一种新型直流电机构成加速器和储能环的制作方法

一种新型直流电机构成加速器和储能环
1.技术领域：本发明领域属于加速器和电能储存设备，特别是涉及一种新型的直流电机构成的加速器和电能储存设备
2.

背景技术：
当前，电能不能大量储能，不能大量轻便携带，储能成本很高，每千瓦时储能重量太大。


技术实现要素：

3.一.发明技术效果：本发明可将新型直流电机的转子空心管内的气体带电质点在洛伦磁力的作用下加速储能，既可作为直流发电机储能，也可将转子空心管内所储能的气体带电质点电能转变为机械能，即可作为带有储能设备的包含大量电能的直流电动机使用。当气体带电质点速度达到相当高的速度时，其储能相当大。例如：将转子空心管内储能的气体带电质点速度加速达到每秒一万公里，则每克质量储能为：
4.w＝(1
÷
2)mv2＝(1
÷
2)
×1×
10
‑3×
(104×
103)2＝5
×
10
10
j
5.每公斤汽油热值为：w’＝4.6
×
107j/kg
6.w
÷
w’＝(5
×010
)
÷
(4.6
×
107)＝1.08
×
103kg即当转子空心导管内每克气体和带电质点加速达到每秒一万公里时，相当于储能为1.08
×
103公斤汽油，并且电能转化为机械能的效率远高于汽油燃烧转化为机械能效率且电能环保。
7.可见，用很少质量的气体带电质点只要加速到一定高的速度，则可储存大量的电能且自身质量很少，份量很轻。
8.二.新型直流电机加速器和储能环结构：
9.1)直流电机加速器和储能环总体结构：
10.本发明是将直流电机转子z个槽数内，嵌装上z根转子空心管1，在z根转子空心管两端连接转子换相环2，构成转子空心管绕组，对应于转子换相环两侧，经过一极小间隙，安装固定换相环3，在固定换相环两端连接z根环形固定空心管4，使两固定换相环首尾相连通，组成储能环6，在两磁极交界处，连接固定换向空心管5(如图1)。储能环空心管分转子空心管和固定空心管，转子空心管采用非磁性材料，转子空心管内壁或外壁采用绝缘材料与铁芯绝缘，固定空心管内壁或外壁也采用绝缘材料，使固定空心管互相绝缘和对地绝缘。
11.2)直流电机加速器和储能环空心管结构：
12.将每根空心管进行分割成内壁宽度为微米级或毫米级或纳米级，内壁高度为毫米级或微米级或纳米级的微小薄膜空腔8，可采用超薄型材料即薄膜隔层9(如微米级超薄玻璃)，并在空心管四周内壁和薄膜空心管四周内壁镀上纳米级导电镀层即微米导电镀层10(如采用化学镍镀层)，薄膜空心管分割，其中部分采用纯导电材料即纯导电隔层11(也可全部采用纯导电材料分割空心管)，使空心管内的各微小薄膜空心管内壁之间互相导电(如图2)。即每根空心管中，由许多微米级或纳米级厚度薄膜材料组成的许多个间隙仅为微米级或纳米级或毫米级空心薄膜管，且空心薄膜管内壁导电良好，各个空心薄膜管内壁之间互相导电。
13.3)直流电机加速器和储能环换向结构：换向结构分三个部分，转子换相环，固定换
相环及固定换向空心管。
14.在空心薄膜管进入转子换相环和固定换相环后，高度不变，宽度逐渐增加，至换相环端口，整个换相环都均匀分布着高度和宽度都相等的空心薄膜管，在接近换相环端口，空心薄膜四周分割厚度逐渐变薄，至换相环端口薄膜厚度接近零，各空心薄膜管换相环端口在低电压情况下，可产生电晕放电，使接近换相环端口的高速运动中性气体介质带上正电荷，因库仑斥力，避免了中性气体介质撞击换向环端口(如图3)。
15.高速运动转子空心管，经过相反磁极时，其转子空心管中带电质点受力方向与运动方向相反，故在反相前先接固定换向空心管，使高速运动中带电质点和中性气体，经过固定换向空心管，导入至与其带电质点运动方向相同的带电质点空心管，继续加速。被导出的转子空心管，其对应的固定空心管输入带电质点位子端口封闭7不接空心管，使被导出带电质点的转子空心管变成质点为零的空管，进入到相反磁极后，转子空管接受与原来运动方向相反的带电质点，因而没有碰撞，继续得到加速。
16.经过固定换向空心管，反相导入(如图1)。也可经过固定向空心管，不改变方向导入。
17.p对磁极有2p个换向空心管组组成。换向空心管组可是单个换向空心管，也可是多个换向空心管。
18.在储能环的各空心管之中的各薄膜管中，注入带电质点或者是带电质点和中性的空气介质(如纯氩气)的气体，各空心管中的各薄膜管内壁上，带上与带电质点相同电极性的直流电压。
19.新型直流电机的定子结构、转子铁芯结构与普通直流电机的定子结构、转子铁芯结构基本相同。
20.三.新型直流电机加速器和储能环中，空心管中带电质点电压和空心管分隔尺寸分析
21.根据高斯定律，空心管中的带电质点电压为：
22.u＝q
r
÷
(4xε0r)
23.u
‑‑‑‑
薄膜空心管中的带电质点电压
24.q
r
：为一球半径为r的空心管所包围的电荷总和
25.ε0‑‑‑‑
真空电容率
26.设空心管内壁高
×
宽＝hs
×
bs，取2r＝bs
27.r
‑‑‑
薄膜空心管中心到管壁最小距离
28.设空心管带电质点密度ρ为均匀分布
29.则u＝q
r
÷
(4πε0r)＝(4
÷
3)πr3ρ
÷
(4πε0r)＝r2ρ
÷
(3ε0)
30.ρ
‑‑‑
带电质点密度
31.即空心管中带电质点的电压与空心管半径r的平方和密度成正比，当电压一定时，带电质点密度与空心管分隔半径r的平方成反比。
32.根据直流电机转子导体平均感应电动势：e
av
＝2pφn
÷
60，
33.新型直流电机转子每根空心管都是并联的，则u＝e
av
＝e
a
34.e
av
‑‑‑
转子导体平均感应电动势v，e
a
‑‑‑
电枢电动势v，p
‑
磁极对数
35.φ
‑
每极磁通量wb，n
‑‑‑
电枢每分钟转数
36.在磁通一定的情况下，电压越高转速越快，由于转速有限制则电压不能太高，且电压太高绝缘也不能承受；如果电压不高而空心管尺寸太大则空心管带电质点密度会很小，则转子电流会很小，电流小电压低则直流电机的功率会很小。
37.如果将空心管采用微米级或纳米级薄膜分隔成许多小间隙的薄膜空心管，则电压可以不高但带电质点密度可以达到要求，则电机的电流可以足够大，电机的功率随之可以做的很大。参看下面多个具体实施例
38.四.新型直流电机加速器和储能环中，空心导管内的带电质点储能的有效性条件及启动的有效性条件和改善措施
39.1)空心导管内的带电质点储能的有效性条件
40.根据：f＝ma＝evb(如图4)
41.f＝mv2÷
r mv2÷
r＝evb r＝mv
÷
(eb)
42.f＝v
÷
(2πr)＝eb
÷
(2πm)
43.r
‑
粒子运动途径的半径(米)
44.m
‑
粒子的质量(公斤)
45.v
‑‑
粒子的速度(米/秒)
46.e
‑‑
粒子的电荷(库)
47.b
‑‑
通量密度(韦/米2)
48.f
‑‑‑‑‑
频率(圆/秒或周/秒)
49.带电质点在洛伦磁力的作用下加速时会沿周边运动，运动轨迹
50.(如图4)，a
‑‑‑
加速度方向，频率为f，每周时间1
÷
f。
51.如果转子高速旋转，则转子空心管(设编号1)内带电质点在洛伦磁力的作用下将加速储能，同时，经过碰撞，对转子空心管(编号1)和相应的固定空心管(设编号1)内气体质点加速，起到储能作用。因为带电质点充满了整个空心管，由于同号相斥，带电质点均匀分布整个空心管，当转子空心管(编号1)内带电质点加速位移后，因库仑斥力，整个空心管(编号1)，都有相应的加速位移，起到储能作用。但是，如果在的储能过程中，转子空心管(编号1)内带电质点加速方向α已发生严重转向，假设此时，加速的带点质点已运动了1/4周，则加速度α方向转了90度，而此时如果转子空心管(编号1)，还未离开固定空心管(编号1)，以后加速无效。如果转子空心管(编号1)加速的带点质点已运动了1/2周，还未离开固定空心管(编号1)，则加速的带点质点起阻碍作用，储能效果很差。
52.因而储能的有效性条件是：转子高速旋转空心管内带电质点加速时间
53.δt＝1
÷
(4f)应大于转子空心管走过相应固定空心管的时间δt’＝b
÷
v
54.b
‑
沿转子圆周宽度
55.v
‑
转子圆周速度(米/秒)
56.其中b有三种选择：b1为大于2倍空心薄膜宽度，尺寸为纳米级或微米级；b2为齿距约为两倍空心管内壁宽度，尺寸为毫米级或为厘米级；b3为极距
57.根据前面f＝v
÷
(2πr)＝eb
÷
(2πm)(圆/秒或周/秒)
58.如要带电质点有效加速应满足：
[0059]1÷
(4f)＝πm
÷
(2eb)＞b
÷
v
[0060]
如果加速度α方向改变小于30度，即1
÷
(12f)的时间内，转子空心导管运动时间达
到δ t＝b
÷
v，
[0061]
即1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v其中b3为极距
[0062]
则电机储能效率很高。
[0063]
综上所述：如果转子空心管内带电质点加速储能过程中，加速度α方向改变小于30度，转子空心管已位移一个极距，则电机储能效率很高。
[0064]
即1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v其中b＝b3b为极距。
[0065]
最低储能的有效性条件是：1
÷
(4f)＝πm
÷
(2eb)＞b1
÷
v其中b1为2倍薄膜管空心宽度。
[0066]
2)新型直流电机储能的启动有效性条件
[0067]
当转子空心管中带电质点运动的储能速度只有达到一定的速度后，才能使高速运动转子空心管，经过相反磁极时，使被导出带电质点的转子空心管变成不带质点的空管，然后，相反运动的带电质点进入不带质点的空管，才不会碰撞，不会造成能量损耗，不会导致储能困难，但在启动时，带电质点初速度为零，被导出转子空心管变成不带质点的空管会有困难，为此，需满足启动有效性条件：
[0068]
