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靜電斥力發動機的製作方法

2023-05-22 18:14:06 1

專利名稱:靜電斥力發動機的製作方法
1靜電斥力的大小眾所周知,在真空或空氣中,同性電荷間的排斥力的大小由庫侖定律F=K(Q1*Q2)/R2,K=9×109N.m2.C-2,也就是說,如果Q1=Q2=1庫侖,R=1米,則排斥力F=9×109牛頓。此力之大,足以牽引火車運動,如果Q1≠Q2,或是異性電荷,在相距一定距離時,Q1與Q2之上的電荷將發生電荷轉移,故在靜電斥力發動機的第一種形式中,所有金屬球殼的電量大小相等,且是利用同性電荷間的排斥力。在靜電斥力發動機的第二種形式中,動力電荷轉盤1裡的金屬球殼的電量可以不等於動力電荷轉盤2裡的金屬球殼的電量,同一個動力電荷轉盤裡的定子動力電荷的電量可以不等於轉子動力電荷的電量,但要極性相同。
2靜電量的大小在《普通物理學》的第6頁(高等學校教材,人民教育出版社,1982年修訂本,程守洙,江之永編)裡定義1庫侖的電量就是當電流等於1安培時,在1秒內流過導體橫截面的電量,在日常生活中,獲取1庫侖的孤立電荷似乎難以想像,在這裡,我以硫酸鈣溶液來說明獲取1庫侖的電量所需的物質基礎。在《普通化學》(高等學校教材,1981年修訂本,人民教育出版,浙江大學普通化學教研組編)的第87-88頁中講到「通常認為強電解質在水中不存在分子形式而是完全電離的,然而另一方面,由實驗測得在18℃,溶液濃度為0.1N時,一些強電解質的電離度為HCL92.6%,NaOH91%」。
實質上,CaSO4溶液中,有大量的自由的Ca2+(鈣離子)和自由的SO42-(硫酸根離子),也有一些離子氛圍住中心離子,如一個Ca2+周圍有多個SO42-離子,或一個SO42-周圍有多個Ca2+,也存在Ca2+SO42-二離子對,或三離子對,即SO42-Ca2+SO42-;Ca2+SO42-Ca2+。當然,水也會電離成H+,OH-,也會有一些雜質。這些帶電(有淨正電荷或淨負電荷的離子,如Ca2+SO42-就不是淨電荷,兩個單位的正電荷與兩個單位的負電荷互相抵消,總帶電量為零,但Ca2+SO42-Ca2+就是帶2個單位正電荷的淨電荷)離子在電場的作用下,會發生運動,帶正電的離子的運動方向同電場方向、帶負電的離子的運動方向與電場方向相反。自由離子在電場力的作用下脫離電解液而進入聚焦電場中,離子對或離子氛有可能被電場力拆開,有淨電荷的離子對或離子氛也有可能作為整體而進入聚焦電場中,這要看電場的大小,但自由離子佔大多數,所以,以自由離子的數目作為獲取電量的物質基礎來計算。以Ca2+為例,一個Ca2+的質量約為40×1.66×10-27kg。帶電量為2×1.6×10-19庫侖,要產生1庫侖的電量,則所需Ca2+的質量為401.6610-27KG21.610-19C=XKG1C,X0.2mg]]>即0.2毫克的鈣離子就有1庫侖的電量。而含有0.2毫克鈣離子的硫酸鈣溶液是非常容易獲得的。
3靜電是可以屏蔽的《普通物理學》的第56-57頁(同上教材)講到靜電屏蔽「如果把一帶電體置於金屬殼裡,則外電場不會對金屬殼裡的帶電體產生影響,金屬殼的外表面的電荷所產生的電場會對外界產生影響,為了消除這種影響,可把金屬殼接地,則外表面的感應電荷因接地而被中和」。對於兩個金屬殼,一個金屬殼裡放正電荷,另一個金屬殼裡放負電荷,按一般的屏蔽原則,兩個金屬殼都接地,地是公共接點,這樣兩個金屬殼裡的正電荷、負電荷將互不影響。靜電斥力發動機作為車用發動機時,屏蔽離子容器即金屬球殼的屏蔽層是不可能與地球接觸的。可以將正電荷的屏蔽層與負電荷的屏蔽層相接觸,即正負屏蔽層是公共的,為了防止正電荷對負電荷放電,屏蔽層的內壁都加雲母層,以阻斷正電荷的電力線到達負電荷,(如果通過試驗,不加雲母層也能使屏蔽層內的電荷電量長時間的保持不變,則不用加雲母層)。這種處理,相當於在教材中所說的金屬殼的內壁上加雲母層,然後將兩個金屬殼(其中一個金屬殼裡放置一個正電荷,另一個金屬殼裡放置一個負電荷)用金屬連起來,這樣,兩個金屬殼裡的正電荷、負電荷也互不影響。因為兩個金屬殼表面的正負電荷已互相中和,相當於接地中和電荷一樣。
4說明書


圖1各電場極板DJ1-DJ14的形狀圖。
圖2第一種固定離子引出裝置的俯視圖(上圖)、正視圖(中圖)、左視圖(下圖)。
圖3第一種移動離子引出裝置的俯視圖(上圖)、正視圖(中圖)、左視圖(下圖)。
圖4單組電荷靜電斥力發動機中的固定電荷形成裝置支撐墩以上部分的正視圖(上圖)、離子引出所需電場E1、E4、E7時序關係圖(下圖)、電場電源線i與電場極板連線DJi的連接圖(左下圖)。
圖5單組電荷靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層後各組件分布俯視示意圖(上圖)。電解液運動通道系統結構圖(下圖)。
圖6單組電荷靜電斥力發動機的一半的左視示意圖(上圖),阻力牆面正視圖(中圖),單組電荷靜電斥力發動機級聯時,正負屏蔽層缺口的補缺屏蔽層示意圖(下圖)。
圖7由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層後各組件分布俯視示意圖。
圖8上圖靜電斥力發動機運行時所產生的+5V;±15V電源圖8下圖由電池組B產生的+5V;±15V電源圖9上圖正離子提取電場電極電源的第一種產生電路圖9下圖負離子提取電場電極電源的第一種產生電路圖9底部靜電斥力發動機的第一種形式的充電控制圖10上圖正離子防逃離電場電極電源第二種產生電路圖10下圖負離子防逃離電場電極電源第二種產生電路圖11正、負離子提取電場的時間寬度與正、負離子位置交換電場的時間寬度定時控制系統及其程序流程框圖。(注圖11是復用電路)圖12設定電量與實測電量的數碼顯示系統。
圖13設定電量與實測電量的滯回比較及產生相關控制信號的系統。
圖14由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機,位於中屏蔽層之上的閘門檢測及其控制系統俯視圖。
圖15閘門升降機構元件圖,裝配圖及閘門位置檢測光電傳感器裝配圖。
圖16閘門(P1,P3)的拖動電機M3、閘門(P4,P6)的拖動電機M2的控制系統圖及運動電荷形成裝置位置檢測;閘門P1、P4位置檢測信號產生圖。
圖17調速閘門P2的拖動電機M4及調速閘門P5的拖動電機M1控制系統圖;閘門P2;P5位置檢測信號產生圖。
圖18電解液驅動電機速度閉環控制系統(上圖),+Vmotor電源產生電路(下圖)。
圖19HCTL-1100梯形速度圖模式的程序流程框圖(上圖),閘門開啟控制模塊程序流程圖(下圖)。
圖20閘門關閉控制模塊程序流程圖,圖12中的8051程序流程框圖。
圖21圖16中的8051程序流程圖。
圖22圖17中的8051程序流程圖。
圖23上圖第一種形式的靜電斥力發動機的第二種離子引出裝置中的各電極分布及形狀23下圖運動電荷形成裝置行程測量及金屬球殼充電控制信號產生24靜電斥力發動機的第二種形式及其應用系統圖。
圖25靜電斥力發動機的第二種形式中的定子柵網極板,定子底極板,轉子柵網極板,轉子底極板的俯視圖。
圖26靜電斥力發動機的第二種形式的上桶、下桶中的離子位置交換電極、定子(外層,中層,內層)聚焦柵網電極,轉子(外層,中層,內層)聚焦柵網電極在桶中的分布位置俯視圖,轉子內層聚焦柵網電極展開圖,已引出離子聚焦電極俯視圖,已引出離子聚焦電極正視圖,已引出離子聚焦電極左視圖,防逃離電場與金屬球殼示意圖,離子運動方向轉換裝置示意圖。
圖27上圖動力電荷轉盤1或2內的定子動力電荷的位置分布。
圖27下圖從定子柵網引出的動力電荷的另一種分布位置。
圖27右側圖靜電斥力屏蔽示意圖。
圖28靜電斥力發動機的第二種形式的金屬球殼充電控制。
圖29上圖各備用電池充電系統。
圖29中圖發電機/靜電斥力發動機啟動電機的啟動示意圖。
圖29下圖離子位置交換電場電極電源產生電路。
圖30驅動電機的電機調速系統。
圖31剎車罩驅動電機控制系統。
圖32上圖位於電解液中的正離子聚焦柵網極板電源的第一種產生電路。
圖32下圖位於電解液中的負離子聚焦柵網極板電源的第一種產生電路。
圖33上圖已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源的第一種產生電路。
圖33下圖已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電場電極電源的第一種產生電路。
圖34上圖正離子防逃離電場電極電源的第一種產生電路。
圖34下圖負離子防逃離電場電極電源的第一種產生電路。
圖35上圖正離子提取電場電極電源的第二種產生電路。
圖35下圖負離子提取電場電極電源的第二種產生電路。
圖36上圖位於電解液中的正離子聚焦柵網極板電源的第二種產生電路。
圖36下圖位於電解液中的負離子聚焦柵網極板電源的第二種產生電路。
圖37上圖已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源第二種產生電路。
圖37下圖已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電場電極電源第二種產生電路。
圖38上圖動力電荷轉盤及剎車罩示意圖。
圖38下圖轉子電荷環外緣上滾珠安裝示意圖。
各電場極板上對應的各電場電極電源的說明DJ1,DJ2正離子防逃離電場電極電源;DJ3,DJ4已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源;DJ5,DJ6正離子提取電場電極電源;DJ7,DJ8離子位置交換電場電極電源;DJ9,DJ10負離子提取電場電極電源;DJ11,DJ12已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電場電極電源;DJ13,DJ14負離子防逃離電場電極電源;DJ15,DJ16位於電解液中的正離子聚焦柵網極板電源;DJ17,DJ18位於電解液中的負離子聚焦柵網極板電源。
5、金屬球殼裡的靜電荷的獲取一、概述靜電荷的獲取過程按靜電斥力發動機的結構形式分別來描述1、以圖5或圖7所示結構的靜電斥力發動機,定義為靜電斥力發動機的第一種形式,其特點是以運動電荷形成裝置的往復直線運動來產生動力的。
2、以圖24所示結構的靜電斥力發動機,定義為靜電斥力發動機的第二種形式,其特點是以轉子電荷環的旋轉來產生動力的。
3、在第一種形式的靜電斥力發動機中,離子引出裝置又分為兩種結構,第一種結構如圖2所示,第二種結構如圖23所示,其特點是在第一種離子引出裝置的電解液通道裡增加了正離子聚焦柵網電極DJ15、DJ16,也增加了負離子聚焦柵網電極DJ17、DJ18,聚焦柵網電極DJ15、DJ16、DJ17、DJ18為平面柵網結構,已示於圖23中,此時的DJ5、DJ10的形狀略有改動,在其上留出了離子出口槽,DJ7、DJ8也選用平面結構的金屬板,電場電源線過孔由圖2的1-14變為1-18(即過孔中有電場電極電源線DJ1-DJ18),因其它方面完全同圖2所示的結構,故圖23隻畫出靜電斥力發動機的第一種形式的第二種離子引出裝置中的電解液通道裡的離子引出所需電極的分布圖(即圖23隻是靜電斥力發動機的第一種形式的第二種離子引出裝置的局部圖)。之所以增加DJ15、DJ16、DJ17、DJ18,是因為電解液通道裡的電解液可能不是總滿的,當正離子離開液面後,又未進入聚焦電場E2(見圖4)前,可能會與已離開液面後,又未進入聚焦電場E5(見圖4)前的負離子在電解液通道裡及正負離子通道裡發生放電而中和,因為離開液面後的正離子群或負離子群都有空間電荷效應而向外擴散,正、負離子間又有吸引力,這种放電是會發生的,但液面與聚焦電場E2或E5間的距離很短,具有向上運動速度的正、負離子,在進入聚焦電場E2、E5前,這种放電的嚴重性不好估計,故仍保留圖2所示的離子引出裝置,增加圖23所示的離子引出裝置中的電極分布,它作為第一種形式的靜電斥力發動機的第二種離子引出裝置的電極分布圖。
4、靜電斥力發動機無論採用第一種形式還是第二種形式,從電解液中提取離子到金屬球殼中保存,這一過程所需的各種電場電極電源又有兩種形式的產生電路(離子位置交換電極電源的產生電路只有一種)。
第一種產生電路的特點是各電場電極電源有各自的公共電位參考點,正離子所需電場存在時,電極電源都是正極性的,負離子所需電場存在時,電極電源都是負極性的,第二種產生電路的特點是無論是正離子所需電場存在時,還是負離子所需電場存在時,電極電源只有電位的相對高低。
第一種產生電路如圖9(包括正離子提取電場電極電源;負離子提取電場電極電源),圖32(包括位於電解液中的正離子聚焦柵網極板電源;位於電解液中的負離子聚焦柵網極板電源,注靜電斥力發動機的第一種形式的第一種離子引出裝置----如圖2,無此電路),圖33(包括已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源;已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電場電極電源),圖34(包括正離子防逃離電場電極電源,負離子防逃離電場電極電源。)第二種產生電路如圖35(包括;正離子提取電場電極電源;負離子提取電場電極電源),如圖36(包括位於電解液中的正離子聚焦柵網極板電源;位於電解液中的負離子聚焦柵網極板電源,注靜電斥力發動機的第一種形式的第一種離子引出裝置(如圖2)無此電路),圖37(包括已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源,已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電場電極電源),圖10(包括正離子防逃離電場電極電源,負離子防逃離電場電極電源)二詳述金屬球殼裡的靜電荷獲取過程以靜電斥力發動機的第一種形式並採用第一種離子引出裝置(如圖2)為例詳述金屬球殼裡的靜電荷獲取過程(1)圖1中各電場極板DJ1-DJ14及金屬球殼的說明(注電場極板簡稱電極或極板)在圖1中柵網電極DJ5,DJ10它是圓形的,由金屬絲編織而成(或者由薄的金屬片衝壓而成),圓周有螺紋接口,以便將柵網電極擰在離子通道的螺紋接口上,金屬柵網絲上刷上一層薄的絕緣的、防腐蝕的材料。
底極板DJ6,DJ9它是園形的金屬板,用絕緣的、防腐蝕的材料封閉底極板,它們是放置在電解液通道的底部的,故叫底極板。DJ5、DJ10、DJ6、DJ9的直徑相等。
正負離子位置交換電場極板DJ7,DJ8它們可以有兩種形狀,一種是金屬平板,板的寬度等於底極板的直徑,板的高度等於離子引出裝置中電解液通道的高度。另一種形狀是將一個金屬圓筒(筒的直徑等於底極板DJ9的直徑,筒的高度等於離子引出裝置中電解液通道的高度)從軸心破成兩半,向左凹的作為DJ7,向右凹的作為DJ8。也用絕緣,防腐蝕的材料封閉它。
金屬球殼金屬球殼的作用是收集容納從電解液中提取的離子,由圓形管作為離子引入通道,球殼裡的引針使離子快速均勻分布在球殼裡(類似於普通物理講的範德拉夫起電機裡的引針),內圓與外圓之間為金屬,離子收集在內圓與離子通道之間的空間裡。
關於金屬球殼的設想1由於離子只能分布在金屬球殼的內表面,為了能容納更多的離子,所以要增加金屬球殼的內表面積,因此,金屬球殼的第二種形式就如圖26所示(防逃離電場與金屬球殼示意圖,防逃離電場電極1與金屬球殼相連,防逃離電場電極1與防逃離電場電極2是圓柱形皮爾斯槍結構),其內包含有多層同球心的球殼,並有多根引針從大球殼的內表面穿越所有多層球殼,直到最小的金屬球殼內表面,這種穿越,在內的多層球殼與引針間留有小洞,以便多層球殼間的離子能移動,使離子儘可能的均勻分布到多層球殼的表面;在圖1所示的金屬球殼,可用金屬絲充滿其內,以增加表面積,這樣來試驗是否能多儲些離子到金屬球殼裡。
2第二個設想是,在金屬球殼裡加入永電體,如鈦酸鋇,看看是否能使金屬球殼能帶上更多的電量,以及使電量保持更長時間。
3從電解液中提取的離子到金屬球殼後,離子會不會與金屬球殼的內表面及金屬絲(或圖26中的多層球殼表面)發生反應,而腐蝕金屬球殼的內表面,如果有反應,可通過選擇適當的電解液及適當的金屬球殼材料來削弱這種反應。使這種反應在容許的範圍裡,這裡不作分析了,不論有沒有反應,但有一點是可以肯定的,那就是電荷守恆定律,「即電荷只能從一物體轉移到另一物體,或者從物體的一部分轉移到另一部分,但電荷既不能被創造,也不能被消滅」。
從化學反應方程式來講,化學反應方程式左邊的電荷數要與方程式右邊的電荷數要平衡。
4假如金屬球殼用銅作成,Ca2+獲得Cu原子外層上的兩個電子,Ca3+變成Ca原子,Cu原子變成Cu2+,在高度真空的金屬球殼裡不會造成什麼危險。兩個H+獲得Cu原子外層上的兩個電子,2H+變成H2分子,Cu原子變成Cu2+,或許要間隔性的對靜電斥力發動機屏蔽箱進行抽空,以排出氫氣。控制引出離子到達金屬球殼時的能量(即速度)可抑制正離子獲得CU原子外層上的兩個電子,即要求引出離子到達金屬球殼裡的能量不足以轟擊出金屬球殼原子的外層電子。
正離子聚焦電場電極DJ3,DJ4;負離子聚焦電場電極DJ11,DJ12(可參見圖4上圖)DJ4,DJ11是一根金屬導線,在它的外面塗上一層絕緣防腐材料。
DJ3,DJ12的內表面為裸體金屬,外表面加絕緣防腐塗層底部為圓筒形,且有螺紋接口,中部為圓臺形,上部為圓筒形。(假如電場電極電源採用第一種產生電路),正離子聚焦電場電極DJ3、DJ4都帶正電,DJ3的電位比DJ4的電位高;負離子聚焦電場電極DJ11、DJ12都帶負電,DJ12的電位比DJ11的電位更負。在不完全真空的環境裡,如果有負離子或電子進入到DJ3,DJ4所形成的通道裡(由於E1的存在,這種情況是少的),則負離子或電子將被極板DJ3中和掉,因為DJ3是帶正電的,DJ3、DJ4所形成的聚焦電場的方向指向位於軸心的DJ4,負離子或電子受此電場力的作用而向DJ3運動,DJ3將中和掉這些負離子或電子。這樣將確保金屬球殼裡的Ca2+沒有與電子或負離子結合的機會(如果鈣離子獲得電子變成鈣原子,一方面會使金屬球殼裡的鈣離子數量變小,電量就小,另一方面,鈣原子立即與殘餘空氣反應,這是不希望發生的),同樣的道理,如果有正離子進入到DJ11,DJ12所組成的通道裡,正離子將被極板DJ12中和掉,因為DJ12是帶負電的,使金屬球殼裡的SO42-沒有獲得正離子的條件。即使發動機不工作,正、負離子聚焦電場也要存在。這樣金屬球殼裡的離子會保持得更久些,也更安全些。
由於E3、E6始終存在,在電場中,正電荷的受力方向同電場方向,負電荷的受力方向與電場方向相反,故負離子或電子是進不了收集正離子的金屬球殼的,正離子是進不了收集負離子的金屬球殼的(見圖4上圖)。
正離子防逃離電場電極DJ1,DJ2;負離子防逃離電場電極DJ13,DJ14(可參見圖4),由它們分別組成兩個圓柱形皮爾斯槍(資料來自《電子束離子束技術》P10-P16,西安交大出版社,趙玉清編)。圓柱形電子注的陰極和加速極的形狀應使電子注邊緣上的電位分布滿足V(r0,Z)=AZ4/3,要使電子注在半徑r0處保持不變,應有徑向場分量為零。即V(r0,Z)r0=0]]>此處用圓柱形皮爾斯槍的目的是使從聚焦電場出來的離子,以圓柱形不發散的運動軌跡進入金屬球殼的離子引入通道裡,之後在引針的作用下,均勻分布到金屬球殼裡。
(2)離子引出裝置用電場力將CaSO4溶液中的Ca2+,SO42-(嚴格來說,是正離子和負離子)提取出來,此裝置定義為離子引出裝置。電荷形成裝置的定義在離子引出裝置上加上聚焦電場、防逃離電場、金屬球殼及其支撐物和接好相關連線等所構成的整體叫電荷形成裝置。離子引出裝置有固定離子引出裝置和移動離子引出裝置。電荷形成裝置有固定電荷形成裝置和運動電荷形成裝置。由固定離子引出裝置構成的電荷形成裝置定義為固定電荷形成裝置,由移動離子引出裝置構成的電荷形成裝置定義為運動電荷形成裝置,在說明書附圖(圖4、圖9、圖10、圖29、圖32、圖33、圖34、圖35、圖36、圖37)中,為了表達一一對應的連接關係,各電場極板及其連接導線都用DJi(i=1-14)命名和標註。
