CN101463733B - 提高输出功率的动能产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高输出功率的动能产生装置，包括有机壳，该机壳一侧设置有固定齿轮，该固定齿轮齿形朝内，相对在该固定齿轮内侧设置有活动齿轮，该活动齿轮齿形向外，使该固定齿轮与活动齿轮可相互啮合传动，且该固定齿轮与活动齿轮的齿轮比为3∶1；在该机壳内部枢设有传动件，该传动件与机壳之间配置有波司(Bush)，且该传动件由活动齿轮带动旋转，并延伸有输出轴；而活动齿轮外侧固定连接有飞轮，使该飞轮与活动齿轮同步转动，该飞轮一端设置有施力轴，该施力轴上轴设有连杆，该连杆一端轴设在飞轮施力轴上，其另一端则轴设在汽缸的活塞上。

Description

提高输出功率的动能产生装置

技术领域

本发明涉及到一种提高输出功率的动能产生装置。

背景技术

传统的引擎运作模式如图23所示，当汽缸燃烧时，是由汽缸活塞x1推动传动件x2带动曲柄轴x3旋转以产生动能输出。但以传动件x2而言，由于传动件x2的活动方向具有相当大的侧压角度，故产生相当大的侧向分力，造成整体动能的损耗；另外，传统引擎在上死点时，其施力点x4与曲柄轴x3的惯性力量会相互抵消，不仅造成动能的损耗，更会引起震荡现象，导致引擎损坏，寿命减短。

再者，传统的引擎每一次行程必须经过进气、压缩、爆炸、排气四项动作，此时曲柄已绕输出轴转动两圈，即每一爆炸行程必须推动引擎输出两转，故输出扭力较低，因此引擎必须提高转速，或是加大汽缸容量，方可提供较大的扭力给引擎使用。

现有技术中有许多引擎的改良方案，如图24所示的美国专利US4,044,629，其曲柄轴5套置在偏心轮8上，该偏心轮8则在外齿轮7中，当外齿轮7啮合内齿轮15转动时，通过偏心轮8可修正轴心6的施力方向，以提高引擎效能；又如图25的美国专利US4,073,196，其中曲柄轴26以悬臂40a连接外齿轮43a绕行内齿轮44转动，再由外齿轮轴心37进行动能传输，通过悬臂40a调整轴心37的施力方向，以提高引擎效能。

上述两种现有技术仍无法完全解决传统引擎的侧压损耗与震荡不稳的缺点。其汽缸每一次爆炸仍须带动引擎输出两转，使该引擎转速、体积无法缩减，而输出的扭力仍然偏低。

另外，针对结构与引擎近似的「空压机」结构，如图26A所示英国专利证号GB2297599A的“一种汽缸活塞每上下一次可暂停一次的构造”(ACYLINDER HAVING A PISTON ASSEMBLY CAPABLE OF STOPPING ONCE WHENHAVING MOVED UP AND DOWN EVERY TIME)的结构图，图26B为相类似专利的动作图，其具有壳套5，该壳套5内缘设置有内齿轮3，该内齿轮3上啮合有外齿轮2，该外齿轮2上连接有副曲轴1，该副曲轴1一端则连接有活塞与连杆6，而外齿轮2以下轴12穿置在主曲轴4传递动能输出，通过内齿轮3与外齿轮2的转动互补作用，得到活塞与连杆6上下一次可暂停一次的构造，增加进气储能。

根据本申请发明人详测的结果，前述空压机结构仅为理论设计，而欠缺实际测试，如本申请发明人根据图26A、图26B所导出的轨迹图26C，其中轨迹线d2即表现该图26A的实际轨迹，点p1(三角形)是图26A外齿轮2绕行内齿轮3圆周180°的施力点A位置，点p3则为360°的施力点A位置，事实显示，该空压机结构的轨迹线d1在点p1～p3仍有未完行程，即点p1并非施力点A最低的位置，而是在240°时的点p2(四方形)位置。换言之，该空压机结构的活塞与连杆6在180°～360°的储能过程，仍有上下动作，并非如图26A中间三个图例所表现平衡的储能状态。实际上，该图26A中间三个图例的活塞与连杆6并非等长，否则无法显示三组活塞与连杆6在同一水平高度的假象。因此，该空压机结构在180°～360°的运行过程中仍有耗能，而无法达成所需的提高储能功率。

