有惯量的轴头在启动时与启动装置串接启 动后分离而静止时又串接，传感器（7)固定安装在定子上而且非接触地靠近在转子前中后 各段外围，散热环由多个叶片组成固定在螺旋轮高温区的外壁周围可随转子同步转动，辅 助部件（16)固定装在定子的任意位置。
[0016] 2、螺旋轮（1)结构特征在于：至少包括，一从前轮腔（1. 2)到后轮腔（1. 7)腔数 至少1个且螺旋旋转角超过2 π，二前轮腔容积从前到后逐渐平滑变小，而后轮腔的容积保 持不变，三轮墙（1. 1)从前到后连续增厚无台阶，四从轮前壁（1. 4)到轮后壁（1. 5)逐渐加 厚内部无台阶，五轮后筋（1.6)厚度大于轮前筋（1.3)，六点火头安装单元（1.9)位于螺旋 轮内壁且与外壁无任何泄露，七点火头安装单元处是由非导磁材料密封即可使磁力线从内 壁到外壁相互完全导通，八螺旋轮的后端侧面有排气口（1.8)的开孔且孔数量与轮腔数对 应，九前轮腔和后轮腔通透，而且轮腔数前后--对应。
[0017] 3、前盖（2)结构特征在于：至少包括，一在前盖半径不同圆周上有燃料的吸入口 (2. 2)的开口，且与螺旋轮腔体位置和数量一一对应，二轮前筋座（2.4)轮前壁座（2. 5)与 轮前筋（1. 3)轮前壁（1. 4) 一一对应密封固定连接，三在前盖半径上固定着门阀（2. 3)和 吸入口对应，且其关闭面积大于吸入口（2.2)的吸入面积，四门阀与燃料喷射装置的喷射 嘴（11. 1)所在圆周半径R和同圆周角等同，且保持一定的轴向转动间隙距离，五自动开关 (2. 1)固定在前盖后面只能从外部打开而内部向外始终关闭，六自动开关装置控制门阀的 弹力大于1个大气压差时外部压力才可打开门阀，七自动开关固定在吸入口转动方向的前 方，即从前往后轴向看转子若顺时针则自动开关就在吸入口的顺时针方前方处固定。
[0018] 4、燃料喷射装置（11)结构特征在于：至少包括，一由外壳（11. 5)和内壳（11. 6) 组成对外密闭的内部空腔，二在空腔里固定着的喷射嘴（11. 1) 一端连接燃料混合通道 (11. 4)，另一端对着吸入口（2. 2)的旋转方向前方边沿，三喷射嘴安装方位与前盖的吸入 口一一对应，四燃料输送通道（11. 2)和高压空气输送通道（11. 3)通过过滤网在内部相通， 五内壳直径大于轴头直径即转子转动无接触无摩擦。
[0019] 5、点火头（3)结构特征在于：至少包括，一感应面（3. 1)固定在点火安装单元 (1. 9)里，二磁力可穿透密闭轮壁抵达感应面，三点火线圈（3. 2)缠绕在内导磁体（3. 4)上， 四电极（3.3)与点火线圈首尾焊接且极间有一定的间隙可保证通电打火，五多个点火头安 装圆周角ω等于2 π除以轮腔数n，即ω = 2 π /η。
[0020] 6、点火驱动装置（10)结构特征在于：至少包括，一驱动电缆（10. 1) -端首尾直接 与驱动线圈（10.3)焊接，另一端与定子的辅助部件直接焊接，二驱动线圈缠绕在外导磁体 (10. 2)上，三驱动线圈固定在非导磁环（10. 4)外壁上，其圆周角ω等于点火头安装的圆周 角ω，四非导磁环与螺旋轮外壁有一定的径向旋转间隙即保证转子转动无接触无摩擦，但 不影响磁力传递。
[0021] 7、后盖（4)结构特征在于：至少包括，一轮后壁槽（4. 1)轮后筋槽（4. 3)与螺旋轮 的轮后壁（1. 5)和轮后筋（1. 6) -一对应密封嵌入固定，二后盖受力面（4.2)紧固着驱动 轴（4.4)保证与转子有同等转矩同步转动。
[0022] 8、发电装置（5)结构特征在于：至少包括，一转子的外部固定着发电转子材料 (5. 4)，二感应定子线圈（5. 1)和位置传感器（5. 2)围绕着发电转子材料被包涵在发电外壳 (5. 3)里面，三发电外壳固定在定子上且与转子无接触无摩擦，四感应定子线圈的与定子的 辅助部件相连接，即接通感应电流。
