能源、交通是人类社会两大基础性产业，与人类生活密切相关并改变我们的生活，能源 是维系人类生存与发展的重要物质基础。人类对于能源开发利用技术的不断发展，极大地促 进人类社会的进步与发展。火的利用、蒸气机的发明、电能和原子能技术的开发利用是时代 文明的标志。目前人类能源结构主要还是依赖化石燃料获取，宝贵的不可再生资源仅是当成 燃料烧掉是极大的浪费。能源的开发与利用给人类带来物质文明的同时，也造成了严重的能 源危机、环境污染问题。要解决困扰人类的上述问题，就要找到具有足够丰富便宜，安全洁 净，相关技术成熟的未来理想能源技术。机械能电磁动力系统技术将会有效解决人类社会所 面临亟待解决的世界性难题。

本发明旨在开发未来理想能源，交通运输工具更为高效的动力系统平台，并有效解决目 前在能源利用方面所存在的能源危机和环境污染问题，现有的动力系统效率低下问题，解决 这些难点问题所采用的技术方案：
1.机械能动力系统原理
发明专利名称：机械能动力系统及相关应用发电技术设计方法
专利申请号：200810008128.7
到目前为止，机械能动力系统是尚未被人类所认知的技术原理理论。
机械能动力系统：利用轮轴发挥省力杠杆功效，利用高倍比轮轴(以下称：大轮轴)为 原动力机，在轮的外沿切线点采用多点无接触式电能驱动，气动、电动方式施力做功，系统 做功产生机械能，并直接转换为电能。用系统产生的电能替换外接电源驱动，实现机械能动 力系统的启动、动能的产生及转化，从而形成动力系统的往复循环做功。
机械能动力系统原理：依据高倍比力臂轮轴在轮上施力做功，实现原始小动力做功，在 轴上产生较大的转动做功效果。动力系统的小动力耗能与大的转动做功效果，两者之间实现 了不对称的能量转换，因而产生机械能，从而也形成了机械能动力系统的循环做功。
轮轴高倍比力臂发挥做功省力减少能耗，增大轮轴能量的双重作用。轮轴做功即便是小 动力外力做功实现了不对称的能量转换，其现象也是符合能量守恒定律的，因为轮轴作为做 功工具也参与了做功，轮轴也是具有能量，两者的能量之和要远远大于小动力外力做功的耗 能，因而产生机械能。
2.机械能电磁动力系统设计理论依据
电磁感应现象是源于物体的相互运动，摩擦生热、摩擦生电，运动生电，均是源于物体 的运动。由于电流的存在形成了电磁场，运动的磁场产生了感应电流。这说明了物质世界的 能量均是源于物质的运动，电生磁是微观物质世界的运动，磁生电现象是宏观物质世界磁性 物质的运动。
永磁体是人类所创造出的高效合金磁体，具有强大的电磁吸斥力。从实验得知一个质量 仅为不足2g重的合金永磁体，能够吸起350g重的铁质物体，产生了其质量自身将近200倍 的吸附力。电励磁铁是比永磁铁更为高效的磁体，产生了同传统杠杆相类似的作用，这是电 能参与了能量转换，因而产生了更为高效强大的电磁吸力，电磁力在磁性物质之间其相互电 磁作用的理论空间是巨大的，是比内能形式的动力更为高效、环保的能量形式。
从力与能量的关系来看电磁力也是能量的一种形式，是物质间的电磁相互作用。能量的 产生与转换是需要条件与代价的，这个条件与代价就是机械能电磁动力系统，属于特型电机。 依据电磁力的作用特点为其设计必要的条件，一是要为磁场磁极的相互作用设置最佳的有效 距离；二是要合理利用磁体的物理属性，确定磁场磁极相互作用的方式，运用电磁相同磁极 的相互排斥作用力；三是要充分合理地利用力学原理设计电机。
传统电机的基本结构是转子、定子两部分，转子是是转动的磁场或电枢，定子是自励磁绕 组，其工作原理是不动的定子磁场与转动的转子电枢，或是转动的磁场、发电线圈转子之间 的相互电磁作用，实现电机的转动做功。两者也是各自不同运动状态与系统的各自独立的磁 场相互作用在一起，两者间存在着磁场相互的作用力与较大的相互束缚的阻力，没有运用力 的要素力学原理设计电机，因此传统的电机的效率是低下的。
