CN108313197A - 一种太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，属于船体动力技术领域。包括磁条、推水沟槽、电极条、对偶电极条、电磁钉固定基板、电磁钉、供电线构成。船体左右表面磁流推进区之间的水流差异可实现船体的转向；船体的整个外表面铺设有嵌入电磁钉的电磁钉固定基板，该基座条相互平行排列；海水构成负载，将船体表面水的阻力转变为船体表面水的推动力，推动船体运动。采用直流脉冲磁流驱动PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲磁流功率放大驱动模块组成，实现数码精确控制，彻底改变了船体的推进方式，更为节能，从原理上消除了船体阻力的模式，极具发展潜力。

Description

一种太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，属于船舶动力技术领域。
背景技术
船舶节能核心技术是减小阻力。影响船舶阻力的因素很多，其中主要的是航速、船型和船舶航行时的外界条件。对于大量使用的中、低速船舶而言，粘性阻力比兴波阻力要大得多；对于高速船舶，则主要应减少兴波阻力。在减少阻力方面的主要措施有：(1) 优化船舶的主要尺度和线型。目前采用较多的船型与线型有：① 球鼻艏船型(国外已发展可变球鼻艏, 其鼻可上下移动，或自由摆动，或按吃水与航速变化改变球体形状) ；② 艉端球船型；③ 球艉及双艉鳍船型；④ 纵流船型；⑤ 双体船及小水线面双体船；⑥ 不对称艉部线型；⑦ 浅吃水肥大船型；⑧ 双艉船和平头涡艉。现在目前已有可变球鼻艏, 其鼻可上下移动, 或者是自由摆动, 并且，可以按照吃水与航速变化来改变球体形状，这样便可以起到节能的作用。提到船型问题，采用船艉附体，比如加鳍、导流管等等。如果说采用船艉附体,这种方法不仅能改善艉部流场, 从而降低粘压阻力,而且还可以使螺旋桨的推进效率提高。目前采用的附体有:反作用力鳍;前置导管;附加推力鳍;艉端球及整流舵加鳍;桨后固定叶轮等等。很多情况下应研究油耗率可以降低的程度以及是否有必要重新确定螺旋桨设计点。不应忽略通过提高占空比改变设计点对螺旋桨的影响,否则由改变设计点得到的改进与对螺旋桨本身产生的影响可能会相互抵消。 (2) 减少船体的粗糙度。船舶使用一段时间后,船壳由于被腐蚀等, 其粗糙度就会增加。同时, 海生物对船壳的污底与附着也日益严重。这些都是节能的大敌。据粗略统计, 由于粗糙度的增加, 每年要多耗燃袖30% 左右。防止污底的对策有: ① 采用先进的防污涂料系统, 用以防止海生物的附长, 如采用自抛光船壳漆; ② 电解海水防污, 通过电解装置将海水分解出氯气, 杀灭海生物; ③ 定期进坞清底; ④ 水下清洗(刮船底) ; ⑤ 水面刮刷和补涂技术。 防止粗糙化的对策有: ①正确选择合理的涂料系统; ② 提高油漆施工的质量; ③ 对船壳水下部分实行阴极保护等; ④ 对船壳板进行打砂。 (3) 采用船艉附体(如加鳍、导流管等)。采用船艉附体, 不仅能改善艉部流场, 从而降低粘压阻力,而且可使螺旋桨的推进效率提高。目前采用的附体有: ① 反作用力鳍; ② 前置导管; ③ 附加推力鳍; ④ 艉端球及整流舵加鳍; ⑤ 桨后固定叶轮。
从目前的情况来看，由于螺旋桨动力装置在尾部，对船体的推进时，螺旋桨搅动产生乱流，必然会消耗能量，另一方面，尾部推进方式必然会导致船体表面产生阻力，采用常规技术手段来消减船体阻力从原理上就无法实现，因此有必要采用全新的船体表面推进方式来提高船体的能源利用率以及降低阻力。直接淘汰螺旋桨是一种有效的方案。若采用全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。本发明借鉴直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。对于简单的微处理器控制直流脉冲磁流驱动，只需利用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对直流脉冲磁流驱动控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，用于低能耗无噪音船体的推进。
本发明的技术方案是：由太阳能电池板（2）、磁条（3）、推水沟槽（4）、磁场线圈（5）、电极条（6）、对偶电极条（7）、电极条固定基座（8）、电磁钉固定基板（10）、电磁钉（11）、供电线（12）、电极条固定螺栓孔（13）、固定螺栓孔（14）、操控推杆（15）构成；
船体的整个外表面沿着运动方向平行铺设有电磁钉固定基板（10），在该电磁钉固定基板（10）内侧凹槽上粘贴嵌入电磁钉（11）构成磁条（3），电磁钉固定基板（10）为非电金属绝缘反腐材料，电磁钉（11）设置为“工”字形，中心区域绕有磁场线圈（5），并注入耐腐蚀的环氧树脂对磁场线圈（5）进行封装固定，磁场线圈（5）对应电磁钉固定基板（10）的外侧嵌入电极条（6），采用螺钉进行固定，在两个电磁钉（11）之间位置对应电磁钉固定基板（10）外侧凹槽嵌入对偶电极条（7）（如图4所示），所有电磁钉（11）并联，电磁钉（11）的正负供电线（12）放置在电磁钉（11）与电磁钉固定基板（10）内侧空隙中，电极条（6）连接电源输出端A，对偶电极条（7）连接电源输出端B，电磁钉固定基板（10）内侧设有电极条固定基座（8），在该电极条固定基座（8）设有固定螺栓孔（14），对应位置船体外壳层（9）上设有电极条固定螺栓孔（13），通过固定螺栓孔（14）将电磁钉固定基板（10）、电极条（6）、对偶电极条（7）固定在船体外壳层（9）上，电磁钉（11）平行排列组合构成磁条（3）、推水沟槽（4）、电极条（6）、对偶电极条（7）均相互平行排列；