带电质点初速度为零时，运动的距离：
[0069]
l
a
≤0.5a(δt)
2 δt＝b
÷
v a＝v2÷
r
[0070]
r＝mv
÷
(eb) 1
÷
(4f)＝πm
÷
(2eb)≥b
÷
v
[0071]
则l
a
≤0.5a(δt)2＝0.5
×
(v2÷
r)
×
(b
÷
v)2＝b2÷
(2r)＝b2÷
[2mv
÷
(eb)]＝ebb2÷
(2mv)
[0072]
l
a
≤ebb2÷
(2mv)其中v＝v
a
[0073]
可见，在满足储能的有效性条件下，选b越大，l
a
可以平方增加，速度v越大l
a
越小。m 越大，l
a
越小m≥b
×
2eb
÷
(πv)＝m0[0074]
当选择带电质点m＞m0时，在启动时，降低速度达v0，
[0075]
使m＝b
×
2eb
÷
(πv0)即v0＝b
×
2eb
÷
(πm)则
[0076]
l
a
≤ebb2÷
(2mv)＝ebb2÷
{2[b
×
2eb
÷
(πv0)]v0}
[0077]
l
a
≤(πb)
÷4[0078]
即在满足储能的有效性条件下，选b越大越好l
a
≤(πb)
÷4[0079]
且在在启动时，降低电机速度达v0使v0＝b
×
2eb
÷
(πm)
[0080]
即可满足启动有效性条件。
[0081]
l
a
‑‑‑
转子长度
[0082]
如果b＝τ＝πda
÷
(2p) τ
‑‑
极距 则p＝1极距较大。
[0083]
3)新型直流电机储能的启动改善措施：
[0084]
根据m≥b
×
2eb
÷
(πv)，当带电质点质量选的很小时，则b很小，而转子长度不能很小，尽管电机储能条件符合，但电机储能的启动条件不能满足，则启动改善措施是：注入符合电机储能启动条件的大质量的带电质点，即注入两种带电质点，一起启动，由符合启动条件的大质量的带电质点，带动小质量带电质点，当达到一定速度后，即l
a
＝v
d
δt＝v
d
(b
÷
v
a
)后，通过磁约束的方法，将小质量带电质点留在储能环中，将大质量的带电质点导出。即可完成小质量带电质点启动。
[0085]
v
d
‑‑‑
储能环中带电质点速度
[0086]
v
a
‑‑‑‑‑
小质量转子圆周启动速度
[0087]
五.新型直流电机加速器和储能环中，换向器作用和结构分析
[0088]
新型直流电机换向器与普通直流电机换向器完全不同，如果没有换向器则转子空心导管各薄膜内的带电质点经加速后，高速进入固定空心管的薄膜空心管中时，由于转子是高速旋转的，则带电质点会撞击固定相邻空心管内壁之间的位置上的空心管管壁材料和空心薄膜管管壁材料上，带电质点进入前端固定空心管后，经过固定储能环，以尾端再次进入转子空心管时，同样会再次撞击转子相邻两空心管内壁之间的位置上铁芯转子齿等材料，为此各转子空心管两端需要装转子换相环，两转子换相环外侧，经过一小间隙安装固定换相环。换向器的换相环作用是避免高速运动的带电质点撞击空心管内壁之间的位置上的材料。另外，高速旋转的转子空心管，在经过磁极改变时，转子空心管内，带电质点受力方向改变，故在磁极改变处，安装固定换向空心管。将转子空心管内带电质点经固定换向空心管导入至与其带电质点运动方向相同的带电质点空心管，继续加速。
[0089]
六.新型直流电机加速器和储能环的储能过程，储能方法及储能释放的电动机过程分析：
[0090]
1)储能过程
[0091]
当外施机械能拖动直流储能电机转子旋转后，转子上的空心管以速度v运动，空心管内的各薄膜管中带电质点同样以速度v运动，在洛伦磁力作用下，得到加速，如前所述，如果符合储能的有效性条件，则储能环的各空心管内的各薄膜管中带电质点，不断得到加速储能。
[0092]
取储能的有效性条件：1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v其中b＝b3，b3为极距。
[0093]
即转子空心管位移一个极距内，空心管内的带电质点加速度方向改变小于30度。即一个极距内所有空心管(称一组空心管)内的带电质点，始终得到有效加速。每对磁极，构成两组空心管，带电质点运动方向相反。在两组空心管相交处，空心管内的带电质点运动方向相反，采用固定换向空心管，如前所述，只要符合启动要求，可使被导出带电质点的转子空心管变成带电质点和中性气体介质为零的空管，避免了带电质点的碰撞。同样，换相环端口薄膜厚度接近零，这样，在低电压情况下，会产生电晕放电，避免了中性气体撞击换相环端口。
[0094]
2)储能释放的电动机过程：
[0095]
由于每对磁极，构成两组空心管，其带电质点运动方向相反，则构成了直流电动机。
[0096]
3)电机储能方法可分两种：一种是储能环中仅注入带电质点，这种储能方法，可使带电质点在较短时间内达到较高速度，但由于电机转子电流不能太大：
[0097]
i＝q
÷
t，q：
‑‑
(库仑)，t：
‑‑
时间(秒)因为带电质点的运动速度较高且储能环周长不会很长，则带电质点数量有限因而储能很小；另一种储能方法是除注入带电质点外另外再注入中性气体介质，这样通过带电质点不断碰撞中性介质后，储能质量大大增加，而转子电流不增加达到了大量储能的目的。中性气体可选择惰性气体(如氩气)或选择不易经过碰撞而产生带电质点的中性气体分子(如sf6气体)。
[0098]
七.新型直流电机加速器和储能环中，高速运动带电质点在空芯薄膜管中的约束和稳定运行：
[0099]
带电质点和中性气体介质在空心薄膜管中，不断加速和碰撞后，不断储存能量，随着带电质点和中性气体速度的增加，在储能环的空心薄膜管中的带电质点和中性气体将达到高速运动，且定子与转子之间存在气隙，转子空心管换相环与固定空心管换相环之间也存在气隙，因而必须对空心管中的高速运动的带电质点进行约束和横向稳定运行。
[0100]
由前所述，各空芯管中的各薄膜空心管内壁均带有直流电压，且电极性与带电质点相同，这样就对高速电运动的带电质点带来以下约束：
[0101]
1)空心管内壁及各薄膜空心管内壁均带有直流电压，电极性与带电质点同号，因而克服了带电质点的自重，使带电质点悬浮于薄膜空芯管中；
[0102]
2)各薄膜空心管内壁直流电压，约束了悬浮的带电质点，使之远离了薄膜空芯管内壁，减少了高速运动带电质点对内壁的摩擦损耗；
[0103]
3)带电质点高速向前运动，在带电质点后面形成了一个局部低真空，使中性气体分子被约束于带电质点后面，形成一个被高速运动的带电质点约束了的气体，即只要带电质点被约束，中性气体分子也就被约束，并且会使转子换相环与固定换相环之间的气隙内形成一个负压，将外面的气体分子吸入空心薄膜管中，而不会使空心薄膜管中气体分子泄漏到外面去；
[0104]
4)由于带电质点带有相同的电极性且充满了整个闭合空心管中，当转子空心管中带电质点加速运动后，各带电质点同步相斥也会一起跟着运动，方便加速整个管中的带电质点。
[0105]
综上所述，仅靠空心薄膜管内壁带上与带电质点相同的直流电压，即可使高速运动的带电质点和中性气体分子具有较好的约束于薄膜空心管中的作用。
[0106]
5)由前所述r＝mv
÷
(eb)，适当选择参数，使带电质点运动速度，储能环半径，通量密度，符合上述条件，则可采用磁约束的方法，让高速运动的带电质点在闭合的储能环中稳定运行。
[0107]
综上所述，可通过直流电压约束和磁约束使高速运动带电质点在各薄膜空心管中稳定的约束和横向稳定运行。
[0108]
八.新型直流电机加速器和储能环中，各薄膜空心管的带电质点选择，带电质点和中性气体注入方法和各空薄膜心管壁直流电压导入方法
[0109]
1).各薄膜空心管的带电质点选择：根据前面分析，带电质点的质量需要满足加速有效性的条件1
÷
(4f)＝πm
÷
(2eb)＞b
÷
v
[0110]
选择不同的b，则可得不同的带电质点的质量根据下面多个具体实施例计算可知，带电质点质量可选从纳米材料到氘和氚的气体分子。
[0111]
2)各薄膜空心管中带电质点和中性气体注入方法：
[0112]
采用高频放电的离子源或双等离子体离子源真空注入。方法是：先将储能环抽成高真空，然后采用离子源真空注入最后再注入中性气体。
[0113]
3)各薄膜空心管壁直流电压导入方法：根据前面所书述，空心薄膜管内壁导电良好，各个空心薄膜管内壁之间互相导电。故只需将直流电压导线穿过空心管绝缘层，连接空心管内壁的导电涂层，则各薄膜空心管内壁都带上相同的电压，转子薄膜空心管可通过电刷，集电环导入。在转子薄膜空心管和固定空心管等距离穿过绝缘层，加入直流电压。
[0114]
九.新型直流电机加速器和储能环的真空密闭方法和冷却方法
[0115]
1)真空密闭方法
[0116]
在直流电机内部尽量减少不必要的空间，除转子和定子，转子换相环与定子换相环的共同的小间隙外，其余一律封闭，可采用涡轮分子泵抽真空至10
‑8pa，然后采用离子源真空注入，轴泵旋转部分采用磁流体密封，可达10
‑7pa。
[0117]
2)冷却方法
[0118]
由于带电质点在转子空心管和固定空心管构成的储能环中高速运动，将固定空心管冷却14，即可冷却整个储能环和转子铁芯。
[0119]
十.新型直流电机加速器和储能环的外施动能方法
[0120]
直流电机储能需要原动机带动，方法或有二种，一种是由原动机通过机械方法带动直流电机储能，而第二种方法采用直流电动机带动并且原动机直流电机与储能直流电机整合在一起变成一台新型直流电机加速器和储能环，即可以通过直流电源(外施)，使直流电机高速转动带动储能直流电机储能，具体方式可分二种：一种直流电机转子电枢(导线)(外施电源)放在转子空心管上面，第二种方法是空心管放在上面，直流电机转子电枢(导线)(外施电源) 放在下面，这样换向器直径可减小。采用原动机直流电机与直流储能机整合，方法可行，因为都是直流电机，结构相似，功率也相当，体积重量增加有限，但储能非常方便，只需外施直流电源即可对直流储能机储能，储能后即可作为电源释放储能功率作为直流电动机使用。