再者，该活塞与连杆6完成一次上下行程时，该外齿轮2需绕行内齿轮3两周，但事实上，由于内齿轮3与外齿轮2的比例，该外齿轮2本身已转动三周。即外齿轮2自转三周方能完成一次储能动作，其过程仍属耗能，无法达到预期的提高储能功效。

另外，本申请发明人进一步研究，其中轨迹线d1为施力点A下降的设计，而轨迹线d3～d4则为施力点A上移的设计，因此图26C共产生四条轨迹线d1～d4。我们发现，无论何种设计，其预设最低位置点p1皆在同一水平线上，而实际最低点p2则根据施力点A的位置而有所调整，即该空压机结构进行“空压机每转动两周方能加压储能一次”的专利特征时，仍会产生动能的损耗。因此，该空压机结构无法提高有效储能，而为不成熟的设计。

如图27A、B、C所示，该参考案1具有轴心齿轮31、施力轴51，以及固定齿轮2和活动齿轮3的啮合点9三处关键点，且固定齿轮2和活动齿轮3的齿轮比为3∶2；当活塞7爆炸动能经连杆6加压于该施力轴51时，其惯量包括由该施力轴51向该轴心齿轮31方向施压(施力线01)，以及该啮合点9反作用力向该轴心齿轮31方向施压(施力线02)叠加形成，其叠加后的力量并经由该轴心齿轮31向传动轴齿轮42方向输出(施力线03)，故输出的力量远大于习知结构。而该施力线01与施力线02之间自然形成有夹角，通过杠杆原理得将力量叠加，亦避免动能损耗。

而该引证1的该连杆6侧压角度变化非常小，使大部份惯量可作为推动该活动齿轮3与飞轮5旋转的动力，减少侧向分力的浪费，该活动齿轮3与该飞轮5系朝反方向转动，形成该施力轴5 1的轨迹线a形状。

因为该引证1的力量配置尚有改善空间，其最主要问题如图27 C所示，其系统运转时，仅由固定齿轮2和活动齿轮3的啮合方式维持稳定，由于齿轮间的余隙以及运转方式，此啮合固定方法相当不稳，可能产生震动等不稳定的因素，影响系统精密度以及使用寿命。另外，因该连杆6所直接加压的施力线01短于反作用力的施力线02，若能加大该施力线01的幅度，则输出力量可得到更大的效能。况且，该施力线03的长度短于施力线02，根据杠杆原理，该施力线02必须提供更大的力量，方能维持传动轴齿轮42的有效输出，使其动力输出效能降低。

另外，又如申请人另一国际专利PCT/CN2006/002106的“动能产生专置，”专利案(参考案2)，其通过结构改良，同样提供另一种存在一定缺陷的解决方案。

如图28 A、B所示，该参考案2具有传动轴42、施力轴51，以及固定齿轮2和活动齿轮3的啮合点9三处关键点，且固定齿轮2和活动齿轮3的齿轮比为3∶2；当活塞7a爆炸动能经连杆6加压于该施力轴51时，其惯量包括由该施力轴51向该传动轴42方向施压(施力线01)，以及由该啮合点9反作用力向该传动轴42方向施压(施力线02)叠加，其叠加后的力量并经由该传动件4向该传动轴42方向输出(施力线03)，故输出的力量远大于公知结构；而该施力线01与施力线02之间自然形成夹角，以利藉由杠杆原理将力量叠加，通过杠杆原理得将力量叠加，亦避免动能损耗。

通过前述结构，当该活塞7a爆炸时，其动能经该连杆6加压于该施力轴51上，而该连杆6的侧压角度变化非常小，使大部份惯量可作为推动该活动齿轮3与一飞轮5旋转的动力，减少侧向分力的浪费；当该活动齿轮3绕行该固定齿轮2转动时，该活动齿轮3与该飞轮5朝反方向转动，使该施力轴51形成轨迹线a的形状。