單組電荷靜電斥力發動機包含3個離子引出裝置,兩個是位置固定的,一個是位置可移動的,分別命名為固定離子引出裝置和移動離子引出裝置(移動離子引出裝置也命名為運動小車),固定離子引出裝置之一引出固定電荷形成裝置中的電荷Q1,Q2,另一個固定離子引出裝置引出固定電荷形成裝置中的電荷Q5,Q6,移動離子引出裝置引出運動電荷形成裝置中的電荷Q3,Q4。Q1-Q6的位置見圖5。
第一種固定離子引出裝置的結構見圖2,圖2的上圖是俯視圖,中圖是正視圖,下圖是左視圖。
在圖2的中圖,1-14為電場電源線過孔,過孔中的導線1-14給所有電荷形成裝置中的對應的電場極板(DJ1-DJ14)供電(見圖4上圖),這樣做的目的是省掉了在兩個固定電荷形成裝置及一個運動電荷形成裝置上裝電路板,裝電池的麻煩,降低成本,精減結構,使運動電荷形成裝置的加速性能得到最大程度的改善。
(a=f/m,m為運動電荷形成裝置的質量,顯然m越小越好);目的之二是保證了3套電荷形成裝置中的相應的各電場大小相等。即在兩個固定電荷形成裝置及一個運動電荷形成裝置中,它們的正離子提取電場大小相等,負離子提取電場大小相等,正負離子位置交換電場大小相等,正、負離子聚焦電場大小相等,正、負離子的防逃離電場大小相等。為獲取Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6的等電量提供了保障。
1-14對應接於DJ1-DJ14,這些電場電源由圖9、圖10、圖29、圖33、圖34、圖35、圖37產生,各電場極板為(參見圖4的上圖)正離子提取電場極板DJ5,DJ6,(DJ5是圖1中的柵網電極DJ5,DJ6是圖1中的底極板DJ6),產生電場E1,方向向上。
負離子提取電場極板DJ9,DJ10,(DJ9是圖1中的底極板DJ9,DJ10是圖1中的柵網極板DJ10),產生電場E4,方向向下。
正負離子位置交換電場極板DJ7,DJ8(它們的形狀見圖1),產生電場E7,方向向左。
已出離子引出柵網極板的正離子聚焦電場極板DJ3,DJ4(它們的形狀見圖1),產生電場E2,方向指向軸心,正電荷在此電場的作用下,受到指向軸心的力而聚焦。
已出離子引出柵網極板的負離子聚焦電場極板DJ11,DJ12(它們的形狀見圖1),產生電場E5,方向背向軸心,負電荷在此電場的作用下,受到指向軸心的力而聚焦。
正離子防逃離電場極板DJ1,DJ2(它們的形狀見圖1),產生電場E3,方向向上,一方面加速要進入金屬球殼的正電荷的速度,另一方面是阻止已在金屬球殼裡的正電荷跑出來,由於DJ1是與金屬球殼相連的,DJ2的電位始終比DJ1的電位高。隨著金屬球殼裡的電荷越集越多,DJ1的電位是變化的,但因為DJ2的電位始終比DJ1的電位高,想要出來的正電荷(正離子Ca2+)受到E3的作用力始終大於已聚集在金屬球殼裡的正電荷所產生的電場對想要跑出來的正電荷的作用力,故正電荷只能被打進去,而跑不出來。(E3也可看作是DJ2與金屬球殼之間所形成的電場,因為DJ1是與金屬球殼相連的,這樣更容易理解正電荷為什麼跑不出來),這就是防逃離電場的原理。
負離子防逃電場極板DJ13,DJ14(它們的形狀見圖1),產生電場E6,方向向下,負電荷的受力方向與電場方向相反,DJ14與金屬球殼相連,同樣的道理,負電荷只能被打入金屬球殼裡,而金屬球殼裡的負電荷(負離子SO42-)是跑不出來的。為了保持金屬球殼中的離子不出來,發動機即使不運行,E3,E6都是存在的。以上介紹了圖2中圖裡的1-14電場電源線過孔裡的電場電源線給各電場極板供電的情況。
在固定離子引出裝置中,只有引出正離子的電場極板DJ5、DJ6;引出負離子的電場極板DJ9、DJ10;正負離子位置交換電場極板DJ7、DJ8。位於DJ5、DJ6之間的電解液中的正離子,在DJ5、DJ6所形成的電場E1的作用下,沿正離子通道向上運動,穿過柵網電極DJ5進入聚焦電場,負離子則沉積在DJ6上;在DJ9、DJ10之間的電解液中的負離子,在DJ9、DJ10所產生的電場E4的作用下,沿負離子通道向上運動,穿過柵網電極DJ10進入聚焦電場,正離子沉積在DJ9上,一段時間之後,DJ5、DJ6;DJ9、DJ10之間的電場E1、E4消失,DJ7、DJ8之間的電場E7存在,電解液通道裡的離子位置進行互換。這一過程在圖11中的8051的控制下循環進行。
離子的運動與電場在離子成游離態的電解液中,Ca2+離子帶正電,SO42-離子帶負電,(當然還有雜質,它要麼以分子的形式存在,要麼以正、負離子的形式存在,但不影響金屬球殼裡的正、負電荷的形成)在圖4中,Ca2+在電場極板DJ5,DJ6所形成的電場E1的作用下,Ca2+向上運動,將穿過柵網電極DJ5的空隙進入聚焦電場,SO42-離子向下運動,將沉積在底極板DJ6上。同樣,SO42-在電場極板DJ9,DJ10所形成的電場E4的作用下,SO42-離子向上運動,並穿越柵網電極DJ10的空隙進入聚焦電場,Ca2+離子則沉積在底極板DJ9上。隨著電場作用時間的推移,沉積在底極板DJ6上的SO42-離子及沉積在底積極DJ9上的Ca2+的數量增多,E1、E4的場強將被削弱,從而影響Ca2+離子SO42-離子的提取,所以設置了正、負離子位置交換電場E7,它的作用一方面是將沉積在底極板DJ6、DJ9的離子進行位置交換,另一方面是將離子引出裝置的電解液通道裡的離子進行遷移,Ca2+向極板DJ7方向集中,SO42-離子向DJ8方向集中,以便下一次提取Ca2+離子及SO42-離子。E1、E4、E7的時序關係如圖4下部所示,E1、E4同時存在,同時消失,E1、E4存在時,E7消失;E7存在時,E1、E4消失。
Ca2+離子進入由DJ3、DJ4所組成的聚焦電場後,Ca2+離子受E2的電場力的作用聚集在位於中心軸位置的DJ4周圍,完成聚焦。SO42-離子進入由DJ11,DJ12所組成的聚焦電場後,SO42-離子受E5的電場力的作用,也聚集在位於中心軸位置的DJ11周圍,完成聚焦。Ca2+離子在E2聚焦電場中,一方面受到聚焦作用,一方面還慣性向上運動,隨後進入正離子防逃離電場E3,SO42-離子在E5聚焦電場中,一方面受到聚焦作用,一方面還慣性向上運動,隨後進入負離子防逃離電場E6。
電場E3、E6由圓柱形皮爾斯槍產生,電場E3、E6的極板DJ1,DJ2,DJ13,DJ14的形狀見圖1,這樣,Ca2+離子在E3作用下將以圓柱體的形狀進入到金屬球殼裡,電極DJ1與金屬球殼相連,所以,Ca2+進入球殼後,總有個電場E3封住它不能出來,即使發動機不運行,E3也始終存在,故電荷能不斷地聚集。SO42-離子在E6作用下將以圓柱體的形狀進入到金屬球殼裡,電極DJ14與金屬球殼相連,SO42-離子進入球殼後,總有個電場E6封住它不能出來,即使發動機不運行,E6也始終存在,故電荷能不斷地聚集。
在教材上海交大《強流荷電粒子束技術與應用》的第18頁、西安交大《電子束離子束技術》第36頁講到單極柵網離子引出裝置所引出的離子流強度最大,但柵網易遭離子轟擊而壽命短,且易被腐蝕(且所加電壓一般僅為幾十伏,從而影響離子流強度),這裡,我採用了獨創的技術即引出正離子的電場,電場的兩塊極板(DJ5、DJ6)都加正電,引出負離子的電場,電場的兩塊極板(DJ9、DJ10)都加負電,即DJ5、DJ6的電位都是正電位,且DJ6的電位比DJ5的電位高;DJ9,DJ10的電位都是負電位,且DJ9的電位比DJ10的電位更負。這樣組成的電場,從微觀上看,柵網電極DJ5、DJ10上的每根金屬絲都相當於一個電場極板,此電場極板與所要引出的離子帶相同極性的電荷,它們之間是有排斥力的。這樣做的好處是第一,所加電場電壓可遠遠大於20V,從而使引出的離子流強度提高几百倍,加快離子提取速度;第二,離子不轟擊柵網金屬絲,因為每一根金屬絲都是帶電體,相當於一個電場極板,對Ca2+來說,DJ5上的每根金屬絲都帶正電,且它的直徑遠遠比Ca2+離子的直徑大,所帶的電量也遠遠比一個Ca2+離子所帶的電量大,它們(指每一根金屬絲與Ca2+)之間的排斥力將迫使Ca2+的運動方向偏離柵網金屬絲,朝柵網金屬絲間的空隙處穿過,同樣的道理,DJ10上的每根金屬絲的直徑遠比SO42-離子的直徑大,所帶的負電量也遠比一個SO42-離子所帶的負電量大,它們之間的靜電排斥力也迫使SO42-離子的運動方向偏離柵網金屬絲,而朝柵網金屬絲間的空隙穿過,這樣就可以保證帶電離子不轟擊柵網金屬絲,從而可延長柵網的壽命。反之,如果柵網金屬絲的帶電極性與朝該柵網運動的離子所帶電的極性相反或者柵網金屬絲處於零電位,則離子將直奔柵網金屬絲而來,直接擊中柵網金屬絲,故此,上述教材說「單極柵網離子引出裝置的壽命短,柵網上的電壓不能加得太大,(一般為幾十伏,不宜過高),否則,引出離子很容易打爛柵網」,就是這個原因,此電壓值小,引出的離子流強度就小。(DJ5的正電位越高,DJ10的負電位越負,離子越不易轟擊柵網,如VDJ5=1000V,VDJ6=1200V,VDJ10=-1000V,VDJ9=-1200V,用這樣的電場引出的離子流強度,用教材上的方法是做不到的,E1、E4的場強越大,引出的離子的運動速度越快,但引出的離子到達金屬球殼的速度,不能使金屬球殼被轟擊出電子)。
同樣的道理,正離子聚焦電場E2的極板DJ3,DJ4,所加的電都是正極性的,防止引出的帶正電的Ca2+免遭極板電荷中和。負離子聚焦電場E5的極板DJ11,DJ12,所加的電都是負極性的,也是為了避免引出的帶負電的離子免遭極板電荷中和。正離子聚焦電場E2的極板DJ3,DJ4,都用正電位;負離子聚焦電場E5的極板DJ11,DJ12,所加的電都是負極性的,這樣做的另一個好處是防止負電荷進入收集Ca2+的金屬球殼,防止正離子進入收集SO42-的金屬球殼。
靜電斥力發動機的第一種形式如果採用如圖23所示的第二種離子引出裝置的電極分布,前面已述及為什麼要去試驗第二種離子引出裝置的電極分布的必要性,第二種離子引出裝置,實質上就是在如圖2所示的第一種離子引出裝置的基礎上,在電解液通道裡增加了正離子聚焦柵網電極DJ15、DJ16,負離子聚焦柵網電極DJ17、DJ18而已,電場電源線過孔由原來的1-14變為1-18,其它結構完全同圖2所示的第一種離子引出裝置,故圖23隻畫出了第二種離子引出裝置的電極部分,由於有了正離子聚焦電場E8,負離子聚集電場E9,故提取離子時,正離子將緊貼DJ16而向上運動,負離子將緊貼DJ18向上運動,故在DJ5及DJ10上預留出離子出口。
由於已詳細描述了第一種離子引出裝置的靜電荷獲取過程,就不再描述第二種離子引出裝置的靜電荷獲取過程了。
靜電斥力發動機的第二種形式如圖24所示,它的靜電荷的獲取過程的描述(參見圖24、圖25、圖26、圖27)定義圖27中的定子電荷環內的金屬球殼所帶的電荷叫定子電荷或者叫定子動力電荷,它由定子柵網極板與定子底極板間的電場引出,轉子電荷環內的金屬球殼所帶的電荷叫轉子電荷或者叫轉子動力電荷,它由轉子柵網極板與轉子底極板間的電場引出。剎車罩以外的部分叫定子電荷環,剎車罩以內,支撐架以外的部分叫轉子電荷環。圖38給出了動力電荷轉盤及剎車罩示意圖,動力電荷轉盤1的A-A剖面俯視圖對應圖27的上圖,動力電荷轉盤2的A-A剖面俯視圖對應圖27的下圖,在圖25中,定子柵網極板由金屬絲按同心園編織而成,也可由薄的金屬板衝壓而成,然後刷上絕緣防腐層。它被四個支撐塊分成四個等面積區域,每個區域將引出一個定子動力電荷,支撐塊的位置不同,將導致每個等面積區域的中心位置的不同,從而導致定子動力電荷在動力電荷轉盤中的位置不同,圖25中,上面的定子柵網極板所示的分區,定子動力電荷的位置對應於圖27中的上圖中的定子動力電荷的位置分布,圖25下面的定子柵網極板的第二種位置所示的分區,定子動力電荷的位置對應於圖27中下圖的定子動力電荷的位置分布。
定子電荷環是一個空心金屬圓柱體,柱體上開有四個孔,孔裡有四個定子動力電荷,轉子電荷環是一個空心金屬圓柱體,柱體上開有四個孔,孔裡有四個轉子動力電荷,定子電荷環柱體上的開孔大小及開孔高度與轉子電荷環柱體上的開孔大小及開孔高度相同,其中,有兩個定子動力電荷需測量其所帶電量的大小,需在對應的定子電荷環的外緣開一小孔,用買來的振動電容電量測量電路測量其所帶電量的大小。(注有的書上將振動電容電量測量叫諧振電容電量測量,本說明書及其附圖和權利要求書上講的諧振電容電量測量電路與振動電容電量測量電路是一回事,都指從中國靜電信息網-----WWW.ESD-china.com上買來的電路)實質上,圖25中上面的定子柵網極板與下面的定子柵網極板的第二種位置所示的結構是完全一樣的(因上桶與下桶的直徑不同,上桶定子柵網極板與下桶的定子柵網極板的直徑就不同),只是在上桶或下桶上安裝定子柵網極板時,支撐塊與x-y平面坐標上x軸的夾角不同不已。或者說,定子柵網被四個支撐塊分成四個等面積區域,四個支撐塊所處的俯視位置不同。
如果上桶的定子柵網極板的安裝位置的俯視圖如圖25中上面的定子柵網極板,下桶的定子柵網極板的安裝位置的俯視圖如圖25中的定子柵網極板的第2種位置,定子電荷環內定子動力電荷的位置分布如圖27(動力電荷轉盤1裡的定子動力電荷分布如上圖,動力電荷轉盤2裡的定子動力電荷分布如下圖),這樣做,則轉子電荷環每轉過45°角時就會受到一次靜電排斥力的推動,如果上桶的定子柵網極板與下桶的定子柵網極板安裝位置只採用圖25中所示俯視圖中的一種,則轉子電荷環轉過90°角時才會受到一次靜電排斥的推動(如果轉子電荷環內的轉子動力電荷的初始安裝位置都如圖27上圖所示的話)。
也就是說圖24中的動力電荷轉盤1內的定子動力電荷與轉子動力電荷間的作用力,與動力電荷轉盤2內的定子動力電荷與轉子動力電荷間的作用力,可同時發生,也可錯開45°轉角而交替發生。本文以圖27所示的定子動力電荷分布位置,即錯開45°轉角而交替發生推動轉矩來描述。
定子底極板是圓環形的、表面有絕緣防腐層的金屬板,轉子底極板也是圓環形的、表面有絕緣防腐層的金屬板。(注無論在靜電斥力發動機的第一種形式中採用第一種離子引出裝置,還是採用第二種離子引處裝置,以及靜電斥力發動機的第二種形式中,底極板的安裝都應使電解液的底部成平滑的水平,以便離子位置交換),轉子柵網極板由金屬絲按同心園編織而成,也可由薄的金屬板衝壓而成,然後刷上絕緣防腐層。它被四個支撐塊分成四個等面積區域,每個區域將引出一個轉子動力電荷,支撐塊通過連接條與轉軸連接在一起,轉軸與轉子柵網極板一起轉動,在定子及轉子柵網極板中,分別有外層聚焦柵網道、中層聚焦柵網道、內層聚焦柵網道,其目的是使位於電解液中的正離子聚焦柵網極板;位於電解液中的負離子聚焦柵網極板超出其所處的定子柵網極板的平面或轉子柵網極板的平面,(實現辦法是相應的支撐塊的下面留出相應的空間槽),以防止引出的正離子、負離子在未進入聚焦電場前發生放電而中和,在定子柵網極板,轉子柵網極板上,每兩個支撐塊之間裝一個已引出離子聚焦電極(圖26),定子的已引出離子聚焦電極(圖26)與轉子的已引出離子聚焦電極(圖26)結構,形狀相同,但大小不一樣。
(註定子柵網極板被支撐塊分成N1個等面積區域,轉子柵網極板被支撐塊分成N2個等面積區域,N1應當是N2的整數倍,也就是說,動力電荷轉盤裡的定子動力電荷數N1是轉子動力電荷數N2的整數倍,剎車罩上的開孔數為N1,本說明書以N1=N2=4來描述)圖24的上桶及下桶中,位於電解液中的離子位置交換電場外電極,離子位置交換電場內電極;定子外層聚焦柵網電極,定子中層聚焦柵網電極,定子內層聚焦柵網電極;轉子外層聚焦柵網電極,轉子中層聚焦柵網電極,轉子內層聚焦柵網電極的分布示意圖如圖26上部所示,以轉子內層聚焦柵網電極為例,將其平面展開也示於圖26上部所示,離子位置交換電場外電極、內電極為圓筒形的,簿的金屬管,其表面有絕緣防腐層,而定子的外層聚焦柵網電極、中層聚焦柵網電極、內層聚焦柵網電極及轉子的外層聚焦柵網電極、中層聚焦柵網電極、內層聚焦柵網電極極板為圓筒形的柵網極板,它們的表面都有絕緣防腐層。在圖24中,上桶的轉子柵網極板與轉子底極板上接負離子提取電場電極電源,轉子柵網極板接DJ10,轉子底極板接DJ9,使位於此電場中的負離子向上運動,向上運動的負離子在進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場前,要受到轉子外層聚焦柵網電極/轉子內層聚焦柵網電極與轉子中層聚焦柵網電極所形成的電場的聚焦,使負離子緊貼轉子中層聚焦柵網電極向上運動,以防止正、負離子群在進入各自的已引出離子聚焦電場前放電中和,之後進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場,被聚焦後,又經負離子防逃離電場後送於金屬球殼,這四個金屬球殼位於動力電荷轉盤1內,(圖24中畫出了兩個箭頭以示意),也就是圖27的上圖中的轉子電荷環裡的四個帶電金屬球殼(注圖27中,上圖所示的剎車罩以內,支撐架以外的部分叫轉子電荷環),上桶的定子柵網極板與定子底極板上接正離子提取電場電極電源,定子柵網極板接DJ5,定子底極板接DJ6,使位於此電場中的正離子向上運動,向上運動的正離子在進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場前,要受到定子外層聚焦柵網電極/定子內層聚焦柵網電極與定子中層聚焦柵網電板所形成的電場的聚焦,使正離子緊貼定子中層聚焦柵網電極向上運動,以防止正、負離子群在進入各自的已引出離子聚焦電場前放電中和,之後進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場,被聚焦後,又經圖26所示的離子運動方向轉換裝置改變運動方向(變成向下運動)後,又經正離子防逃離電場後送於金屬球殼,這四個金屬球殼位於動力電荷轉盤2內,(圖24中畫出了兩個箭頭以示意),也就是圖27的下圖中的定子電荷環裡的四個帶電金屬球殼(注圖27中,剎車罩以外的部分叫定子電荷環),圖24的下桶中的定子柵網極板與定子底極板上接負離子提取電場電極電源,定子柵網極板接DJ10,轉子底極板接DJ9,使位於此電場中的負離子向上運動,向上運動的負離子在進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場前,要受道定子外層聚焦柵網電極/定子內層聚焦柵網電極與定子中層聚焦柵網電極所形成的電場的聚焦,使負離子緊貼定子中層聚焦柵網電極向上運動,以防止正、負離子群在進入各自的已引出離子聚焦電場前放電中和,之後進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場,被聚焦後,又經負離子防逃離電場後送於金屬球殼,這四個金屬球殼位於動力電荷轉盤1內,(圖24中畫出了兩個箭頭以示意),也就是圖27的上圖中的定子電荷環裡的四個帶電金屬球殼,下桶的轉子柵網柵板與轉子底極板接正離子提取電場電極電源,轉子柵網極板接DJ5,轉子底極板接DJ6,使位於此電場中的正離子向上運動,向上運動的正離子在進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場前,要受到轉子外層聚焦柵網電極/轉子內層聚焦柵網電極與轉子中層聚焦柵網電板所形成的電場的聚焦,使正離子緊貼轉子中層聚焦柵網電極向上運動,以防止正、負離子群在進入各自的已引出離子聚焦電場前放電中和,之後進入圖26所示的已引出離子聚焦電極所形成的電場,被聚焦後,又經正離子防逃離電場後送於金屬球殼,這四個金屬球殼位於動力電荷轉盤2內,(圖24中畫出了兩個箭頭以示意),也就是圖27的下圖中的轉子電荷環裡的四個帶電金屬球殼。
位於離子位置交換電場外電極與離子位置交換電場內電極間的離子,在離子位置交換電場存在時,正、負離子的位置進行交換。
離子的引出過程與離子位置交換過程交替進行。
三、各電場電極電源(DJ1-DJ18)的控制與接法第一種電場電極電源電路(帶極性的)(參見圖23)K1、K2、K3、K4、K5由圖11中的8051控制。