电极条（6）与对偶电极条（7）之间的垂直距离等于电磁钉（11）的高度120%；两电极条相互之间不导通，磁条（3）相互平行排列，磁条极性排列顺序为 S-N-S-N-S-N-……，两根磁条之间的间隙构成推水沟槽（4）。
驱动控制方案：该电动系统由交流发电机提供电能，经过整流和稳压之后对两组蓄电池进行充电，船体上方甲板阳光照射的地方安装太阳能电池板（2），太阳能电池板（2）通过太阳能电池板充电控制器为船舶蓄电池进行充电，并提供辅助电能；两组蓄电池串联，串联节点为E点，中间的E设置为地线，两组串接的蓄电池正极输出端为A，负极输出端为B，蓄电池为直流脉冲磁流驱动PWM控制模块供电（如图7所示），共有七种工作状态，分别是1.右动力输出驱动控制；2.左动力输出驱动控制；3.右控制区后行驱动控制；4.左控制区后行驱动控制；5.向前直行驱动控制；6.向后直行驱动控制；7.加力向前直行自动控制。驱动输出控制和左动力输出驱动控制通过速度控制推杆（15）实现按键功能来调节船舶运行速度；
直流脉冲磁流驱动PWM控制系统的主要功能包括：实现对直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向、反向和停车，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制；系统硬件模块组成：（1）直流脉冲磁流驱动PWM控制模块；（2）L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块；（3）LED显示模块；（4）操控推杆独立式键盘控制模块。参见图9。
直流脉冲磁流驱动PWM控制模块：这部分电路主要由AT89S52单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向和反向，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制。其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流脉冲磁流驱动工作的。该直流脉冲磁流驱动PWM控制系统由以下电路模块组成：
驱动控制结构：直流脉冲磁流驱动PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲磁流驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流脉冲磁流功率放大驱动芯片发送PWM波形，驱动电路完成直流脉冲磁流驱动正，反向和停车控制；同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示。
控制部分主要由AT89S52单片机的外部中断扩展电路组成。直流脉冲磁流驱动PWM控制实现部分主要由一些二极管、直流脉冲磁流驱动和L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块组成。
直流脉冲磁流功率放大驱动模块：直接对直流脉冲磁流驱动进行控制，无须隔离电路，可以驱动双直流脉冲磁流驱动；当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号，IN2为低电平信号时，直流脉冲磁流驱动正向；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时，直流脉冲磁流驱动反向；IN1与IN2相同时，直流脉冲磁流驱动快速停止。当使能端为低电平时，直流脉冲磁流驱动停止；采用开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉调制（PWM）来控制直流脉冲磁流驱动的电压，并进行功率放大，从而实现直流脉冲磁流驱动的控制；
经功率放大后的调制直流脉冲（PWM）输出与电极条（6）连接，电流通过负载流入对偶电极条（7），对偶电极条（7）为地线，即脉冲电流从电极条（6）通过负载至对偶电极条（7），这里的负载是电极条A（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向后运动，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）向前运动；这里左右两端的电路工作原理完全相同，如图3、图4和图10所示。
显示模块： 采用LED数码显示实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
倒档电控：如图8所示，接地端E与负极B之间并接电阻RV和一个P沟道MOS场效应管，P沟道MOS场效应管的栅极G连接开关KEYG，KEYG按键导通时，输出一个零电压，传输给场效应管的栅极G，下方场效应管导通，P沟道MOS场效应管导通，继电器线圈L通电，常开触点K2打开，常闭触点K3导通，对于电源而言，对地端E的电压为高电压，负极B端为低电压，电流方向是由对地的E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端；KEYG按键断开时，输出一个高电压时，栅极电压为低电压，P沟道MOS场效应管截止，继电器线圈L不通电，常开触点K2导通，常闭触点K3断开，对于电源而言，A的电压为高电压，地E端为低电压，电流方向是由A端流经磁场线圈Ln之后至地E端；两种情况磁场的电流正好相反，磁场线圈Ln产生的磁极相反，规定电流A端流经磁场线圈Ln之后至地E端船体正向运动，E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端时船体倒向运动；