[0023] 9、辅助部件（16)结构特征在于：至少包括，一用于对感应电流进行整流和逆变的 电路模块，二固定装有蓄电瓶与逆变电路连接和用电设备连接，三固定着燃料喷射装置控 制端口电路和点火驱动控制端口电路，四固定在定子上的压力传感器、温度传感器、转子位 置传感器、气体传感器、吸入口传感器、点火线圈传感器、和其它需要控制检测的传感器围 绕着转子周围无接触摩擦，五固定有CPU控制电路模块与所有传感器、电源、和输出控制端 连接，六固定其它用于功能扩展的辅助部件。
[0024] 本发明技术除了上述的结构特征外，还包括如下内容特点：
[0025] 1、螺旋轮前后盖的连接和点火头的连接是相对静止固定没有磨损密封件，在吸气 压缩膨胀排气循环过程中内部高压气体是没有可能泄露到外面。所以，螺旋轮的轮腔吸入 燃料混合物后，压缩燃烧膨胀气体持续的径向推动做功，直到没有再利用价值为止，从而实 现燃烧能转化率最高的效果。
[0026] 2、由于螺旋轮转动后，前轮腔容积随着运转的进行，必然形成相对真空，低于一个 大气压时，吸气口的门阀自动被外部的燃料混合气体气压打开，即保证燃料混合气体的快 速进入，也节约了喷油嘴的压力能耗。
[0027] 3、轴头具有一定惯量，当轮腔在最短时间π /2内做功，则可依靠轴头惯性持续转 动3 31 /2时间，S卩进入第二次做功。
[0028] 4、燃料喷射装置没有和转子的前盖吸入口连接，而燃料混合气体是通过喷射嘴的 喷射和吸入口的吸入空中对接，所以转子前轮腔的燃料不会因为喷射阀门异常持续喷射燃 料堆积过剩，即便点火时间提前也不会引燃上行油路，所以彻底杜绝了自燃或爆震的可能。 同时喷射驱动装置与转子是无接触无摩擦。
[0029] 5、转子内部的点火头没有接触外部的点火驱动装置，而是通过高频磁力穿透轮壁 感应获得点火电势能，不会对转子转动造成任何摩擦，同时也彻底杜绝了明火对油道泄露 引燃爆震的可能。
[0030] 6、加长螺旋轮的导程和螺旋数，使高压气体的膨胀力得到充分释放，直到剩余能 量无法利用后从排气口排出，即保证了在低速度下自行加大压缩力彻底燃烧的效果。
[0031] 7、加大螺旋轮的直径，相当于加大了转子的转矩，即提高了转子的轴输出扭力力 矩。
[0032] 8、一次吸气到排气的循环最短可以在一个转子旋转一周2 π周期内完成，若采用 一个轮腔，则一个旋转周期内气体膨胀做功时间是η /2,同样仅需4个轮腔，而且逐次完成 吸气排气循环，则膨胀力做功时间达到2 π即一圈。
[0033] 9、轮腔数和点火时间决定螺旋轮做功脉动的频次和周期，当增加轮腔数和减少点 火时间间隔，则膨胀力持续做功，脉动随之趋近于〇。
[0034] 10、利用转子带动散热环的叶片进行散热，由于叶片与空气的摩擦力远远小于水 循环需要的克服重力的提升力和循环体内的摩擦力，既达到无法利用的余热散发效果，也 达到提升整体效率的目的。这种风力散热方式，也排除了冬季水冷循环系统被冻裂的可能， 同时由于启动时速度较低散热效率较低即提高了低温环境的启动温度，无需辅助加热而消 耗能量。
[0035] 11、除了前后支撑轴承固定需少量润滑油外，无需其它特意的润滑系统，即减少了 润滑油系统引发的整机故障，和节约了材料资源。
[0036] 12、由于排气口在静止时，与前轮腔完全导通，所以减速或停止后会使高压气体完 全释放，不存在尾气残留导致气道积碳自燃危险隐患。
[0037] 13、由于螺旋轮只有前后的支撑轴承在磨损，其它部件都相对固定没有磨损，即噪 音源只在轴承上，所以整体运行噪音很低，同时整机寿命增加。
[0038] 14、传感器包括对转子速度、轮腔温度、喷射嘴压力、吸入口位置、燃油喷射驱动装 置电流、启动电机电流、点火驱动装置电流、点火线圈位置、以及其它异常信息进行实时跟 踪，得知异常后，立即传递给定子上的计算机CPU中心，经过运算与处理给出对应的输出， 即保证了各个运行参数在既定的程序下进行，也减少了异常和故障的可能。