(1)、正離子提取電場電極DJ5,DJ6(如圖9上圖)K1=K2=0時,DJ5與DJ6間無電壓,E1消失K1=K2=1時,DJ5與DJ6間有電壓,E1存在(2)、負離子提取電場電極DJ9,DJ10(如圖9下圖)K4=K5=0時,DJ9與DJ10間有電壓,E4存在K4=K5=1時,DJ9與DJ10間無電壓,E4消失(3)、正、負離子位置交換電場電極DJ7,DJ8(如圖29下圖)K3=0時,DJ7與DJ8間無電壓,E7消失K3=1時,DJ7與DJ8間有電壓,E7存在(4)、位於電解液中的正離子聚焦柵網電極DJ15,DJ16(如圖32上圖)K1=K2=0時,DJ15與DJ16間無電壓,E8消失K1=K2=1時,DJ15與DJ16間有電壓,E8存在(5)、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極DJ17,DJ18(如圖32下圖)K4=K5=0時,DJ17與DJ18間有電壓,E9存在K4=K5=1時,DJ17與DJ18間無電壓,E9消失總之①E7消失,E1、E4、E8、E9存在時K3=0 K1=K2=1 K4=K5=0由圖11可知P1.4 P1.3P1.2 P1.1P1.000 0 1 1 P1=03H②E7存在,E1、E4、E8、E9消失時K3=1 K1=K2=0 K4=K5=1由圖11可知 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1P1.01 11 0 0 P1=1CH①②是可行的,K1、K2、K4、K5被兩套電路使用了,為便於開關管的開關工作點的電阻參數的計算,用了九個單元的74LS07來驅動(見圖11)第二種電場電極電源電路(無極性的)(1)、正離子提取電場電極DJ5、DJ6,如圖35上圖K1=0時,DJ5、DJ6間無電壓,E1消失K1=1時,DJ5、DJ6間有電壓,E1存在
(2)、負離子提取電場電極DJ9、DJ10,如圖35下圖K2=0時,DJ9、DJ10間無電壓,E4消失K2=1時,DJ9、DJ10間有電壓,E4存在(3)、正、負離子位置交換電場電極DJ7、DJ8,如圖29下圖K3=0時,DJ7與DJ8間無電壓,E7消失K3=1時,DJ7與DJ8間有電壓,E7存在(4)、位於電解液中的正離子聚焦柵網電極DJ15、DJ16,如圖36上圖K4=0時,DJ15與DJ16間無電壓,E8消失K4=1時,DJ15與DJ16間有電壓,E8存在(5)、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極DJ17、DJ18,如圖36下圖K5=0時,DJ17與DJ18間無電壓,E9消失K5=1時,DJ17與DJ18間有電壓,E9存在總之①E7消失,E1、E4、E8、E9存在時K3=0 K1=1 K2=1 K4=1K5=1由圖11可知 P1.4 P1.3 P1.2P1.1P1.001 1 1 1 P1=#0FH②E7存在,E1、E4、E8、E9消失時K3=1 K1=0K2=0 K4=0 K5=0由圖11可知P1.4P1.3P1.2 P1.1P1.01 0 00 0 P1=#10H①②是可行的,故當採用第二種電路來提取電解液中的離子時,圖11中的程序流程框圖中的第二行是P1←#0FH,E7消失,E1、E4、E8、E9存在;第5行是P1←#10H,E7存在,E1、E4、E8、E9消失。
以下是不受圖11中的8051控制的第一、第二種電場電極電源產生電路已穿越離子引出柵網極板(DJ5)的正離子的聚焦電場電極DJ3、DJ4,電場E2的第一種產生電路如圖33上圖所示,接法如圖4所示;已穿越離子引出柵網極板(DJ10)的負離子聚焦電場電極DJ11、DJ12,電場E5的第一種產生電路如圖33下圖所示,接法如圖4所示。
已穿越離子引出柵網極板(DJ5)的正離子的聚焦電場電極DJ3、DJ4,電場E2的第二種產生電路如圖37上圖所示,接法如圖4所示;已穿越離子引出柵網極板(DJ10)的負離子的聚焦電場電極DJ11、DJ12,電場E5的第二種產生電路如圖37下圖所示,接法如圖4所示。
防逃離電場的第一種產生電路如圖34所示防逃離電場的第二種產生電路如圖10所示各電場電極電源的第一種產生電路在靜電斥力發動機的第二種形式(圖24)中的接法
離子的聚焦原則是負離子的運動方向與電場方向相反,正離子的運動方向與電場方向相同,定子柵網極板上,每兩個支撐塊間,裝有一個圖26所示的已引出離子聚焦電極,轉子柵網極板上,每兩個支撐塊間,裝有一個圖26所示的已引出離子聚焦電極,(注同一個柵網極板中,用有絕緣防腐層的金屬絲沿著支撐塊邊緣電接通被支撐塊分割成等面積區域的金屬絲,而不是通過支撐塊電接通被支撐塊分割成等面積區域的金屬絲)1、正離子提取電場電極DJ5、DJ6(圖9上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ5接定子柵網極板,DJ6接定子底極板(圖24上桶沒有標出定子柵網極板及底極板是為了不影響其它意思的表達,它們的位置對應於圖24的下桶,定子柵網極板在外,轉子柵網極板在內,定子底板板在外,轉子底極板在內,定子、轉子的柵網極板在桶的上部,定子、轉子的底極板在桶的底部),它引出動力電荷轉盤2裡的4個定子電荷。在圖24的下桶中,DJ5接轉子柵網極板,DJ6接轉子底極板,它引出動力電荷轉盤2裡的4個轉子電荷。
注在圖27中,定子電荷環裡的4個帶電金屬球殼所帶的電荷叫定子電荷或叫定子動力電荷,轉子電荷環裡的4個帶電金屬球殼所帶的電荷叫轉子電荷或叫轉子動力電荷。
2、負離子提取電場電極電源DJ9、DJ10(圖9下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ10接轉子柵網極板,DJ9接轉子底極板,它引出動力電荷轉盤1裡的四個轉子電荷。
在圖24的下桶中,DJ10接定子柵網極板,DJ9接定子底極板,它引出動力電荷轉盤1裡的四個定子電荷。
3、位於電解液中的正離子聚焦柵網電極電源DJ15、DJ16(圖32上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ15接至定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ16接至定子中層聚焦柵網電極。
在圖24的下桶中,DJ15接至轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ16接至轉子中層聚焦柵網電極。
4、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極電源DJ17,DJ18(圖32的下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ17接至轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ18接至轉子中層聚焦柵網電極。
在圖24的下桶中,DJ17接至定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ18接至定子中層聚焦柵網電極。
5、已出離子引出柵網電極的正離子的聚焦電場電極電源DJ3、DJ4(圖33上圖)的接法(注第二種形式的靜電斥力發動機的已出離子引出柵網電極的離子的聚焦電場電極不再用圖1所示形狀的聚焦電極,而是用圖26所示的已引出離子聚焦電極),在圖24上桶的定子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個圖26中的已引出離子聚焦電極,共四個,DJ3接至聚焦電極2,DJ4接至聚焦電極1,這四個已引出離子聚焦電極又都續接圖26中的離子運動方向轉換裝置,在圖24下桶的轉子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個圖26中的已引出離子聚焦電極,共四個,DJ3接至聚焦電極2,DJ4接至聚焦電極1。
6、已出離子引出柵網電極的負離子的聚焦電極電源DJ11、DJ12(圖33的下圖)的接法在圖24上桶的轉子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個圖26中的已引出離子聚焦電極,共四個,DJ11接至聚焦電極1,DJ12接至聚焦電極2,在圖24下桶的定子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個圖26中的已引出離子聚焦電極,共四個,DJ11接至聚焦電極1,DJ12接至聚焦電極2。
7、第一種防逃離電場的產生電路如圖34所示,正離子防逃離電場電極電源DJ1、DJ2的接法DJ2接至圖26中的防逃離電場電極2,DJ1接至圖26中的防逃離電場電極1;負離子防逃離電場電極電源DJ13、DJ14(圖34下圖)的接法DJ14接至圖26中的防逃離電場電極1,DJ13接至圖26中的防逃離電場電極2。
其中,圖24中上桶中的定子柵網引出的四路正離子,經四個圖26中的已引出離子聚焦電極聚焦後,每一路又經圖26中的離子運動方向轉換裝置改變原來向上的運動方向而向下運動,圖26中的離子運動方向轉換裝置的出口,正對防逃離電場電極2的入口。正離子經防逃離電場加速後,進入金屬球殼,在動力電荷轉盤2裡形成4個帶電的金屬球殼,此時圖26中的防逃離電場與金屬球殼示意圖將是倒置的,但防逃離電場電極1,2的接法不變,其它的引出離子都是向上運動的,已引出離子聚焦電極的出口,正對防逃離電場電極2的入口。
8、正負離子位置交換電場電極DJ7,DJ8(圖29下圖)的接法在圖24的上桶中,離子位置交換電場外電極接DJ7,離子位置交換電場內電極接DJ8;在圖24的下桶中,離子位置交換電場外電極接DJ8,離子位置交換電場內電極接DJ7各電場電極電源的第二種產生電路在靜電斥力發動機的第二種形式中的接法1、正離子提取電場電極DJ5、DJ6(圖35上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ6接定子底極板,DJ5接定子柵網極板;在圖24的下桶中,DJ6接轉子底極板,DJ5接轉子柵網極板。
2、負離子提取電場電極的DJ9、DJ10(圖35下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ9接轉子底極板,DJ10接轉子柵網極板;在圖24的下桶中,DJ9接定子底極板,DJ10接定子柵網極板。
3、位於電解液中的正離子的聚焦柵網電極DJ15、DJ16(圖36上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ15接定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極;DJ16接定子中層聚焦柵網電極;在圖24的下桶中,DJ15接轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ16接轉子中層聚焦柵網電極。
4、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極DJ17、DJ18(圖36下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ17接轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ18接轉子中層聚焦柵網電極;在圖24的下桶中,DJ17接定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ18接定子中層聚焦柵網電極。
5、已出離子引出柵網電極的正離子的聚焦電場電極電源DJ3、DJ4(圖37上圖)的接法在圖24上桶的定子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個已引出離子聚焦電極,共四個,DJ3接圖26中的聚焦電極2,DJ4接聚焦電極1。這四個已引出離子聚焦電極又都續接圖26中的離子運動方向轉換裝置,在圖24的下桶的轉子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個已引出離子聚焦電極,共四個,DJ3接圖26中的聚焦電極2,DJ4接聚焦電極1。
6、已出離子引出柵網電極的負離子的聚焦電場電源DJ11、DJ12(圖37下圖)的接法在圖24上桶的轉子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個已引出離子聚焦電極,共四個,DJ11接聚焦電極1,DJ12接聚焦電極2。在圖24下桶的定子柵網極板上,每兩個支撐塊間有一個已引出離子聚焦電極,共四個,DJ11接聚焦電極1,DJ12接聚焦電極2。
7、第二種防逃離電場電極電源的產生電路如圖10所示正離子防逃離電場DJ1、DJ2(圖10上圖)的接法DJ2接圖26中的防逃離電場電極2,DJ1接圖26中的防逃離電場電極1。
負離子逃離電場DJ13、DJ14(圖10下圖)的接法DJ14接圖26中的防逃離電場電極1,DJ13接圖26中的防逃離電場電極2。
其中,圖24中上桶中的定子柵網引出的四路正離子,經四個圖26中的已引出離子聚焦電極聚焦後,每一路又經圖26中的離子運動方向轉換裝置改變原來向上的運動方向而向下運動,圖26中的離子運動方向轉換裝置的出口,正對防逃離電場電極2的入口。正離子經防逃離電場加速後,進入金屬球殼,在動力電荷轉盤2裡形成4個帶電的金屬球殼,此時圖26中的防逃離電場與金屬球殼示意圖將是倒置的,但防逃離電場電極1,2的接法不變,其它的引出離子都是向上運動的,已引出離子聚焦電極的出口,正對防逃離電場電極2的入口。
8、正負離子位置交換電場電極DJ7,DJ8(圖29下圖)的接法在圖24的上桶中,離子位置交換電場外電極接DJ7,離子位置交換電場內電極接DJ8;在圖24的下桶中,離子位置交換電場外電極接DJ8,離子位置交換電場內電極接DJ7(注圖24中的上桶的各電場電極電源與下桶的各電場電極電源使用同一套電路,即如上所述,也可以分開使用,但電池的組數,電路板的數目都增加了。關於電場電極電源的第一種產生電路與第二種產生電路圖32圖36,圖33圖37,圖34圖10可互換使用。)6靜電斥力發動機的第一種形式並採用第一種離子引出裝置時的描述在圖2的上圖裡,正負屏蔽層道裡要放置一塊位置固定的金屬屏蔽板(它是圖4上圖裡的正負屏蔽層),以屏蔽左右兩邊的正負電荷間(圖5中的Q1與Q2,Q5與Q6)的放電,此金屬屏蔽板上加塗層(如雲母),這樣可以長時間的保持電荷的電量不變(即防漏電);圖2上圖裡的正負屏蔽板是為防止正電荷的電力線繞過金屬屏蔽板而設的,電場電源線夾板及接線孔是為了各電場極板的引線與電場電源線1-14的穩定牢固連接而設的。運動電荷形成裝置中的各電場極板的連接線DJ1-DJ14與電場電源導線1-14的連接就象電動公交車與電網的連接,也象電氣化鐵道線上的電力機車(火車頭)與電網的連接,DJi在對應的i上滑動(i=1-14),其連接原理圖見圖4左下部。固定離子引出裝置與聚焦電場之間用螺紋接口連接,這樣設計可使製造方便,拆卸方便。
電場電源線過孔是為了三個電荷形成裝置統一使用電場電源線1-14而設的,流線形支撐臺一方面起支撐作用,一方面為安裝DJ7,DJ8電場極板而設的,流線形起導水作用,使電解液少受阻力。
在圖2中,固定離子引出裝置是左右結構對稱的,為了圖形的美觀,相同部分只標註一邊。總之固定離子引出裝置從電功能結構上講它完成電場極板DJ5,DJ6,DJ9,DJ10,DJ7,DJ8的布局;並提供電解液通道,正、負離子通道。從機械功能結構上講完成電場電線源1-14的引入引出;並通過電場電源線夾板使電場極板DJ1-DJ14與對應的電場電源導線1-14穩定牢固相連;提供正負電荷的屏蔽層通道;提供與聚焦電場連接的螺紋接口。移動離子引出裝置參見圖3。
移動離子引出裝置也是左右結構對稱的,它比固定離子引出裝置多出4個車輪及車軸,4個阻力杆及其附著物,一個動力輸出連杆及其附著物,兩個金屬滾筒,其它結構與固定離子引出裝置相同,阻力杆附著物的作用是為了安裝固定阻力杆。
阻力杆的作用是提高運動電荷形成裝置的加速性能,以圖5說明之,在運動電荷形成裝置由B向A方向運動到A時,關閉閘門P1,P2(即關閉Q1對Q3,Q2對Q4的靜電排斥力),打開閘門P3、P4(即開啟Q5對Q3,Q6對Q4產生的靜電排斥力),運動電荷形成裝置會減速,由於慣性運動,運動小車的阻力杆會觸及A處的阻力牆上的彈簧筒,彈簧筒裡的彈簧受到壓縮存貯能量。同時彈簧也對運動電荷形成裝置有A→B方向的反作用力,加速運動電荷形成裝置停車,阻力牆上的彈簧筒裡也有一阻力杆(它比運動小車上的阻力杆略粗)。此阻力杆的伸出面剛好與阻力牆面平齊,故運動小車的阻力杆運動的極限位置也就到達阻力牆面,並定義此點為上止點,停車後,彈簧筒裡的彈簧要伸張,這樣將推動運動電荷形成裝置從上止點位置向B處運動,此時,運動電荷形成裝置將受到Q5對Q3、Q6對Q4的靜電排斥力和彈簧筒裡的彈簧的推力,運動電荷形成裝置將加速向B處運動。故此,阻力牆、阻力杆、彈簧筒的使用,可以極大的提高運動電荷形成裝置的加速性能。同樣的道理,當運動電荷形成裝置到達B點時,關閉P3、P4閘門(即關閉Q5對Q3、Q6對Q4的靜電排斥力),打開閘門P1、P2(即打開Q1對Q3,Q2對Q4的靜電排斥力),由於慣性運動,運動小車下面的兩根阻力杆會觸及B處阻力牆上的彈簧筒,彈簧筒裡的彈簧被壓縮,運動電荷形成裝置受到彈簧的反作用力,方向由B→A,這樣將加速運動電荷形成裝置停車。B處阻力牆上的彈簧筒裡的阻力杆伸出面也與阻力牆面平齊。大小比運動小車的阻力杆略粗,故此,運動小車下面的兩根阻力杆向B處運動的極限位置也就到達B處的阻力牆牆面位置,並定義此點為下止點。運動電荷形成裝置停在下止點後,將受到B處阻力牆上的彈簧筒裡的彈簧的伸張推力,也受到電荷Q1對Q3,Q2對Q4的靜電排斥力,這樣運動電荷形成裝置將加速向A處運動。總之,阻力牆裡的彈簧,即有加速運動電荷形成裝置停車,也有加速運動電荷形成裝置返回的作用。這對提高運動電荷形成裝置的加速性能是非常有效的措施。如果沒有阻力牆,沒有彈簧,沒有阻力杆,運動電荷形成裝置在有限的行程內加速到一定的速度或停車,性能將大打折扣。
在圖3的中圖裡,移動離子引出裝置中的正負屏蔽道裡也放置一塊金屬屏蔽板,此板上也加塗層,其作用同固定離子引出裝置所加的金屬屏蔽板(可參見圖4上圖裡的正負屏蔽層),但此屏蔽金屬板的重量由中屏蔽層懸掛,它是焊在中屏蔽層下面的(這樣做的目的是為了減輕運動電荷形成裝置的質量,提高加速性能)。下面的滾筒的作用是保持移動離子引出裝置與正負屏蔽層接觸而已(為實現靜電屏蔽而接觸)。圖3上圖的正負屏蔽板的作用也同固定離子引出裝置的正負屏蔽板,動力輸出連杆附著物只是起固定動力輸出連杆的作用,由動力輸出連杆將運動電荷形成裝置的動能輸出出去。
在圖5中,有兩個位置固定的固定電荷形成裝置,一個形成電荷Q5、Q6,另一個形成電荷Q1、Q2,有一個位置可以移動的運動電荷形成裝置,形成電荷Q3、Q4。從圖5上圖的圖4剖面處向Q5,Q6方向看,所看到的單組電荷靜電斥力發動機中的固定電荷形成裝置支撐墩以上部分的正視圖就是圖4上圖。(圖4上圖表達出了圖5上圖中略去了的中屏蔽層以上部分及下屏蔽層、正負屏蔽層),在圖4上圖中,中屏蔽層以下的部分是固定電荷形成裝置。在圖4上圖中,將中屏蔽層以下的固定電荷形成裝置中的固定離子引出裝置換成圖3所示的移動離子引出裝置,這樣所構成的電荷形成裝置就是運動電荷形成裝置。
中屏蔽層與上屏蔽層之間有閘門位置檢測及其控制系統,它主要完成閘門P1-P4的上限位置及下限位置的檢測和閘門P1-P4的開與關控制。(本說明書中,不具體講述圖4、圖6中的單組電荷靜電斥力發動機的閘門位置檢測及其控制系統,而詳細講述原理與之一樣的由三個相同參數的單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機的閘門位置檢測及其控制系統,它在中屏蔽層與上屏蔽層之間,其俯視圖見圖14),閘門P3、P4所要打開或關閉的空間分別是正負屏蔽層左右兩邊的中屏蔽層與下屏蔽層之間的空間。
圖4上圖的離子門的作用,主要是考慮到在維修時,先關上離子門,以免離子射出傷人,平時總是開著的。在離子門之下的下屏蔽層處最好做成可拆卸的,以便維修。
