CN102383861A - 一种气能机系统及其气能机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气能机,包括气压缸系统和能量转换系统,气压缸系统通过其具有的气压缸和活塞能够将气压能转化为活塞的动能,活塞通过连杆的连接作用带动能量转换系统运转;能量转换系统包括可逆转传动轮、传动轴、凸轮和凸轮轴,连杆带动可逆转传动轮转动,并通过传动轴对外输出能量;同时,输出轴带动凸轮轴和凸轮转动,凸轮将连杆顶回,使得活塞复位,然后进行下一次能量转换动作。本发明通过其结构设计能够应用大气进行能量转换,其转化效率较高,并不产生任何环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及动力装置技术领域,特别涉及一种气能机系统及其气能机。
背景技术
目前,能量转换装置中以发动机最为人们熟知,并且应用范围最为广泛,一些其他的能量转换装置如电池等也对人们的生活、工作有着至关重要的影响。
发动机是一种将燃料进行反应时产生的化学能量转化为机械部件的动能的装置,根据使用的燃料不同发动机可分为汽油发动机和柴油发动机,下面对汽油发动机的运转过程做简单介绍。
现有技术中,典型的汽油发动机包括套筒、燃烧室、活塞和连杆,活塞密封设置于套筒中,并与套筒可滑动地密封连接;套筒与燃烧室相连通,活塞与连杆相连接。当汽油以雾状形式喷入到燃烧室中,与空气进行混合,在火花塞的作用下发生爆燃,瞬间产生较大的热能和膨胀势能。其中,膨胀势能通过活塞推动汽油发动机的连杆进行运动,使得这种膨胀势能转化为汽油发动机的动能。由于汽油发动机仅能对爆燃时产生的势能进行利用,而爆燃时产生的热能将会通过与空气的热量交换流失掉,造成资源浪费。
上述能量转换过程中,由于油气是在燃烧室中进行燃烧,燃烧室内的新鲜空气受空间限制不能提供充足的氧气供油气燃烧,因此,非充分燃烧也造成了能源的浪费。
此外,面对日益严重的环境污染以及资源短缺,发展绿色能源成为了当代社会能源发展的主流方向,汽油发动机或者柴油发动机所排放的尾气也是对大气污染的主要污染物之一。
因此,如何提供一种绿色的具有较高的能量转化率的动力装置成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题为提供一种绿色的具有较高的能量转化率的动力装置。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种气能机,包括气压缸系统和能量转换系统;所述气压缸系统包括气压缸、活塞和连杆,所述活塞与所述气压缸可滑动地密封连接,所述连杆与所述活塞连接;所述能量转换系统包括可逆转传动轮、传动轴、凸轮、凸轮轴和动力传输装置,所述可逆转传动轮套设于传动轴上,且与所述传动轴单方向固定连接,所述凸轮套设于凸轮轴上,所述可逆转传动轮与所述连杆配合连接并可绕所述传动轴旋转,所述凸轮与所述连杆配合连接并可绕所述凸轮轴旋转,所述传动轴通过动力传输装置与所述凸轮轴相连接。
优选地,所述可逆转传动轮的轮缘设置有轮齿,所述连杆上设置有与所述轮齿啮合配合的齿牙。
优选地,所述连杆的一端与所述活塞相连接,其另一端与所述凸轮相抵接;所述连杆与所述凸轮相抵接的一端设置有滚轮,所述滚轮可转动地设置于所述连杆上。
优选地,所述动力传输装置为链轮组合,所述链轮组合包括第一链轮、第二链轮和链条,所述第一链轮与所述传动轴相连接,所述第二链轮与所述凸轮轴相连接,所述第一链轮与所述第二链轮通过所述链条相连接。
优选地,所述动力传输装置为齿轮组,所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮和齿轮箱,所述第一齿轮与所述传动轴相连接,所述第二齿轮与所述凸轮轴相连接,所述第一齿轮与所述第二齿轮通过所述齿轮箱相连接。
优选地,所述凸轮为三角凸轮。
优选地,还包括套筒,所述套筒与所述气压缸密封连接,所述活塞可移动地密封设置于所述套筒中。