机械能电磁动力系统设计，依据力学原理设计较大直径的轮轴式转子，更大的转子具有 较长的周长，较低的转速就具有较快的线速度，更大的转子可以设置更多的磁极，因而可以 产生更多的能量。设计有别于传统电机毗邻的外置式定子磁场，充分利用好空间，一方面实 现了杠杆增大力的作用力效果，另一方面有效减小磁场间相互的束缚阻力。
在转子磁场周围都具备产生感应电流的条件，只有在磁场的两极是具有产生感应电流的 最佳区域，充分利用磁极两侧的优势，这是系统所存在条件，却没有得到应用的而白浪费的 资源，电动机虽然是利用了电磁场作用力，却是利用了效能更低的作用于通电导线的作用，而 不是利用电磁场磁极的强大作用效能是低下的。
定子磁场磁极与转子磁场磁极的强磁作用力产生相对运动，因而形成机械能并直接转换 为电能，从而形成系统循环的做功条件。因为转子是旋转的磁场，存在着产生感应电流的条 件，只要给创造适宜的条件就可以产生电流，这个条件就是封闭的发电绕组，对于产生的磁 场而言的周围都可以产生电流的条件，只是传统的电机模式是没有这方面的设计，忽视了这 方面的潜能，而采用了特殊的中空的电磁转子腾出空间，其内部是可以设计多安装一组发电 绕组，充分利用了磁场周围的空间提高了能量利用效能，可以产生倍增的能量。因此，机械 能电磁动力系统做功消耗与产生的能量实现了不对称的能量转换。大轮轴飞轮转子的小动力 耗能，高效能的电磁力有电能的参与做功。因此，机械能电磁动力系统所形成的系统循环做 功，是完全符合并遵循能量守恒定律的。
2.机械能电磁动力系统
电磁动力系统基本结构为不转的部分定子，转动做功的部分转子。定子为主磁场，采用 直流电励磁技术，其设置要远离转子磁场的束缚区域，避免产生定子磁场与转子磁场相互的 束缚影响。转子可设置为永磁体磁场或直流电励磁方式，转子可设置较大直径、质量的轮轴 式飞轮，飞轮的轮沿设置为圆周环形磁场磁极，定子磁场和转子磁场接触圆周面可控制为相 同磁极，利用电磁同极排斥力驱动转子转动做功，通过定子设置多个对称或是不对称的磁极 转子切线施力区域，通过自馈控制电流来可实现电磁动力系统的能量循环转动做功。
机械能电磁动力系统设计技术措施：多点定子施力电磁绕组可采用超导或常规技术，磁 极要做磁屏蔽和绝缘设计处理，直流电励磁控制磁极技术。定子施力电磁绕组远离转子磁场 的影响区域，这样既可以腾出主磁场空间，又可增加发电励磁绕组增加空间，另一方面又减 少了定子磁场与转子磁场相互牵制的阻力。在原传统电机主磁场的绕组空间，可设置发电绕 组，轮轴转子可设置为中空的特型转子，而轮轴转子也可设计成虚拟的变形圆形环状磁场，腾 出的空间也可设置发电绕组，电磁系统做功的效率可成倍提高。电磁动力系统设计成高效能 系统集成的动力与发电一体机，也可设计为单独的动力机系统。
机械能电磁动力系统设备构成，分独立的原动机系统和动力与发电一体机系统，两种动 力机械系统。其中机械能电磁动力原动机系统，由原动力特型电磁力电机部分和能量转换部 分配套的发电机所组成。特型电机的构成由方形壳体内部并与定子一体化外壳定子、定子超 导电磁励磁线圈，超导冷却维持装置，轮轴式大飞轮转子，转子为永磁体或直流电励磁绕组， 同轴串联器成，配套的能量转换的发电机、电源导线、控制电路、系统控制装置、启动电源 等组成构成轮轴式大飞轮特型电机。
3.机械能电磁动力系统相关应用技术设计方案
电磁能动力系统的相关应用涉及交通运输和能源开发利用两大应用领域，由于交通工具 的特点，适宜采用的设计是机械能电磁动力与发电一体机系统方案，小型电源和微型电源也 适宜动力与发电一体机的方案。在能源开发利用领域大中型功率发电组动力系统，要采用机 械能电磁动力原动力机系统方案。