同样地，该引证2在系统运转时，仅由齿轮啮合方式维持稳定，使系统运转时可能产生震动等不稳定的因素，影响系统精密度以及使用寿命；而该引证2由连杆6所直接加压的施力线01短于反作用力的施力线02，若能加大该施力线01的幅度，则输出力量可得到更大的效能。再者，该施力线03的长度短于施力线02，故该施力线02必须提供更大的力量，方能维持传动轴42的有效输出，使其动力输出效能仍然偏低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种提高输出功率的动能产生装置，其爆炸行程密集，可在较低的转速下得到较高的输出功率，形成低转速、高扭力的结构。

本发明的另一目的在于提供一种提高输出功率的动能产生装置，其施力轴惯量角度变化较小，减少震荡、分力损耗，提高动能输出。

本发明的再一目的在于提供一种提高输出功率的动能产生装置，其通过内外套合方式，在有限空间内配置最多的汽缸，使其整体输出动能大增。

本发明的下一目的在于提供一种提高输出功率的动能产生装置，其适用于各种立式、卧式引擎，甚至于空压机结构或其它动力机械。

本发明的又一目的在于提供一种提高输出功率的动能产生装置，其汽缸配置可为多汽缸、多角度、多轨迹线分别运转，使其输出总力大增。

为实现以上目的，本发明采取以下的技术方案：一种提高输出功率的动能产生装置，包括有机壳，该机壳一侧设置有固定齿轮，该固定齿轮齿形朝内，相对在该固定齿轮内侧设置有活动齿轮，该活动齿轮齿形向外，使该固定齿轮与活动齿轮可相互啮合传动，且该固定齿轮与活动齿轮的齿轮比为3∶1；在该机壳内部枢设有传动件，该传动件与机壳之间配置有波司(Bush)，并由该传动件由活动齿轮带动旋转，经延伸输出轴以输出动力；而活动齿轮外侧固定连接有飞轮，使该飞轮与活动齿轮同步转动，该飞轮一端设置有施力轴，该施力轴上轴设有连杆，该连杆一端轴设在飞轮施力轴上，其另一端则轴设在汽缸的活塞上；这样，当该汽缸内部爆炸时，令活塞在汽缸壁上往复运动，其动力经由连杆带动飞轮与活动齿轮旋转，以进行动能输出。

由于该波司结构的设计，使传动件与机壳的结合更为稳定，可承受高速旋转的压力而不震动，维持产品的正常动能输出与稳定性；而由连杆加压的施力线强度大幅增加，连带使输出动力较先前技术更为优异；同时，在本发明的结构特性下，各汽缸行程在同一时间会同时向输出轴中心方向推进或远离，故各汽缸的配重(飞轮)在任一时间皆能互相维持平衡，减少震荡与动力损耗。