[0039] 15、通过加大螺旋轮前后直径的缩小比例，或增加点火头到前盖的压缩距离，则对 低燃点燃料无需点火就可以完成燃烧膨胀，使膨胀力直接产生径向推力做功，这样整体结 构更加简单。
[0040] 16、采用多组点火头和点火驱动装置，在不同的位置点火以适应不同的转子速度， 可以最大的满足燃烧能的转化和释放。即在定子上的点火驱动装置沿螺旋轮轴向多组安 装，低速启动时，则在距离前盖最远处点火，当启动后进入中速，则在距离前盖较近处点火， 当进入高速运转时，则在距离前盖最近处点火。
[0041] 17、若输出轴上不加机械负载，而且加大发电装置的功率，那么就可以当成燃烧能 发电装置，无需轴连接，和无轴磨损带来的能量消耗。同时定子线圈和转子的能量转换，遵 循感应型发电机原理，和直流无刷发电机原理、高效永磁发电机原理、无刷励磁同步发电机 原理，即转化效率最高。
[0042] 18、由于吸入到排气整个循环通道是平滑流畅，没有直角拐弯，也没有齿轮转化机 构，而且吸入后到排气口是通透，所以不会有积碳产生。即便长时间工作，在内壁上形成氧 化薄膜，则需要打开前后盖子，用软体工具进入螺旋轮的轮腔即可清理，即简单方便。
[0043] 19、在启动装置里设定了转子转动正确方向的机械装置，当出现倒转时立即刹车 并锁定，直到异常取消，才可以再次正常启动。
【专利附图】
【附图说明】
[0044] 图1 :本发明产品结构立体示意图
[0045] 注解：
[0046] 1、螺旋轮
[0047] 3.点火头
[0048] 4.后盖
[0049] 5.发电装置
[0050] 6.定子
[0051] 7.传感器
[0052] 8.启动装置
[0053] 9.启动电机
[0054] 10.点火驱动装置
[0055] 11.燃料喷射装置
[0056] 12.转子
[0057] 13.散热环
[0058] 14.轴承
[0059] 15.轴头
[0060] 16.辅助部件
[0061] 1.8、排气口
[0062] 图2 :本发明产品轴向剖面图
[0063] 注解：
[0064] 1、螺旋轮
[0065] 2、前盖
[0066] 3、点火头
[0067] 4、后盖
[0068] 5、发电装置
[0069] 6、定子
[0070] 7、传感器
[0071] 8、启动装置
[0072] 9、启动电机
[0073] 10、点火驱动装置
[0074] 11、燃料喷射装置
[0075] 12、转子
[0076] 13、散热叶环
[0077] 14、轴承
[0078] 15、轴头
[0079] 16、辅助部件
[0080] 1.8、排气口
[0081] 4. 4、驱动轴
[0082] 图3 :本发明产品的螺旋轮轴向剖面图
[0083] 注解：
[0084] 1. 1、轮墙
[0085] 1.2、前轮腔
[0086] 1. 3、轮前筋
[0087] 1. 4、轮前壁
[0088] 1. 5、轮后壁
[0089] 1. 6、轮后筋
[0090] 1. 7、后轮腔
[0091] 1.8、排气口
[0092] 1.9、点火头安装单元
[0093] 图4 :本发明产品的螺旋轮从小圆往大圆方向看的径向剖面图
[0094] 注解：
[0095] 1. 1、轮墙
[0096] 1.2、前轮腔
[0097] 1. 3、轮前筋
[0098] 1. 4、轮前壁
[0099] 1. 5、轮后壁
[0100] 1.6、轮后筋
[0101] 1.7、后轮腔
[0102] 1.8、排气口
[0103] 1.9、点火头安装单元
[0104] 图5 :本发明产品的前盖后视径向剖面图
[0105] 注解：
[0106] 2.1、自动开关
[0107] 2. 2、吸入口
[0108] 2. 3、门阀
[0109] 2. 4、轮前筋座