对于超大型的发电机组动力系统，采用超导或常规励磁绕组发电车系统方案，设计环形 首尾相连的磁悬浮超导励磁绕组车，利用磁悬浮技术悬浮于与之配套的磁轨减少阻力，在磁 悬浮电励磁绕组车的两侧可多设置一组超导或常规发电绕组线圈，成倍地提高了动力与发电 系统工作的效率。
附图说明
图1.机械能电磁动力机，1励磁绕组，直流电励磁电磁铁。2永磁或励磁转子，永磁或特 型的直流电励磁转子。3磁驱定子。利用电磁铁与转子切线区域相同的磁极相互的排斥力推 动转子转动做功。
图2.机械能电磁动力和发电一体机，1励磁绕组，直流电励磁磁铁。2永磁或励磁转子， 永磁或特型的直流电励磁转子。3磁驱定子。4发电绕组，充分利用转子磁场的两侧空间，成 倍提高发电的效率。定子外置式电磁动力装置利用电磁铁磁极与转子切线区域相同的转子磁 极间的相互排斥力推动转子转动做功。
图3.机械能电磁动力与磁悬浮电励磁绕组车发电系统，1励磁绕组，超导或常规直流电 励磁电磁铁。2超导励磁磁悬浮转子车，车载超导励磁电磁铁及冷却维持系统，下面设置磁悬 浮磁轨道。3磁驱定子。4超导发电绕组及冷却维持系统，在其圆周内外两侧设置发电超导或 常规绕组线圈单元结合，各绕组单元外侧设置同极磁场，内侧设置一个磁极。定子外置式电 磁动力装置利用电磁磁极与磁悬浮转子车切线区域，与相同的磁悬浮转子车磁极间的相互排 斥力推动转子转动做功。也可以采用传统磁悬浮机车驱动原理技术驱动。
具体实际方式
轮轴在古代有着普遍的应用，开启了人类利用自然动力的先河，在历史上对于人类社会 文明进步产生了非常大的作用。在近代由于科技革命的发展，在有些领域已经退出了历史舞 台。而在今天它与现代技术结合的创新技术，必将唤发其青春活力，从新担当起历史所赋予 的重任。人类社会文明总是伴随着技术革命的发展，生产力得到极大的提高。由于创新技术 的出现，从而形成电所一统天下的格局，这标志着完全意义上的电气化时代的到来。
机械能电磁动力系统技术实施方案：
1.适用于交通运输工具，中小型和微型电源系统的动力与发电一体机系统。机械能动力 系统的核心构件是大轮轴式飞轮，由于机械能动力系统的特点，其飞轮的大小决定系统的动 力性能。机械能电磁动力系统遵循同样的机械能原理，大飞轮转子的设计要从战略上充分考 虑到其相对应的应用平台空间，考虑电磁动力自身的特点设计成轮轴式飞轮转子，最大化地 利用交通工具平台的宽度设计大飞轮转子。轮轴式大飞轮设计加工制作，要充分地考虑到电 磁动力强大耗能低的特点，大飞轮转子的设计类型确定为重力速度复合型，大飞轮转子可采 用提高转动性能的圆周边沿的偏重心设计方案，速度指标要遵循速度与安全平衡的设计理念。 材料选择高强度的复合材料，预留出设置励磁绕组的凹槽，利用高精度模具成型，然后再经 高精度的加工成标准件。
依据机械能电磁动力发电一体机结构的紧凑性，设计特型中空的∩型大飞轮转子，在大 飞轮的轮边沿设置超导或常规励磁绕组，由若干个励磁绕组内外各自均为同磁极而内外为不 同磁极的转子超导或常规磁场。大飞轮转子较大的直径，可以充分设计更多的磁极，匹配特 型的一体机壳体定子，中空转子结构腾出的内部空间可多设置一组转子内侧发电绕组，可充 分提高动力系统做功效率。
机械能电磁动力系统的大飞轮转子在轮上切线上采用多点非接触式的电磁动力的施力方 法，通过定子磁场与转子磁场的相互排斥力，产生高效的转动做功效果，其动力为机械能电 磁动力是系统机械能的转换为电能，在壳体定子设置多点直流电自励磁绕组，系统通过直流 电自励磁方式并可实现控制磁极。通过控制施力点增减电流的大小，控制系统的空载启动负载 做功。励磁绕组的安置到转子磁场有效影响之外，励磁绕组要做好磁屏蔽与定子的绝缘处理， 以避免与转子磁场产生相互的影响减少内耗。对于大型和高等级的动力机械的定子励磁绕组， 可以采用超导技术，以减少能耗，实现系统的能量循环做功，这对交通运输工具是具有特别 大的意义。