磁场电流的改变与电极条（6）和对偶电极条（7）之间的电流方向无关，输入端A为高电压，对地端E为低电压，这里的负载是电极条（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向前运动，磁场改变，水流的方向也发生改变，实现倒车，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）运动，如图1所示。
操控推杆独立式键盘控制模块：独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下，所有按键均为干簧开关构成，遥控推杆带有磁力，遥控推杆的位置不同，给出的按键数据发生改变，可以通过编写软件程序进行识别控制；
操控推杆（15）向前时，KEYE导通，左右两侧同时驱动，船体向正前方运动；操控推杆（15）向左前，KEYA导通，左前侧干簧开关接通，船体右侧驱动，船体向左转向运动；操控推杆向右前，KEYB导通，右前侧干簧开关接通，船体左侧驱动，船体向右转动；在不推动操控推杆的状态下，操控推杆设有回位弹簧，回到中间位，任何按键都没有接通，所有的干簧开关处于断开状态，所有的驱动装置处于无电流状态，船体停止运动；操控推杆（15）向左后，KEYC导通，左后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体右侧驱动，船体向左转反向运动；操控推杆向右后，KEYD导通，右后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体左侧驱动，船体向右反向转动。操控推杆（15）向后，KEYF导通，左右两侧同时驱动，船体向正后方运动；操控推杆（15）用力向前时，KEYG导通，处于加力档位时给出一个电压信号，改变磁场线圈（5）电流方向，这样后行驱动由于磁场改变变为前行驱动，船体的前行驱动力翻倍，船体以最大速度前行。
本发明的工作原理是：船体（1）截面以中线为准进行划分，如图7所示，将船体（1）的表面划分为左右两边，船体左边表面磁流推进面构成左动力区，船体右边表面磁流推进面构成右动力区；每个动力区域分别独立安装电动驱动系统，两个电动驱动系统结构完全相同；对动力区域进行划分之后，船体转向的时候，船体左边表面磁流推进面左动力区与船体右边表面磁流推进面右动力区之间的水流存在差异，就可以实现船体的转向。
该电动系统由交流发电机提供电能，经过整流和稳压之后对两组蓄电池进行充电，两组蓄电池串联，串联节点为E点，中间的E设置为地线，两组串接的蓄电池正极输出端为A，负极输出端为B，蓄电池为直流脉冲磁流驱动PWM控制模块供电（如图7所示），共有七种工作状态，分别是1.右动力输出驱动控制；2.左动力输出驱动控制；3.右控制区后行驱动控制；4.左控制区后行驱动控制；5.向前直行驱动控制；6.向后直行驱动控制；7.加力向前直行自动控制。驱动输出控制和左动力输出驱动控制通过速度控制推杆（15）实现按键功能来调节船舶运行速度；
驱动力输出：本发明采用L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块，内部包含4通道逻辑驱动电路，其额定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss 电压最小 4.5 V，最大可达 36 V；Vs 电压最大值也是 36 V。小功率情况下，L298N可直接对直流脉冲磁流驱动进行控制，无须隔离电路，大功率情况下，L298N输出接功率放大器，输出经功率放大后，驱动双直流脉冲磁流驱动，当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号，IN2为低电平信号时，直流脉冲磁流驱动正向；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时，直流脉冲磁流驱动反向；IN1与IN2相同时，直流脉冲磁流驱动快速停止。当使能端为低电平时，直流脉冲磁流驱动停止；
在对直流脉冲磁流驱动电压的控制和驱动中，半导体功率器件(L298)在使用上可以分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大驱动方式。本发明采用后者。半导体功率器件工作在线性区优点是控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小，缺点为功率器件工作在线性区，功率低和散热问题严重。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉调制（PWM）来控制直流脉冲磁流驱动的电压，从而实现直流脉冲磁流驱动的控制；
调制直流脉冲（PWM）经功率放大后的输出与电极条（6）连接，电流通过负载流入对偶电极条（7），对偶电极条（7）为地线，即脉冲电流从电极条（6）通过负载至对偶电极条（7），这里的负载是电极条A（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向后运动，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）向前运动；这里左右两端的电路工作原理完全相同，如图3、图4和图10所示。