7電解液通道電解液運動的通道見圖5的下圖,由電解液驅動泵(電機軸上裝上一個槳狀葉片組)驅動電解液在電解液導管與電解液箱之間流動,其中,可移動電解液導管是類似活塞一樣的東西,它與運動小車是連在一起的,它的左右行程為x(x為長度),它能保證運動電荷形成裝置在運動過程中移動離子引出裝置中的電解液通道裡始終有電解液,又能保證電解液不會漏出及濺出。
在整個電解液通道中有一抽氣孔及閥,有一電解液箱蓋及閥。在進行第一次離子提取前,先抽盡空氣,以保證引出的離子不對空氣發生電離和與空氣中的離子中和,閥的作用是防止空氣進入,抽氣時,先啟動抽氣泵抽氣,後打開抽氣閥,抽空後,關閉抽氣閥。更換電解液時,打開電解液箱蓋及閥,換好電解液後關好閥,擰緊蓋,然後抽氣,可以通過離子引出裝置中的離子通道把金屬球殼裡的氣也抽掉。(抽氣泵不做在本系統中)8單組電荷靜電斥力發動機的結構單組電荷靜電斥力發動機是指只有一組電荷Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6產生靜電斥力的發動機。相對而言,就有多組電荷靜電斥力發動機,單組電荷靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層後各組件分布俯視示意圖見圖5的上圖,由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層後各組件分布俯視示意圖見圖7。
單組電荷靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層後各組件包括(見圖5上圖)(1)一個固定電荷形成裝置產生電荷Q5,Q6;它是由圖2所示的固定離子引出裝置加上聚焦電場,防逃離電場,容納電荷(離子)的金屬球殼組成(要連好相關連線及支撐物)。固定電荷形成裝置的結構見圖4的上圖的中屏蔽層以下部分。(2)另一個固定電荷形成裝置產生電荷Q1,Q2;(3)一個運動電荷形成裝置產生電荷Q3,Q4;(4)一個電解液導管及可移動電解液導管;(5)兩根運動電荷形成裝置導軌;(6)兩個阻力牆及裝在阻力牆上的四個彈簧筒,彈簧筒裡有彈簧及阻力杆;(7)兩個支撐閘門P1-P4的閘門墩;(8)兩個支撐固定電荷形成裝置的支撐墩;(9)屏蔽箱(為了便於其它物件表達,中屏蔽層以上部分及下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層在圖5上圖未畫出);(10)閘門P1-P4;(11)運動電荷形成裝置位置檢測雷射頭及光敏三極體,A、B兩點裝有雷射頭,A、B兩點的正對面裝有光敏三極體。
圖5上圖中的x為運動電荷形成裝置處於中間位置時向前或向後運動的最大行程,只使用單組電荷的靜電斥力發動機,則正負屏蔽層缺口的補缺屏蔽層是不需要的,但在由單組電荷靜電斥力發動機級聯成多組電荷靜電斥力發動機時,它是必須的。因為閘門將跨越正負屏蔽層,閘門在打開中屏蔽層與下屏蔽層之間的空間(例如打開圖7中的閘門P4)時,正負屏蔽層之間有一缺口,可能導致Q3,Q6間;Q5,Q4間;Q3,Q4間;Q5,Q6間發生放電,因而要設置補缺屏蔽層,補缺屏蔽層可將它們之間的電力線通道全部封斷,以達到電荷間互不影響的目的。正負屏蔽層缺口的補缺屏蔽層隨閘門的運動而運動,當閘門關閉時,補缺屏蔽層處在下屏蔽層之下的閘門墩裡,當閘門打開時,補缺屏蔽層隨閘門向上運動,補上閘門在正負屏蔽層上留下的缺口(補缺屏蔽層見圖6下圖)。從圖5上圖的圖6剖面向左看,單組電荷靜電斥力發動機的一半(從正負屏蔽層處分開,正負屏蔽層左右兩邊的結構是對稱的)的左視示意圖就是圖6的上圖,(圖6的上圖表達出了圖5上圖略去的部分及下屏蔽層以下的單組電荷靜電斥力發動機的結構,圖6中的固定電荷形成裝置,運動電荷形成裝置為示意圖,固定電荷形成裝置的真實結構為圖4上圖的中屏蔽層以下部分,運動電荷形成裝置的真實結構就是將固定電荷形成裝置中的固定離子引出裝置換成圖3所示的移動離子引出裝置)。圖6的中圖是阻力牆的一個牆面正視示意圖。在圖6的上圖中,Q4下面的運動屏蔽層,它隨運動電荷形成裝置左右運動,它下面的下屏蔽層均左右方向開有長度為X的槽,以便運動電荷形成裝置能左右運動,運動屏蔽層覆蓋這兩個槽口,A、B兩點及其正對面裝有用於運動電荷形成裝置位置檢測的雷射頭及光敏三極體。
9由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層後各組件分布俯視示意圖如圖7所示9.1單組電荷靜電斥力發動機的工作原理(見圖5上圖)單組電荷靜電斥力發動機是可以很好的工作的,在不用調速的場合下運動電荷形成裝置每當從B向A運動,到達A處時,就關閉P1,P2,開啟P3,P4;每當運動電荷形成裝置從A處向B處運動,到達B處時,就關閉P3,P4,開啟P1,P2。在剎車時,P1,P2,P3,P4同時打開(此不用調速的場合下P1,P2可合為一個閘門,如稱FP1;P3,P4可合為一個閘門,如稱FP2,FP1,FP2須加正負屏蔽層的補缺屏蔽層,當PA=0時,打開FP2,關閉FP1;當PB=0時,打開FP1,關閉FP2,這種工作方式主要用於拖動發電機發電)。在需要調速的場合下例如用P1,P3閘門的開與關使運動電荷形成裝置往返運動,閘門P2,P4用於調速,調速的原理是運動電荷形成裝置每當從B向A運動,到達A處時,就關閉P1,開啟P3,每當運動電荷形成裝置從A處向B處運動,到達B處時,就關閉P3,開啟P1。調速就是使運動電荷形成裝置所受到的靜電排斥力的平均值發生變化,例如P3開啟5次時,才開啟P4一次,P1開啟5次時,才開啟P2一次,這是一種速度。如果P3開啟10次時,才開啟P4一次,P1開啟10次時,才開啟P2一次,這兩種情況下,運動電荷形成裝置在運行途中所受的力的平均值是不同的,當然速度就不一樣。在製造及安裝時,要保證Q1,Q3,Q5在同一直線上且等高度,Q2,Q4,Q6也同在一條直線上且等高度,Q1-Q6的高度是一樣的。
9.2相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機的級聯圖7是由I、II、III相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機中屏蔽層以下並略去下屏蔽層、運動屏蔽層、正負屏蔽層的俯視示意圖。三個單組電荷靜電斥力發動機的級聯只要把所有單組電荷靜電斥力發動機(這裡所說的單組電荷是指Q1-Q6為一組,Q7-Q12為一組,Q13-Q18為一組)的動力輸出連杆在屏蔽箱之外連接起來,由一個總的動力輸出連杆輸出動力;把所有單組電荷靜電斥力發動機的電解液導管在屏蔽箱之外連接起來形成一個總的電解液導管,總電解液導管與電解液箱相連,各分電解液導管截面積要相等,以使各分電解液導管中的電解液流量相等。所有的固定電荷形成裝置和運動電荷形成裝置的電場極板DJ1-DJ14都從電場電源線1-14上獲取電源。
用六個閘門P1-P6來控制運動電荷形成裝置的運動(參見圖7及圖14),每個閘門都跨越了單組電荷靜電斥力發動機的正負屏蔽層,故每個閘門都要在正負屏蔽層處加補缺屏蔽層。P1,P3同步動作,P4,P6同步動作,P2,P5用於調速,調速的原理同單組電荷靜電斥力發動機,由於P4,P6同步動作;P1,P3同步動作,提放閘門P4,P6的託架要穿越組與組之間的屏蔽層,故也像補缺屏蔽層一樣,在組與組之間的公共屏蔽層上加金屬板,此金屬板隨閘門託架橫梁上下運動,保證組與組之間的靜電屏蔽,組與組之間的屏蔽層見圖14。由於3個運動電荷形成裝置是同步運行的,故只需裝一套雷射頭及光敏三極體來檢測運動電荷形成裝置的位置即可,如裝在第I組裡的A、B兩點。
由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發電機,用於拖動發電機發電時,可將圖7中的閘門合為兩個,即P1、P2、P3合為一個閘門,如稱FP1閘門,FP1在每個正負屏蔽層處加補缺屏蔽層,P4、P5、P6合為一個閘門,如稱FP2閘門,FP2在每個正負屏蔽層處加補缺屏蔽層,PA=0時,打開FP2,關閉FP1;PB=0時,打開FP1,關閉FP2,這樣循環下去,閘門FP1由一臺電機控制,閘門FP2由另一臺電機控制,電機拖動閘門的控制方法參見後述,這樣的結構簡單,控制也簡單,在發電機的轉子上裝一齒輪,靜電斥力發動機的動力輸出連杆上裝一齒條,此齒條拖動發電機轉子上的齒輪旋轉(如需要,可經齒輪變速),發電機電樞輸出的電壓經全橋整流,π型LC濾波後(如需要,可經升壓電路升壓),供給電機調速系統及各備用電池充電系統,由被調速的驅動電機直接驅動車船行駛。(參見圖24的頂部及圖30)如果組數多於3組,P2,P5還是用於調速,P4與P6同步運動;P1與P3同步運動,P4所控的單組電荷靜電斥力發動機的組數應與P6所控的單組電荷靜電斥力發動機的組數相等。當然,P1,P3所控的組數相等。且P1與P4所控的組數是相等的。用這樣的方法,把單組電荷靜電斥力發動機的動力級聯起來,可成倍增加總動力輸出連杆所輸出的動力。
由多臺相同參數的單組電荷靜電斥力發動機的級聯方法以此類推。
10電場極板DJ1-DJ14上的電源產生電路(注電場極板簡稱極板或電極)。前已述及,三套電荷形成裝置的各電場極板都是從電場電源線1-14上獲取電源的,且電場電源線1-14與對應的DJi相連,如圖4上圖所示,為了直觀的表達各電場極板上的電位情況,圖4、圖9、圖10、圖29、圖33、圖34、圖35、圖37中直接將電場極板DJ1-DJ14上的電源產生電路的輸出標到電場極板DJ1-DJ14上,而不再標註電場電源線1-14。
(圖32,圖36用於靜電斥力發動機的第二種形式及靜電斥力發動機的第一種形式的第二種離子引出裝置)10.1正離子提取電場E1的電場極板DJ5、DJ6上的電源的第一種產生電路如圖9上圖所示。
形成電場E1的極板是DJ5,DJ6。它的電源由1#SG1524所組成的開關電路提供。設計此類開關電路的要點是使SG1524的第1腳電位與SG1524的第2腳的電位相等,另外,SG1524的第10腳如果為高電平,則SG1524封鎖11,14腳的輸出脈衝,變壓器不工作,變壓器副邊繞組無輸出電壓,SG1524的第10腳如果為低電平,則SG1524的11,14腳有輸出脈衝,變壓器工作,變壓器副邊繞組有輸出電壓,SG1524的16腳輸出+5V基準電壓,1腳電位由次邊反饋繞組取樣電路提供,次邊反饋繞組的電壓反應了變壓器次邊繞組的電壓;2腳的電位由16腳經電阻分壓而得,4,5腳作為變壓器主邊的電流檢測輸入,11,14輸出驅動脈衝,驅動變壓器工作。
次邊DJ6的電位當K1=1時,選擇適當的電阻,使光耦飽和導通,則三極體的基極被鉗位,三極體截止(為防止誤導通,增加了二極體D 1),DJ6對公共點有電壓(公共點是指圖9上圖變壓器次邊的兩個濾波電容的陰極間的連線上的任何一點);當K1=0時,光耦截止,三極體的基極有電流流過,選擇適當的電阻,使三極體工作在飽和導通狀態,忽略三極體的管壓降,DJ6對公共點的電壓為0,DJ5的情況類似於DJ6,圖13中的滯回比較器的輸出信號K6是充滿電的標誌信號,K6為高電平,表示充滿電了,K7為未充滿電信號,它輸給圖9底部的74LS07,未充滿電時,K7=1,在圖9底圖中,選擇適當電阻,使光耦飽和導通,則1#SG1524的第10腳為低電平,11,14腳可輸出脈衝,驅動變壓器工作,變壓器次邊繞組有電壓,此時,能充電;充滿電時,K7=0,則光耦截止,B3+經一電阻接到1#SG1524的第10腳,此時,11,14腳的輸出脈衝被封鎖,變壓器不工作,變壓器次邊繞組沒有電壓,此時,不能充電,(充電用電場力提取離子到金屬球殼的過程謂之充電,充滿電是指實測電量大於等於人為設定電量)。
正負離子位置交換電場E7由電場極板DJ7,DJ8加電形成,由圖29的下圖產生,K3=1時,選擇適當的電阻,使光耦飽和導通,三極體基極被鉗位,三極體不導通,DJ7,DJ8間有電壓;K3=0時,光耦截止,選擇適當的電阻,使三極體飽和導通,忽略管壓降,DJ7,DJ8間無電壓。由於電場極板DJ7,DJ8上塗有絕緣防腐蝕塗層,故Ca2+離子,SO42-離子不會與電場極板DJ7,DJ8發生電荷中和。
10.2負離子提取電場E4的電場極板DJ9,DJ10上的電源的第一種產生電路如圖9的下圖所示。設計此開關電路的關鍵還是使2#SG1524的第1,第2腳的電位相等,變壓器原邊的工作原理同圖9上圖,變壓器次邊的情況當K4=K5=0時,變壓器次邊的兩個光耦均截止,選擇適當的電阻,使兩隻三極體飽和導通,DJ9,DJ10間有電壓;當K4=K5=1時,選擇適當的電阻,使兩隻光耦飽和導通,則兩隻三極體的基極被鉗位,兩隻三極體不導通,DJ9,DJ10間無電壓。2#SG1524的第10腳的電位,由圖9的底圖控制,其原理同1#SG1524的第10腳,由圖11的單片機控制(K1,K2),K3,(K4,K5)的電位,其程序流程框圖見圖11,可實現正負離子的提取電場E1、E4與正負離子位置交換電場E7交替存在,當E1存在時,DJ5、DJ6上的電位都是正極性的,DJ6的電位比DJ5的電位高;當E4存在時,DJ9、DJ10上的電位都是負極性的,DJ9的電位比DJ10的電位更負。
圖32上圖與圖9上圖,圖32下圖與圖9下圖原理相同,圖35,圖36與圖29下圖原理相同,圖10,圖33,圖34,圖37原理相同,電路的原理一目了然,就不再講了,10.3已出離子引出柵網極板的正離子,負離子聚焦電場的電場極板上的電源的第一種產生電路如圖33所示。
正離子聚焦電場由電場極板DJ3,DJ4加電形成,負離子聚焦電場由電場極板DJ11,DJ12加電形成,DJ3、DJ4上的電位都是正極性的,且DJ3的電位比DJ4的高;DJ11、DJ12上的電位都是負極性的,且DJ12的電位比DJ11的電位更負。
10.4正離子防逃離電場的電場極板DJ1、DJ2;負離子的防逃離電場的電場極板DJ13、DJ14上的電源的第一種產生電路如圖34所示。
正離子防逃離電場由電場極板DJ1,DJ2加電產生,DJ1是接金屬球殼的,(DJ1,DJ2之間的電壓不需要很高,DJ1、DJ2之間所形成的電場E3既要能加速正電荷進入金屬球殼,又不能使正電荷高速轟擊金屬球殼放出電子,見圖4),DJ1,DJ2的電位都是正極性的,DJ2比DJ1的電位高,負離子防逃離電場由電場極板DJ13,DJ14加電形成,DJ14接金屬球殼,(DJ14,DJ13之間的電壓不需要很高,DJ14、DJ13之間所形成的電場E6既要能加速負電荷進入金屬球殼,又不能使負電荷高速轟擊金屬球殼放出電子,見圖4),DJ13,DJ14都是負極性的,DJ13比DJ14的電位更負,電場極板DJ1,DJ2,DJ13,DJ14表面均加絕緣防腐塗層,它門是圓柱形皮爾斯槍結構。
10.5電場E1,E4,E7的控制由圖11中的單片機控制E1,E4,E7的電場寬度(即作用時間)及E1,E4,E7的時序,前面已述及E1,E4同時存在,同時消失。E1,E4存在時,E7消失;E7存在時,E1,E4消失,但E1,E4存在的時間寬度與E7存在的時間寬度可以相等,也可以不等。在圖11中,使用8051的兩個定時器T0,T1;T0用來定時E1,E4(即正、負離子提取電場)的作用時間寬度,T1用來定時E7(即正負離子位置交換電場)的作用時間寬度,在定時器的使用中,用到GATE信號,當GATE信號為高電平時,INT0,INT1引腳輸入高電平,定時器T0,T1才能由TR0,TR1來開啟它們的定時,而K7(與K6的電平相反)信號是金屬球殼是否充滿電的標誌信號,未充滿電時,K7輸出為高電平,充滿電時,K7輸出為低電平,也就是說,未充滿電時,定時器才能開啟,充滿電了,定時器就不開啟了,此單片機的程序流程框圖見圖11。(注當使用第一種離子引出裝置時,沒有E8,E9,圖11的程序框圖適用於靜電斥力發動機的第一種形式的第二種離子引出裝置或靜電斥力發動機的第二種形式,並採用第一種電場電源產生電路時)。
11靜電斥力發動機具備的功能11.1電量顯示
圖12所示電路完成以下功能前3個數碼管顯示人為設定的一個金屬球殼所具有的電量,後3個數碼管顯示該金屬球殼所具有的實測電量(所有金屬球殼裡的電量是相等的)。人為設定的電量用DIP開關經2#74244輸給8051,並存貯在8051的RAM中,以便顯示,人為設定的電量的數值範圍是00FF,並經1#74245接口送出人為設定的電量給圖13中的DAC0832,從2#74245取入實測電量以便在數碼管上顯示,8051用定時中斷方式完成電量的數碼管顯示及設定電量的取入送出,實測電量的取入工作。
在圖12中,1#74244的埠地址為7FFF,2#74244的埠地址為BFFF,1#74245的埠地址為DFFF,2#74245的地址為EFFF。8051的P1.0-P1.5輸出經7406反相驅動後選通相應的共陰極數碼管進行顯示,7432為異或門,完成相應晶片的選通。初始化8051內部RAM的00單元為R0,01單元為R1,R0用來選定數碼管,R1用來依次選定顯示字形碼存儲單元(38-3D單元),設8051內部RAM的30單元存放人為設定電量的十六進位數,31單元存放實測電量的十六進位數。8051的內部定時器T0定時1ms,這是每一個數碼管的靜態顯示時間,T0中斷服務程序完成六位數碼管的從左到右的輪迴顯示,六位數碼管顯示人為設定電量及實測電量的十進位數值,如圖20所示,R0的初值為01,R1的初值為38,R0中的值送P1,選通最左的數碼管,R1中的數值送7FFF接口,使字符在數碼管上顯示,然後將R0中的數值左移一位,R1加1,指向39單元,為下一次顯示做準備,如果顯示完6位(如檢測到R1的值為3E),則R0、R1中的數值恢復初始值。T1定時器定時1s,T1中斷服務程序完成定時取入人為設定電量數值,實測電量數值,送出設定電量數值,進位轉換,顯示字形碼轉換。
十六進位數轉化為十進位數用DIV A B指令,如MOV A,30MOV B,#64DIV A BMOV 32,AMOV A,BMOV B,#0ADIV A BMOV 33,AMOV 34,B這樣,人為設定的電量的十進位數百、十、個位分別存放在32,33,34單元中,顯示字符0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的顯示字形碼分別是3F、06、5B、4F、66、6D、7D、07、7F、6F。通過查表可得百、十、個位的顯示字形碼。圖12中的8051的程序流程框圖見圖20。(注7406為集電極開路六反向驅動器,7407為集電極開路六同向驅動器)。
11.2電量的測量及充電控制在圖13中,用法拉第金屬筒來測量一個金屬球殼所帶的電量(如Q1的電量),法拉第筒的內筒與外筒經電容器分壓後(分壓可能要經多級分壓,圖13電路中只畫出兩級)取出電壓差,經差分放大器放大後給採樣保持器AD582,AD582採樣此電壓信號要在閘門P1關閉後進行(因為閘門P1打開後,Q3,Q5也會影響法拉第金屬筒的感應電壓),閘門P1打開後,AD582保持上次採樣的結果,採樣保持器AD582的工作特性是12腳為低電平時進行採樣,12腳為高電平時保持上次採樣的結果。由PC1控制AD582的採樣時刻,從零電量開始充電(提取離子到金屬球殼裡的過程謂之充電)到充滿電期間,閘門是關閉的,只有在充滿電後才打開閘門。(充滿電的意思是指實測電量等於設定電量),在未充滿電期間,閘門P1一直關閉,(未充滿電期間,閘門P1的控制見圖21中的主程序框圖中的K6≠1),PC1一直為低,所採樣到的電壓是法拉第筒實時感應電壓,當充滿電後,隨著發動機的運行,閘門P1在不停的開和關,當閘門P1關閉後,PC1為低,法拉第金屬筒的感應電壓值經AD582傳給ADC0801,當閘門P1打開後,PC1為高,AD582的輸出電壓是上次閘門P1關閉時AD582所保存的電壓,避開了由於Q3,Q5對法拉第筒的感應電壓的影響,AD582所採樣到的電壓送給ADC0801A/D轉換器,將它轉換成數位訊號由8051取走,8051經74245接口送出實測電量給圖12中的2#74245。圖12中的設定電量送到圖13中的DAC0832進行D/A轉換,轉換的結果送到滯回比較器的反相輸入端。將AD582的採樣結果與設定電量的D/A轉換結果在滯回比較器中比較,滯回比較器的輸出特性如圖13中的下部。a→b→c表示從開始充電到充滿電後滯回比較器的輸出特性,d→e→f表示金屬球殼裡的電量從設定電量逐漸衰減時滯回比較器的輸出特性。UTH1表示AD582輸出的實測電壓值達到或超過此值時就不充電了。隨著金屬球殼裡的電量的衰減,當AD582輸出的實測電壓值達到UTH2或低於UTH2時就要自動充電了。這裡的充電,是指用E1、E4、E7電場提取離子送到金屬球殼裡,(UTH1的值就是將一個電量等於設定電量的電荷放在法拉第筒裡,經圖13所示測量電路,AD582的輸出電壓值,UTH2的值,如金屬球殼的電量降到設定電量的90%時,以這樣電量的一個電荷,放在法拉第筒裡,經圖13所示測量電路,AD582的輸出電壓值),滯回比較器的輸出經雙向穩壓管限幅,即它要麼輸出正Uz,要麼輸出負Uz,為了實現輸出電平轉換成TTL電平,使用了兩個三極體,三極體的集電極電阻接+5V,選擇適當的電阻,使這兩個三極體工作在開關狀態。