[0121]
但应注意：当直流储能机作为直流电动机使用时，外施原动机的直流电动机的电枢绕组，将产生感应电动势，闭合的绕组将产生很大的短路电流，为此需要装一个可控开关。在直流储能机作为直流电动机使用时，外施原动机的直流电动机的电枢绕组断开。
[0122]
十一.新型直流电机加速器和储能环的调速
[0123]
第一种方法弱磁调速：与普通直流电动机相似，弱磁调速是从额定转速向上调速的调速方法。
[0124]
第二种方法降低转子薄膜空心管内的带电质点的电压调速：可采用降低转子薄膜空心管内壁电压和固定薄膜空心管内壁电压来间接降低转子薄膜空心管内的带电质点的电压调速。电压越低，转速则越低。调速区间从额定转速往下调。
[0125]
第三种方法如果原动机直流电机与储能直流电机整合在一起变成一台新型直流电机加速器和储能环，在直流储能机作为直流电动机使用时，可将外施原动机的直流电动机的电枢绕组短时间合上，由于外施原动机的直流电动机产生的转矩与直流储能机转矩相反，则可以起到降低转速作用。如果外施的直流电动机转子短路电流太大，可串接电阻。
[0126]
本发明可应用于：电动汽车、电动飞机、电动航天飞船、太阳能和风能储能设备、电网的调峰设备、可作为重离子加速器和为中子源，可使原子能裂变发电更安全的一种有效工具。
[0127]
可作为实现商业可控原子能核聚变反应发电的一种重要的，有效工具和设备。
附图说明：
[0128]
图1
‑
新型直流电机加速器和储能环总体结构示意图
[0129]
图2
‑
空心管分割成微小薄膜空心管示意图
[0130]
图3
‑
换向环结构示意图
[0131]
图4
‑
带有正电荷的质点在磁场里的运动途径
[0132]
附图标记：1
‑
转子空心管 2
‑
转子换相环 3
‑
固定换相环 4
‑
固定空心管 5
‑
固定换向空心管 6
‑
储能环 7
‑
磁极交界处输入端封闭 8
‑
微小薄膜空腔 9
‑
薄膜隔层 10
‑
微米导电涂层 11
‑
纯导电隔层 12
‑
空心管外层 13
‑
空心管壁和铁芯 14
‑
固定空心管壁和散热冷却隔层 15
‑
正电荷 16
‑
b通量密度(向外)
具体实施方式
[0133]
应用一：电动汽车
[0134]
1)选定电机的主要参数和尺寸
[0135]
功率200kw 转速n＝9000转/分 通量密度b＝1.8韦/米2[0136]
pn
÷
nn＝0.222 取d
a
＝25cm 极数2p＝2 槽数z＝48
[0137]
极距τ＝πda
÷
(2p)＝39.25cm 取电枢长度la＝25cm
[0138]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝τ＝39.25cm，l
a。
＝30cm
[0139]
电枢长度la＝25cm＜l
a。
＝30cm符合启动条件
[0140]
机座外径dj＝da
÷
0.55＝45.5cm 空心管内壁高hs＝24mm
[0141]
电枢周速va＝πda
×
n
÷
60＝118m/s 齿距ta＝πda
÷
z＝1.6cm
[0142]
空心管内壁宽度bs＝ta
÷
2＝8mm
[0143]
转子导体平均感应电动势：
[0144]
e
av
＝2pφn
÷
60＝2pbτl n
÷
60＝2
×
1.8
×
0.3925
×
0.25
×
9000
÷
60＝53(v)
[0145]
e
av
＝ea电枢电动势
[0146]
设：储能环半径r取0.4m，储能环周长l＝6m
[0147]
电机储能加速带电质点和中性气体速度达600km/s
[0148]
则带电质点和气体在储能环中的频率为f＝v
÷
l＝600
×
103÷
6＝105周/秒
[0149]
2)储能空心管分隔尺寸、结构和材料选择
[0150]
由前面分析空心管分隔尺寸足够小才能使空心管的电压不高，带电质点密度较高。
[0151]
转子空心管采用云母材料，设厚1毫米内壁高24mm，宽6.85mm，长与转子铁芯相同la＝2500 mm，空心管四周内壁用导电镍镀层，厚度仅5微米，空心管分隔采用30微米超薄玻璃(可弯曲)，两面用镍镀层(用化学方法)，厚度仅5微米，则薄膜共厚40微米，薄膜间隔也取40 微米，即将空心管沿圆周宽度
[0152]
bs＝8毫米，等距离40微米分隔，高度hs＝24mm，分隔间隔取1mm，
[0153]
采用40
×
40微米隔断(仅用导电镍镀层)。
[0154]
3)带电质点密度、转子电流和电机功率计算
[0155]
根据高斯定律包围正方体的电压为：
[0156]
u＝q
r
÷
(4πε0r)
[0157]
u
‑
转子空心管带电质点电动势，u＝e
av
＝ea；
[0158]
e
av
‑
转子空心管电动势 ea
‑
电枢电动势
[0159]
取正方体为40
×
40
×
40微米3，则r＝40
÷
2＝20微米，
[0160]
q
r
：为一正方体表面包围的电荷总和(库)u＝e
av
＝53(v)
[0161]
q
r
＝4πε0ru＝q
r
＝4πε0r
×
u ＝4π
×1÷
(36π)
×
10
‑9×
20
×
10
‑6×
53＝118
×
10
‑
15
(库)
[0162]
每立方毫米带电质点密度：ρ0＝q
r
÷
v
。
[0163]
v4＝40
×
40
×
40微米3＝(40
×
10
‑3)毫米3[0164]
ρ0＝qr
÷
v
。
＝(118
×
10
‑
15
)
÷
(40
×
10
‑3)＝1.84
×
10
‑9(库/毫米3)
[0165]
空心管含气体体积v
s
≈hs
×
(bs
÷
2)
×
l
’×
z(考虑到薄膜隔断占1/2体积)，则v
s
≈24
×
(8
ꢀ÷
2)
×6’×
103×
48＝27.6
×
106毫米3[0166]
储能环一周带点质点电荷：q
l
＝v
s
×
ρ0＝27.6
×
106×
1.84
×
10
‑9＝5
×
10
‑2库 f＝105周/秒
[0167]
转子电流i＝q
l
f＝5
×
10
‑2×
105＝5
×
103a＝5ka
[0168]
电机线电荷a＝i
÷
πda＝5
×
103÷
(3.14
×
25)＝63安/厘米，符合要求。
[0169]
电动机功率w＝i
×
u＝5
×
53＝265kva
[0170]
f＝ibl＝5
×
1.8
×
0.25＝2.25kn转矩m＝f
×
da
÷2[0171]
m＝2.25
×
103×
0.25
÷
2＝281nm
[0172]
4)选择带电质点和中性气体分子
[0173]
根据带电质点有效加速条件，最低要求：1
÷
(4f)＝πm
÷
(2eb)＞b1
÷
v
[0174]
其中b1为空心薄膜导管宽度。
[0175]
电机储能效率很高条件：
[0176]1÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v其中b＝b3为极距
[0177]
b按两种方法选择，一种按极距b＝τ＝πda
÷
(2p)来选择，另一种按空心管内分隔微米级尺寸来选择。下面分别以二种方法来选择并进行比较：
[0178]
按第一种选择：τ=πda
÷
(2p)＝39.25cm va＝118m/s
[0179]
则m＝b
×
6eb
÷
(πv)＝39.25
×
10
‑2×6×
1.8
×
1.6
×
10
‑
19
÷
(3.14
×
118)＝1.83
×
10
‑
21
kg 符合加速条件的粒子质量m0＝m＝1.83
×
10
‑
21
kg
[0180]
质子质量为1.6
×
10
‑
27
kg，可见需要符合加速条件的粒子质量大于质子质量100万倍。故选三氧化二铝(al2o3)纳米材料，且具有正电带电性。
[0181]
三氧化二铝粒子直径为d＝10nm 密度为4g/cm3[0182]
m3＝4
÷
(106×
106×
106)＝4
×
10
‑
18
(g/粒)＝4
×
10
‑
21
(kg/粒)
[0183]
m3＞m0符合条件
[0184]
r＝m3v
÷
(eb)＝4
×
10
‑
21
×
118
÷
(1.6
×
10
‑
19
×
1.8)＝1.63m
[0185]
a＝v2÷
r＝1182÷
1.63＝8542m/s2[0186]
a
‑
带电质点加速度(m/s2)
[0187]
储能环一周电荷为q＝5
×
10
‑2库
[0188]
1库仑q0＝6.25
×
10
18
个电子量
[0189]
储能环一周电荷数为q
l’＝q
l
×
q0＝5
×
10
‑2×
6.25
×
10
18
＝31.25
×
10
16
[0190]
储能环的带电质点质量为m＝q
l
×
m0＝31.25
×
10
16
×4×
10
‑
21
＝1.25
×
10
‑3kg＝1.25g
[0191]
转子长为l＝0.3m储能环长为l’＝6m
[0192]
l
’÷
l＝6
÷
0.3＝20(倍) l＝8.542km/s2加速20秒，使储能环中带电质点为1.25
克，加速到8.542km/s
[0193]
储能环储能加速到600km/s则600
×
103÷
(8.542
×
103)＝70.2(倍)
[0194]
则将储能环中带电质点1.25(克)，加速到600km/s需要时间为 t0＝20(秒)
×
70.2＝1404(s)
[0195]
5)储能环中，中性气体选择，储能时间和储能能量计算
[0196]
设储能时间5小时则5
×
3600
÷
1404＝12.8倍，氩气作为储能环中性气体，质量为 my＝1.25
×
(12.8
‑
1)＝14.75(克)
[0197]
即储能时间5/小时可使总量mz＝1.25
×
12.8＝16(克)，带电质点和中性氩气储能速度达600＝km/s