倒档电控：如图8所示，接地端E与负极B之间并接电阻RV和一个P沟道MOS场效应管，P沟道MOS场效应管的栅极G连接开关KEYG，KEYG按键导通时，输出一个零电压，传输给场效应管的栅极G，下方场效应管导通，P沟道MOS场效应管导通，继电器线圈L通电，常开触点K2打开，常闭触点K3导通，对于电源而言，对地端E的电压为高电压，负极B端为低电压，电流方向是由对地的E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端；KEYG按键断开时，输出一个高电压时，栅极电压为低电压，P沟道MOS场效应管截止，继电器线圈L不通电，常开触点K2导通，常闭触点K3断开，对于电源而言，A的电压为高电压，地E端为低电压，电流方向是由A端流经磁场线圈Ln之后至地E端；两种情况磁场的电流正好相反，磁场线圈Ln产生的磁极相反，规定电流A端流经磁场线圈Ln之后至地E端船体正向运动，E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端时船体倒向运动；
磁场电流的改变与电极条（6）和对偶电极条（7）之间的电流方向无关，输入端A为高电压，对地端E为低电压，这里的负载是电极条（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向前运动，磁场改变，水流的方向也发生改变，实现倒车，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）运动，如图1所示。
驱动控制结构：直流脉冲磁流驱动PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲磁流驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流脉冲磁流功率放大驱动芯片发送PWM波形，驱动电路完成直流脉冲磁流驱动正，反向和停车控制；同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示。
直流脉冲磁流驱动PWM控制系统的主要功能包括：实现对直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向、反向和停车，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制。系统硬件模块组成：（1）单片机控制模块；（2）L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块；（3）LED显示模块；（4）独立键盘控制模块。参见图9。
主体电路：即直流脉冲磁流驱动PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S52单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向和反向，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制。其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流脉冲磁流驱动工作的。该直流脉冲磁流驱动PWM控制系统由以下电路模块组成：
输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向、反向和急停控制。
控制部分：主要由AT89S52单片机的外部中断扩展电路组成。直流脉冲磁流驱动PWM控制实现部分主要由一些二极管、直流脉冲磁流驱动和L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块组成。
显示部分： LED数码显示部分，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
PWM脉宽调制：直流脉冲磁流驱动调PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变船体速度。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流脉冲磁流驱动电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制直流脉冲磁流驱动的占空比。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。当我们改变占空比D=t1/T时，就可以得到不同的直流脉冲磁流驱动平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似的看成是线性关系。本发明采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。直流脉冲磁流驱动的速度分成100个等级，因此一个周期就有100个脉冲，周期为一百个脉冲的时间，速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期直流脉冲磁流驱动端电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大，直流脉冲磁流驱动端电压越大，直流脉冲磁流驱动转动越快。直流脉冲磁流驱动的平均速度等于在一定的占空比下直流脉冲磁流驱动的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时，就可以得到不同的直流脉冲磁流驱动平均速度，从而达到调速的目的。精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似看成线性关系。