[0110] 2. 5、轮前壁座
[0111] R、多个吸入口围成圆周的半径
[0112] 图6 :本发明产品的燃油喷射装置径向剖面图
[0113] 注解：
[0114] 11. 1、喷射嘴
[0115] 11. 2、燃料输送通道
[0116] 11. 3、高压空气输送通道
[0117] 11. 4、燃料混合通道
[0118] 11. 5、外壳
[0119] 11. 6、内壳
[0120] 图7 :本发明产品的点火头结构安装径向剖面图（内），和点火驱动装置结构安装 径向剖面图（外）的组合图
[0121] 注解：
[0122] 3. 1、感应面
[0123] 3. 2、点火线圈
[0124] 3. 3、电极
[0125] 3. 4、内导磁体
[0126] 10. 1、驱动电缆
[0127] 10. 2、外导磁体
[0128] 10. 3、驱动线圈
[0129] 10. 4、非导磁环
[0130] 图8 :本发明产品的后盖的轴向剖面图（左）和前视径向剖面图（右）
[0131] 注解：
[0132] 4. 1、轮后壁槽
[0133] 4. 2、受力面
[0134] 4. 3、轮后筋槽
[0135] 4. 4、驱动轴
[0136] 图9 :本发明产品的发电装置轴向剖面图
[0137] 注解：
[0138] 5. 1、感应定子线圈和发电励磁线圈
[0139] 5. 2、位置传感器
[0140] 5. 3、发电外壳
[0141] 5. 4、发电转子材料
[0142] 1. 1、轮墙
[0143] 1.5、轮后壁
[0144] 图10 :本发明产品工作原理框图
[0145] 注解：
[0146] 1、燃料控制端：有各种阀门和连接机构能够识别和接收来自CPU的信号指令，并 对喷射嘴进行有效的关闭和打开，而且开关频率满足最大转子转速的需要。
[0147] 2、螺旋轮工作：按照真空吸入A-瞬间压缩B-点燃膨胀C-废气排出D四种状态进 行持续的循环过程。
[0148] 3、输出轴转动：具有承载和连接负荷力矩的能力。
[0149] 4、发电机工作：完成转子的动能向电能的转化过程，至少包括感应和逆变两个过 程，且遵循感应型发电机原理，或直流无刷发电机原理、高效永磁发电机原理、无刷励磁同 步发电机原理任意一种过程。
[0150] 5、启动电机：能够接收蓄电瓶电源使其转动力矩带动转子旋转起来。
[0151] 6、传感器：对转子和定子运行的所有程参数进行确认和跟进，包括转子转动角度、 转子速度、转子温度、吸入口位置、点火线圈位置、排出口气压，喷射嘴气压、所有驱动电流 电压、以及对转子和定子正常运行有帮助的其它参数的探测与感应。
[0152] 7、CPU :能够完成计算机的所有功能，至少包括识别和接收传感器的所有信号，能 够进行逻辑换算和数据储存，能够输出有效指令对所有终端进行控制。
[0153] 8、蓄电瓶：能够吸收发电装置的电能，同时向启动电机、各种驱动装置、传感器和 CPU部件提供电源。
[0154] 图11 :本发明产品的燃料喷射驱动过程工作原理框图
[0155] 注解：
[0156] 6. 1、电流传感：专用于检测门阀的输入电流的传感器。
[0157] 6. 2、气体传感：专用于检测喷射嘴的气体流出压力的传感器。
[0158] 6. 3、位置传感：专用于检测吸入口来临前的无接触检测传感器。
[0159] 7、CPU :能够完成计算机的所有功能，至少包括识别和接收传感器的所有信号，能 够进行逻辑换算和数据储存，能够输出有效指令对所有终端进行控制。
[0160] 8、蓄电瓶：能够吸收发电装置的电能，同时可以向启动电机、各种驱动装置、传感 器和CPU部件提供电源。
[0161] 10、电流运放：将控制信号进行运算放大至电流具有打开控制电磁阀的能力，该电 磁阀是专门用于控制喷射嘴开关。
[0162] 11、电磁阀门：常态闭合的电磁开关，可满足转子最高转速的对应打开和关闭。