[0198]
总能量wz＝(1/2)mv2＝(1/2)
×
16
×
10
‑3×
(600
×
103)2＝28.8
×
108[0199]
每度电w0＝3.6
×
106(焦耳)
[0200]
总能量相当于电能wz’＝wz
÷
w0＝28.8
×
108÷
(3.6
×
106)＝800(度)
[0201]
即充电5小时相当于储能800度电。
[0202]
6)储能环中空气压力计算：
[0203]
根据前面储能环容积v
。。
＝27.6
×
106毫米3＝27.6(升)≈1.2摩尔体积
[0204]
1摩尔氩气(分子量39)约39克气体
[0205]
储能环中压力p≈14.75
÷
(39
×
1.2)≈0.31(大气压)
[0206]
7)电机启动方法
[0207]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝τ＝39.25cm l
a。
＝30cm
[0208]
la＝25cm符合启动条件
[0209]
根据m＝b
×
2eb
÷
(πv0) m＝m3＝4
×
10
‑
21
(kg/粒) b＝τ＝39.25cm
[0210]
v0＝b
×
2eb
÷
(πm3)＝0.3925
×2×
1.6
×
10
‑
19
×
1.8
÷
(3.14
×4×
10
‑
21
)
[0211]
v0＝18m/s即启动时，电机转子的圆周速度为v0＝18m/s
[0212]
8)按第二种选择最低要求
[0213]1÷
(4f)＝πm
÷
(2eb)＞b1
÷
v
[0214]
其中b1为空心薄膜导管宽度。b1＝4bs取160微米
[0215]
m＝b1
×
(2eb)
÷
(πv)＝160
×
10
‑6×2×
1.6
×
10
‑
19
×
1.8
÷
(3.14
×
118)＝24.8
×
10
‑
26
kg
[0216]
质子质量为1.6
×
10
‑
27
kg m0＝m
[0217]
m0÷
(1.6
×
10
‑
27
)＝24.8
×
10
‑
26
÷
(1.6
×
10
‑
27
)＝155倍
[0218]
分子量大于155的带电质点即符合储能条件
[0219]
选金离子分子量(au)196 一阶正离子
[0220]
mj＝196
×
1.6
×
10
‑
27
＝3.13
×
10
‑
25
kg
[0221]
r＝mjv
÷
(eb)＝3.13
×
10
‑
25
×
118
÷
(1.6
×
10
‑
19
×
1.8)＝128
×
10
‑6(米)＝0.12毫米
[0222]
a＝u2÷
r’＝1182÷
(128
×
10
‑6)＝108
×
106米/秒2[0223]
加速度达光速1/3，非常快，储能的带电质点数量与前面相同，
[0224]
q
l’＝ql
×
q0＝5
×
10
‑2×
6.25
×
10
18
＝31.25
×
10
16
[0225]
金离子带电质量m”＝q
l
×
mj＝31.25
×
10
16
×
3.13
×
10
‑
25
＝9.78
×
10
‑8kg＝9.78
×
10
‑5g
[0226]
金离子带电质量仅9.78
×
10
‑5g，非常轻。
[0227]
ls
÷
l’＝20倍 a＝108
×
106米/秒
[0228]
ls
‑
转子长度 l
’‑
储能环总长度
[0229]
600
×
103÷
(108
×
106)＝5.55
×
10
‑3秒
[0230]
即加速5.55
×
10
‑5秒，金离子达到600千米/秒，需要时间为
[0231]
t0＝20
×
5.55
×
10
‑3＝111
×
10
‑3秒。
[0232]
设加速5小时，使质量为9.78
×
10
‑5g的n倍，达到600千米/秒
[0233]
n＝5
×
3600
÷
(111
×
10
‑3)＝162
×
103倍
[0234]
n倍金离子质量mn＝9.78
×
10
‑5×
n＝9.78
×
10
‑5×
111
×
103＝10.68g
[0235]
总质量与第一种方法接近，储能时间、储能能量也都速。
[0236]
r”＝mjv
’÷
(eb) v
’‑‑
600千米/秒
[0237]
r”＝3.13
×
10
‑
25
×
600
×
103÷
(1.6
×
10
‑
19
×
1.8)＝0.652米
[0238]
储能环半径为0.4米，则适当增加b即可使r”为0.4米，使带电质点在磁场作用下，在储能环中做圆周运动，即可以使带电质点在电场和磁场双重约束后在储能环中稳定运行。
[0239]
储能的启动，需要采用大质量带电质点带动，如三氧化二铝粒子。
[0240]
启动后，将三氧化二铝粒子导出。
[0241]
9)选择二种不同带电质点质量方式比较
[0242]
第一种按极距来选择，带电质点质量必须足够大，故选纳米材料；第二种方法按微米级间隙来选，带电质量可以很小选离子，且需要采用大质量带动。采用第一种方法后加速度a较小仅为7km/s2，故撞击中性分子比较温和，但缺点是不易采用磁约束方法，来约束带电质点在储能环中运行，仅能采用直流电压约束方法，来约束带电质点在储能环中稳定运行。采用第二种方法后，加速度a很大达光速1/3，撞击中性气体分子剧烈，但可方便采用磁约束方法，来约束带电质点在储能环中运行，即可采用直流电压和磁约束双重约束的方法来使带电质点在储能环中稳定运行。
[0243]
10)直流电机和储能环重量估算
[0244]
电机外径：dj＝45.5cm 电枢长度la＝25cm
[0245]
空心管内壁高hs＝2.4cm 空心管内壁宽bs＝0.685cm
[0246]
储能环总长l＝600cm
[0247]
铁的比重ρ
f
＝7.8g/cm3[0248]
电机重量q1＝π
×
(dj
÷
2)2×
la
×
fs＝3.14
×
(45.5
÷
2)2×
25
×
7.8 ＝316
×
103g＝316kg
[0249]
玻璃比重ρ
p
＝2.45g/cm3，镍比重ρ
n
＝8.9g/cm3[0250]
玻璃薄膜重量和镍镀层占体积与空心管含气体体积相当：
[0251]
v”＝27.6
×
106毫米3＝27.6
×
103cm3[0252]
由于镍比重是玻璃比重3.6倍，而体积仅占玻璃1/3，故近似取玻璃薄膜重量1.8倍，则q2＝1.8
[0253]
v”ps＝1.8
×
27.6
×
103×
2.45＝121
×
103g＝121kg
[0254]
绝缘材料取云母ρ
y
＝2.8g/cm3，云母面积s
m
＝(2hs 2bs)
×
l
×
z＝(2
×
2.6 2
×
0.8)
×6×ꢀ
100
×
48＝195
×
103cm2[0255]
云母厚δ＝0.5mm
[0256]
q3＝smδρ
y
＝195
×
103×
0.5
×
10
‑1×
2.8＝26.4
×
103g＝27kg
[0257]
储能环固定空心管采用钛合金外壳，面积与陶瓷面积相等，
[0258]
s
m
＝189.2
×
103cm
2，
钛合金厚δ＝0.5mm钛合金比重ρ
t
＝4.5g/cm3[0259]
q4＝s
m
δδ＝195
×
103×
0.5
×
10
‑1×
4.5＝42.5
×
103g＝43.8kg
[0260]
总重量q＝q1 q2 q3 q4＝316 121 27 43.8＝508kg
[0261]
考虑到原动机直流电机与直流储能电机整合加上换向器，重量将会增加，但电机外壳改为钛合金重量将降低，总重量估计510kg。
[0262]
应用二：电动飞机
[0263]
电动飞机的直流储能电机结构与电动汽车直流储能电机结构基本相同。
[0264]
1)选定电机主要参数和尺寸
[0265]
设计功率每台12万kw 共2台
[0266]
n
n
＝9000转/分 p
n
÷
n
n
＝11 da＝110cm
[0267]
b＝1.6韦/米
2 定子外径dj＝200cm 2p＝4
[0268]
z
÷
(2p)＝24 z＝24
×
4＝96 电枢长度la＝65cm
[0269]
极距τ＝πda
÷
(2p)＝3.14
×
110
÷
4＝86.35cm
[0270]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝极距τ＝86.35cm
[0271]
l
a。
＝(3.14
×
86.35)
÷
4＝67.7cm＞l
a
＝65cm符合启动条件
[0272]
齿距ta＝πda
÷
z＝3.14
×
110
÷
96＝3.6cm
[0273]
空心管内壁宽度bs＝ta
÷
2＝1.8cm 空心管内壁高hs＝24mm
[0274]
转子空心管电动势eav
[0275]
eav＝2pφn
÷
60＝2pbτｌｎ
÷
60＝2
×2×
1.6
×
0.8635
×
0.65
×
9000
÷
60＝538(v)
[0276]
设：储能环半径r取5m，总长l＝80m
[0277]
2)储能空心管分隔结构、材料计算
[0278]
储能空心管分隔采用40微米间隔，结构、材料与前面电动汽车相同。
[0279]
3)带电质点密度、转子电流和电机功率计算
[0280]
u＝q
r
÷
(4πε0r)u＝538伏 r＝40
÷
2＝20微米，
[0281]
q
r
＝4πε0r
×
u＝4π
×1÷
(36π)
×
10
‑9×
20
×
10
‑6×
538＝1195
×
10
‑
15
[0282]
ρ0＝q
r
÷
v
4 v4＝40
×
40
×
40微米3[0283]
ρ0＝1195
×
10
‑
15
÷
(40
×
10
‑3)3＝18.68
×
10
‑9(库/毫米3)
[0284]
ρ0‑
带电质点密度(库/毫米3)
[0285]
空心管含气体体积v
s
＝hs
×
(bs
÷
2)
×
l
×
z＝24