本发明还提供了一种气能机系统,包括如权利要求1至7任一项所述气能机、供压系统和控制系统;所述供压系统与所述气能机相连接,用于向所述气压缸中补充压力;所述控制系统与所述供压系统相连接,用于控制所述供压系统的补压时机。
优选地,所述控制系统还设置有检测部件,所述检测部件与所述气压缸相连接,用于检测所述气压缸中的压强
本发明所提供的气能机包括气压缸系统和能量转换系统。气压缸系统包括气压缸、活塞和连杆,活塞密封设置于气压缸中。能量转换系统包括可逆转传动轮、传动轴、凸轮和凸轮轴,可逆转传动轮套设于传动轴上,凸轮套设于凸轮轴上,可逆转传动轮可转动地与连杆相连接,凸轮可转动地与连杆相连接,传动轴与凸轮轴可转动链接。当气压缸中充入气体时,气压缸内压力上升,气体势能逐渐增强并推动活塞运动。活塞与连杆相连接,活塞受到气压作用运动,并带动连杆进行运动。
连杆通过活塞运动,并带动可逆转传动轮转动,可逆转传动轮能够于一个旋转方向上给予传动轴转动作用力,并能够进行另一个方向上的空载转动。当可逆转传动轮带动传动轴进行运动时,传动轴通过外接设备将这种动能输出。传动轴与凸轮轴可转动地连接,能够实现凸轮轴受到传动轴的作用而转动,凸轮轴上安装有凸轮,凸轮可转动地与连杆相连接,凸轮因其自身设计通过偏心作用将连杆推回,连杆带动活塞使其复位至初始状态,然后再通过气压缸内的压力作用进行运动。
本发明所提供的气能机通过其结构设计能够将气压缸中的气体势能转化为机械部件的动能,并且在能量转化的过程中,仅产生较少的无用能量,因此其转化效率较高。
并且,本发明所采用的能量转换介质为空气,在全部的转换操作过程不产生任何污染环境的物质。
本发明还提供了一种气能机系统,包括上述气能机、供压系统和控制系统;供压系统能够对气能机进行能量补充,保持气压缸中额定压力,使其能够稳定地对外输出能量;控制系统能够控制气能机的运转,使其在非工作时停止或者工作时的启动,保证了气能机使用的可控性。
附图说明
图1为本发明一种实施例中气能机的结构示意图;
图2为本发明一种实施例中可逆转传动轮与连杆相连接的结构示意图;
图3为本发明一种实施例中气能机系统的模块图;
其中,图1至图3中部件名称与附图标记的对应关系为:
气压缸系统1;气压缸11;活塞12;连杆13;齿牙131;滚轮132;套筒14;
能量转换系统2;可逆转传动轮21;轮缘211;轮齿212;传动轴22;凸轮23;凸轮轴24;
链轮组合3;第一齿轮31;第二齿轮32;链条33;
气能机a;供压系统b;控制系统c;检测部件d。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种气能机系统及其气能机,该气能机能够应用大气进行能量转换,在转换过程中不产生任何污染物,并且本发明具有较高的转换效率。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1,图1为本发明一种实施例中气能机的结构示意图。
本发明所提供的气能机a是一种能量转换装置,具体地说是一种将压力能转换为机械动能的装置,包括1气压缸系统1和能量转换系统2。
气压缸系统1包括气压缸11、活塞12和连杆13,活塞12与气压缸11可滑动地密封连接,连杆13与活塞12相连接。气压缸11用于装载气体,并具有一定的抗压强度,为了使本发明在一次补充压力后,能够输出较大的能量,需要充入的压力能较大。作为一种公知,压力能越大,压强相应的就越大,所以本发明所提供的气压缸11需要具有较强的压力承载能力用以承载较大的压强。本发明是将气体压力转换为机械动力,所以为了避免能量外泄流失的情况发生,活塞12与气压缸11之间的连接为密封连接。当气压缸11中装入具有一定压力的气体时,气压缸11中各个点位都具有一定的压强,当活塞12与气压缸11密封连接后,活塞12的一个面与气压缸11中的气体直接接触,并受到气体压力的作用,具有背离气压缸11的运动趋势,当活塞12与气压缸11可滑动地相连时,活塞12将在气压作用下运动。活塞12与连杆13相连接,并带动连杆13运动。