本发明所采用的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。AT89S52上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
操控推杆独立式键盘按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下，所有按键均为干簧开关构成，遥控推杆带有磁力，遥控推杆的位置不同，给出的按键数据发生改变，可以通过编写软件程序进行识别控制。直接应用AT89S52的软件方法实现PWM信号输出，这比硬件实现PWM信号成本低、限制少、实现便捷。
操控推杆（15）向前时，KEYE导通，左右两侧同时驱动，船体向正前方运动；操控推杆（15）向左前，KEYA导通，左前侧干簧开关接通，船体右侧驱动，船体向左转向运动；操控推杆向右前，KEYB导通，右前侧干簧开关接通，船体左侧驱动，船体向右转动；在不推动操控推杆的状态下，操控推杆设有回位弹簧，回到中间位，任何按键都没有接通，所有的干簧开关处于断开状态，所有的驱动装置处于无电流状态，船体停止运动；操控推杆（15）向左后，KEYC导通，左后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体右侧驱动，船体向左转反向运动；操控推杆向右后，KEYD导通，右后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体左侧驱动，船体向右反向转动。操控推杆（15）向后，KEYF导通，左右两侧同时驱动，船体向正后方运动；操控推杆（15）用力向前时，KEYG导通，处于加力档位时给出一个电压信号，改变磁场线圈（5）电流方向，这样后行驱动由于磁场改变变为前行驱动，船体的前行驱动力翻倍，船体以最大速度前行。
本发明的有益效果是：船体表面的海水直接构成负载，电极条与对偶电极条之间推水沟槽里的海水，推水沟槽的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向前运动，推水沟槽密集布满了整个船体表面，推动船体运动，把船体表面水的阻力转变为船体表面水的推动力，驱动船体的运动，使得能耗大为降低。采用直流脉冲磁流驱动PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲磁流驱动模块组成，实现数码精确控制，彻底改变了船体的推进方式，更为节能，从原理上彻底消除了船体阻力的来源，极具发展潜力。本发明彻底改变了船体的推进方式，节能环保，从原理上彻底消除了船体阻力的来源以及船体表面海水的阻力，存在的缺陷是无法在淡水中运动，由于绝大多数船体是在海水中运动，因此，对于在海洋中运动的船体而言，具有良好的发展潜力。
附图说明
图1为船体主视剖面示意图；
图2为船体俯视剖面示意图；
图3磁条剖面示意图；
图4磁条组合主视图；
图5磁条组合示意图；
图6船体磁条铺设结构示意图；
图7船体操控结构示意图；
图8 船体操控推杆对应按键及倒车磁场线圈供电驱动控制图；
图9直流脉冲磁流驱动PWM调速方案；
图10负载控制及供电整体电路图。
图中各标号为：1、船体，2、太阳能电池板，3、磁条，4、推水沟槽；5、磁场线圈，6、电极条、7、对偶电极条、8、电极条固定基座，9、船体外壳层，10、电磁钉固定基板，11、电磁钉，12、供电线，13、电极条固定螺栓孔，14、固定螺栓孔，15、操控推杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：本发明由太阳能电池板（2）、磁条（3）、推水沟槽（4）、磁场线圈（5）、电极条（6）、对偶电极条（7）、电极条固定基座（8）、电磁钉固定基板（10）、电磁钉（11）、供电线（12）、电极条固定螺栓孔（13）、固定螺栓孔（14）、操控推杆（15）构成；
船体的整个外表面沿着运动方向平行铺设有电磁钉固定基板（10），在该电磁钉固定基板（10）内侧凹槽上粘贴嵌入电磁钉（11）构成磁条（3），电磁钉固定基板（10）为非电金属绝缘反腐材料，电磁钉（11）设置为“工”字形，中心区域绕有磁场线圈（5），并注入耐腐蚀的环氧树脂对磁场线圈（5）进行封装固定，磁场线圈（5）对应电磁钉固定基板（10）的外侧嵌入电极条（6），采用螺钉进行固定，在两个电磁钉（11）之间位置对应电磁钉固定基板（10）外侧凹槽嵌入对偶电极条（7）（如图4所示），所有电磁钉（11）并联，电磁钉（11）的正负供电线（12）放置在电磁钉（11）与电磁钉固定基板（10）内侧空隙中，电极条（6）连接电源输出端A，对偶电极条（7）连接电源输出端B，电磁钉固定基板（10）内侧设有电极条固定基座（8），在该电极条固定基座（8）设有固定螺栓孔（14），对应位置船体外壳层（9）上设有电极条固定螺栓孔（13），通过固定螺栓孔（14）将电磁钉固定基板（10）、电极条（6）、对偶电极条（7）固定在船体外壳层（9）上，电磁钉（11）平行排列组合构成磁条（3）、推水沟槽（4）、电极条（6）、对偶电极条（7）均相互平行排列。
电极条（6）与对偶电极条（7）之间的垂直距离等于电磁钉（11）的高度120%；两电极条相互之间不导通，磁条（3）相互平行排列，磁条极性排列顺序为 S-N-S-N-S-N-……，两根磁条之间的间隙构成推水沟槽（4）。