×
(18
÷
2)
×
80
×
103×
96＝1658.8
×
106毫米3[0286]
储能一周电荷：q
l
＝v
s
×
ρ0＝1658.8
×
106×
18.68
×
10
‑9＝30.9(库)
[0287]
储能环中带电质点和中性气体加速到600km/s，储能环周长80米
[0288]
则f＝600
×
103÷
80＝7.5
×
103周/秒
[0289]
储能环中电流i＝q
l
f＝30.9
×
7.5
×
103＝231
×
103a
[0290]
电机线负荷a＝i
÷
(πda)＝231
×
103÷
(3.14
×
110)＝668安/厘米
[0291]
电动机功率w＝iu＝231
×
103×
538＝124
×
106va＝124m va
[0292]
4)选择带电质点和中性气体分子
[0293]
根据带电质点有效加速条件：1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v其中b＝b3为极距
[0294]
极距τ＝86.35cm v＝va
[0295]
va＝πda
×
n
÷
60＝3.14
×
1.1
×
9000
÷
60＝518m/s
[0296]
m＝τ
÷
(πva)
×
6eb＝86.35
×
10
‑2÷
(3.14
×
518)
×6×
1.6
×
1.6
×
10
‑
19
＝8.15
×
10
‑
22
kg/粒
[0297]
故选二氧化二铝(al2o3)纳米材料
[0298]
m3＝4
×
10
‑
21
kg/粒，
[0299]
r＝m3v
÷
(eb)＝4
×
10
‑
21
×
518
÷
(1.6
×
10
‑
19
×
1.6)＝8.09m
[0300]
a＝v2÷
r＝5182÷
8.09＝33km/s2带电质点加速度为33km/s2[0301]
储能一周电荷数：o
l
＝30.9(库) q0‑
每一库仑数
[0302]
带电质点质量为m”＝q
l
×
q0×
m3＝30.9
×
6.25
×
10
18
×4×
10
‑
21
＝0.7725kg，
[0303]
中性气体选氩气(分子量39)
[0304]
5)储能时间和储能能量计算
[0305]
转子长la＝0.65m，储能环总长l＝80m
[0306]
l
÷
la＝80
÷
0.65＝123(倍) α＝33km/s
[0307]
即电机加速123秒使储能环中带电质点0.7725kg，加速到33km/s
[0308]
要求加速到600km/s，则600
÷
33＝18.18倍
[0309]
t＝123
×
18.18＝2236秒，使0.7725kg质量达到600km/s，如果充电10小时，
[0310]
t
n
＝10
×
3600
÷
2236＝16.1倍，即可使带电质点和中性气体质量为：
[0311]
m＝m”t＝0.7725
×
16.1＝12.437kg，加速到600km/s，
[0312]
总能量w
z
＝(1/2)mv2＝(1/2)
×
12.437
×
(600
×
103)2＝223.8
×
10
10
j
[0313]
每公斤汽油热值为：w’＝4.6 x 107j/kg，则m
汽油’＝w
z
÷
w’＝223.8
×
10
10
÷
(4.6 x 107)＝48.6
×
10
3 (公斤)，即相当于储能48.6吨汽油。
[0314]
二台直流储能电机相当于储能2
×
48.6＝97.3吨汽油，由于电能效率是汽油3倍，则相当于储能3
×
97.3＝292吨汽油。
[0315]
6)储能环中空气压力计算：
[0316]
储能环容积v
s
＝1658.8
×
106(mm3)＝1658.8(升)
[0317]
摩尔气体22.4/mol(氩气分子量39)
[0318]
v＝v
s
÷
22.4＝74(摩尔)
[0319]
一大气压氩气m
氩
＝74
×
39＝2886克＝2.886千克
[0320]
储能环中总质量m
z
＝12.437千克
[0321]
m
z
÷
m
氩
＝12.437
÷
2.886＝4.3大气压
[0322]
即上述储能环氩气压力达到4.3大气压，储能环总质量达到12.437千克。
[0323]
7)电机启动方法
[0324]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝极距τ＝86.35cm
[0325]
l
a。
＝67.7cm＞l
a
＝65cm符合启动条件
[0326]
根据m＝b
×
2eb
÷
(πv0) m＝m3＝4
×
10
‑
21
(kg/粒)b＝τ＝86.35cm
[0327]
v0＝b
×
2eb
÷
(πm3)＝0.8635
×2×
1.6
×
10
‑
19
×
1.6
÷
(3.14
×4×
10
‑
21
)
[0328]
v0＝35m/s即启动时，电机转子的圆周速度为v0＝35m/s
[0329]
8)直流电机和储能环重量估算
[0330]
电机外径：dj＝200cm 电枢长度la＝65cm
[0331]
空心管内壁高hs＝2.6cm 空心管m
z
宽bs＝18mm z＝96
[0332]
储能环总长l＝80m 铁比重ρf＝7.8g/cm
3 镍比重ρn＝8.9g/cm3[0333]
玻璃薄膜比重ρp＝2.45g/cm3[0334]
则电机重量q1＝π
×
(dj
÷
2)2×
la
×
ρf ＝3.14
×
(2
÷
2)2×
0.65
×
7.8＝15.9吨，电机外壳采用太合金，分量大幅减轻，采用外施电机与储能电机整合，分量增加，电机重量估算18吨。
[0335]
考虑镍镀层玻璃薄膜重量q2＝1.8v
s
ρp＝1.8
×
1658.8
×
103×
2.45 ＝7315
×
103g＝7.3吨
[0336]
云母隔层重量q3，云母比重ρy＝2.8g/cm3，云母面积
[0337]
sm＝(2hs 2bs)
×
l
×
z＝(2
×
2.4 2
×
1.8)
×
80
×
100
×
96＝6.45
×
106cm2[0338]
云母厚δ＝1mm
[0339]
q3＝smδρy＝6.45
×
106×
0.1
×
2.8＝1.8
×
106g＝1.8吨
[0340]
空芯管外壳重量q4，钛合金比重ρt＝＝4.5g/cm3，厚δ＝1mm
[0341]
钛合金表面积sm＝6.45
×
106cm
2，
[0342]
q4＝smδρt＝＝6.45
×
106×
0.1
×
4.5＝2.9
×
106g＝2.9吨
[0343]
总重量q＝q1 q2 q3 q4＝18 7.3 1.8 2.9＝30吨
[0344]
二台共重2
×
30＝60吨
[0345]
9)飞机荷载重量、有效荷载和飞行距离计算：
[0346]
二台功率124mw，总功率24.8万kw，储油相当于292吨
[0347]
飞机满载230吨，按空载为满载40％计算，则飞机空载(不考虑直流储能电机重量)m＝230
×
0.4＝92吨，加二台直流储能电机重量为60吨，则飞机空载(含二台直流储能电机重量)为m’＝92 60＝152吨，飞机的有效载荷为m
有
＝230
‑
152＝78吨
[0348]
由于储油相当于292吨远超满载负荷230吨，故飞行距离超过任何一台现代飞机，有效载荷为33％，也同样超过任何一台现代飞机。
[0349]
应用三：航天飞机
[0350]
航天飞机的直流电机与电动飞机的功率、尺寸、结构等各方面基本相同，考虑到航储能天飞机需要更多地能量，中性气体介质的材料可选分子量大的气体，可采用sf6(六氟化硫)气体， sf6＝(32 6
×
19)＝146(分子量)，在同样的摩尔气体情况下，其质量是氩气的n倍，n＝146
÷ꢀ
39＝3.7倍，，这样航天飞机储能可比电动飞机储能增加3.7倍。
[0351]
根据前面计算得：
[0352]
功率为124000kw 2台为2
×
124000＝248mw
[0353]
n＝9000转/分 da＝110cm 电枢长度ls＝65cm
[0354]
定子外径dj＝200cm 2p＝4 z
÷
2p＝24
[0355]
z＝24
×
4＝96 电枢长度ls＝65cm
[0356]
储能速度600km/s 储能环长80m
[0357]
三氧化二铝(al2o3)质量m0＝0.7725kg，加速到600km/s，
[0358]
需δt＝2236秒。
[0359]
储能环含气体体积v
s
＝1658.8
×
106升，相当于摩尔气体数
[0360]
n
m
＝v
s
÷
22.4＝1658.8
÷
22.4＝74(摩尔气体)
[0361]
设储能环充入sf6气体后压力达20大气压p
20
，m
146
‑
sf6分子量
[0362]
则sf6气体质量m6＝n
m
×
p
20
×
m
146
＝74
×
146
×
20＝216
×
103g＝216kg，所需加速时间：
[0363]
t＝(m6÷
m0)
×
δt＝(216
÷
0.7725)
×
2236＝625211秒＝173小时。
[0364]
即加速173小时，使216公斤sf6气体速度达到600km/s，
[0365]
每台直流电机储能：w＝(1/2)mv2＝(1/2)
×
216
×
(600
×
103)2＝3888
×
10
10
焦
[0366]
每公斤汽油热值为：w’＝4.6 x 107j/kg
[0367]
m
汽油’＝w
÷
w’＝3888
×
10
10
÷
(4.6
×
107)＝845
×
103(公斤)，即相当于储能845吨汽油。
[0368]
二台直流储能电机相当于储能2
×
845＝1690吨汽油，设航天飞机满载重量239吨，则1690
÷ꢀ
239＝7倍，即相当于储能满载总重量7倍的汽油能量，可以支持飞到火星一个来回。
[0369]