2.适用未来理想能源领域的机械能电磁动力原动机
适用于大中小型发电用原动力机系统，采用独立的动力原动力机系统，更适宜具有宽大 空间的交通运输工具，与之配套的发电机共同组成机械能电磁动力系统，系统技术相对简单， 制造工艺简捷，具有更强的适应性。
大轮轴飞轮可设计为永磁转子，定子设计为直流电自励磁电磁铁，对于大型发电原动力 机可设计定子超导励磁电磁铁，设置多点对称或不对称的定子超导励磁电磁力施力磁场，超 导直流电励磁绕组线圈或常规励磁线圈磁极的一端设计为磁屏蔽的绝缘保护层，另一端的磁 极设计为绅出式磁极端弧线状磁极端点，设置在转子的切线方向，并与定子转子的圆弧线保持 一致，形成最佳的定子磁极与转子磁极受力角度，设计配置系统的小功率自馈发电绕组，为其 动力系统提供励磁电源，同配套的发电机组装一起组成整体系统。
3.适用于超大型，大型动力与发电一体机系统，其技术相对复杂些，但性能更为可靠做 功更为高效。可以充分满足人类对于能源的需求。
发电做功转子设计突破传统思维，轮轴式转子是虚拟的概念，设计直径可达几十米甚至 是百米以上的环形首尾相连，高度和宽度为几米的磁悬浮机车，通过车载超大型发电机组的 直流电超导或常规励磁电磁体，形成环形的磁场转子超长的周长可设置更多的磁极，在其两 侧可分别设置两组超导或常规励磁发电绕组，发电效率可成倍提高。
励磁绕组转子机车的驱动，可优选设计为机械能电磁动力系统方式的转子多点无接触的 切线电磁动力排斥力的施力方式，定子电磁动力励磁绕组设计采用超导线圈，与转子外侧磁 极同极的匹配，做好磁场绝缘和磁屏蔽，避免巨大磁场相互间干扰减少内耗，提高整机的发 电性能。为了减少磁轨车运行的阻力，设计与磁轨车相匹配的磁悬浮磁轨励磁装置，利用磁 悬浮技术控制并减少转动做功阻力。除了上述的驱动技术外，原磁悬浮机车驱动技术方案完 全可供设计采用。
机械能电磁动力系统所采用的技术，轮轴的发明与使用是在远古时代就有了的技术，已 经在机械领域上得到极其广泛的应用。电机原理、超导和磁悬浮技术等，所涉及的技术全部 来源于现有的技术，是古老与现代技术的科学组合，属于公用与公知的技术，机械能电磁动 力系统装置与现有的热机方式相比，动力机的核心构件仅仅是单一的高度集成机电一体化的 特型电机，相对于现有的热机设备要简单多却更为高效环保实用。
机械能电磁动力系统装置是机械能与超导和磁悬浮技术的组合运用，形成了自我循环的 动力源装置。系统维持做功的能量是源于系统自身的产能。这样就可以省略对于外界能量的 补给，也就完全地摆脱了以往的传统动力机械对于化石燃料资源的依赖。因为动力机的工作 模式为极为高效能的新型电机运行模式，又传统省略了热机复杂的施力与附属的机构，大大减 小了机械做功的阻力。这样直接导致一种新型动力机模式的诞生。其结果虽然是一个看似简 单的原理，一个普通简单的工具却在不经意间能够解决人类目前在发展过程中亟待迫在眉睫 的大问题。对于我们人类社会所产生的作用与深远的意义是不言而喻的。
机械能电磁动力系统其结构简单功能强大，优点是显而易见的。单纯从机械本身而言是 充分提高了机械效率，与同等功率的热机动力装置相比，其动力性能有巨大的优势。由于机 械能电磁动力系统及相关应用技术价值决定了此项目专利技术推广的意义。
参考文献
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