驱动控制方案：该电动系统由交流发电机提供电能，经过整流和稳压之后对两组蓄电池进行充电，两组蓄电池串联，串联节点为E点，中间的E设置为地线，两组串接的蓄电池正极输出端为A，负极输出端为B，蓄电池同时为左动力区和右动力区供电（如图7所示），共有七种工作状态电路，分别是1.右动力输出驱动控制；2.左动力输出驱动控制；3.右控制区后行驱动控制；4.左控制区后行驱动控制；5.向前直行驱动控制；6.向后直行驱动控制；7.加力向前直行自动控制。驱动输出控制和左动力输出驱动控制通过速度控制推杆（15）实现按键功能来调节船舶运行速度。
驱动力输出：本发明采用L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块由L298和功率放大器构成；L298N为15个管角的单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用L298N来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)和开关电源晶体管，内部包含4通道逻辑驱动电路，其额定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss电压最小 4.5V，最大可达 36 V；Vs 电压最大值也是 36 V。L298N可直接对直流脉冲磁流驱动进行控制，无须隔离电路，可以驱动双直流脉冲磁流驱动；当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号，IN2为低电平信号时，直流脉冲磁流驱动正向；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时，直流脉冲磁流驱动反向；IN1与IN2相同时，直流脉冲磁流驱动快速停止。当使能端为低电平时，直流脉冲磁流驱动停止；
采用开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉调制（PWM）来控制直流脉冲磁流驱动的电压，从而实现直流脉冲磁流驱动的控制；
调制直流脉冲（PWM）输出与电极条（6）连接，电流通过负载流入对偶电极条（7），对偶电极条（7）为地线，即脉冲电流从电极条（6）通过负载至对偶电极条（7），这里的负载是电极条A（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向后运动，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）向前运动；这里左右两端的电路工作原理完全相同，如图3、图4和图10所示。
倒档电控：如图8所示，接地端E与负极B之间并接电阻RV和一个P沟道MOS场效应管，P沟道MOS场效应管的栅极G连接开关KEYG，KEYG按键导通时，输出一个零电压，传输给场效应管的栅极G，下方场效应管导通，P沟道MOS场效应管导通，继电器线圈L通电，常开触点K2打开，常闭触点K3导通，对于电源而言，对地端E的电压为高电压，负极B端为低电压，电流方向是由对地的E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端；KEYG按键断开时，输出一个高电压时，栅极电压为低电压，P沟道MOS场效应管截止，继电器线圈L不通电，常开触点K2导通，常闭触点K3断开，对于电源而言，A的电压为高电压，地E端为低电压，电流方向是由A端流经磁场线圈Ln之后至地E端；两种情况磁场的电流正好相反，磁场线圈Ln产生的磁极相反，规定电流A端流经磁场线圈Ln之后至地E端船体正向运动，E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端时船体倒向运动；
磁场电流的改变与电极条（6）和对偶电极条（7）之间的电流方向无关，输入端A为高电压，对地端E为低电压，这里的负载是电极条（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向前运动，磁场改变，水流的方向也发生改变，实现倒车，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）运动，如图1所示。
驱动控制结构：直流脉冲磁流驱动PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲磁流驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流脉冲磁流功率放大驱动芯片发送PWM波形，驱动电路完成直流脉冲磁流驱动正，反向和停车控制；同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示。
直流脉冲磁流驱动PWM控制系统的主要功能包括：实现对直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向、反向和停车，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制。系统硬件模块组成：（1）单片机控制模块；（2）L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块；（3）LED显示模块；（4）独立键盘控制模块。参见图9。
主体电路：即直流脉冲磁流驱动PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S52单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向和反向，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制。其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流脉冲磁流驱动工作的。该直流脉冲磁流驱动PWM控制系统由以下电路模块组成：