附图说明

图1A为本发明的结构立体图；

图1B为现有直立式汽缸结构立体图；

图2为本发明的传动轴结构立体分解视图；

图2A为图2的波司结构例变化图；

图2B为图2的波司结构例剖视图；

图3为本发明的结构正视图；

图3A为图3的波司结构例剖视图；

图4为本发明的V6型汽缸配置结构侧视图；

图5为本发明含活塞、连杆的结构正视图；

图6为本发明的V6型双轨汽缸活动轨迹图；

图7为本发明的另一传动轴结构变化例正视图；

图8为本发明的另一传动轴结构变化例侧视图；

图9~图17为本发明的动作顺序图；

图18为本发明的运动轨迹分析图；

图19为本发明的施力轴高度调低轨迹分析图；

图20为本发明的施力轴高度更低的轨迹分析图；

图21为本发明另一实施例的结构正视图；

图22为本发明另一实施例的双组汽缸配置结构侧视图；

图23为习知曲柄轴汽缸的动作示意图；

图24为US 4,044,629的结构示意图；

图25为US 4,073,196的结构示意图；

图26A为台湾专利62305的结构示意图；

图26B为台湾专利62305的动作示意图；

图26C为台湾专利62305的轨迹分析图；

图27A、B、C为PCT/CN 2005/000992的结构示意图；

图28A、B为PCT/CN 2006/002106的结构示意图；

附图标记说明：1、机壳，2、固定齿轮，3、活动齿轮，4、传动件，411、波司，412、凸缘，413、余隙，414、凸缘，415、环形槽，416、凸缘，42、传动轴，43、输出轴，44、波司轴承，45、轴心齿轮，5、飞轮51、施力轴，6、连杆，7a~7f、活塞，9、啮合点，01，02，03、施力线，a，b，c轨迹线，s、惯量行程区段，t、轨迹区段，x1、活塞，x2、传动件，x3、曲柄轴，x4、施力点，d1~d4、轨迹线，p1~p3、点。

具体实施方式

实施例

请参阅图2至图6所示，本发明提供一种提高输出功率的动能产生装置，主要包括有机壳1、固定齿轮2、活动齿轮3、传动件4、飞轮5与连杆6。

该固定齿轮2设置在机壳1一侧，其齿形朝内，该活动齿轮3则罩设在固定齿轮2内侧，其齿形向外，使该固定齿轮2与活动齿轮3可相互啮合传动，且该固定齿轮2与活动齿轮3的齿轮比为3∶1；而该传动件4枢设在机壳1内部并可转动，以连接输出轴43作为动能输出；该传动件4与机壳1接触面设置有波司(Bush)411(如图2、图3A)，以提高传动件4转动的稳定性，为防止该波司411受压而偏移，该传动件4外环设置有凸缘412，使该凸缘412嵌入波司411中，并在该凸缘412与波司411之间留置有余隙413，可用来填充润滑油，该波司411在与机壳1之间同样设置凸缘414(如图2A、图2B)，以进一步强化结构；该传动件4朝活动齿轮3的轴心位置穿入并枢设有传动轴42，使该传动轴42、活动齿轮3皆包含在固定齿轮2的体积范围内，而该活动齿轮3的轴心与传动轴42接触面设置有波司轴承44以利转动；该飞轮5是固定连接在活动齿轮3外侧，使该飞轮5与活动齿轮3同步转动；该飞轮5一端设置有施力轴51，该连杆6则轴设在施力轴51上，各连杆6除一端轴设在飞轮施力轴51上，其另一端则轴设在汽缸(图未示出)的活塞7a~7f上，使活塞7a~7f在汽缸壁上往复运动，让活塞7a~7f经由连杆6带动飞轮5与活动齿轮3旋转，以进行动能传输。

请参阅图1A，前述设计可应用在不同引擎设计中，本实施例是以较为复杂的V式引擎说明，在该V式引擎确定可行的情形下，其余引擎的设计即不成问题，例如图1B所示的传统直立式引擎，或其它引擎结构。

请参阅图2A、图2B，前述波司411的造型，也可改为在传动件4外围设置环形槽415，而在波司411内缘设置凸缘416，同样使该凸缘416插入环形槽415中定位，而该环形槽415底部可预留余隙以填充润滑油。同样地，该波司411也可在与机壳1之间设置凸缘414，使该凸缘插入机壳1内以强化固定。

通过前述的设计，以该活塞7a为例，其是由汽缸内爆炸所产生的动能带动，经连杆6向施力轴51加压，该飞轮5与活动齿轮3会以传动轴42为轴进行转动，使该飞轮5与活动齿轮3绕着固定齿轮2内缘旋转，该输出轴43则可作动力输出。

又如图7、图8所示，其中该传动件4可设置有轴心齿轮45，该活动齿轮3则直接啮合轴心齿轮45进行传动，故汽缸动力系由活动齿轮3同步带动轴心齿轮45旋转，经由传动齿轮45进行动力传输。而该活动齿轮3与轴心齿轮45的齿数可以调整，以变化转动速度，利用得到所需的速度与力量，以适合不同的使用目的。