當充滿電後,滯回比較器輸出高電平,則K7為低,K6為高,此K7送到圖9底圖中的74LS07輸入端,由於光耦截止,則1#SG1524、2#SG1524的第10腳為高,使1#SG1524、2#SG1524的輸出脈衝被封鎖,開關電源處於休息狀態,E1、E4就消失,不再提取離子到金屬球殼中,K6還送到圖16中的8051的P1.7口線。K7(它與K6的電平相反)送給圖11中的8051的INT0,INT1;K7同時送到圖18所示的電解液驅動電機速度閉環控制系統中的MC33035的第7腳;當充滿電後,K7為低電平,則MC33035的第7腳為低電平,這樣,電解液驅動泵就停轉,當需要充電時(隨著金屬球殼裡的電量的衰減,當AD582輸出的實測電壓值達到UTH2或低於UTH2時,滯回比較器輸出負電平,三極體不能導通,K7為高,K6為低電平,圖9底圖的光耦飽和導通,則1#SG1524、2#SG1524的輸出脈衝不能被封鎖,E1、E4則存在,這樣就能充電了)。K7為高電平,MC33035的第7腳也為高電平,電解液驅動泵便能自動啟動,這樣可節省給電解液驅動泵供電的電池能量。圖13中的8051的工作是啟動A/D轉換,將轉換結果經圖13中的74245送出。
金屬球殼Q1的帶電量的另一種測量方法是從中國靜電信息網(WWW.ESD-china.com)上買來的振動(或者叫諧振)電容電量測量電路,取代圖13中的法拉第筒及差分放大器。12由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機的閘門不可P1-P6的控制圖14是撇開由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機系統的屏蔽箱上層,只看中屏蔽層中的閘門(即圖7中閘門P1-P6)位置檢測及其控制系統的俯視圖。由於閘門提放系統的閘門託架橫梁穿越組與組之間的屏蔽層,為阻斷組與組之間的電荷的電力線,在組與組之間加補缺屏蔽層,組與組之間的補缺屏蔽層隨閘門託架橫梁一起上下運動。P4、P6同步動作,由電動機M2控制;P1、P3同步動作,由電動機M3控制;調速閘門P5由電動機M1控制;調速閘門P2由電動機M4控制。閘門提放系統包括閘門託架(它的上下運動直接牽引閘門上下運動);齒條導架(它焊在中屏蔽層上面,使齒條在齒條導架裡只能上下運動);齒條(閘門託架的橫梁橫穿在齒條上,齒條的上下運動使閘門託架橫梁上下運動);齒輪、電機軸、電機(電機拖動電機軸上的齒輪運轉,齒輪與齒條通過咬合使齒條上下運動)。
閘門提放系統各部件的圖形見圖15的上圖部分,它們是閘門託架正視圖及左視圖(它的俯視圖已在圖14中有表達);齒條導架俯視圖,齒條導架左視圖;齒條左視圖;裝在電機轉軸上的齒輪。齒輪的轉動,帶動齒條上下移動。齒條左視圖中的齒條導塊,齒條導槽是分別插入到齒條導架俯視圖中的齒條導槽及齒條導塊裡的,齒條導架焊在中屏蔽層上,齒條在齒條導架裡上下移動,閘門託架正視圖中的閘門託架橫梁穿在齒條左視圖中的閘門託架橫梁過孔裡,齒條的上下移動,帶動閘門託架上下運動,閘門託架上下運動,帶動閘門上下運動,齒條的運動是由裝在電機軸上的齒輪旋轉運動(通過與齒條的咬合)使齒條上下運動的。
圖15的左下部是閘門上限、下限位置檢測用光電耦合器裝配示意圖。
圖15的右下部是一個裝好的閘門控制系統的左視圖。
在正常情況下,電機拖動的齒輪與齒條上的齒之間應是很平穩咬合的,不會出現電機齒輪的慣性運動將齒條拖飛出去,一方面有齒條導架的閘門託架橫梁導槽封住閘門託架橫梁的越位上行,(當然在實際的實物中,可加點機械限位),另一種保護措施是利用機械限位開關取出限位信號送到集成塊HCTL-1100的STOP,LIMIT引腳,控制電機立即停車。但這種保護動作在正常工作情況下是不發生的。(即閘門越過上限位、下限位的情況在正常情況下不會發生,因為HCTL-1100的位置參數是一個24位二進位數,電機的實際位置與指定的終點位置一直在進行24位二進位數的比較,比較所得的誤差作為控制電機運動的指令,使電機停在指定的位置上,並被鎖定)。所以,圖16、圖17中的HCTL-1100的STOP,LIMIT引腳的停車、限位功能均未使用。
13三組電荷靜電斥力發動機系統中的閘門P1-P6的拖動電機M1-M4的控制13.1HCTL-1100的描述在每臺電機上,均裝有增量式光電編碼器,光電編碼器有3個輸出信號兩個電角度相差90°的正交信號及一個每轉動一周只發出一個脈衝的標誌信號。它們分別送給HCTL-1100的CHA、CHB、INDEX。HCTL-1100是通用型運動控制集成電路,主要用來控制直流電動機,實現位置和速度控制。(參考資料見《電機控制專用集成電路》,譚建成編,第497頁)。它的引腳如下
PULSE及SIGN分別是控制電機轉速的脈寬調製信號及旋轉方向信號。HCTL-1100有四種工作方式。其中一種是梯形速度圖(點位)控制模式,梯形速度圖控制是使系統運動速度符合規定的梯形或三角形速度圖而完成點位控制。用戶需要設定所期望的最終位置、加速度和最高速度。控制器自動計算出所需的速度圖來滿足給定數據要求。如果運動到規定距離一半以前,系統已經升速至最高速度,此速度圖就是梯形的;否則將是三角形的。所以,只需給HCTL-1100的寄存器寫入期望的加速度,最高速度,最終位置就能使電機按要求運轉。系統最終會被鎖定在最終位置上,直到有新的最終位置。所謂最終(或叫終點)位置當閘門從下限位置向上運動時,上限位置被定義為終點位置,下限位置則為起點位置;當閘門從上限位置向下運動時,下限位置就是終點位置,上限位置就是起點位置。閘門的終點位置只有兩種,即不在上限位置就在下限位置。位置信號是一個24位的二進位數。
HCTL-1100梯形速度圖模式的程序流程框圖見說明書附圖19。在本說明書中,1#、2#、3#、4#HCTL-1100的初始化過程為上電自動復位→(#01H→R05H)→(#03H→R05H)→(寫入期望的加速度,最大速度,終點位置為閘門下限位置的位置參數到HCTL-1100的相應寄存器中)→(置F0=1、F3=F5=0)。1#、2#、3#、4#HCTL-1100初始化後,閘門P1-P6的初態是關閉的。
13.2圖16的圖面說明在圖16中,由運放與晶振組成的電路給HCTL-1100提供時鐘信號EXTCLK,由RC電路提供單片機的復位信號RST及HCTL-1100的復位信號RESET。PC1、PH1;PC4、PH4分別是閘門P1、P4的下限位置,上限位置檢測光電耦合器的輸出信號,圖16中的PC1信號也輸給圖13中的AD582的12腳,它們的裝配位置參見圖15的左下部(PHi代表用於閘門上限位置檢測的光電耦合器,PCi代表用於閘門下限位置檢測的光電耦合器)。這裡是這樣來安裝圖15左下部的光電耦合器的位置的。用於上限位置檢測的光電耦合器PHi閘門到上限位置(終點位置)時,閘門的上緣才擋住光電耦合器PHi發出的光線,其它位置閘門上緣擋不住光電耦合器PHi發出的光線;用於下限位置檢測的光電耦合器PCi閘門到達下限位置(或叫終點位置)時,閘門的上緣才擋不住光電耦合器PCi發出的光線,其它位置閘門總擋住光電耦合器PCi發出的光線。
PA、PB分別是運動電荷形成裝置在位置A點,位置B點時的檢測信號,以PA信號為例說明PA信號的變化(參見圖7)。
例如運動電荷形成裝置以B→A的方向運動,到達A處後,便擋住A處雷射頭髮出的光線,整個運動電荷形成裝置身子可能通過A點,也可能不通過A點。然後運動小車上的阻力杆觸及A處阻力牆上的彈簧筒,極限位置直到運動小車的阻力杆觸及彈簧筒裡的阻力杆而停車,(此位置定義為上止點),然後從此位置返回,直到A點,運動電荷形成裝置的身子可能反方向通過A點,或者不通過A點,再向B點運動。這一過程中,PA信號可能要變化幾次,但它不影響閘門的控制,因為只要PA為低電平,就說明運動電荷形成裝置在A點,只要運動電荷形成裝置在A點,則B點處的閘門(P1,P3)就得關閉,A點處的閘門(P4,P6)就得打開。無論運動電荷形成裝置是從B點到達A點,還是從上止點到達A點的。PB的信號也是如此,即只要PB為低電平,就說明運動電荷形成裝置在B點位置,則A點處的閘門(P4,P6)就得關閉,B點處的閘門(P1,P3)就得打開,無論運動電荷形成裝置是從A點到達B點,還是從下止點到達B點。
在圖16中,通過2#HCTL-1100控制電機M3的運轉,M3拖動閘門(P1,P3)的開關運動;通過1#HCTL-1100控制電機M2的運轉,M2拖動閘門(P4,P6)的開關運動,HCTL-1100是通過輸出PULSE信號及SIGN信號給半橋功率集成電路UDN2950Z來驅動電機運動的,本說明書中的四片HCTL-1100都未使用限位停車功能,STOP,LIMIT引腳都接+5V,手剎信號SK由圖17中的手剎開關產生,SK為低電平時,表示處於剎車狀態,要求運動電荷形成裝置的位置被鎖定,SK為高電平時,表示剎車狀態解除,運動電荷形成裝置可在上下止點間往返運動。當SK有負跳變時,由圖17中的8051響應它的外部中斷INT0,在此中斷服務程序中,由圖17中的8051的P1.0給四片HCTL-1100發同步信號SYNC,圖16、圖17中的8051都響應SK的中斷,無論閘門P1-P6原來是開著的,關著的,還是正在運動過程中,它們的INT0中斷服務程序完成閘門(P1,P3),(P4,P6),P2,P5的打開,使運動電荷形成裝置受到反方向的靜電排斥力,運動電荷形成裝置將很快達到力的平衡位置而被鎖定。在圖16中,PA,PB相與後共用一個中斷源INT1,由P1.1,P1.2檢測到底是PA中斷還是PB中斷,閘門位置檢測信號PC1、PH1、PC4、PH4分別輸給圖16中的8051的P1.3-P1.6,圖13中的金屬球殼充滿電的標誌信號K6輸給圖16中的8051的P1.7,發動機啟動時,要檢測金屬球殼的電量,如果未充滿電,則關閉所有閘門進行充電,直到充滿電後,才能啟動發電機。圖17中的手剎位置信號SK輸給圖16中的8051的P1.0,之所以要檢測SK信號,是因為圖16中的8051的外部中斷0被響應後,中斷標誌IE0被8051內部電路清除,如果不檢測SK信號,當手剎開關一直置於剎車狀態時,圖16中的8051的INT1的中斷將會使閘門有開關動作,達不到鎖定運動電荷形成裝置位置的目的。在圖17中是不需要檢測手剎開關SK的位置的,因為(P1,P3);(P4,P6)不打開,P2,P5是開不了的,P2,P5的開啟是受(P1,P3)或(P4,P6)的開啟次數控制的。
1、PA產生負跳變,說明運動電荷形成裝置在位置A點處,圖16中的8051響應INT1中斷,進入圖21所示的INT1中斷服務程序框圖,PA中斷完成打開(P4,P6),關閉(P1,P3)。(設計閘門P1-P6的開啟或關閉速度要比運動電荷形成裝置的往返速度快。)閘門(P4,P6)的打開控制;按圖19中的閘門開啟控制模塊程序流程圖,檢測PH4是否為1(即圖16中的8051的P1.6是否為高電平),如是高電平(即PH4=1),說明閘門(P4,P6)已處在開啟狀態,程序直接出模塊,如果PH4不為高電平,檢測PC4是否為0(即圖16中的8051的P1.5是否為低電平),如不為0,說明閘門已在打開過程中,圖16中的8051不用幹預1#HCTL-1100,因為閘門的終點位置只有兩個,中途是不停的。如果PC4為0,說明(P4,P6)處在下限位置,是關閉狀態,此時,圖16中的8051給1#HCTL-1100寫三個參數終點位置為閘門上限位置的位置參數,閘門向上運動的期望加速度,最大速度。這樣就能打開閘門(P4,P6),並使它鎖定在上限位置。圖19中的閘門開啟控制模塊程序流程圖,解決了運動電荷形成裝置過A點時,PA信號變化多次而不使閘門誤動作的問題。
閘門(P1,P3)的關閉控制按圖20中的閘門關閉控制模塊程序流程圖,檢測PC1是否為0(即圖16中的8051的P1.3是否為低電平),若為0,說明閘門(P1,P3)已處於關閉狀態,程序直接出摸塊,若PC1不為0,則檢測PH1是否為1(即圖16中的8051的P1.4是否為高電平),若不為1,說明閘門(P1,P3)已處在關閉過程中,程序直接出摸塊,若PH1為1,說明閘門(P1,P3)處在上限位置,是開啟狀態,此時,圖16中的8051給2#HCTL-1100寫入三個參數終點位置為閘門下限位置的位置參數,閘門向下運動的期望加速度,最大速度。這樣就能關閉(P1,P3),並使它鎖定在下限位置。圖20中的閘門關閉控制模塊程序流程圖,解決了運動電荷形成裝置過B點時,PB信號變化多次而不使閘門誤動作的問題。
運動電荷形成裝置由B→A方向運動到達A點,就竟是先關閉閘門(P1,P3),再打開閘門(P4,P6),還是先打開閘門(P4,P6),再關閉閘門(P1,P3),這無關緊要,因為8051給HCTL-1100寫參數所花時間在數μS之內,閘門(P4,P6),(P1,P3)的開關動作幾乎是同時進行的。
2、PB產生負跳變,說明運動電荷形成裝置在位置B點處,就要求關閉閘門(P4,P6),打開閘門(P1,P3)。它的實現過程類似於上述PA中斷。
13.3圖16中的8051程序流程圖見圖21,它包括三部分主程序框圖、INT0中斷服務程序框圖、INT1中斷服務程序框圖。
在圖21中,主程序框圖初始化8051RAM工作單元是指RAM單元的00-7F清0,8051的P1口設為輸入口,外部中斷INT0,INT1為邊沿觸發方式,負跳變產生中斷,1#HCTL-1100,2#HCTL-1100的初始化參見說明書的前述部分及圖19中的HCTL-1100梯形速度圖模式的程序流程框圖,初始化後閘門(P1,P3),(P4,P6)是關閉,關總中斷是避免閘門誤動作,接下來檢查是否充滿電(K6=1?),檢查手剎開關是否處在剎車位置(P1.0=1?),若已充滿電,手剎開關又不在剎車位置,則開中斷,開啟閘門(P1,P3),關閉閘門(P4,P6),使運動電荷形成裝置運動,此時,靜電斥力發動機工作。
圖21中的INT0中斷服務程序框圖當突然剎車時(手剎開關閉合,SK=0),產生外部中斷0,INT0中斷服務程序框圖中的關閉INT1中斷是為了在突如其來的剎車,正在運動中的運動電荷形成裝置的位置可能恰好在PA或PB處,擋住雷射頭光線而引起PA或PB中斷,關閉INT1中斷,以免PA或PB中斷造成相應閘門的開與關,這是多餘的過程。當打開閘門(P1,P3),(P4,P6)後,要檢查手剎的位置,只有剎車狀態解除後(SK=1,圖16中的8051的P1.0=1)才開INT1中斷。打開(P1,P3),關閉(P4,P6),重新使運動電荷形成裝置運動。INT1中斷服務程序框圖當INT1有中斷時,要檢查是PA引起的中斷還是PB引起的中斷,即要檢查圖16中的8051的P1.1=0還是P1.2=0,P1.1=0就是PA引起的中斷;P1.2=0就是PB引起的中斷,PA,PB不可能同時產生負跳變。PA中斷完成打開閘門(P4,P6),關閉閘門(P1,P3);PB中斷完成打開閘門(P1,P3),關閉閘門(P4,P6)。這已在前面述說過了。
14圖17的圖面說明在圖17中,仍然用UDN2950Z來驅動電機,3#HCTL-1100控制電機M1,4#HCTL-1100控制電機M4,PC2,PH2;PC5,PH5分別是閘門P2,P5的下限位置、上限位置檢測光電耦合器輸出信號,SK為手剎位置信號,當手剎開關打開時,SK=1,表示剎車狀態解除;當手剎開關關閉時,SK=0,表示處於剎車狀態。用圖17中的8051的計數器T0來計數閘門P1的關閉次數,即圖16中的PC1脈衝輸給圖17中的8051的計數器T0,T0對PC1脈衝進行計數,當T0計數溢出時,閘門P2同步於閘門(P1,P3)開關一次。用圖17中的8051的計數器T1來計數閘門P4的關閉次數,即圖16中的PC4脈衝輸給圖17中的8051的計數器T1,T1對PC4脈衝進行計數,當T1計數溢出時,閘門P5同步於閘門(P4,P6)開關一次。此處的同步運動靠的是PA、PB信號,而不是靠HCTL-1100的SYNC。由於PA,PB不可能同時有負跳變,可以將圖16中的PA、PB信號、圖17中的ADC0801的INTR三個信號相與後共用一個中斷源INT1(圖17中的INT1),就竟是PA負跳變還是PB負跳變,還是圖17中的ADC0801的INTR負跳變,由圖17中的8051的P1埠P1.1,P1.2,P1.7來檢測,調速電位器用來調節閘門P2,P5的開關頻率,即閘門(P1,P3)開多少次才開啟閘門P2一次,閘門(P4,P6)開多少次才開啟閘門P5一次,閘門P5的開關頻率同閘門P2的開關頻率,閘門P2的開關動作同步於閘門(P1,P3)的開關動作;閘門P5的開關動作同步於閘門(P4,P6)的開關動作,調速電位器的電壓值經ADC0801A/D轉換後,所得的數值用來計算計數器T0、T1的計數初值(T0、T1的計數初值相同),調速電位器的電壓值經ADC0801A/D轉換後,它的十進位數值範圍是00-255,將00-255分成8擋,00-31為第一擋閘門P2與閘門(P1,P3)同步運動,閘門P5與閘門(P4,P6)同步運動,即閘門(P1,P3)開關1次,閘門P2開關1次,閘門(P4,P6)開關1次,閘門P5開關1次,這種情況下,運動電荷形成裝置的速度最大;32-63為第二擋閘門(P1,P3)開關5次,閘門P2開關1次,閘門(P4,P6)開關5次,閘門P5開關1次;64-95為第三擋閘門(P1,P3)開關10次,閘門P2開關1次,閘門(P4,P6)開關10次,閘門P5開關1次;96-127為第四擋閘門(P1,P3)開關15次,閘門P2開關1次,閘門(P4,P6)開關15次,閘門P5開關1次;……在這8擋中,P2、P5的開關周期分別是同步、5、10、15、20、25、30、35。T0、T1的相應計數初值分別是FF、FB、F6、F1、EC、E7、E2、DD。(T0、T1的計數初值總是相等的),這只是一個比方,在實際應用中,根據需要來分擋數和每擋的開關頻率。即改變調速電位器的位置→就可改變計數器的計數初值→就可改變閘門P2,P5的開關頻率→就可改變運動小車的受力平均值→就可改變運動電荷形成裝置的速度→運動電荷形成裝置的動力輸出連杆的速度就會改變,從而可實現調速。圖17中的8051的P1.3-P1.6口線用來檢測閘門P2,P5的位置,即PC2、PH2、PC5、PH5分別輸給圖17中的8051的P1.3-P1.6,手剎信號SK輸至INT0,用邊沿觸發方式產生中斷,SK的負跳變所產生的中斷使圖17中的8051的P1.0口輸出同步信號SYNC給圖16及圖17中的4片HCTL-1100,4片HCTL-1100控制電機打開所有閘門,圖17中的EXTCLK,RST,RESET,INDEX,CHA,CHB等信號類同圖16中的相應說明,圖16、圖17中的所有UDN2950Z的第1腳所連的+Vmotor及圖18上圖中的+Vmotor均由圖18的下圖產生。圖17中的8051的程序流程圖見圖22,它包含三部分主程序框圖、INT0中斷服務程序框圖、INT1中斷服務程序框圖。