按照前面计算，二台124mw直流电机加储能环总重60吨，考虑到储能环压力增加，钛合金重量由原来1mm改为2mm，则q4＝2q4＝2
×
3＝6吨，即增加了3吨，二台增加6吨，总重量为 60 6≈66吨。
[0370]
航天飞机满载239吨，空载为满载40％，即239
×
0.4＝95.6吨，考虑到sf6中性气体质量太少，直接喷射，推力不稳，可采用水蒸汽助推，预计增加水6吨，辅助设备3吨，则航天飞机带直流电机后的空载重量
[0371]
m
k
＝95.6 66 6 3≈171吨，有效载荷：239
‑
171＝68吨，有效载荷28％
[0372]
即可以将68吨有效载荷以较快速度送到火星并飞回地球。
[0373]
应用四：太阳能储能、风能储能和电网储能及调峰
[0374]
直流储能电机的优点是能大量储能和作为电动机用电，前面提到可采用直流电机作为原动机带动直流储能机储能并且直流原动机电机和直流储能电机，二机整合成一台电机，只需提供直流电源即可使直流电机作为原动机带动直流储能电机储能，如果将直流储能电机作为电动机运行，则原来直流原动机电机接到外网上，向外网输出直流电源，再将直流电源转化为交流电源向电网供电。
[0375]
无论是太阳能还是风能或者是夜间电网多余的电能，先将交流转化为直流电，驱动直流电机带动直流储能电机储能即可，在需要用电时，将储存电能的直流储能电机运行，将发出的直流电通过连接的外网输出直流电源，再转化为交流电即可起到调峰的作用。
[0376]
如果电网需要储能作为备用电源，则可采用前面的航天飞机，直流储能电机储能，如前述，二台功率124mw，储能173小时，可储能相当于1690吨汽油的电能。在电网需要用电时，可以二台功率124mw连续供电一周。
[0377]
如果电网需要调峰，则可以选择前面的电动飞机的直流储能电机储能，如前述，二
台功率 124mw，充电10小时，相当于储能2
×
48.6＝97.3吨汽油的电能，在电网高峰时，以二台功率 124mw，连续供电8小时，没有问题。
[0378]
应用五：大功率重离子加速器和中子源及其应用
[0379]
(一)大功率重离子加速器
[0380]
大功率重离子加速器的直流储能电机结构与电动飞机直流储能电机结构基本相似。所不同的是，大功率重离子加速器，加速的离子速度接近光速，故不考虑注入中性气体介质。
[0381]
1)电机主要参数和尺寸
[0382]
功率600kw 转速n＝1500转/分 p
n
÷
n
n
＝600
÷
1500＝0.4 da＝150cm
[0383]
定子外径dj＝da
÷
0.55≈273cm
[0384]
b＝0.1韦/米
2 2p＝4
[0385]
z
÷
(2p)＝24 z＝24
×
4＝96 电枢长度la＝16cm
[0386]
齿距ta＝πda
÷
z＝3.14
×
150
÷
96＝4.9cm
[0387]
极距τ＝πda
÷
2p＝3.14
×
150
÷
4＝117cm
[0388]
va＝πda
×
n
÷
60＝3.14
×
1.5
×
1500
÷
60＝117m/s
[0389]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝τ＝117cm
[0390]
l
a。
＝(πτ)
÷
4＝(3.14
×
117)
÷
4＝91.8cm＞la＝16cm
[0391]
当b＝τ时，符合启动条件。
[0392]
空心管内壁宽度bs＝ta
÷
2＝4.9
÷
2＝2.45cm
[0393]
空心管内壁高度hs＝bs＝2.45cm
[0394]
eav＝2pφn
÷
60＝2pbτla
×
n
÷
60＝4
×
0.1
×
1.17
×
0.16
×
1500
÷
60＝1.872(v)
[0395]
设：储能环半径r取5m，总长l＝36m
[0396]
2)储能空心管分隔结构、材料、电压和功率计算
[0397]
储能空心管分隔间隙采用40微米间隔，结构、材料与前面电动汽车相同。
[0398]
3)带电质点密度、电压计算
[0399]
u＝q
r
÷
(4πε0r) u＝1.872伏 r＝40
÷
2＝20微米，
[0400]
q
r
＝4πε0r
×
u＝4π
×1÷
(36π)
×
10
‑9×
20
×
10
‑6×
1.872＝4.16
×
10
‑
15
库
[0401]
ρ0＝q
r
÷
v
4 v4＝40
×
40
×
40微米3[0402]
ρ0＝4.16
×
10
‑
15
÷
(40
×
10
‑3)3＝0.065
×
10
‑9(库/毫米3)
[0403]
ρ0‑
带电质点密度
[0404]
储能空心管含气体体积v
s
＝hs
×
(bs
÷
2)
×
l
×
z ＝24.5
×
(24.5
÷
2)
×
36
×
103×
96＝1037.2
×
106毫米3[0405]
储能一周电荷q
l
＝v
s
×
ρ0＝1037.2
×
106×
0.065
×
10
‑9＝67.4
×
10
‑3(库)
[0406]
根据带电质点有效加速条件：1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v其中取b＝160微米，v＝v
a
[0407]
m＝b
÷
(πv)
×
6eb ＝160
×
10
‑6÷
(3.14
×
117)
×6×
1.6
×
10
‑
19
×
0.1＝4.2
×
10
‑
26
kg m0＝m
[0408]
故选钾离子(k )分子量39，质子质量为1.6
×
10
‑
27
kg，钾离子质量m
k
＝1.6
×
10
‑
27
×
39＝6.24
ꢀ×
10
‑
26
kg.m
k
＞m0满足条件。
[0409]
4)储能时间、功率和束流大小计算r＝m
k
v
a
÷
(eb) ＝6.24
×
10
‑
26
×
117
÷
(1.6
×
10
‑
19
×
0.1)＝456.3
×
10
‑6米
[0410]
a＝v
a2
÷
r＝1172÷
(456.3
×
10
‑6)＝3
×
107m/s
2.
[0411]
转子长la＝0.16m，储能环总长l＝36m
[0412]
则l
÷
la＝36
÷
0.16＝225(倍)，设加速转子空心管时间225倍，则加速225秒，储能环中带电质点加速到速度v＝3
×
107m/s
2.
，
[0413]
取v’＝6v＝6
×
30
×
106＝1.8
×
108m/s
[0414]
即加速时间t＝225
×
6＝1350秒，达到光速60％。
[0415]
储能环加速到光速60％，即v’＝1.8
×
108m/s，储能环半径为5米，
[0416]
储能环周长36米，则f＝1.8
×
108÷
36＝5
×
106周/秒。
[0417]
前面储能一周电荷q
l
＝67.4
×
10
‑3，则储能环电流i＝q
r
×
f ＝67.4
×
10
‑3×5×
106＝337
×
103安，
[0418]
电机线负荷a＝i
÷
(πd
a
)＝337
×
103÷
(3.14
×
150)＝715安/厘米，
[0419]
电机功率w＝ui＝337
×
103×
1.872＝630
×
103va＝630kva
[0420]
前面储能一周电荷库仑q
l
＝67.4
×
10
‑
3 q0＝6.25
×
10
18
[0421]
储能一周电荷库仑数q
l。
＝q
l q0＝67.4
×
10
‑3×
6.25
×
10
18
＝421.25
×
10
15
(电荷数)，如每秒输出10
14
带电质点则可输出时间：t
j
＝421.25
×
10
15
÷ꢀ
10
14
＝4212.5秒。而重离子加速器储能时间仅1350秒。
[0422]
如采用二台重离子加速器交叉使用，可做到不间断每秒输出10
14
带电质点。
[0423]
5)储能环中空气压力计算：
[0424]
一周电荷数q
l。
＝421.25
×
10
15
(电荷数)，储能空心管含气体体积
[0425]
v
s
＝1037.2
×
106毫米3＝1037.2(升) v
s
÷
22.4＝46(摩尔)
[0426]
1摩尔气体分子数n0＝6.02
×
10
23
[0427]
储能空心管电荷数q
l。
＝421.25
×
10
15
储能空心管压力
[0428]
p
y
＝q
l。
÷
(46n0)＝421.25
×
10
15
÷
(46
×
6.02
×
10
23
) ＝1.52
×
10
‑8大气压＝1.52
×
10‑
3帕(p
a
)
[0429]
6)电机启动方法
[0430]
由于选b＝b1＝160微米，故不符合启动条件，需注入大质量带电质点，选三氧化二铝(al2o3) 作为启动电机的大质量带电质点，带动钾离子。
[0431]
按照钾离子储能有效条件的最低速度m＝b
×
2eb
÷
(πv0)，
[0432]
b＝b1＝160微米
[0433]
m＝6.24
×
10
‑
26
kg
[0434]
v0＝b
×
2eb
÷
(πm) ＝160
×
10
‑6×2×
1.6
×
10
‑
19
×
0.1
÷
(3.14
×
6.24
×
10
‑
26
)＝26m/s
[0435]
启动的带电质点的最低速度la＝(b
÷
v0)v
0。
[0436]
v
0。
＝la
÷
(b
÷
v0)＝0.16
÷
(160
×
10
‑6÷
26)＝26
×
103m/s
[0437]
即先按三氧化二铝启动条件启动，当带电质点速度达到26
×
103m/s
[0438]
后，再按钾离子启动条件启动，即转子速度26m/s启动。然后，将带电质点三氧化二铝导出。
[0439]
7)磁约束计算
[0440]
r
。
＝m
k
v
。
÷
(eb)，v’＝1.8
×
108m/s b＝0.1mk＝6.24
×
10
‑
26
kg.