[0163] 12、喷射嘴：专用于燃油混合气体喷射，出口出含有气体传感器，且能承受高压气 体的冲击的喷射。
[0164] 13、吸入口 ：转子的前盖半径处，并含有位置传感器的检测感应点。
[0165] 图12 :本发明产品的点火驱动过程工作原理框图
[0166] 注解：
[0167] 6. 4、位置传感：专用于检测点火线圈来临前的无接触检测传感器。
[0168] 6. 5、电流传感：专用于高频线圈电流的检测传感器。
[0169] 7、CPU :能够完成计算机的所有功能，至少包括识别和接收传感器的所有信号，能 够进行逻辑换算和数据储存，能够输出有效指令对所有终端进行控制。
[0170] 8、蓄电瓶：能够吸收发电装置的电能，同时可以向启动电机、各种驱动装置、传感 器和CPU部件提供电源。
[0171] 14、逆变转化电路：将直流电源转化成交流高频的电路。
[0172] 15、高频线圈：能够将高频交流电转成磁力并有一定的方向。
[0173] 16、感应线圈：能够感应磁力并在线圈的出头位形成电动势。
[0174] 17、电极放电：在异性电荷累计后自动电流放电。
【具体实施方式】
[0175] 下面结合附图对实施本发明型产品的进一步说明。
[0176] 依照附图所示，辅助部件（16)的蓄电瓶电源开通使启动电机（9)启动，接着启动 装置（8)带动转子（12)开始转动，螺旋轮（1)也跟着同步转动。当螺旋轮被转动后，由于 前盖（2)密闭，所以前轮腔（1. 2)在螺旋推力下，形成相对真空。当真空压差大于1个大气 压时，即前盖的门阀（2.3)被外部喷射嘴（11. 1)的喷射气体压力打开，燃料混合气体通过 吸入口（2.2)喷入前轮腔。螺旋轮被继续带动转动，燃料混合气体从前段被压缩至中段达 到一定的压力和温度，此刻点火头（3)按照CPU设定好的运算程序即刻点火引燃，即前轮腔 瞬间产生膨胀力，由于轮墙（L 1)在外力带动作用下一直旋转，此时膨胀力加大了原方向 的轮墙推力，尽管也有部分反方向的膨胀力，但反方向的前盖门阀关闭，于是膨胀的高压气 体只能按照原来方向继续前进，而且膨胀力随着向螺旋轮后段移动过程中，径向推力持续 做功，直到不能再利用即从排气口（1.8)排出。当轮墙得到膨胀力转化的径向推力后，即径 向转动的速度瞬间增加，带动具有惯量的轴头继续转动，于是前轮腔的真空第二次形成，且 真空度增加了很多，此时喷油嘴按照定子上CPU设定好的运算程序瞬间将燃料混合气体第 二次喷入吸入口。依次循环，螺旋轮转动起来，从而带动整个转子转动起来。此时，由于启 动装置（8)具有自动分离作用，转子自行转动后，启动电机便自动来开转子而停止转动。同 时转子转动后，其后段的发电转子材料（5.4)在发电装置里，依照右手定律使周围的感应 定子线圈（5. 1)产生感应电流，该电流在定子的辅助部件（16)整流作用下，对蓄电瓶充电 保存。喷射驱动控制端口放大喷射容量，则燃料混合气体膨胀力做功加强，转子转速提升。 当喷射容量为〇时，则螺旋轮的后盖无法吸入燃料混合气体，即转子自行停止。转子停止运 转后轴头与启动装置串接等待下次启动。
[0177] 螺旋轮转动过程由CPU计算机处理完成，如附图10原理框图所示，蓄电瓶电源开 关接通后，启动电机得到指令带动转子开始转动，同时靠近转子的位置传感器检测到转子 正确位置后，则将该信号传递给CPU，CPU再经过其它信号数据分析处理后发出指令给燃料 喷射驱动装置的燃料控制端，便喷射嘴打开对准转子吸入口射入燃料混合气体。同时CPU 对转子位置传感器提供的信号进行运算和分析后，发出指令给点火驱动装置点火控制端开 始点火。当转子速度增加到一定程度后，CPU通过速度传感器，确认螺旋轮已经开始启动， 各个传感器进入实时监测状态。在启动过程中，启动电机若发生异常，则启动电机的传感 器反馈该信号给CPU，CPU经过运算和分析后必要关闭启动电机，待故障排除后，再次启动。 转子正常运转过程中，当排气口的气体传感器检测到废气异常后，将该信号传递给CPU，CPU 经过运算和分析发出指令给相关的输出控制端，进行相应的调整，以保证最佳的运行状态。