在圖22的主程序框圖中,初始化8051RAM工作單元是指00-7F單元清0,T0、T1的初始化為以模式2計數方式工作,即8位自動重裝初值模式,外部中斷為邊沿觸發方式,負跳變產生中斷,中斷控制初始化設置中斷使能寄存器IE為10000101,即計數器T0、T1計數溢出時能置TF0、TF1標誌,能自動重裝初值,但不產生中斷,8051的P1.1-P1.7為輸入口,P1.0為輸出口。3#,4#HCTL-1100的初始化見說明書的前述部分,初始化完成後,閘門P2、P5是關閉的。在INT0中斷服務程序框圖中,關閉INT1中斷也是為了避免閘門P2、P5的多餘動作,只有閘門P2、P5完全打開後(PH2=PH5=1)才開INT1中斷。在INT1中斷服務程序框圖中,當運動電荷形成裝置到達B點,同時T0也計數溢出時(T0計數溢出時,一方面置位TF0標誌,一方面重裝計數初值),打開閘門P2,清TF0標誌,當運動電荷形成裝置到達A點時,PA引起的中斷立即關閉了閘門P2,直到下次T0計數溢出時才能打開P2,這樣就保證了閘門P2在T0計數溢出時只開啟一次,閘門P5的運動控制也是如此。閘門(P1,P3)、(P4,P6)的開關運動是由PA、PB信號負跳變產生中斷來實現的,閘門P2、P5的開關運動也是由PA、PB信號負跳變產生中斷來實現的,所以,閘門P2能與閘門(P1,P3)同步開關運動,閘門P5能與閘門(P4,P6)同步開關運動。圖17中的ADC0801的中斷,將A/D轉換的結果按擋位的化分給T0、T1置計數初值。
本文中所有中斷服務程序框圖的說明在所有的中斷服務程序中,中斷服務程序的書寫格式是保護現場,開中斷→執行中斷服務程序→關中斷,恢復現場→開中斷,返回主程序。這種格式是固定的,所以,在所有中斷服務程序流程框圖中,只畫出中斷服務程序要完成的工作。
由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發電機,用於拖動發電機發電時,可將圖7中的閘門合為兩個,即P1、P2、P3合為一個閘門,如稱FP1閘門,FP1在每個正負屏蔽層處加補缺屏蔽層,P4、P5、P6合為一個閘門,如稱FP2閘門,FP2在每個正負屏蔽層處加補缺屏蔽層,PA=0時,打開FP2,關閉FP1;PB=0時,打開FP1,關閉FP2,這樣循環下去,閘門FP1由一臺電機控制,閘門FP2由另一臺電機控制,電機拖動閘門的控制方法由M2拖動FP2,M3拖動FP1,(參見圖14),其控制電路參見圖16,PC1,PH1代表FP1的位置檢測,PC4,PH4代表FP2的位置檢測,將圖17中的SK信號產生電路移到圖16中的SK信號處,由於前面已詳細描述了閘門的控制方法,這裡就不描述了。
15電解液驅動電機速度閉環控制系統參見圖18上圖,圖18的下圖為圖16、圖17、圖18的上圖提供+Vmotor電源。
電解液驅動電機採用三相無刷直流電機,此電機軸上裝上槳狀葉片驅動電解液流動的線路參見圖5的下圖。
由MC33039、MC33035、MPM3003等組成電機速度閉環控制系統,資料來自《電機控制專用集成電路》P126-P127,譚建成編,機械工業出版社。
MC33035的引腳說明1、2、24腳(BT,AT,CT)集電極開路輸出,驅動三相橋上側三個功率開關;3腳正/反轉控制;4、5、6腳(SA,SB,SC)為轉子位置傳感器輸入端;7腳使能控制,邏輯高電平使電機起動,邏輯低電平使電機停車,在本電路中,用圖13中的滯回比較器的輸出信號K7輸入7腳,如果金屬球殼的電量達到設定電量,即充滿電了,K7則為低電平,電解液驅動電機便停轉,隨著金屬球殼的電量的衰減,當圖13中的AD582的輸出電壓低於UTH2時,則K6為低電平,K7為高電平,該電機便自動啟動,驅動電解液流動;8腳基準電壓輸出,典型值為6.24V;9腳電流檢測輸入,電流檢測比較器的同相輸入端。10腳振蕩器,由外接定時元件RT和CT決定其振蕩頻率;11腳誤差放大器同相端輸入,用於速度設定,改變此腳電壓,可改變電解液的流動速度設定值;12腳誤差放大器反相輸入端;13腳誤差放大器輸出。在閉環控制時連接校正阻容元件,此引腳亦連接到內部PWM比較器反相輸入端;14腳故障信號輸出,集電極開路輸出,故障時輸出低電平;15腳電流檢測反相端輸入;16腳地;17腳Vcc供給本集成電路的正電源。其值為10-30V;18腳Vc給下驅動輸出提供正電源。其值為10-30V;19、20、21腳(CB,BB,AB)下側驅動輸出端;22腳60°/120°選擇,高電平對應傳感器相差60°,低電平對應傳感器相差120;23腳制動輸入。邏輯低電平使電動機正常運轉,邏輯高電平使電動機制動減速。
MC33039是為無刷直流電動機閉環速度控制專門設計的集成電路1、2、3腳接收位置傳感器三個信號,4腳ΦA,5腳輸出與轉速成正比的電壓。
6腳外接定時元件構成單穩電路,7腳地,8腳正電源。
MPM3003為12腳的三相逆變橋功率模塊,上側三個P溝道功率MOSFET的導通電阻為0.28歐,下側三個N溝道功率MOSFET的導通電阻為0.15歐,漏-源電源為60V,電流為10A,各功率管均帶有反向續流二極體。
靜電斥力發動機的第二種形式及其應用系統的工作原理(參見圖24)靜電斥力發動機的第二種形式的應用系統包括起動電源(是一電池組);聯動開關(K1-1,K1-2);發電機/靜電斥力發動機啟動電機(它既是一臺發電機,也是一臺電動機,作電動機使用時,啟動電源電池組給該電機電樞供電,它的轉子通過磁力驅動器拖動靜電斥力發動機的轉子電荷環順時針旋轉,啟動靜電斥力發動機,啟動完成後,切斷啟動電源電池組,由靜電斥力發動機通過磁力驅動器拖動該電機運轉,此時,該電機作為發電機使用,它發出的電供給電機調速系統,各備用電池充電系統);靜電斥力發動機;電機調速系統(它控制驅動電機按要求運轉);驅動電機(它可以直接驅動汽車,船舶行駛)。
多臺靜電斥力發動機拖動多臺發電機併網發電,可驅動大型設備運轉,如公交車,坦克,潛艇等。
在圖24中,設有磁力驅動器,其目的是為了使靜電斥力發動機內保持高度真空,靜電斥力發動機的轉矩與發電機/靜電斥力發動機啟動電機的轉矩通過磁力驅動器進行傳遞。
磁力驅動器實質上是一對N、S極性相對的兩個轉盤,每個轉盤由N、S相間的磁塊拼成。
目前,磁力驅動器能傳遞的功率可達350KW,靜電斥力發動機屏蔽箱上部的NS轉盤有金屬屏蔽罩,屏蔽磁力外射。(資料來自《磁力驅動技術與設備》,趙克中編,化工出版社)。(注如果轉軸與軸承座的接觸面及軸承座本身能密封,保證靜電斥力發動機內高度真空,可取消磁力驅動器,這樣將不受350KW傳遞功率的限制)。
剎車罩升降電機的轉軸上裝有齒輪,此齒輪的運轉,使剎車罩上下移動,完成剎車罩的打開或關閉,剎車罩位置檢測光耦是不動的,不是裝在剎車罩支架上的。剎車罩升降電機的控制見圖31,上下兩個動力電荷轉盤、剎車罩及剎車罩支架是金屬結構的,且是相連的等勢體,靜電斥力發動機屏蔽箱上有抽氣孔,上桶及下桶都有電解液注入口,電解液出口,在更換電解液時使用。上桶和下桶的結構一樣,但大小不一樣,以下桶為例來描述桶的上部裝有定子柵網極板和轉子柵網極板,定子柵網極板不動,在外;轉子柵網極板隨轉軸轉動,在內。桶的底部裝有定子底極板和轉子底極板,它們是不動的,定子底極板在外,轉子底極板在內。桶中從內到外依次分布有離子位置交換電場內電極,轉子內層聚焦柵網電極,轉子中層聚焦柵網電極,轉子外層聚焦柵網電極,定子內層聚焦柵網電極,定子中層聚焦柵網電極,定子外層聚焦柵網電極,離子位置交換電場外電極(參見圖26)。有動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2,它們是圓柱形的,動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2裡的定子動力電荷的分布俯視位置,可以相同,也可以不同,如果相同,則轉子電荷環每轉過90°時,定子動力電荷對轉子動力電荷產生一次推動轉矩,本文以動力電荷轉盤1裡的定子動力電荷的分布對應圖27的上圖,動力電荷轉盤2裡的定子動力電荷的分布對應圖27的下圖來描述,即轉子電荷環每轉過45°就獲得一次轉矩。
動力電荷轉盤1,2裡的各金屬球殼的電量獲取過程前面已講過了。
圖27上圖的標註同下圖的標註,為了圖面美觀,就不標註下圖了。
圖27的右側,畫出了一個金屬殼裡有兩個同性電荷,此時,它們間是有排斥力的,如果兩個同性電荷分別處於兩個相接觸的封閉的金屬殼裡,(實現辦法是用金屬門將一個金屬殼分成兩個封閉金屬殼),它們間就沒有排斥力了。以此來映射靜電斥力發動機的轉矩控制。圖27所示的兩個動力電荷轉盤裡的電荷,設計的目標是在圖27所處位置時刻,定子電荷環內的定子動力電荷對轉子電荷環內的轉子動力電荷有推動力,在其它位置時,特別是陰影部分完全對準定子電荷環裡的動力電荷開口時,不希望出現逆時針方向的轉矩。
為了控制動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2內的轉矩,設計四套方案以試驗,第一套方案是剎車罩完全佔滿定子電荷環內緣與轉子電子環外緣的空間,剎車罩上開有(大小與定子電荷環上的開孔相等的)四個孔,正對於定子電荷環的開孔,當剎車罩關閉時(剎車罩向下運動至下限位置時)定子電荷環的開孔完全被剎車罩封閉,此時定子電荷環內的定子動力電荷對轉子電荷環內的轉子動力電荷不產生排斥力,當剎車罩打開時(剎車罩向上運動至上限位置時),剎車罩上的四個開孔與定子電荷環上的開孔完全相通,此時,定子電荷環內的定子動力電荷可以對轉子電荷環內的轉子動力電荷產生排斥力。(若且唯若定子電荷環的開孔、剎車罩的開孔、轉子電荷環的開孔相通時),第二套方案是在第一套方案的基礎上,將剎車罩的壁厚變薄,不與定子電荷環的內緣及轉子電荷環的外緣相接觸,但要在定子電荷環,轉子電荷環的上下兩個端面處,使定子電荷環,剎車罩,轉子電荷環相接觸,使三者成為等勢體,剎車罩上的開孔及開關工作過程同第一方案,第三套方案是如圖38的下圖所示,剎車罩與定子電荷環的內緣緊密接觸,轉子電荷環的外緣展開來畫,是一個長方形上有四個孔,在行的位置上裝有1、2、3、4行金屬滾珠,在列的位置上裝有1、2、3、4、5、6、7、8列金屬滾珠,定子電荷環內緣與剎車罩外表面相接觸,轉子電荷環外緣上的滾珠與剎車罩的內表面相接觸,剎車罩上的開孔及開關工作過程同第一方案,即剎車罩關閉時(剎車罩向下運動至下限位置時),動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2內的定子動力電荷與轉子動力電荷間無斥力,剎車罩打開(剎車罩向上運動至上限位置)時,當定子電荷環的開孔、剎車罩的開孔,轉子電荷環的開孔相通時,動力電荷轉盤1或動力電荷轉盤2內的定子動力電荷與轉子動力電荷間有排斥力的作用而產生轉矩,其它位置不產生轉矩,第四套方案是在定子電荷環的內緣上也裝上滾珠,滾珠的安裝方法同轉子電荷環外緣上的滾珠安裝方法,即在行的位置上裝有1、2、3、4行金屬滾珠,在列的位置上裝有1、2、3、4、5、6、7、8列金屬滾珠,參見圖38的下圖,剎車罩的打開與關閉的控制及作用同第三種方案,在這四套方案中,剎車罩只能上下移動,而不能轉動,故在剎車罩與動力電荷轉盤箱間設有防轉塊,剎車罩上的開孔是相同的,定子電荷環,剎車罩,轉子電荷環在任何時刻都是等勢體。(注16個帶電金屬球殼是不與定子電荷環,轉子電荷環相接觸的)。
靜電斥力發動機的啟動過程此時的發電機/靜電斥力發動機啟動電機作為電動機使用,它通過磁力驅動器拖動靜電斥力發動機旋轉,它的旋轉,動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2裡的定子動力電荷間隔90°轉角就會對轉子動力電荷產生推動力而形成轉矩,轉軸上每間隔45°轉角就獲得一次推動轉矩,當啟動完成後,發電機/靜電斥力發動機啟動電機就作為發電機使用。
操作過程(見圖29中圖)將圖31中的剎車罩升降開關K2-1的動觸點倒向右邊,使P1.O=1,剎車罩將被置於打開狀態,(圖31的程序框圖中,DK=0,表示剎車罩已處於打開位置,GB=0,表示剎車罩已處於關閉位置),KQ、KQ』是做成聯動的(即觸點同向運動,KQ觸點處在最右位置時,啟動電阻完全被撤出,啟動電源支路被切斷,KQ觸點處在最左位置時,整個啟動電阻全部被接入,啟動電源支路被接通,如果K1-1閉合的話);K1-1,K1-2是聯動的,K1-1閉合時,K1-2打開;K1-1打開時,K1-2閉合,將KQ,KQ』滑向最左邊,合上K1-1,則K1-2打開,此時發電機/靜電斥力發動機啟動電機開始旋轉(要順時針旋轉),此時,靜電斥力發動機動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2裡的定子動力電荷開始對轉子動力電荷產生推動轉矩,然後慢慢的將KQ、KQ』滑向最右邊,當KQ』滑到最右邊時,啟動電源(電池組的供電支路)被切斷,發電機/靜電斥力發動機啟動電機的啟動電阻也被撤除,然後打開K1-1,則K1-2合上,將KQ、KQ』滑向最左邊,為下次啟動做好準備。
調節並勵繞組上的串接電位器,使發電機工作在積復勵狀態。(資料來自教材《電機學》,高等學校教學用書,冶金工業出版社,劉宗富編)圖24中的「各備用電池充電系統」的具體電路之一如圖29上圖所示。(資料來自《UPS不間斷電源的工作原理與實用維修技術,廣東省科普器材公司編》要給充電電池充電,要合上K,要取下充電電池,要打開K,當需要更換電池時,先將充電電路的開關K打開,取下已充好電的電池,將已充好電的電池並接在工作電路中,然後取下被更換的電池,接到充電電路中,之後再合上開關K,以保證工作電路不斷電。
充電電源採用降壓型的開關穩壓電源結構。開關MOS管,D,L,C組成降壓型的開關電路,用UC3842對開關管進行控制,UC3842的第2腳實現對電池組的穩壓充電,第3腳實現對電池組的限流充電。發電機輸出端的電壓,經電阻,穩壓管,電容後給UC3842的第7腳供電。即穩壓管的陽極接的是發電機輸出端的負極。
UC3842的引腳說明第1腳它是誤差放大器輸出,作為環補償用,主要通過1腳與輸入腳加入RC網絡,形成閉環,保證環路穩定。
第2腳電壓反饋端,為誤差放大器輸入端,一般從開關電源輸出端經過電路分壓取樣,連入2腳。第3腳電流檢測端,檢測電流轉為電壓後與3腳相連。第4腳接電阻與電容,決定振蕩頻率。第5腳地。第6腳PWM輸出。第7腳晶片的電源供給。第8腳參考電壓輸出,+5V。
靜電斥力發動機的金屬球殼的充電控制。
1、靜電斥力發動機的第一種形式的充電控制。
無論正、負離子提取電場採用圖9電路還是採用圖35的電路,它的充電控制電路如圖9底部所示,當未充滿電信號K7為高時,使光耦飽和導通,則1#SG1524,2#SG1524的第10腳為低電平,則1#SG1524,2#SG1524的11、14腳有脈衝輸出,相應的開關電源變壓器的副邊繞組有電壓輸出,受控於圖11中的8051的正、負離子提取電場存在時,可提取離子到金屬球殼中,對金屬球殼充電。當充滿電時,K7為低,光耦不導通,B3+經一電阻接到1#SG1524的第10腳,B4+經一電阻接到2#SG1524的第10腳,則1#SG1524,2#SG1524的11、14腳無脈衝輸出,相應的開關電源變壓器的副邊無輸出。正、負離子提取電場不存在,停止對金屬球殼充電。
圖9中的K7由圖13產生,圖13中的K7還送到圖11中的8051中,圖13中K7還送到圖18中的MC33035的第7腳。
金屬球殼的帶電量的第二種測量方法在圖13中,原來用的是法拉第筒來測量金屬球殼帶電量的,稱為第一種電量測量方法,第二種測量方法是採用買來的振動電容電量測量電路來測金屬球殼的電量,這種測量的原理在「中國靜電信息網」www.esd-china.com上有詳細介紹(EST102振動電容式靜電計及EST111等)。
在第一種形式的靜電斥力發動機中,假如第一種電量測量方法行不通,第二種電量測量方法也行不通,則不再採用測量電量的方法來控制金屬球殼的充電,而採用如圖23下圖所示的通過測量運動電荷形成裝置的行程來控制金屬球殼的充電,由於運動電荷形成裝置是往復的直線運動,可通過測量運動電荷形成裝置的行程來控制金屬球殼電量的大小,其實現方法是在動力輸出連杆上裝一個差動變壓器來測運動電荷形成裝置的行程,當運動電荷形成裝置的行程超過最大值時,滯回比較器輸出高電平,它驅動後面的兩個三極體工作在開關狀態,K7就為低,K6就為高,當運動電荷形成裝置的行程達不到最小值時,滯回比較器輸出底電平,它驅動後面的兩個三極體工作在開關狀態,K7就為高,K6就為低,採用這種方法時,圖9下部的K7,圖11中的K7,圖18中的K7就是圖23下圖中的K7,這時,圖21中的主程序框圖取消K6=1的判斷,因為不打開閘門,運動電荷形成裝置就不會動,就不會有行程。(行程測量電路的資料來自《非電量測量與傳感器應用》,國防出版社)第二種形式的靜電斥力發動機(如圖24所示結構)的金屬球殼充電控制如圖28所示,它分為兩種狀態下的充電控制。
1、第一種狀態是剎車罩關閉時將圖31中的剎車罩開關K2-1的動觸點倒向左邊,則圖31中的8051控制HCTL-1100,將剎車罩關閉,即剎車罩運動到下限位置,(圖31的程序框圖中,DK=0,表示剎車罩已處於打開位置,GB=0,表示剎車罩已處於關閉位置)。
圖31中的剎車罩升降開關K2-1,圖28中的K2-2、K2-3是聯動開關,(即K2-1,K2-2,K2-3的動觸點要麼同時倒向左邊,要麼同時倒向右邊),此時開關K2-2的動觸點接至開關K2-2的1號觸點,開關K2-3的動觸點接至開關K2-3的1號觸點。
K2-2的1號觸點的信號來源,如圖28所示的第2行圖,振動(或者叫諧振)電容電量測量電路是買來的。
K2-3的1號觸點的信號來源,如圖28所示的第3行圖,振動(或者叫諧振)電容電量測量電路是買來的。
諧振電容電量測量電路的輸出電壓,與電量設定電位器上的取樣電壓進行滯回比較,比較器的輸出驅動三極體工作在開關狀態,三極體的集電極信號再驅動光耦工作在開關裝態,光耦的集電極信號作為剎車罩關閉時,1#SG1524,2#SG1524的第10腳信號。
(注有的書上將振動電容電量測量叫諧振電容電量測量,本說明書及其附圖和權利要求書上講的諧振電容電量測量電路與振動電容電量測量電路是一回事,都指從中國靜電信息網-----WWW.ESD-china.com上買來的電路)之所示設置剎車罩關閉時的充電電路,是為了能立即啟動靜電斥力發動機,不致於讓動力電荷轉盤1、2裡的金屬球殼從0電量充起,而是使在啟動靜電斥力發動機時,金屬球殼有足夠的電量。即讓靜電斥力發動機能立即拖動發電機/靜電斥力發動機啟動電機發電。圖28的第2行圖,第3行圖的電量設定電位器動觸點上的電壓取值方法先打開剎車罩,即將圖31的K2-1的動觸點倒向右邊,剎車罩打開後,將1#SG1524,2#SG1524的第10腳分別接B3-,B4-,讓金屬球殼無條件地充電,反覆啟動發電機/靜電斥力發動機啟動電機,直到驅動電機能帶上最大負載啟動或運行時,諧振電容電量測量電路的輸出電壓,作為圖28的第2行圖,第3行圖的電量設定電位器上的設定電壓。
2、第二種狀態是靜電斥力發動機運行時,(即圖31中的K2-1的動觸點倒向右邊,剎車罩處於上限位置,發電機/靜電斥力發動機啟動電機處於發電狀態時的充電控制),此時K2-2的動觸點接至K2-2的2號觸點,K2-3的動觸點接至K2-3的2號觸點,K2-2的2號觸點的信號來源如圖28的第4行圖,K2-3的2號觸點的信號來源如圖28的第5行圖,電路的工作原理是發電機發出的直流電的取樣電壓UQ(參見圖30),與人為設定電壓進行滯回比較,比較器的輸出驅動三極體工作在開關狀態,三極體的集電極信號再驅動光耦工作在開關裝態,光耦的集電極信號作為靜電斥力發動機運行時1#SG1524,2#SG1524的第10腳信號,其中,UQ是圖30上圖中的發電機發出的直流電的取樣電壓。第二種狀態下的人為設定電壓(即圖28的第4行圖,第5行圖的可調電位器上的取樣電壓)的取值是先打開剎車罩,即將圖31的K2-1的動觸點倒向右邊,將1#SG1524,2#SG1524的第10腳分別接B3-,B4-,讓金屬球殼無條件地充電,反覆啟動發電機/靜電斥力發動機啟動電機,直到驅動電機能帶上最大負載運行時,UQ的電壓。
圖28的第4行圖,第5行圖所用的+5V,+15V電源;圖30中的+5V,±15V電源由圖8上圖提供。(圖8,圖18下圖的電路原理一目了然,就不敘述了)電機調速系統如圖30所示。(資料來自《電機控制專用集成電路》,譚建成編)上圖是發電機發出的直流電經π型濾波後給H橋供電。H橋由V1、V2、V3、V4及驅動電機M組成,V1、V2、V3、V4為大功率IGBT功率模塊,TA為電流互感器,以檢測驅動電機的電樞電流,此電流IS作為過流檢測電流,示於圖30的中圖,它與比較器的負向輸入端的設定電流比較後作為是否過載的控制信號輸給IR2110的11腳,以決定IR2110是否關閉IGBT的驅動脈衝。