[0441]
r
。
＝6.24
×
10
‑
26
×
1.8
×
108÷
(1.6
×
10
‑
19
×
0.1)＝702米
[0442]
按照储能环半径r
。。
＝5米，则r
。。
＝m
k
v
。
÷
(eb
x
)
[0443]
b
x
＝m
k
v
。
÷
(er
。。
)＝6.24
×
10
‑
26
×
1.8
×
108÷
(1.6
×
10
‑
19
×
5)＝14.04韦/米2即当储能环半径r
。。
＝5米时，在半径r
。。
上安装磁场
[0444]
b
x
＝14.04韦/米2若干个对称磁约束后，带电质子钾离子，能很好的约束半径r的储能环中且同样有直流电压约束，这样在双重约束后，带电质点运行可靠性又大大增加了。
[0445]
(二)中子源
[0446]
前面设计了功率为630kva重离子加速器，可在此基础上，轰击靶核而产生中子进而得到中子源加速器。前面得到重离子(钾离子)输出速度为光速60％，束流为每秒10
14
，持续时间可达4200秒，如果这些重离子轰击靶核，如每一重离子轰击靶核得到10个中子，则该中子源束流可达每秒10
15
中子，持序时间可达4200秒，中子源功率达630kva，功率已相当高了。
[0447]
(三)中子源应用
[0448]
1).应用于医学。利用硼离子易聚集癌细胞的特点：将硼离子聚集癌细胞，然后用中子源照射使硼离子释放中子杀无癌细胞，当然如果中子源强度太强可通过减速剂来调整，使得中子源强度对人体影响达到最小，而能够激发硼离子释放中子杀死癌细胞。
[0449]
2).应用于原子能电厂
[0450]
原子能裂变、发电其原理是原子核裂变产生中子，产生连锁反应，不断产生中子，不断裂变释放能量进而发电，如果产生中子太快太多会造成失控进而引起核反应堆爆炸、污染后果非常严重。
[0451]
如采用上述中子源产生中子照射原子核，使其裂变产生能量，假设中子连锁反应太快太大，一旦失控，只需将中子源关闭，则原子核在失去中子源照射下，随即反应停止，不会造成爆炸，使用原子核裂变发电变得非常安全。
[0452]
应用六：大功率氘和氚加速器产生聚变反应
[0453]
根据已知情况，将氘和氚加速到光速70％时进行碰撞即可产生聚变反应。
[0454]
(一)能量得失计算
[0455]
氘：d＝2h，分子量4，当一克氘加速到光速70％时，能量为：
[0456]
w
h
＝(1/2)mv2＝(1/2)
×1×
10
‑3×
(3
×
108×
70％)2＝2.205
×
10
13
焦耳，根据一千克氘全部聚变释放能量相当于11000吨煤，则一克氘相当于11吨煤，一公斤煤热值29.308mj，11吨煤热值：w
m
＝11
×
103×
29.308＝3.22
×
105mj＝3.22
×
10
11
焦耳。
[0457]
可见，将氘一克氘加速到光速70％时，所需能量远远超出一克氘聚变释放的能量，由于动能转变为电能效率一般低于50％，采用加速到光速的70％产生聚变反应，得不偿失。
[0458]
结论：将氘和氚加速到光速70％时，只能作为点火作用。
[0459]
根据已知情况，将氘和氚维持温度达1亿度，核聚变约束时间：
[0460]
nτ≥10
14
s/cm3情况下，可维持产生持续聚变反应。
[0461]
综上所述：将氘和氚加速到光速70％时，作为聚变反应点火装置。
[0462]
加速一克氘到达1亿度所需能量：w
h
＝(1/2)mv2＝108×
cp
[0463]
cp氘比热容＝7.243kj/(kgk)
[0464]
每克氘达1亿度所需能量：108×
7.243
×
103÷
103＝7.243
×
108焦耳
[0465]
加速一克氘到达1亿度所需能量w
h
＝(1/2)
×1×
10
‑3v2[0466]
即w
h
＝(1/2)mv2＝108×
cp
[0467]
(1/2)
×1×
10
‑
3 v2＝7.243
×
108[0468]
v2＝14.486
×
10
11
[0469]
v＝1202km/s
[0470]
如果二束氘加速到1202km/s时，对撞，则氘的温度可达1亿度
[0471]
每克氘加速到1202km/s时，所需能量为：
[0472]
w
h”＝(1/2)mv2＝(1/2)
×1×
10
‑3×
(1202
×
103)2＝7.243
×
108焦耳
[0473]
每克氘聚变释放能量为：w
m
＝3.22
×
10
11
焦耳
[0474]
w
m
÷
w
h”＝3.22
×
10
11
÷
(7.2
×
108)＝447倍。可见将氘和氚加速到1200km/s碰撞后，温度可达1亿度，能量仅仅是释放能的1/447，故只需设计二种氘和氚加速器，一种是速度达到光速70％氘和氚加速器，另一种是速度达到光速1200km/s氘和氚加速器。用光速70％氘和氚加速器点火，产生聚变反应，用速度达到1200km/s氘和氚加速器添加聚变燃料，温度达到上亿度，
[0475]
且满足nτ≥10
14
s/cm3情况下，不断维持燃烧产生持续聚变反应。
[0476]
(二)速度为光速70％氘和氚加速器
[0477]
设da＝300cm，n＝1500转/分
[0478]
va＝πda
×
n
÷
60＝3.14
×3×
1500
÷
60＝235.5m/s
[0479]
根据带电质点有效加速条件：1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v取b＝160微米，
[0480]
氘分子量为4：m4＝4
×
1.6
×
10
‑
27
＝6.4
×
10
‑
27
kg/粒
[0481]
b＝πmv
÷
(6
×
eb)＝3.14
×
6.4
×
10
‑
27
×
235.5
÷
(6
×
1.6
×
10
‑
19
×
160
×
10
‑6) ＝3.08
×
10
‑2韦/米2，取b＝0.02韦/米2，电枢长度la＝30cm
[0482]
z
÷
(2p)＝36 2p＝4 z＝36
×
4＝144
[0483]
齿距ta＝πda
÷
z＝3.14
×
300
÷
144＝6.54cm
[0484]
τ＝πda
÷
(2p)＝3.14
×
300
÷
4＝235.6cm
[0485]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝τ＝235.6cm
[0486]
l
a。
＝(πb)
÷
4＝(3.14
×
2.356)
÷
4＝1.8m＞la＝30cm符合启动条件
[0487]
空心管内壁宽度bs＝ta
÷
2＝6.54
÷
2＝3.27cm hs＝2.6cm
[0488]
储能环半径r＝5米，周长l＝36米，储能速度达光速70％时：
[0489]
v＝3
×
108×
70％＝2.1
×
108米/秒
[0490]
eav＝2pφn
÷
60＝2pbτla
×
n
÷
60＝4
×
0.02
×
2.356
×
0.3
×
1500
÷
60＝1.4136(v)
[0491]
储能环空心管结构、材料与前面相似，取间隔40微米
[0492]
u＝q
r
÷
(4πε0r) u＝1.4136(v) r＝40
÷
2＝20微米，
[0493]
q
r
＝4πε0r
×
u＝4π
×1÷
(36π)
×
10
‑9×
20
×
10
‑6×
1.4136 ＝3.14133
×
10
‑
15
库
[0494]
ρ0＝q
r
÷
v
4 v4＝40
×
40
×
40微米3[0495]
ρ0＝3.14133
×
10
‑
15
÷
(40
×
10
‑3)3＝0.049
×
10
‑9(库/毫米3)
[0496]
ρ0‑
带电质点密度
[0497]
储能空心管含气体体积v
s
＝hs
×
(bs
÷
2)
×
l
×
z＝32.7
×
(26
÷
2)
×
36
×
103×
144＝2203.7
×
106毫米3[0498]
储能一周电荷q
l
＝v
s
×
ρ0＝2203.7
×
106×
4.9
×
10
‑
11
＝0.10798(库)
[0499]
储能环中带电质点加速到2.1
×
108m/s，储能环周长36米
[0500]
则频率f＝2.1
×
108÷
36＝5.833
×
106周/秒
[0501]
储能环中电流i
f
＝q
l
f＝0.10798
×
5.833
×
106＝629.8
×
103安
[0502]
电机线负荷a
。
＝i
÷
(πda)＝629.8
×
103÷
(3.14
×
300)＝668.5安/厘米，符合要求。
[0503]
电动机功率w＝iu＝629.8
×
103×
1.4136＝890
×
103va＝890kva.
[0504]
r
。
＝m4v
。
÷
(eb)＝6.4
×
10
‑
27
×
235.5
÷
(1.6
×
10
‑
19
×
0.02)＝471
×
10
‑6米
[0505]
a＝v2÷
r’＝235.52÷
(471
×
10
‑6)＝1.17
×
108m/s
2.
[0506]
转子长la＝0.3m，储能环总长l＝36m
[0507]
则l
÷
la＝36
÷
0.3＝120(倍)，即加速120秒，使储能环中带电质点加速到1.17
×
108m/s
2.
，加速2
×
120＝240秒，使储能环中带电质点加速到2
×
1.17
×
108m/s
2.
＝2.34
×
108m/s
2.