根据前述本发明的特征，本发明的传动方式如图9至图17所示，其以该活动齿轮3直接啮合轴心齿轮45方式进行说明。其中具有传动轴42、施力轴51，以及固定齿轮2和活动齿轮3的啮合点9三处关键点；当活塞7a爆炸动能经连杆6加压于施力轴51时，其惯量包括由该施力轴51向该传动轴42方向施压(施力线01)，以及由该啮合点9反作用力向该传动轴42方向施压(施力线02)叠加形成，并将叠加后的力量由传动件4向该传动轴42方向施压(施力线03)，故输出的力量远大于公知结构；而该施力线01与施力线02之间形成有夹角，以利用杠杆原理将力量叠加，而根据本发明的结构，其施力线01大于施力线02，较图24A、B、C与图25A、B的现有技术可以提供更大的输出力量；又，该施力线03的长度远大于图24A、B、C与图25A、B的现有技术，根据杠杆原理得知，轴心施力臂愈长的工具，其输出力量愈大，使输出轴43输出动力更大。

根据前述结构所述，当活塞7a爆炸时，其动能经连杆6加压于施力轴51上，而该连杆6的侧压角度变化非常小，使大部份惯量可作为推动活动齿轮3与飞轮5旋转的动力，减少侧向分力的浪费；当活动齿轮3绕行固定齿轮2转动时，该活动齿轮3与飞轮5是朝反方向转动，使该施力轴51形成如图18轨迹线a的形状。

根据前述轨迹线a的描述，本发明可形成多汽缸、多角度与多轨迹的配置模式，如图5、图6所示为一个六汽缸引擎，其汽缸配置相对每一传动轴齿轮42方向配合有两个，各汽缸以传动轴42为轴承60°配置，使其呈现如图6的轨迹线分布，由于各施力轴51具有单独的轨迹线，故运作时可平稳进行且不会发生撞击，且各汽缸的动力具有加乘效果。

前述六汽缸引擎包括有四个传动轴42旋转方向，故汽缸配置如图5中的活塞7a、7c、7e位置，各传动轴42的汽缸互呈120°配置，即每一汽缸担负三分之一的动能输出；当第一汽缸开始爆炸行程时，其活塞7a在上、下行程间活动的轨迹线a变化如图9至图11所示，此惯量路径产生如图18所示的惯量行程轨迹区段s，此惯量行程轨迹区段s近似直线，可将连杆6的大部份惯量施予活动齿轮3转动，减少侧向分力的损耗；而当活塞7a到达行程末端减缓活动时，其轨迹线a变化如图12所示，进入如图18的轨迹区段t，此时该连杆6会偏向第二汽缸处推进，对第二汽缸进行压缩；然后该第二汽缸进入爆炸行程如图13至图17，使该第二汽缸的活塞7c对第三汽缸进行压缩，此时第一汽缸的活塞7a倒退以进行排气；如此，当活塞7产生最大惯量推力时，可将大部份惯量推力施予活动齿轮3进行转动，故可大幅提高本发明的动能输出。前述活塞7b、7d、7f则形成另一动力行程，其轨迹线与7a、7c、7e相差60°角度。

同时，无论汽缸如何配置，请参考图6的轨迹线，各汽缸行程在同一时间会同时向输出轴43中心方向推进或远离，故各汽缸的配重(飞轮5)在任一时间皆能维持平衡，减少震荡与动力损耗。

再者，传统引擎必须进行进气、压缩、爆炸、排气四项动作来完成一次行程，即引擎每输出一转仅为1/2次爆炸的力量，故引擎转速要更快，且输出扭力较低；而本发明每一动力行程系同时配置三个汽缸，各汽缸依序进行爆炸，即每次爆炸仅转动120°，其力量相当庞大，加上本发明损失动能较低，故本发明可达到低转速、高扭力的功能。

另外，如图18、图19所示，经由前述完成的本发明提高输出功率的动能产生装置，主要是应用在不同的需求上，具有调整施力轴高度的调节机构，其中通过改变施力轴51的高低度，例如图19的施力轴51即略低于图18，可以改变轨迹区段t的变化，反之亦然，通过可视需求改变其轨迹线a、b的变化。