IGBT的驅動脈衝由兩片IR2110來提供,IR2110的HO跟隨HIN變化,LO跟隨LIN的變化,而H橋中V1與V4同通同斷,V2與V3同通同斷,故兩片IR2110的HIN與LIN的連接如圖30的中圖所示,即UC3637輸出的兩路PWM脈衝AOUT,BOUT,AOUT輸給控制V1的IR2110的HIN引腳及控制V4的IR2110的LIN引腳;BOUT輸給控制V2的IR2110的HIN引腳及控制V3的IR2110的LIN引腳。
電機調速控制集成塊用UC3637,電路示於圖30的下圖UC3637是直流電動機脈寬調製(PWM)控制器,該集成電路適用於開環或帶測速發電機反饋的閉環直流電動機速度控制,內部產生一個模擬誤差電壓信號,輸出兩路PWM脈衝信號,這兩路信號與誤差電壓信號的幅值成正比,且與極性相關,因此,可構成雙向的調速系統。4腳AOUT和7腳BOUT經圖30中圖的IR2110處理後,輸出H橋驅動脈衝,12腳、13腳為電流控制信號,它由圖30的上圖取出,TG為驅動電機M的測速發電機,它的輸出電壓經濾波後與速度給定信號共同輸入16腳,速度給定信號可正可負,以實現車船的前進運動,後退運動,剎車開關關閉後,則給定信號為0,使驅動電機停車,圖30中所用+5V,±15V電源由圖8上圖提供,圖28的第4行圖,第5行圖所用+5V,±15V電源也由圖8上圖提供,+Vmotor由圖18下圖產生,其它電路所用的電源由圖8下圖的電池組B提供。
圖11中的上圖及下圖適用於靜電斥力發動機的第一種形式的第二種離子引出裝置及靜電斥力發動機的第二種形式的第一種電場電極電源產生電路,如果採用第二種電場電極電源產生電路,P1←#10,則E7存在,E1,E4,E8,E9消失,P1←#0F,則E7消失,E1,E4,E8,E9存在,程序流程框圖的其它部分不變。靜電斥力發動機採用第二種形式時,圖11上圖中的K7是不需要的。
剎車罩的升降控制電路及8051程流程框圖示於圖31,剎車罩開關K2-1的動觸點倒向左邊時,P1.0=0,此時控制剎車罩關閉,即剎車罩向下運動到下限位置,此時,動力電荷轉盤1、2裡的定子電荷與轉子電荷間無作用力。剎車罩K2-1的動觸點倒向右邊時,P1.0=1,此時,控制剎車罩打開,即剎車罩向上運動到上限位置,此時,動力電荷轉盤1、2裡的定子動力電荷與轉子動力電荷間(定子電荷環的開口、剎車罩的開口、轉子電荷環的開口相通時)可產生排斥力,推動轉子電荷環旋轉。
剎車罩處於下限位置時,GB信號為低電平,剎車罩處於完全關閉狀態,剎車罩開口,定子電荷環開口不通;剎車罩處於上限位置時,DK信號為低電平,剎車罩處於完全打開狀態,即定子電荷環開口,剎車罩開口,相通。
16有益效果現在的汽車(轎車、公共汽車、載重卡車),船舶內燃發動機,無論是燒汽油的,還是燒柴油的,甚至是燒天然氣的,其工作原理都是燃料在發動機氣缸中燃燒。氣缸中產生的壓力推動活塞在上下止點間不斷的往復運動,通過活塞上的連杆把動力輸出去,這種內燃發動機在消耗有限的石油資源和汙染大氣,以致油價日趨上漲,地球環境日趨惡化,眾所周知,油價上漲,各種生產成本就會上升,它直接抑制國民經濟的發展,靜電斥力發動機是從電解液中提取帶電的正、負離子形成電荷,利用同性電荷間的排斥力推動運動電荷形成裝置在上下止點間不斷的往復運動,由它的動力輸出連杆輸出動力(靜電斥力發動機的第一種形式),或者利用定子動力電荷對轉子動力電荷的排斥力,推動轉子電荷環的旋轉,由轉軸上的磁力驅動器輸出動力(靜電斥力發動機的第二種形式)拖動發電機發電,發電機發出的電供給電機調速系統和充電系統,調速電機直接驅動汽車,船舶行駛,不再需要變速箱,操縱性能非常優異。
多臺靜電斥力發電機併網發電,可驅動大型設備運轉,如公交車,坦克,潛艇等。電解液的獲取是容易的。這種發動機是低製造成本、低運行成本和無汙染的,且動力強勁持久,可用來取代現有的車、船內燃發動機。
動力強勁持久的論述說明書的第一頁已算過了靜電斥力的大小,它的持久性又如何呢?金屬球殼四周的屏蔽層經過加雲母塗層,金屬球殼的電量衰減應該是慢的,因為它沒有放電通道,屏蔽箱裡幾乎是真空的,而內燃發動機的燃料在氣缸中一點火就會燒完。活塞只運行一個單程(從上止點到下止點間的距離),而靜電斥力發動機充滿電開始運行,到電量降到自動充電期間,運動小車絕不止只運行一個單程,而一庫侖的電量只需0.2毫克的鈣離子。故此,相同容積的一箱電解液比一箱氣油,使用靜電斥力發動機的車船將比使用燃油內燃發動機的車船開得更遠,這就是動力的持久性說明。
與現有的其他汽車動力相比使用太陽能的汽車,它的製造成本是極高的,且陰雨天無法使用,不可能推廣,只是概念車而已。使用氫氣作燃料的汽車,氫氣的製取成本是高的,儲存液態氫也是難的,與蓄電池供電的電動汽車相比,蓄電池始終要給電動汽車的電機繞組供電才能使電動汽車行走,(相比金屬球殼的電量衰減來說),蓄電池的放電速度是快的。因為蓄電池給電機繞組供電的過程,實質上是電荷的運動過程,或者叫放電過程,它已構成迴路了,而金屬球殼表面上的感應電荷在靜電斥力發動機工作過程中是不構成放電通道的。故靜電斥力發動機的動力會更持久,從充電速度比較從電網給蓄電池充電,是靠氧化還原反應充進去的,即電能轉化為化學能的過程,而靜電斥力發動機的金屬球的充電,是用電場力直接提取離子到金屬球殼裡的。它沒有氧化還原反應過程。充入相同電量,金屬球殼的充電速度要比蓄電池的充電速度要快。綜上所述,使用靜電斥力發動機的汽車,無論從製造成本、運行成本、綠色環保、動力性能上來講,都是最好的。
靜電斥力發動機的適用範圍1、作為各種車輛的發動機,如轎車、公共汽車、載重卡車、坦克,火車等的發動機。
2、作為各種船舶、艦艇的發動機。
3、靜電斥力發動機可拖動電機發電,大可建立電站,小可為各種設備提供電源。
我國正在發展的煤變油技術仍然擺脫不了傳統燃油發動機的弊端,煤變油的成本遠比電解液的成本高,目前,全球都面臨能源危機,全球的石油將在50年後枯竭,用甘蔗、玉米等植物製取乙醇,用乙醇與汽油混用,只能緩解石油耗盡的速度,植物的生長速度無法達到石油的耗儘速度,且佔用人類賴以生存的耕地,尋找清潔、易行的替代能源勢在必行,靜電斥力發動機的使用將風靡全球。
權利要求
1.傳統的車、船內燃發動機,無論是燒汽油的,還是燒柴油的,甚至是燒天然氣的,其工作原理都是燃料在發動機的氣缸中燃燒,氣缸中產生的壓力推動活塞在上下止點間不斷的往復運動,通過活塞上的連杆把動力輸出去,靜電斥力發動機是用電場力從電解液中提取正、負離子,形成正、負電荷,利用同性電荷間的排斥力來推動靜電斥力發動機運行的,靜電斥力發動機有兩種形式第一種形式的特點是以運動電荷形成裝置的往復直線運動來產生動力的,第二種形式的特點是以轉子電荷環的旋轉來產生動力的,可通過靜電斥力發動機拖動發電機發電,發電機發出的電經處理後供給電機調速系統及各備用電池充電系統,由被調速的驅動電機直接驅動車、船的行駛,在第一種形式的靜電斥力發動機中,固定離子引出裝置又分為兩種結構,第一種結構在電解液通道及離子引出通道中,有電場極板正離子提取電場所需的柵網極板,底極板;負離子提取電場所需的柵網極板,底極板;正、負離子位置交換電場極板,在電解液通道兩側,有電場電源線過孔,左右各7個,固定電荷形成裝置,運動電荷形成裝置的電場極板都從電場電源線過孔中的導線上獲取相應的電源,為使電場電源線過孔中的導線與各電場極板連線穩定接觸,設有電場電源線夾板,已引出離子的聚焦電場電極與固定離子引出裝置通過螺蚊接口相連,兩個螺紋接口中間設有正負屏蔽板,固定離子引出裝置的第二種結構它在第一種結構的基礎上,增加了3塊正離子聚焦柵網電極,3塊負離子聚焦柵網電極,相應的電場電源線過孔就變成18個,左右各9個,其它方面與第一種結構相同,(參見圖2,圖23),移動離子引出裝置的結構移動離子引出裝置比固定離子引出裝置多出四個車輪及車軸、四個阻力杆及其附著物、兩個滾筒、一個動力輸出連杆及其附著物,其它結構完全相同,固定電荷形成裝置由固定離子引出裝置加上聚焦電場,防逃離電場、金屬球殼及其支撐物、離子門、正負屏蔽層、電場極板電源連線組成。運動電荷形成裝置由移動離子引出裝置加上聚焦電場、防逃離電場、金屬球殼及其支撐物、離子門、正負屏蔽層、電場極板電源連線組成,(參見圖3,圖4),靜電斥力發動機無論採用第一種形式還是第二種形式,從電解液中提取離子到金屬球殼中保存,這一過程所需的各種電場電極電源又有兩種形式的產生電路(離子位置交換電場電極電源的產生電路只有一種),第一種電場電極電源產生電路的特點是各電場電極電源有各自的公共電位參考點,正離子所需電場存在時,電極電源都是正極性的,負離子所需電場存在時,電極電源都是負極性的,第二種電場電極電源產生電路的特點是無論是正離子所需電場存在時,還是負離子所需電場存在時,電極電源只有電位的相對高低,(參見圖9,圖29,圖32,圖33,圖34;圖35,圖36,圖37,圖10),靜電斥力發動機的第二種形式的正負離子的引出在上桶和下桶中完成,上下桶的結構一樣,每個桶中包括定子柵網極板,定子底極板,(定子柵網極板與定子底極板間的電場用於提取離子,即使離子向上運動),轉子柵網極板,轉子底極板,(轉子柵網極板與轉子底極板間的電場用於提取離子,即使離子向上運動),定子外層聚焦柵網電極,定子內層聚焦柵網電極,定子中層聚焦柵網電極,(定子外/內層聚焦柵網電極與定子中層聚焦柵網電極間的電場用於引出過程中的離子的聚焦),轉子外層聚焦柵網電極,轉子內層聚焦柵網電極,轉子中層聚焦柵網電極,(轉子外/內層聚焦柵網電極與轉子中層聚焦柵網電極間的電場用於引出過程中的離子的聚焦),離子位置交換電場外電極,離子位置交換電場內電極,(離子位置交換電場外電極與離子位置交換電場內電極間的電場用於離子位置交換),定子柵網極板,定子底極板,轉子底極板是不動的,轉子柵網極板隨轉軸旋轉,(註定子柵網極板被支撐塊分成N1個等面積區域,轉子柵網極板被支撐塊分成N2個等面積區域,N1應當是N2的整數倍,也就是說,動力電荷轉盤裡的定子動力電荷數N1是轉子動力電荷數N2的整數倍,剎車罩上的開孔數為N1,本說明書以N1=N2=4來描述)(參見圖24,圖25,圖26)。
2.在第一種形式的靜電斥力發動機中,單組電荷靜電斥力發動機的結構上屏蔽層與中屏蔽層之間裝有閘門位置檢測及其控制系統,4個閘門打開或關閉的空間是中屏蔽層與下屏蔽層之間的空間,中屏蔽層之下有兩個固定電荷形成裝置及其支撐墩;一個運動電荷形成裝置及其導軌;運動屏蔽層;正負屏蔽層;兩個閘門墩;兩個阻力牆;電解液導管及可移動電解液導管;運動電荷形成裝置位置檢測雷射頭及光敏三極體;由電解液驅動泵驅動電解液在電解液導管,可移動電解液導管,電解液箱之間流動,電解液驅動泵是由一個三相無刷直流電機在軸上裝一槳狀葉片組組成,電解液驅動電機由一速度閉環控制系統控制,它由MC33039、MC33035、MPM3003等組成,其中,充電標誌信號K7輸入MC33035的第7腳,充滿電後,可使電解液驅動電機停轉,需要充電時,又能自動啟動電解液驅動電機運轉,(參見圖4,圖5,圖6,圖18),單組電荷靜電斥力發動機工作在調速場合下,有4個閘門,閘門不跨越正負屏蔽層,閘門不需加正負屏蔽層的補缺屏蔽層;單組電荷靜電斥力發動機工作在不調速場合下,將正負屏蔽層兩邊的閘門P3、P4合成為一個閘門FP2,將正負屏蔽層兩邊的閘門P1、P2合成為一個閘門FP1,此時由於每個閘門都跨越了正負屏蔽層,每個閘門都須加正負屏蔽層的補缺屏蔽層,這樣做,可使靜電斥力發動機的結構簡單,控制簡單,第一種形式的靜電斥力發動機工作在不調速場合下,主要用於拖動發電機發電,單組電荷靜電斥力發動機的工作原理在不用調速的場合下,當PA=0時,打開閘門FP2,關閉閘門FP1;當PB=0時,打開閘門FP1,關閉閘門FP2,在調速的場合下,例如用P1,P3閘門的開與關,使運動電荷形成裝置往返運動,閘門P2,P4用於調速,調速的原理是運動電荷形成裝置每當從B向A運動,到達A處時,就關閉P1,開啟P3,每當運動電荷形成裝置從A處向B處運動,到達B處時,就關閉P3,開啟P1,調速就是使運動電荷形成裝置所受到的靜電排斥力的平均值發生變化,例如P3開啟5次時,才開啟P4一次,P1開啟5次時,才開啟P2一次,這是一種速度。如果P3開啟10次時,才開啟P4一次,P1開啟10次時,才開啟P2一次,這兩種情況下,運動電荷形成裝置在運行途中所受的力的平均值是不同的,當然速度就不一樣,改變P2、P4的開關頻率,就能實現調速;可由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯成一個靜電斥力發動機,其級聯方法是將所有單組電荷靜電斥力發動機的動力輸力連杆在屏蔽箱之外連接起來,由一個總的動力輸出連杆輸出動力。將所有單組電荷靜電斥力發動機的電解液導管在屏蔽箱之外連結起來,形成一個總的電解液導管,總的電解液導管與電解液箱相連,所有跨越正負屏蔽層的閘門在正負屏蔽層的缺口處加補缺屏蔽層,在閘門託架所穿越的組與組之間的屏蔽層處加補缺屏蔽層,所有的固定電荷形成裝置和運動電荷形成裝置的電場極板都從電場電源線上獲取電源,由六個閘門P1-P6來控制運動電荷形成裝置的運動,P1、P3同步動作,P4、P6同步動作,P2、P5用於調速,由I組中的雷射頭及光敏三極體來檢測運動電荷形成裝置的位置;由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發電機,用於拖動發電機發電時,可將圖7中的閘門合為兩個,即P1、P2、P3合為一個閘門,如稱FP1閘門,FP1在每個正負屏蔽層處加補缺屏蔽層,P4、P5、P6合為一個閘門,如稱FP2閘門,FP2在每個正負屏蔽層處加補缺屏蔽層,PA=0時,打開FP2,關閉FP1;PB=0時,打開FP1,關閉FP2,這樣循環下去,閘門FP1由一臺電機控制,閘門FP2由另一臺電機控制,這樣的結構簡單,控制也簡單,在發電機的轉子上裝一齒輪,靜電斥力發動機的動力輸出連杆上裝一齒條,此齒條拖動發電機轉子上的齒輪旋轉(如需要,可經齒輪變速),發電機電樞輸出的電壓經全橋整流,π型LC濾波後(如需要,可經升壓電路升壓),供給電機調速系統及各備用電池充電系統,由被調速的驅動電機直接驅動車船行駛,由相同參數的三個單組電荷靜電斥力發動機級聯而成的靜電斥力發動機,閘門P1、P3同步動作,P4、P6同步動作,P2、P5用於調速,其特徵是閘門P1、P2、P4、P5位置檢測傳感器的安裝方法用於閘門上限位置檢測的光電耦合器PHi,閘門到上限位置(終點位置)時,閘門的上緣才擋住光電耦合器PHi發出的光線,其它位置閘門上緣擋不住光電耦合器PHi發出的光線;用於閘門下限位置檢測的光電耦合器PCi,閘門到達下限位置(終點位置)時,閘門的上緣才擋不住光電耦合器PCi發出的光線,其它位置閘門總擋住光電耦合器PCi發出的光線;PC1、PH1、PC4、PH4分別輸給圖16中的8051,PC2、PH2、PC5、PH5輸給圖17中的8051,閘門P4、P6由電機M2拖動,閘門P1、P3由電機M3拖動;閘門P5由電機M1拖動,閘門P2由電機M4拖動,由裝在A、B兩點的雷射頭及光敏三極體來檢測運動電荷形成裝置的位置,PA、PB相與後作為圖16中的8051的INT1,PA、PB也輸至圖16中的8051的P1.1,P1.2,手剎信號SK輸給圖16中的8051的INT0,8051通過給工作在梯形速度圖模式的HCTL-1100寫終點位置參數,加速度,最大速度來使電機按要求運轉,每當運動電荷形成裝置運動到A點時,閘門P4、P6打開,閘門P1、P3關閉,每當運動電荷形成裝置運動到B點時,P4、P6關閉,P1、P3打開,剎車時,P1、P3、P4、P6都打開;當圖17中的手剎開關合上時,圖17中的8051產生INT0中斷,由圖17中的8051的P1.0給圖16、圖17中的四片HCTL-1100發同步信號SYNC,使P1-P6都打開;由圖17中的調速電位器的位置決定圖17中的8051的定時器T0、T1的計數初值,T0用來計數閘門P1的關閉次數,T1用來計數閘門P4的關閉次數,T0、T1的計數初值總相同,當T0計數溢出時,閘門P2同步於P1、P3開關一次,當T1計數溢出時,閘門P5同步於P4、P6開關一次,改變調速電位器的位置,就可改變P2、P5的開關頻率,從而實現調速功能,閘門開啟控制模塊程序流程是先檢查閘門是否在上限位,若在上限位置,說明該閘門已處於開啟狀態,程序直接出模塊;若不在上限位,檢查閘門是否在下限位,若閘門不在下限位,說明閘門已在打開過程中,程序直接出模塊,若閘門在下限位,則相應的8051給相應的HCTL-1100寫終點位置為閘門上限位置的位置參數,加速度,最大速度。這樣,電機就可拖動相應的閘門打開;閘門關閉控制模塊程序流程是先檢查閘門是否在下限位,若在下限位,說明閘門已處於關閉狀態,程序直接出模塊;若閘門不在下限位,檢查閘門是否在上限位,若不在上限位,說明閘門已處在關閉過程中,程序直接出模塊,若閘門在上限位,則相應的8051給相應的HCTL-1100寫終點位置為閘門下限位置的位置參數,加速度,最大速度,這樣,電機就可拖動相應的閘門關閉;由多臺相同參數的單組電荷靜電斥力發動機的級聯方法以此類推。