达到速度要求。
[0508]
储能一周电荷q
l
＝0.10798(库)
[0509]
储能环中带电质点数q
l。
＝q
l
×
q
0 q0‑‑
库仑
[0510]
q
l。
＝0.10789
×
6.25
×
10
18
＝0.6743
×
10
18
(电荷数)，
[0511]
储能环中氘质量为m
h。
＝q
l。
×
4m
0 m0‑
1.6
×
10
‑
27
kg(质子质量)
[0512]
m
h。
＝0.6743
×
10
18
×4×
1.6
×
10
‑
27
＝4.31552
×
10
‑9kg＝4.31552
×
10
‑6g
[0513]
加速240秒，可使质量为m
h。
＝4.31552
×
10
‑6g，速度达到2.4
×
108米/秒.
[0514]
设240秒输出q
l。
＝0.6743
×
10
18
(电荷数)，则每秒输出电荷数为
[0515]
q
l。
÷
240＝0.6743
×
10
18
÷
240＝2.8
×
10
15
电荷数
[0516]
电机启动方法
[0517]
由于选b＝b1＝160微米，故不符合启动条件，需注入大质量带电质点，选三氧化二铝(al2o3) 作为启动电机的大质量带电质点，带动氘离子。
[0518]
按照氘离子储能有效条件的最低速度m＝b
×
2eb
÷
(πv0)，
[0519]
b＝b1＝160微米 la＝0.3m
[0520]
m＝m4＝6.4
×
10
‑
27
kg/粒
[0521]
v0＝b
×
2eb
÷
(πm4) ＝160
×
10
‑6×2×
1.6
×
10
‑
19
×
0.02
÷
(3.14
×
6.4
×
10
‑
27
)＝51m/s
[0522]
启动的带电质点的最低速度la＝(b
÷
v0)v
0。
[0523]
v
0。
＝la
÷
(b
÷
v0)＝0.3
÷
(160
×
10
‑6÷
51)＝96
×
103m/s
[0524]
即先按三氧化二铝启动条件启动，当带电质点速度达到96
×
103m/s
[0525]
后，再按氘离子启动条件启动，即转子速度51m/s启动。然后，将带电质点三氧化二铝导出。
[0526]
(三)速度为1200km/s氘和氚加速器
[0527]
由于氘和氚速度仅为1200km/s，可采用纳米粒子加速带动中性气体氘和氚达到
1200km/s，即采用类似于前面电动飞机的直流储能加速器。
[0528]
1)速度电机主要参数和尺寸
[0529]
功率30000kw 转速n
n
＝6000转/分 p
n
÷
n
n
＝30000
÷
6000＝5 da＝100cm b＝1.6韦/米2[0530]
2p＝4
[0531]
z
÷
(2p)＝24 z＝24
×
4＝96 电枢长度la＝50cm
[0532]
va＝πda
×
n
÷
60＝3.14
×1×
6000
÷
60＝314m/s
[0533]
τ＝πda
÷
(2p)＝3.14
×
100
÷
4＝78.5cm
[0534]
齿距ta＝πda
÷
z＝3.14
×
100
÷
96＝3.27cm
[0535]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝极距τ＝78.5cm
[0536]
l
a。
＝(3.14
×
78.5)
÷
4＝61cm＞la＝50cm符合启动条件
[0537]
空心管内壁宽度bs＝ta
÷
2＝3.27
÷
2＝1.635cm
[0538]
hs＝bs＝1.635cm
[0539]
eav＝2pφn
÷
60＝2pbτla
×
n
÷
60＝4
×
1.6
×
0.785
×
0.5
×
6000
÷
60＝251.2(v)
[0540]
设：储能环半径r取5m，总长l＝36m
[0541]
储能环空心管结构、材料、分隔与电动飞机相同。
[0542]
u＝q
r
÷
(4πε0r) u＝251.2(v) r＝40
÷
2＝20微米，
[0543]
q
r
＝4πε0r
×
u＝4π
×1÷
(36π)
×
10
‑9×
20
×
10
‑6×
251.2＝558.2
×
10
‑
15
库
[0544]
ρ0＝q
r
÷
v
4 v4＝40
×
40
×
40微米3[0545]
ρ0＝558.2
×
10
‑
15
÷
(40
×
10
‑3)3＝8.722
×
10
‑9(库/毫米3)
[0546]
ρ0‑
带电质点密度
[0547]
储能空心管含气体体积v
s
＝hs
×
(bs
÷
2)
×
l
×
z ＝16.35
×
(16.35
÷
2)
×
36
×
103×
96＝462
×
106毫米3。
[0548]
储能一周电荷q
l
＝v
s
×
ρ0＝462
×
106×
8.722
×
10
‑9＝4.029(库)
[0549]
储能环中带电质点加速到1200km/s，储能环周长36米
[0550]
则频率f＝1200
×
103÷
36＝33.33
×
103周/秒
[0551]
储能环中电流i＝q
l
f＝4.029
×
33.33
×
103＝134
×
103安
[0552]
电机线负荷a
。
＝i
÷
(πda)＝134
×
103÷
(3.14
×
100)＝427.6安/厘米，符合要求。
[0553]
电动机功率w＝iu＝134
×
103×
251.2＝33.66
×
106va＝33.66mva，
[0554]
2)选带电质点和中性气体及储能质量和时间
[0555]
根据带电质点有效加速条件：1
÷
(12f)＝πm
÷
(6eb)≥b
÷
v
[0556]
m＝b
×
6eb
÷
(πv)取b＝τv＝v
a
[0557]
m＝0.785
×6×
1.6
×
10
‑
19
÷
(3.14
×
314)＝7.64
×
10
‑
22
kg
[0558]
选(al2o3)纳米材料作为带电质点，中性气体为氘和氚，al2o3纳米质量m3＝4
×
10
‑
21
kg(质子质量)＞m0＝7.64
×
10
‑
22
kg
[0559]
r’＝m3v
a
÷
(eb)＝4
×
10
‑
21
×
314
÷
(1.6
×
10
‑
19
×
1.6)＝4.9米
[0560]
a＝v2÷
r’＝3142÷
4.9＝20.1
×
103m/s
2.
＝20km/s2[0561]
转子长la＝0.5m，储能环总长l’＝36m
[0562]
则l
÷
la＝36
÷
0.5＝72(倍)，即加速72秒，使储能环中带电质点加速到20km/s，如
加速到 1200km/s，所需时间t＝1200
÷
20
×
72＝4320秒。
[0563]
储能一周电荷ql＝4.029(库)
[0564]
储能环中带电质点数q
l。
＝q
l
×
q
0 q0‑‑
库仑
[0565]
q
l。
＝4.029
×
6.25
×
10
18
＝25.18
×
10
18
库仑数
[0566]
储能环中带电质点质量m＝q
l。
m3＝25.18
×
10
18
×4×
10
‑
21
kg＝0.1kg
[0567]
即加速t＝4320秒，可使质量0.1kg，加速度达到1200千米/秒。
[0568]
设储能加速t
。
＝10小时，则t
。
÷
t＝10
×
3600
÷
4320＝8.3倍
[0569]
则可使质量0.1kg
×
(8.3
‑
1)倍＝0.73kg的氘加速到1200km/s
[0570]
如果24小时输出0.73kg的氘，
[0571]
则每秒输出的氘m
s
＝0.73kg
÷
(24
×
3600)＝8.44
×
10
‑6kg
[0572]
氘(分子量4)氘质量为m
h
＝4m0＝4
×
1.6
×
10
‑
27
＝6.4
×
10
‑
27
kg/粒
[0573]
每秒输出的氘的质量数m
s
＝m
s
÷
m
h
＝8.44
×
10
‑6kg
÷
(6.4
×
10
‑
27
)kg/粒＝1.3
×
10
21
粒
[0574]
聚变反应满足条件nτ≥10
14
‑‑‑
10
16
s/cm3[0575]
按上述计算每秒输出的氘的质量数m
s
＝1.3
×
10
21
粒远远大于上面要求。
[0576]
根据启动条件：l
a。
＝(πb)
÷
4取b＝τ＝78.5cm
[0577]
l
a。
＝61cm＞la＝50cm符合启动条件
[0578]
根据m＝b
×
2eb
÷
(πv0) m＝m3＝4
×
10
‑
21
(kg/粒)
[0579]
v0＝b
×
2eb
÷
(πm3)＝0.785
×2×
1.6
×
10
‑
19
×
1.6
÷
(3.14
×4×
10
‑
21
)
[0580]
v0＝32m/s即启动时，电机转子的圆周速度为v0＝32m/s
[0581]
如果采用8台上述储能电机，4台运行，4台备用，按充电储能10小时，每天交替使用没有问题。
[0582]
按每秒输出的氘的质量数m
s
＝1.3
×
10
21
每天24小时输出0.73kg的氘，
[0583]
4台运行，每天24小时输出氘的质量4
×
0.73kg＝2.92kg
[0584]
一克氘相当于11吨煤，则2.92kg氘相当于2.92
×
103×
11 ＝32.12
×
103吨煤＝32.12
×
103×
103公斤煤，每公斤煤发电3度电
[0585]
则每天发电＝32.12
×
103×
103×
3＝96.36
×
106度电
[0586]
发电机装机容量＝96.36
×
106度电
÷
24＝4
×
106kw＝4000mw
[0587]
(四)核聚变方法与结构探讨
[0588]
设想采用一个真空球状体，在水平面上放置对称八个加速到1200千米/秒的氘和氚加速器，四台氘和氚气体进行对撞运行，四台备用，由于氘和氚是通过带电质点撞击加速的氘和氚本身没有带电，所以对撞不会产生库仑斥力，可使氘和氚燃料持续维持在一亿度左右，密度远远大于要求。
[0589]
在球的垂直面上，布置四台速度为光速70％的氘和氚加速器，二台运行，起点火的作用，二台备用，在球表面布置大量水冷管，产生蒸汽发电。
[0590]
按上面计算，可控核聚变反应，装机容量为400万kw。
[0591]