控制部分：主要由AT89S52单片机的外部中断扩展电路组成。直流脉冲磁流驱动PWM控制实现部分主要由一些二极管、直流脉冲磁流驱动和L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块组成。
显示部分： LED数码显示部分，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
操控推杆独立式键盘控制：独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下，所有按键均为干簧开关构成，遥控推杆带有磁力，遥控推杆的位置不同，给出的按键数据发生改变，可以通过编写软件程序进行识别控制；
操控推杆（15）向前时，KEYE导通，左右两侧同时驱动，船体向正前方运动；操控推杆（15）向左前，KEYA导通，左前侧干簧开关接通，船体右侧驱动，船体向左转向运动；操控推杆向右前，KEYB导通，右前侧干簧开关接通，船体左侧驱动，船体向右转动；在不推动操控推杆的状态下，操控推杆设有回位弹簧，回到中间位，任何按键都没有接通，所有的干簧开关处于断开状态，所有的驱动装置处于无电流状态，船体停止运动；操控推杆（15）向左后，KEYC导通，左后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体右侧驱动，船体向左转反向运动；操控推杆向右后，KEYD导通，右后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体左侧驱动，船体向右反向转动。操控推杆（15）向后，KEYF导通，左右两侧同时驱动，船体向正后方运动；操控推杆（15）用力向前时，KEYG导通，处于加力档位时给出一个电压信号，改变磁场线圈（5）电流方向，这样后行驱动由于磁场改变变为前行驱动，船体的前行驱动力翻倍，船体以最大速度前行。
船体如果配置电机驱动螺旋桨，直流脉冲磁流驱动PWM控制系统可以直接切换到电机控制模式，实现脉冲磁流驱动和直流电机PWM控制驱动双模式驱动。

Claims (5)

1.一种太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，其特征在于： 由太阳能电池板（2）、磁条（3）、推水沟槽（4）、磁场线圈（5）、电极条（6）、对偶电极条（7）、电极条固定基座（8）、电磁钉固定基板（10）、电磁钉（11）、供电线（12）、电极条固定螺栓孔（13）、固定螺栓孔（14）、操控推杆（15）构成；
船体的整个外表面沿着运动方向平行铺设有电磁钉固定基板（10），在该电磁钉固定基板（10）内侧凹槽上粘贴嵌入电磁钉（11）构成磁条（3），电磁钉固定基板（10）为非电金属绝缘反腐材料，电磁钉（11）设置为“工”字形，中心区域绕有磁场线圈（5），并注入耐腐蚀的环氧树脂对磁场线圈（5）进行封装固定，磁场线圈（5）对应电磁钉固定基板（10）的外侧嵌入电极条（6），采用螺钉进行固定，在两个电磁钉（11）之间位置对应电磁钉固定基板（10）外侧凹槽嵌入对偶电极条（7）（如图4所示），所有电磁钉（11）并联，电磁钉（11）的正负供电线（12）放置在电磁钉（11）与电磁钉固定基板（10）内侧空隙中，电极条（6）连接电源输出端A，对偶电极条（7）连接电源输出端B，电磁钉固定基板（10）内侧设有电极条固定基座（8），在该电极条固定基座（8）设有固定螺栓孔（14），对应位置船体外壳层（9）上设有电极条固定螺栓孔（13），通过固定螺栓孔（14）将电磁钉固定基板（10）、电极条（6）、对偶电极条（7）固定在船体外壳层（9）上，电磁钉（11）平行排列组合构成磁条（3）、推水沟槽（4）、电极条（6）、对偶电极条（7）均相互平行排列；
电极条（6）与对偶电极条（7）之间的垂直距离等于电磁钉（11）的高度120%；两电极条相互之间不导通，磁条（3）相互平行排列，磁条极性排列顺序为 S-N-S-N-S-N-……，两根磁条之间的间隙构成推水沟槽（4）。
2.根据权利要求1所述的太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，其特征在于：该电动系统由交流发电机提供电能，经过整流和稳压之后对两组蓄电池进行充电，两组蓄电池串联，串联节点为E点，中间的E设置为地线，两组串接的蓄电池正极输出端为A，负极输出端为B，蓄电池为直流脉冲磁流驱动PWM控制模块供电；共有七种工作状态，分别是1.右动力输出驱动控制；2.左动力输出驱动控制；3.右控制区后行驱动控制；4.左控制区后行驱动控制；5.向前直行驱动控制；6.向后直行驱动控制；7.加力向前直行自动控制；
驱动输出控制和左动力输出驱动控制通过速度控制推杆（15）实现按键功能来调节船舶运行速度；