3.從電解液中用電場力提取離子,形成電荷的過程,其特徵是這樣的在正離子引出柵網極板(DJ5)及其對應的底極板(DJ6)上加正離子提取電場電源,在負離子引出柵網極板(DJ10)及其對應的底極板(DJ9)上加負離子提取電場電源,使正離子向上運動,負離子向上運動,離子從垂直向上運動開始,直到離子進入已引出離子聚焦電場(E2,E5)前,正離子要受到位於電解液中的正離子聚焦柵網極板(DJ15,DJ16)間的電場的聚焦,負離子要受到位於電解液中的負離子聚焦柵網極板(DJ17,DJ18)間的電場的聚焦,正離子穿越正離子引出柵網極板(DJ5)後,進入正離子的聚焦電場極板(DJ3,DJ4)所形成的電場E2,並被聚焦,負離子穿越負離子引出柵網極板(DJ10)後,進入負離子的聚焦電場極板(DJ11,DJ12)所形成的電場E5,並被聚焦,在靜電斥力發動機的第二種形式中,有的離子須經磁場區改變運動方向,正離子從聚焦電場極板(DJ3,DJ4)的通道出來後,進入正離子防逃離電場極板(DJ1,DJ2)所形成的電場E3,並被加速,正離子群以圓柱體的運動軌跡進入金屬球殼,DJ1接此金屬球殼,負離子從聚焦電場極板(DJ11,DJ12)的通道出來後,進入負離子防逃離電場極板(DJ13,DJ14)所形成的電場E6,並被加速,負離子群以圓柱體的運動軌跡進入金屬球殼,DJ14接此金屬球殼,DJ5,DJ6間所形成的電場E1,DJ9,DJ10間所形成的電場E4,DJ15,DJ16間所形成的電場E8,DJ17,DJ18間所形成的電場E9,與離子位置交換電場電極(DJ7,DJ8)所形成的電場E7交替存在,DJ3,DJ4間所形成的電場E2,DJ11,DJ12間所形成的電場E5,DJ1,DJ2間所形成的電場E3,DJ13,DJ14間所形成的電場E6始終存在,靜電斥力發動機的第一種形式的第一種離子引出裝置沒有DJ15,DJ16,DJ17,DJ18(參見圖4,圖23)根據從電解液中用電場力提取離子,形成電荷的過程,各電場電極電源產生電路在靜電斥力發動機的第二種形式(圖24)中的接法特徵是離子的聚焦原則是負離子的運動方向與電場方向相反,正離子的運動方向與電場方向相同,定子柵網極板上,每兩個支撐塊間,裝有一個圖26所示的已引出離子聚焦電極,轉子柵網極板上,每兩個支撐塊間,裝有一個圖26所示的已引出離子聚焦電極,各電場電極電源的第一種產生電路在靜電斥力發動機的第二種形式(圖24)中的接法;(1)、正離子提取電場電極DJ5、DJ6(圖9上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ5接定子柵網極板,DJ6接定子底極板,它引出動力電荷轉盤2裡的4個定子電荷,在圖24的下桶中,DJ5接轉子柵網極板 DJ6接轉子底極板,它引出動力電荷轉盤2裡的4個轉子電荷,(2)、負離子提取電場電極電源DJ9、DJ10(圖9下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ10接轉子柵網極板,DJ9接轉子底極板,它引出動力電荷轉盤1的四個轉子電荷,在圖24的下桶中,DJ10接定子柵網極板,DJ9接定子底極板,它引出動力電荷轉盤1裡的四個定子電荷,(3)、位於電解液中的正離子聚焦柵網電極電源DJ15、DJ16(圖32上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ15接至定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ16接至定子中層聚焦柵網電極,在圖24的下桶中,DJ15接至轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ16接至轉子中層聚焦柵網電極,(4)、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極電源DJ17,DJ18(圖32的下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ17接至轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ18接至轉子中層聚焦柵網電極,在圖24的下桶中,DJ17接至定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ18接至定子中層聚焦柵網電極,(5)、已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源DJ3、DJ4(圖33上圖)的接法在圖24的上桶的定子柵網極板上及下桶的轉子柵網極板上,都有四個圖26所示的已引出離子聚焦電極,DJ3接至圖26中的聚焦電極2,DJ4接至圖26中的聚焦電極1,(注第二種形式的靜電斥力發動機,已出離子引出柵網電極的離子,其聚焦電場電極不再用圖1所示形狀的聚焦電極,而是用圖26所示的已引出離子聚焦電極),其中,上桶的定子柵網極板上的已引出離子聚焦電極,還要續接圖26中的離子運動方向轉換裝置(6)、已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電極電源DJ11、DJ12(圖33的下圖)的接法在圖24的上桶的轉子柵網上及下桶的定子柵網極板上,都有四個圖26所示的已引出離子聚焦電極,DJ11接至圖26中的聚焦電極1,DJ12接至圖26中的聚焦電極2,(7)、第一種防逃離電場的產生電路如圖34所示,正離子防逃離電場電極電源DJ1、DJ2的接法DJ2接至圖26中的防逃離電場電極2,DJ1接至圖26中的防逃離電場電極1,防逃離電場電極1與金屬球殼相連,負離子防逃離電場電極電源DJ13、DJ14(圖34下圖)的接法DJ14接至圖26中的防逃離電場電極1,DJ13接至圖26中的防逃離電場電極2,防逃離電場電極1與金屬球殼相連,其中,圖24的上桶中,已出定子柵網的正離子,先經過圖26所示的已引出離子聚焦電極的聚焦後,還需經圖26中的離子運動方向轉換裝置改變原來向上的運動方向而向下運動,再經正離子防逃離電場加速,進入金屬球殼,在動力電荷轉盤2裡形成4個帶電的金屬球殼,此時圖26中的防逃離電場與金屬球殼示意圖將是倒置的,但防逃離電場電極1,2的接法不變,其它的引出離子都是向上運動的,已引出離子聚焦電極的出口,正對防逃離電場電極2的入口。(8)、正負離子位置交換電場電極DJ7,DJ8(圖29下圖)的接法在圖24的上桶中,離子位置交換電場外電極接DJ7,離子位置交換電場內電極接DJ8,在圖24的下桶中,離子位置交換電場外電極接DJ8,離子位置交換電場內電極接DJ7,各電場電極電源的第二種產生電路在靜電斥力發動機的第二種形式中的接法(1)、正離子提取電場電極DJ5、DJ6(圖35上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ6接定子底極板,DJ5接定子柵網極板,在圖24的下桶中,DJ6接轉子底極板,DJ5接轉子柵網極板,(2)、負離子提取電場電極的DJ9、DJ10(圖35下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ9接轉子底極板,DJ10接轉子柵網極板,在圖24的下桶中,DJ9接定子底極板,DJ10接定子柵網極板,(3)、位於電解液中的正離子的聚焦柵網電極DJ15、DJ16(圖36上圖)的接法在圖24的上桶中,DJ15接定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ16接定子中層聚焦柵網電極,在圖24的下桶中,DJ15接轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ16接轉子中層聚焦柵網電極,(4)、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極DJ17、DJ18(圖36下圖)的接法在圖24的上桶中,DJ17接轉子外層聚焦柵網電極及轉子內層聚焦柵網電極,DJ18接轉子中層聚焦柵網電極,在圖24的下桶中,DJ17接定子外層聚焦柵網電極及定子內層聚焦柵網電極,DJ18接定子中層聚焦柵網電極,(5)、已出離子引出柵網極板的正離子的聚焦電場電極電源DJ3、DJ4(圖37上圖)的接法在圖24的上桶的定子柵網極板上及下桶的轉子柵網極板上,都有四個圖26所示的已引出離子聚焦電極,DJ3接至圖26中的聚焦電極2,DJ4接至圖26中的聚焦電極1,(注第二種形式的靜電斥力發動機,已出離子引出柵網電極的離子,其聚焦電場電極不再用圖1所示形狀的聚焦電極,而是用圖26所示的已引出離子聚焦電極),其中,上桶的定子柵網極板上的已引出離子聚焦電極,還要續接圖26中的離子運動方向轉換裝置(6)、已出離子引出柵網極板的負離子的聚焦電場電源DJ11、DJ12(圖37下圖)的接法在圖24的上桶的轉子柵網上及下桶的定子柵網極板上,都有四個圖26所示的已引出離子聚焦電極,DJ11接至圖26中的聚焦電極1,DJ12接至圖26中的聚焦電極2,(7)、第二種防逃離電場電極電源的產生電路如圖10所示正離子防逃離電場DJ1、DJ2(圖10上圖)的接法DJ2接圖26中的防逃離電場電極2,DJ1接圖26中的防逃離電場電極1,防逃離電場電極1與金屬球殼相連,負離子逃離電場DJ13、DJ14(圖10下圖)的接法DJ14接圖26中的防逃離電場電極1,DJ13接圖26中的防逃離電場電極2,防逃離電場電極1與金屬球殼相連,其中,圖24的上桶中,已出定子柵網的正離子,先經過圖26所示的已引出離子聚焦電極的聚焦後,還需經圖26中的離子運動方向轉換裝置改變原來向上的運動方向而向下運動,再經正離子防逃離電場加速,進入金屬球殼,在動力電荷轉盤2裡形成4個帶電的金屬球殼,此時圖26中的防逃離電場與金屬球殼示意圖將是倒置的,但防逃離電場電極1,2的接法不變,其它的引出離子都是向上運動的,已引出離子聚焦電極的出口,正對防逃離電場電極2的入口。(8)、正負離子位置交換電場電極DJ7,DJ8(圖29下圖)的接法在圖24的上桶中,離子位置交換電場外電極接DJ7,離子位置交換電場內電極接DJ8,在圖24的下桶中,離子位置交換電場外電極接DJ8,離子位置交換電場內電極接DJ7,圖24中的上桶的各電場電極電源與下桶的各電場電極電源使用同一套電路,即如上所述,也可以分開使用,但電池的組數,電路板的數目都增加了。關於電場電極電源的第一種產生電路與第二種產生電路圖32與圖36,圖33與圖37,圖34與圖10可互換使用,以試驗效果。
4.根據E1、E4、E8、E9、與E7交替存在,受控於8051的K1、K2、K3、K4、K5,其特徵為第一種電場電極電源產生電路(帶極性的)(參見圖23)K1、K2、K3、K4、K5由圖11中的8051控制(1)、正離子提取電場電極DJ5,DJ6(如圖9上圖)K1=K2=0時,DJ5與DJ6間無電壓,E1消失K1=K2=1時,DJ5與DJ6間有電壓,E1存在(2)、負離子提取電場電極DJ9,DJ10(如圖9下圖)K4=K5=0時,DJ9與DJ10間有電壓,E4存在K4=K5=1時,DJ9與DJ10間無電壓,E4消失(3)、正、負離子位置交換電場電極DJ7,DJ8(如圖29下圖)K3=0時,DJ7與DJ8間無電壓,E7消失K3=1時,DJ7與DJ8間有電壓,E7存在(4)、位於電解液中的正離子聚焦柵網電極DJ15,DJ16(如圖32上圖)K1=K2=0時,DJ15與DJ16間無電壓,E8消失K1=K2=1時,DJ15與DJ16間有電壓,E8存在(5)、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極DJ17,DJ18(如圖32下圖)K4=K5=0時,DJ17與DJ18間有電壓,E9存在K4=K5=1時,DJ17與DJ18間無電壓,E9消失總之①E7消失,E1、E4、E8、E9存在時K3=0K1=K2=1K4=K5=0由圖11可知P1.4P1.3P1.2P1.1P1.00 0 0 1 1 P1=03H②E7存在,E1、E4、E8、E9消失時K3=1K1=K2=0K4=K5=1由圖11可知P1.4P1.3P1.2P1.1P1.01 1 1 0 0 P1=1CHK1、K2、K4、K5被兩套電路使用了,為便於開關管的開關工作點的電阻參數的計算,用了九個單元的74LS07來驅動(見圖11)第二種電場電極電源產生電路(無極性的)(1)、正離子提取電場電極DJ5、DJ6,如圖35上圖K1=0時,DJ5、DJ6間無電壓,E1消失K1=1時,DJ5、DJ6間有電壓,E1存在(2)、負離子提取電場電極DJ9、DJ10,如圖35下圖K2=0時,DJ9、DJ10間無電壓,E4消失K2=1時,DJ9、DJ10間有電壓,E4存在(3)、正、負離子位置交換電場電極DJ7、DJ8,如圖29下圖K3=0時,DJ7與DJ8間無電壓,E7消失K3=1時,DJ7與DJ8間有電壓,E7存在(4)、位於電解液中的正離子聚焦柵網電極DJ15、DJ16,如圖36上圖K4=0時,DJ15與DJ16間無電壓,E8消失K4=1時,DJ15與DJ16間有電壓,E8存在(5)、位於電解液中的負離子聚焦柵網電極DJ17、DJ18,如圖36下圖K5=0時,DJ17與DJ18間無電壓,E9消失K5=1時,DJ17與DJ18間有電壓,E9存在總之①E7消失,E1、E4、E8、E9存在時K3=0K1=1K2=1K4=1K5=1由圖11可知P1.4P1.3P1.2P1.1P1.00 1 1 1 1P1=#0FH②E7存在,E1、E4、E8、E9消失時K3=1K1=0K2=0K4=0K5=0由圖11可知P1.4P1.3P1.2P1.1P1.01 0 0 0 0P1=#10H當採用第二種電路來提取電解液中的離子時,圖11中的程序流程框圖中的第二行是P1←#0FH,E7消失,E1、E4、E8、E9存在;第5行是P1←#10H,E7存在,E1、E4、E8、E9消失。
5.靜電斥力發動機的金屬球殼的充電控制,其特徵是第一種形式的靜電斥力發動機的充電控制金屬球殼的電量測量方法有兩種,一種是採用法拉第金屬筒作傳感器來測量,另一種是從中國靜電信息網(WWW.ESD-china.com)上買來的振動電容(或者叫諧振電容)電量測量電路,通過人為設定電量與實際測量電量的滯回比較,用滯回比較器的輸出,驅動兩個三極體工作在開關狀態,從三極體的集電極引出充電控制信號K7,此信號經74LS07同向驅動器後,控制光耦的飽和導通或截止,從光耦的集電極引出信號,去控制離子提取電場電極電源的產生電路的控制集成電路,使該集成電路輸出驅動脈衝或封鎖驅動脈衝,使離子提取電場能存在或不能存在,實現充電或不充電的目的,(參見圖13,圖9),第一種形式的靜電斥力發動機的第二種充電控制方法通過測量運動電荷形成裝置的行程,與人為設定的行程進行滯回比較來產生充電控制信號K7,以此信號代替上面說的充電控制信號來實現充電控制,(參見圖23),這時,圖21中的主程序框圖取消K6=1的判斷,靜電斥力發動機的第二種形式的充電控制它分為兩種狀態下的充電控制,第一種狀態是剎車罩關閉時,通過從中國靜電信息網(WWW.ESD-china.com)上買來的振動電容(或者叫諧振電容)電量測量電路的輸出與電量設定電位器上的取樣電壓進行滯回比較,比較器的輸出信號驅動一個三極體工作在開關裝態,此三極體的集電極信號再驅動一光耦工作在開關裝態,光耦的集電極信號,作為離子提取電場電極電源產生電路的控制集成電路的輸出脈衝控制信號,此狀態下的電量設定電位器上的取樣電壓的取值是這樣獲得的打開剎車罩,讓離子提取電場的電源控制集成電路的輸出脈衝控制信號接低電平,讓金屬球殼無條件地充電,反覆啟動發電機/靜電斥力發動機啟動電機,直到驅動電機能帶上最大負載啟動或運行時,振動電容(或者叫諧振電容)電量測量電路的輸出電壓,作為電量設定電位器上的取樣電壓的取值,第二種狀態是靜電斥力發動機運行時,發電機發出的直流電的取樣電壓UQ,與人為設定電壓進行滯回比較,比較器的輸出信號驅動一個三極體工作在開關裝態,此三極體的集電極信號再驅動一光耦工作在開關裝態,光耦的集電極信號,作為離子提取電場電極電源產生電路的控制集成電路的輸出脈衝控制信號,剎車罩升降開關及正負離子充電狀態轉換開關是聯動開關,第二種狀態下人為設定電壓的取值先打開剎車罩,即將圖31的K2-1的動觸點倒向右邊,將1#SG1524,2#SG1524的第10腳分別接B3-,B4-,讓金屬球殼無條件地充電,反覆啟動發電機/靜電斥力發動機啟動電機,直到驅動電機能帶上最大負載運行時,UQ的電壓作為人為設定電壓的取值,(參見圖28,圖30上圖)。
6.靜電斥力發動機的第二種形式及其應用系統的工作原理(參見圖24)靜電斥力發動機的第二種形式的應用系統包括起動電源;聯動開關,發電機/靜電斥力發動機啟動電機,電機調速系統,驅動電機,各備用電池充電系統,靜電斥力發動機,磁力驅動器,(注如果轉軸與軸承座的接觸面及軸承座本身能密封,保證靜電斥力發動機內高度真空,可取消磁力驅動器,這樣將不受350KW傳遞功率的限制),多臺靜電斥力發動機拖動多臺發電機併網發電,可驅動大型設備運轉,如公交車,坦克,潛艇等,靜電斥力發動機的第二種形式的結構及工作原理磁力驅動器,靜電斥力發動機的轉矩與發電機/靜電斥力發動機啟動電機的轉矩通過磁力驅動器進行傳遞,剎車罩升降電機的轉軸上裝有齒輪,此齒輪的運轉,使剎車罩上下移動,完成剎車罩的打開或關閉,剎車罩升降電機的控制由圖31中的8051及HCTL-1100、半橋驅動電路、光耦檢測電路等完成,上下兩個動力電荷轉盤、剎車罩、及剎車罩支架是金屬結構的,且是相連的等勢體,靜電斥力發動機屏蔽箱上有抽氣孔,上桶及下桶都有電解液注入口,電解液出口,上桶和下桶的結構一樣,但大小不一樣,以下桶為例來描述桶的上部裝有定子柵網極板和轉子柵網極板,定子柵網極板不動,在外;轉子柵網極板隨轉軸轉動,在內,桶的底部裝有定子底極板和轉子底極板,它們是不動的,定子底極板在外,轉子底極板在內,桶中從內到外依次分布有離子位置交換電場內電極,轉子內層聚焦柵網電極,轉子中層聚焦柵網電極,轉子外層聚焦柵網電極,定子內層聚焦柵網電極,定子中層聚焦柵網電極,定子外層聚焦柵網電極,離子位置交換電場外電極(參見圖26),有動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2,它們是圓柱形的,從桶中引出的離子,經圖26所示的已引出離子聚焦電極聚焦,(需改變運動方向的離子,還需經過離子運動方向轉換裝置),防逃離電場加速後,進入金屬球殼,這些帶電金屬球殼分布在動力電荷轉盤1、2裡的定子電荷環及轉子電荷環裡,利用定子電荷環裡的定子電荷對轉子電荷環裡的轉子電荷的靜電排斥力,推動轉子電荷環旋轉,從而靜電斥力發動機的轉軸上有轉矩輸出。
7.為了控制動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2內的轉矩,設計了四套方案以試驗,其特徵是第一套方案是剎車罩完全佔滿定子電荷環內緣與轉子電子環外緣的空間,剎車罩上開有(大小與定子電荷環上的開孔相等的)四個孔,正對於定子電荷環的開孔,當剎車罩關閉時(剎車罩向下運動至下限位置時)定子電荷環的開孔完全被剎車罩封閉,此時定子電荷環內的定子動力電荷對轉子電荷環內的轉子動力電荷不產生排斥力,當剎車罩打開時(剎車罩向上運動至上限位置時),剎車罩上的四個開孔與定子電荷環上的開孔完全相通,此時,定子電荷環內的定子動力電荷可以對轉子電荷環內的轉子動力電荷產生排斥力。(若且唯若定子電荷環的開孔、剎車罩的開孔、轉子電荷環的開孔相通時),第二套方案是在第一套方案的基礎上,將剎車罩的壁厚變薄,不與定子電荷環的內緣及轉子電荷環的外緣相接觸,但要在定子電荷環,轉子電荷環的上下兩個端面處,使定子電荷環,剎車罩,轉子電荷環相接觸,使三者成為等勢體,剎車罩上的開孔及開關工作過程同第一方案,第三套方案是如圖38的下圖所示,剎車罩與定子電荷環的內緣緊密接觸,轉子電荷環的外緣展開來畫,是一個長方形上有四個孔,在行的位置上裝有1、2、3、4行金屬滾珠,在列的位置上裝有1、2、3、4、5、6、7、8列金屬滾珠,定子電荷環內緣與剎車罩外表面相接觸,轉子電荷環外緣上的滾珠與剎車罩的內表面相接觸,剎車罩上的開孔及開關工作過程同第一方案,即剎車罩關閉時,動力電荷轉盤1及動力電荷轉盤2內的定子動力電荷與轉子動力電荷間無斥力,剎車罩打開時,當定子電荷環的開孔、剎車罩的開孔,轉子電荷環的開孔相通時,動力電荷轉盤1或動力電荷轉盤2內的定子動力電荷與轉子動力電荷間有排斥力的作用而產生轉矩,其它位置不產生轉矩,第四套方案是在定子電荷環的內緣上也裝上滾珠,滾珠的安裝方法同轉子電荷環外緣上的滾珠安裝方法,即在行的位置上裝有1、2、3、4行金屬滾珠,在列的位置上裝有1、2、3、4、5、6、7、8列金屬滾珠,參見圖38的下圖,剎車罩的打開與關閉的控制及作用同第三種方案,在這四套方案中,剎車罩只能上下移動,而不能轉動,故在剎車罩與動力電荷轉盤箱間設有防轉塊,剎車罩上的開孔是相同的,定子電荷環,剎車罩,轉子電荷環在任何時刻都是等勢體。
8.通過靜電斥力發動機拖動發電機發電,發電機發出的電經處理後供給電機調速系統及各備用電池充電系統,由被調速的驅動電機直接驅動車、船的行駛,其中,電機調速系統的特徵是由電機控制集成電路UC3637產生的兩路PWM脈衝(AOUT,BOUT),輸給兩塊級聯的IR2110,AOUT輸給控制V1的IR2110的HIN引腳及控制V4的IR2110的LIN引腳,BOUT輸給控制V3的IR2110的LIN引腳及控制V2的IR2110的HIN引腳,這兩片IR2110的輸出,驅動H橋上的四個IGBT,驅動電機的檢測電流與設定電流比較,以決定兩片IR2110是否封鎖輸出驅動脈衝,UC3637的速度給定可正可負,通過剎車開關,可使速度給定為0,充電系統的特徵是它是一個輸出恆壓,限流的開關電源。
全文摘要
現在的車、船內燃發動機,其工作原理都是燃料在發動機氣缸中燃燒,氣缸中產生的壓力推動活塞在上下止點間不斷的往復運動,通過活塞上的連杆把動力輸出去,這種內燃發動機在消耗有限的石油資源和汙染大氣,以致油價日趨上漲和地球環境日趨惡化,靜電斥力發動機是從電解液中提取帶電的正負離子形成電荷,利用同性電荷間的排斥力推動運動電荷形成裝置在上下止點間不斷的往復運動,由它的動力輸出連杆輸出動力,或者利用定子電荷對轉子電荷的推力,使轉子電荷環旋轉,由轉軸上的磁力驅動器輸出動力,這種發動機是低製造成本、低運行成本和無汙染的,且動力強勁持久,可用來取代現有的車、船內燃發動機;也可用來拖動電機發電。
文檔編號H02N1/06GK1897442SQ20061010094
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月29日 優先權日2005年8月9日
發明者譚升高 申請人:譚升高

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