又如图20所示，将该施力轴51的高度降得更低，则本发明也可由其它动力装置推动传动轴42旋转，再将动力经由活动齿轮3、飞轮5、施力轴51、连杆6，最后由活塞7a压缩汽缸进行能量输出，即应用在空压机结构中，让动能得输回活塞7进行压缩输出能量。又，本发明的汽缸数是以三的倍数量设计，若减少其数量，使其平衡感下降，则会产生震动效果，也可应用在按摩椅或震动装置等结构中。当然，也可如图17所示因施力轴51高度调低形成如图20的轨迹线c，根据使用者需要来定。

请参阅图21、图22所示，本发明的汽缸以及其活塞7a~7f、连杆6相对每一传动轴42系以三的倍数设置，如图6汽缸结构，可分配成两组对称并转动180°角设置在机壳1两端，并使相对称的汽缸进行相同的行程，通过平衡并加倍力量旋转活动齿轮3，此结构适用于汽缸平躺的立式引擎，故本发明可适用于各种立式、卧式引擎甚至于空压机、压缩机中。

另外，前述活塞7a位于行程始点时，该传动轴42或轴心齿轮46(啮合点9)，得相对于连杆6向施力点51延伸方向预先偏转有一角度，使该施力线01与施力线02之间形成夹角，使施力线01与施力线02产生力量叠加效果。

根据前述的实施例，本发明较现有技术请参阅图18与图24A、B、C与图25A、B的公知结构比较，本发明的3∶1齿轮比与前述现有专利的3∶2齿轮比的实际应用情形，其主要差异性有二：

其一是具有波司设置，使传动件4得以稳定固定在机壳1内，得在高速巨大压力的情形下，维持整个结构的稳定性，避免不必要的震动损耗，可维持产品的使用寿命；

其二在于施力线变化，由图中得知，本发明的主要施力线01较反作用力施力线02为长，此意味汽缸经由连杆6传递到输出轴43的力量更大，故得到较高的输出动力；同时该施力线03的长度远大于现有技术，根据杠杆原理得知，施力臂愈长的工具，其输出力量愈大，使输出轴43输出动力更大。

另外，在本发明的结构下，无论汽缸如何配置，各汽缸行程在同一时间会同时向输出轴43中心方向推进或远离，故各汽缸的配重在任一时间皆能维持平衡，也可减少震荡与动力损耗。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围中。

Claims (6)

1.一种提高输出功率的动能产生装置，包括有机壳、固定齿轮、活动齿轮、传动件、飞轮与连杆，其特征在于：

所述固定齿轮设置在机壳一侧，其齿形向内，所述活动齿轮罩设在固定齿轮内侧，其齿形向外，并使该固定齿轮与活动齿轮啮合传动，且该固定齿轮与活动齿轮的齿轮比为3∶1；所述机壳与传动件之间设置有波司，使所述传动件枢设在机壳内部而可转动，该传动件朝活动齿轮的轴心位置穿入并枢设有传动轴，使该传动轴、活动齿轮皆包含在固定齿轮的体积范围内；所述飞轮固定连接在活动齿轮外侧，该飞轮一端设置有施力轴，所述连杆轴设在施力轴上，各连杆除一端轴设在飞轮施力轴上，其另一端则轴设在汽缸的活塞上。

2.如权利要求1所述提高输出功率的动能产生装置，其特征在于：所述波司在机壳与传动件接触面之间设置有凸缘，使该波司与机壳或传动件之间以凸缘嵌合定位。

3.如权利要求1所述提高输出功率的动能产生装置，其特征在于：所述汽缸数相对每一传动轴为三的倍数设置，且三个汽缸互呈120°的角度配置。

4.如权利要求1所述提高输出功率的动能产生装置，其特征在于：所述汽缸数相对每一组传动轴为三的倍数设置，且每组汽缸可呈多种角度配置。

5.如权利要求1所述提高输出功率的动能产生装置，其特征在于：所述活塞位于行程始点时，所述传动轴相对于连杆延伸方向预先偏转有一角度。

6.如权利要求1所述提高输出功率的动能产生装置，其特征在于：所述传动件设置有轴心齿轮，使所述活动齿轮直接啮合轴心齿轮以传输动力。

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