[0178] 燃料喷射驱动过程由CPU计算机处理完成，如附图11原理框图所示，蓄电瓶电源 开关接通后，靠近吸入口的传感器检测到转子吸入口到来，则将该信号传递给CPU，CPU再 经过其它信号数据分析处理后发出指令给电流运放电路，使放大后的电流进入常闭态的高 频电磁阀门，高频电磁阀门被打开后，喷射嘴对准吸入口喷射燃料混合气体。若在高频电磁 阀门出现异常，则立即由附近的电流传感器将信号传递给CPU，CPU对该信息立即进行运算 和处理必要时发出指令给电流运放停止输出，待故障排除后恢复正常。
[0179] 点火驱动过程由CPU计算机处理完成，如附图12原理框图所示，蓄电瓶电源开关 接通后，靠近转子的点火线圈传感器检测到转子点火线圈到来时，则将该信号传递给CPU， CPU再经过与其它信号数据分析处理后发出指令给逆变转化电路，使直流转化成高频的交 流进入高频线圈，高频线圈产生的磁场透过非导磁材料进入感应线圈的感应面，感应线圈 得到磁场即产生感生电动势，当电势在电极端积累后立即电离放电，即点燃燃料混合气体。 若在逆变电路输出端出现异常，则立即由附近的电流传感器将信号传递给CPU，CPU接到该 信息立即进行运算和处理必要时发出指令给逆变电路前段停止输出，待故障排除后恢复正 堂 巾。
[0180] 燃料混合气体循环在一个轮腔里完成，并分四个状态，即真空吸入A、瞬间压缩B、 点燃膨胀C、废气排出D。但采用一个轮腔时，四个状态必须至少在螺旋一个圆周角2π内 完成，且膨胀时间必须大于η /2后再进入后轮腔，否则能量会提前散失。
[0181] 螺旋轮的螺旋极角Θ大小是反应螺旋轮导程不变情况下螺旋的数量和螺旋线长 的长度。若螺旋直径Φ -定，则Θ越大，螺旋数量越少螺旋线约短，反之数量越多线越长。 即当Θ增加时膨胀力在径向的余弦分量减少，轴向的正弦分量在增加，反之径向力增加轴 向力减少。但是膨胀气体与腔体内壁的实际摩擦力随着螺旋线的加长而在增加，所以Θ = 45度附近是有效做功最高的理论角度。
[0182] 若转子的转速要求较高，则这四个循环状态最少在一个螺旋圆周2 π内完成，即 膨胀力做功一次转动一圈。在转子要求低速时，由于压缩程度较低压力不足，所以必须采取 加长螺旋轮导程来实现增加压缩力，即从Α状态到Β状态，需要转子转动η圈后再点燃。为 此，当在低速场合使用，可采取长导程的驱动力，高速场合可采用短导程的驱动力，最低导 程长度等于螺旋轮的直径即可满足一般转子转速要求，否则导程很短对应转速极高，对一 般的使用工况将失去意义。
[0183] 由于多组轴向点火头和点火驱动装置，可在不同的位置点火以适应不同的转子速 度需要，以最大的满足燃烧能的转化和释放。即可在定子上的点火驱动装置沿螺旋轮轴向 多组安装，低速启动时在距离前盖最远处点火，当启动进入中速后，在距离前盖较近处点 火，当进入高速运转时，则在距离前盖最近处点火。
[0184] 为了提高转子的动能，可以在螺旋轮径向增加多个轮腔，即增加膨胀力有效做功 强度，同时也要增加相应的吸入口、燃料喷射装置、点火头和点火驱动装置。但为了保证转 速的平衡性，需要轮腔个数采取偶数成对出现。
[0185] 为了减少转子的脉动，可以将多个轮腔的四状态循环逐次进行，点火依次进行即 做功的脉动幅度下降，脉动周期缩短，脉动频率增加，对输出和周边的干扰减少。
[0186] 为了提高低速的能量转化效率，可以适当的加长螺旋轮导程，使燃烧后的膨胀力 径向分量持续做功，直到没有利用价值后再从排气口排出。同时，采用多轮腔和逐次点火方 式，使一个轮腔先燃烧将温度通过轮墙传递给下一个轮腔温度，这样也保证了压缩的时间 足够长，而且温度上升快，即膨胀力有效做功周期更长，从而提高了转化效率。
