[发明专利]高效能电动引擎供电系统

说明书

本发明涉及一种电动引擎供电系统。

缘于人类科技的发达，科技产品日新月异地不断问世，再加以各式科技产品为人们所普遍喜爱和利用，虽直接增进了人们的工作效率，简化工作的流程及工时，然而，在无形之中一些机具的使用却也间接地造成了地球自然生态的污染，且此生态环境污染的事实，亦已唤醒了人类对环保意识的觉醒。因此，对于地球生态污染的来源，不论是废气、垃圾、油污、自然矿产等污染源，皆为全人类今日全力防止并铲除的工作努力目标。

在众多污染源中，废气的污染堪称最为普遍、最为常见、且时时在发生的重要污染源。废气的污染源来自以燃烧石油为主要动力的汽油引擎，其于燃烧时所产生的噪声、排放出的残存物质、高温气体元素及新的化合气体等所造成的污染最为严重，诸如汽车、机车及小型引擎工具割草机、链锯机等汽油引擎，皆同属于此类污染的来源。

因此，近年来遂有人开始以充电式电池可反复充电使用、不受场地的限制、不受石油短缺影响的优良特性，作为电动引擎中能量的来源，以取代汽油燃料的地位。除此，此直流电能的提供亦直接消除了汽油引擎在使用上所带来的种种污染，对于地球环保工作的推行，贡献甚巨。

然而，此直流电能应用于电动引擎中时，也产生了一些技术上的瓶颈，诸如电能转换成动能是藉由线圈产生的磁力来推动物体做功，在此转换过程中，如使用以往的技术实施时，势必造成电动引擎内电感线圈的转换效率低、易生热能、耗电、续航力(即持续使用时间)不足等缺点。图1所示即为电感由直流电源驱动的等效电路图，在直流电源V串联开关S、电感性负载L、电阻R的电路中，当开关S闭合而成为回路时，其回路中有：

V＝I×R+L×(di/dt)              V：当开关S闭合时的压降

P＝I×V＝I²×R+L×I×(di/dt)   I²×R：阻抗所转换的热能

                                L×I×(di/dt)：电感上的能量

(du/dt)＝L×I×(di/dt)       U：电感储存的能量对时间轴的积

U＝(1/2)L×I²                  分(如图2所示斜线部分)

因此，当电流I流经如线圈、马达等电感性负载L时，其电感上所产生的压降V_L、电流I_L对时间轴的曲线如图2所示，由此曲线图中明显可见，当接点开关S导通后时间t自0开始时，其上的电压V_L便开始急剧下降，直至时间达t₁时方维持于一稳定的低电位，其上的电流I_L则随时间的增长而开始急剧上升，直至时间到达t₁以后则维持一稳定的高电流量，而电感上的功率(I_LV_L＝L×I×di/dt)对时间轴也形成一曲线，电感上储存的能量U则于时间t₁内达到最高峰，于时间t₁以后增进的能量已相当少。由此可见，以往所使用的诸多电能转动能的转换工具，利用电感储存的能量转换成动能，仅于其回路导通后至时间t₁内所发挥的效能最佳(t₁的时间依所使用电感阻抗的不同而各异)，时间到达t₁以后，电流I_L维持稳定的高电流量(di/dt几乎为零)，自此以后直流电源V所提供的电能皆落在I²R(热)上，其目的仅为了维持能量U在电感上保存的时间，却造成了I²R(热)的产生。这样，直流电源于电动引擎中除少部分消耗于磁能的转换外，绝大部分电能则转换成热能消耗殆尽，对于充电完成的直流电力而言，其续航力将受严重的折扣影响。

由图2可知，电感储存的能量在t₁时间内已几乎充满，t₁以后的时段电池所供应的电能都消耗在I²R上并转换成热，如果我们只需要利用磁能，那么在开关在时间轴上的0-t₁内闭合为最经济。又，电感储存的能量U会转换成磁场，磁场上的磁力就是要转换为动能的驱动力，虽然U在转换动能的过程中，会因磁阻而损耗部分能量，但也还剩余许多能量，如能将此剩余的能量回收，效率定可大幅度提升。