调制直流脉冲（PWM）输出与电极条（6）连接，电流通过负载流入对偶电极条（7），对偶电极条（7）为地线，即脉冲电流从电极条（6）通过负载至对偶电极条（7），这里的负载是电极条A（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向后运动，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）向前运动；这里左右两端的电路完全相同。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，其特征在于：倒档电控中，接地端E与负极B之间并接电阻RV和一个P沟道MOS场效应管，P沟道MOS场效应管的栅极G连接开关KEYG，KEYG按键导通时，输出一个零电压，传输给场效应管的栅极G，下方场效应管导通，P沟道MOS场效应管导通，继电器线圈L通电，常开触点K2打开，常闭触点K3导通，对于电源而言，对地端E的电压为高电压，负极B端为低电压，电流方向是由对地的E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端；KEYG按键断开时，输出一个高电压时，栅极电压为低电压，P沟道MOS场效应管截止，继电器线圈L不通电，常开触点K2导通，常闭触点K3断开，对于电源而言，A的电压为高电压，地E端为低电压，电流方向是由A端流经磁场线圈Ln之后至地E端；两种情况磁场的电流正好相反，磁场线圈Ln产生的磁极相反，规定电流A端流经磁场线圈Ln之后至地E端船体正向运动，E端流经磁场线圈Ln之后至负极B端时船体倒向运动；
磁场电流的改变与电极条（6）和对偶电极条（7）之间的电流方向无关，输入端A为高电压，对地端E为低电压，这里的负载是电极条（6）与对偶电极条（7）之间推水沟槽（4）里的海水，推水沟槽（4）的上方为磁场N极，下方为磁场S极，磁场中的海水在通电的情况下，产生一个劳伦兹力，推动海水向前运动，磁场改变，水流的方向也发生改变，实现倒车，推水沟槽（4）密集布满了整个船体表面，推动船体（1）运动。
4.根据权利要求3所述的太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，其特征在于：直流脉冲磁流驱动PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲磁流驱动模块组成；采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流脉冲磁流功率放大驱动芯片发送PWM波形，驱动电路完成直流脉冲磁流驱动正，反向和停车控制；同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示；
直流脉冲磁流驱动PWM控制系统的主要功能包括：实现对直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向、反向和停车，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制；
系统硬件模块组成：（1）直流脉冲磁流驱动PWM控制模块；（2）L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块；（3）LED显示模块；（4）操控推杆独立式键盘控制；
（1）直流脉冲磁流驱动PWM控制模块电路主要由AT89S52单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流脉冲磁流驱动的加速、减速以及直流脉冲磁流驱动的正向和反向，并且可以调整直流脉冲磁流驱动的占空比，能够很方便的实现直流脉冲磁流驱动的智能控制；其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流脉冲磁流驱动工作的；
采用L298直流脉冲磁流功率放大驱动模块，小功率情况下，L298N可直接对直流脉冲磁流驱动进行控制，无须隔离电路；大功率情况下，L298N输出接功率放大器，输出经功率放大后，驱动双直流脉冲磁流驱动，当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号，IN2为低电平信号时，直流脉冲磁流驱动正向；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时，直流脉冲磁流驱动反向；IN1与IN2相同时，直流脉冲磁流驱动快速停止；当使能端为低电平时，直流脉冲磁流驱动停止；
LED显示模块中采用LED数码显示，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
5.根据权利要求3所述的太阳能船舶触水表面直流脉冲磁流推进系统，其特征在于：所述操控推杆独立式键盘控制中，键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下，所有按键均为干簧开关构成，遥控推杆带有磁力，遥控推杆的位置不同，给出的按键数据发生改变，可以通过编写软件程序进行识别控制；
操控推杆（15）向前时，KEYE导通，左右两侧同时驱动，船体向正前方运动；操控推杆（15）向左前，KEYA导通，左前侧干簧开关接通，船体右侧驱动，船体向左转向运动；操控推杆向右前，KEYB导通，右前侧干簧开关接通，船体左侧驱动，船体向右转动；在不推动操控推杆的状态下，操控推杆设有回位弹簧，回到中间位，任何按键都没有接通，所有的干簧开关处于断开状态，所有的驱动装置处于无电流状态，船体停止运动；操控推杆（15）向左后，KEYC导通，左后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体右侧驱动，船体向左转反向运动；操控推杆向右后，KEYD导通，右后侧干簧开关接通，给出反向电压脉冲，船体左侧驱动，船体向右反向转动；
操控推杆（15）向后，KEYF导通，左右两侧同时驱动，船体向正后方运动；操控推杆（15）用力向前时，KEYG导通，处于加力档位时给出一个电压信号，改变磁场线圈（5）电流方向，这样后行驱动由于磁场改变变为前行驱动，船体的前行驱动力翻倍，船体以最大速度前行。
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