[0187] 为了适应不同燃料在不同的环境的正常使用，可以改变散热环尺寸或材质。当环 境温度较低而且燃料的热当量偏低，则散热环的叶片数减少直径减少，反之叶片数增加直 径增加，这样以减少因散热过大导致的启动困难和燃烧能的损失。若环境长期处在低于常 温下，可以取消散热环，利用转子外壁自行和空气摩擦散热。若环境长期处在高于常温下， 可采用超导材料制作散热环，并且叶片数量和直径足够大。
[0188] 转子经过长时间工作后，在螺旋轮内壁上可能会形成氧化薄膜，该薄膜加厚则会 使气体通道变窄而影响做功，则需要停车打开前盖和后盖，用软体工具进入螺旋轮的轮腔 清理，即简单方便。
[0189] 由于转子转动的方向由螺旋轮的轮墙转角方向决定，即从前盖到后盖高压气体做 功的方向被确定，所以不允许工作过程转子倒转，否则会对前盖造成冲击，即在启动装置里 设定了转子转动正确方向的机械装置，当倒转时启动装置立即刹车并锁定，直到异常取消， 才可以再次正常启动。
[0190] 在体积受限的超低速工况下，采用立式安装，即螺旋轮的前盖朝上后盖超下。燃料 混合气体被吸入前轮腔后，由于受到自身重力朝下的作用，压缩过程在低速向下压缩效率 自然增加，同时也使膨胀的高压气体逆向做功减少，即膨胀力有效做功强度增加，即效率得 到提升。
[0191] 在此已经涉及到的和未来涉及到本发明产品的各种应用，其改进、接近或类似装 置，则视为与本发明雷同。也包括联想到类似结构和不同用途而产生的其它结构产品，则也 视为与本发明雷同。
【权利要求】
1. 一种空心转子能量转化装置结构特征在于：至少包括，转子（12)整体呈空心椎体 状，由螺旋轮（1)、前盖（2)、后盖（4)、散热环（13)、轴头（15)组成的转子在两个轴承（14) 的支撑下固定在定子（6)上，燃料喷射装置（11)固定在定子上与前盖同心对准，螺旋轮中 段内壁固定装有至少一组点火头（3)，与点火头圆周角径向对应的点火驱动装置（10)至少 一组固定在定子上，螺旋轮后段伸入发电装置（5)的空心中央，启动电机（9)与启动装置 (8)同心固定在定子前段与轴头同心对准，具有惯量的轴头在启动时与启动装置串接启动 后分离而静止时又串接，传感器（7)固定安装在定子上而且非接触地靠近在转子前中后各 段外围，散热环由多个叶片组成固定在螺旋轮高温区的外壁周围可随转子同步转动，辅助 部件（16)固定装在定子的任意位置。
2. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的螺旋轮（1)，其结构特征在于：至 少包括，一从前轮腔（1. 2)到后轮腔（1. 7)腔数至少1个且螺旋旋转角超过2 π，二前轮腔 容积从前到后逐渐平滑变小，而后轮腔的容积保持不变，三轮墙（1. 1)从前到后连续增厚 无台阶，四从轮前壁（1.4)到轮后壁（1.5)逐渐加厚内部无台阶，五轮后筋（1.6)厚度大于 轮前筋（1.3)，六点火头安装单元（1.9)位于螺旋轮内壁且与外壁无任何泄露，七点火头安 装单元处是由非导磁材料密封即可使磁力线从内壁到外壁相互完全导通，八螺旋轮的后端 侧面有排气口（1.8)的开孔且孔数量与轮腔数对应，九前轮腔和后轮腔通透，而且轮腔数 前后 对应。
3. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的前盖（2)结构特征在于：至少包 括，一在前盖半径不同圆周上有燃料的吸入口（2.2)的开口，且与螺旋轮腔体位置和数量 一一对应，二轮前筋座（2. 4)轮前壁座（2. 5)与轮前筋（1. 3)轮前壁（1. 4) 一一对应密封固 定连接，三在前盖半径上固定着门阀（2. 3)和吸入口对应，且其关闭面积大于吸入口（2. 2) 的吸入面积，四门阀与燃料喷射装置的喷射嘴（11. 1)所在圆周半径R和同圆周角等同，且 保持一定的轴向转动间隙距离，五自动开关（2.1)固定在前盖后面只能从外部打开而内部 向外始终关闭，六自动开关装置关闭门阀的弹力至少支撑大于1个大气压差时外部压力才 可打开门阀，七自动开关固定在吸入口转动方向的前方，即从前往后轴向看转子若顺时针 则自动开关就在吸入口的顺时针方向前方处固定。
4. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的燃料喷射装置（11)，其结构特征 在于：至少包括，一由外壳（11. 5)和内壳（11. 6)组成对外密闭的内部空腔，二在空腔里固 定着的喷射嘴（11. 1) 一端连接燃料混合通道（11. 4)，另一端对着吸入口（2. 2)的旋转方向 前方边沿，三喷射嘴安装方位与前盖的吸入口一一对应，四燃料输送通道（11.2)和高压空 气输送通道（11.3)通过过滤网在内部相通，五内壳直径大于轴头直径即转子转动无接触 无摩擦。
5. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的点火头（3)，其结构特征在于： 至少包括，一感应面（3. 1)固定在点火安装单元（1.9)里，二磁力可穿透密闭轮壁抵达感应 面，三点火线圈（3. 2)缠绕在内导磁体（3. 4)上，四电极（3. 3)与点火线圈首尾焊接且极间 有一定的间隙可保证通电打火，五多个点火头安装圆周角ω等于2 π除以轮腔数η，即ω =2 π /η。
6. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的点火驱动装置（10)，其结构特征 在于：至少包括，一驱动电缆（10. 1) -端首尾直接与驱动线圈（10. 3)焊接，另一端与定子 的辅助部件直接焊接，二驱动线圈缠绕在外导磁体（10.2)上，三驱动线圈固定在非导磁环 (10. 4)外壁上，其圆周角ω等于点火头安装的圆周角ω，四非导磁环与螺旋轮外壁有一定 的径向旋转间隙即保证转子转动无接触无摩擦，但不影响磁力传递。
7. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的后盖（4)，其结构特征在于：至少 包括，一轮后壁槽（4. 1)轮后筋槽（4. 3)与螺旋轮的轮后壁（1. 5)和轮后筋（1. 6) -一对 应密封嵌入固定，二后盖受力面（4.2)紧固着驱动轴（4.4)保证与转子有同等转矩同步转 动。
8. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的发电装置（5)，其结构特征在于： 至少包括，一转子的外部固定围绕着发电转子材料（5. 4)，二感应定子线圈（5. 1)和位置传 感器（5. 2)围绕着发电转子材料被包涵在发电外壳（5. 3)里面，三发电外壳固定在定子上 且与转子无接触无摩擦，四感应定子线圈的与定子的辅助部件相连接，即接通感应电流。
9. 根据权利1所述的一种空心转子能量转化装置中的辅助部件（16)，其结构特征在 于：至少包括，一固定装着用于对感应电流进行整流和逆变的电路模块，二固定装有蓄电瓶 与逆变电路连接和用电设备连接，三固定着燃料喷射装置和控制端口电路以及点火驱动装 置和控制端口电路，四固定在定子上的压力传感器、温度传感器、转子位置传感器、气体传 感器、吸入口传感器、点火线圈传感器、和其它需要控制检测的传感器围绕着转子周围无接 触摩擦，五固定有CPU控制电路模块与所有传感器、电源、和输出控制端连接，六固定其它 用于功能扩展的辅助部件。
【文档编号】F02B53/00GK104061065SQ201310086198
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】王军 申请人:王军