能量转换系统2包括可逆转传动轮21、传动轴22、凸轮23、凸轮轴24和动力传输装置,用于将气压缸11中的气压能转换为本系统内部件的动能。可逆转传动轮21是一种类似于自行车飞轮的棘轮机构,可逆转传动轮21单方向固定连接于传动轴22上,并可绕传动轴22的轴线进行有条件旋转。该有条件旋转为可逆转传动轮21在沿一个方向进行周向旋转时,能够带动传动轴22进行转动;在沿另一个方向上进行的周向旋转为与传动轴22互不影响的空转。凸轮23是一种具有偏心距的偏心轮,在进行旋转时,抵接于其边缘的部件能够跟随偏心轮的偏心距变化进行往复运动。凸轮23套设于凸轮轴24上,当凸轮轴24转动时,能够带动凸轮23转动。凸轮轴24与传动轴22之间设置有动力传输装置,传动轴22转动时,能够通过动力传输装置带动凸轮轴24转动。
由上文可知,活塞12能够在气压作用下带动连杆13运动,连杆13则负责将这种能量传递给能量转换系统2。其具体结构为:连杆13的一端与活塞12相连接,其另一端与凸轮23相抵接。在本发明的一种实施例中,连杆13与活塞12为固定连接,并与活塞12所具有的受力面相垂直,该结构设计能够在不产生任何分力的情况下,最大程度地进行能量(力)的传输。凸轮23安装于凸轮轴24上,凸轮轴24的轴线与连杆13相垂直。本发明所提供的气能机a具有多套活塞12、连杆13组合,因此凸轮23与凸轮轴24的组合以及可逆转传动轮21与传动轴22的组合与活塞12、连杆13组合套数一致。多个凸轮23安装于一根凸轮轴24上,其边缘分别与互不相同的单根连杆13相抵接。当凸轮轴24带动凸轮23转动时,连杆13能够沿其轴向进行上下运动。多个可逆转传动轮21安装于一根传动轴22上,其边缘分别与互不相同的单根连杆13相接触,当连杆13移动时,能够带动可逆转传动轮21旋转。
本发明的具体运动过程为:当气压缸系统1中具有多套活塞12、连杆13组合时,如采用七套设置。其中,第一个活塞12受到气压缸11内压强的作用向背离气压缸11的方向运动,并带动连杆13向外移动;连杆13与第一个活塞12相对应的可逆转传动轮21相接触,并带动可逆转传动轮21进行旋转,定义该旋转方向为正方向,可逆转传动轮21在正方向上旋转时能够给予传动轴22力的作用,使传动轴22进行旋转。传动轴22上与外接设备相连接,能够将动能进行输出。传动轴22的末端连接有动力传输装置,动力传输装置与凸轮轴24相连接并将传动轴22的旋转运动传递给凸轮轴24,使得凸轮轴24进行旋转。由于连杆13与凸轮23抵接,通过合理安排凸轮23的偏心角度,于连杆13在向下运动到最大位置时,正好位于凸轮23的最小偏心位置该结构设计能够在凸轮23继续转动时,连杆13将会被向上推起并带动活塞12复位。连杆13在向上运动时,带动可逆转传动轮21转动,定义此时可逆转传动轮21的旋转方向为反方向,可逆转传动轮21进行反方向旋转时,不具有对传动轴22任何力的传递作用。当活塞12复位后,凸轮23处于自最大偏心位置开始向最小偏心位置变化的状态,因此该套活塞12、连杆13组合将进入下次能量转换程序。
为了能够使本发明提供可靠的动力传输,在本实施例中(具有七套活塞12、连杆13组合的情况)通过调整各个凸轮23之间的偏心距偏转角度,使得七个活塞12保持处于四个活塞12向下运动作用,三个活塞12向上运动复位的运动状态。上述仅对一套活塞12、连杆13组合做了运动描述,其他活塞12、连杆13组合的运动过程一致,将不再赘述。
请参考图2,图2为本发明一种实施例中可逆转传动轮与连杆相连接的结构示意图。
连杆上设置有齿牙131,当连杆与可逆转传动轮21配合连接时,连杆起到齿条的作用。当气压缸11中的气体具有较大的压强时,可逆转传动轮21所传递的力将会很大,为了保证连杆13在力传递过程中的可靠性,本发明在一种实施例中将可逆转传动轮21与连杆13的连接设计为齿轮齿条连接。可逆转传动轮21具有可旋转的轮缘211,该轮缘211能够做上述有条件旋转,轮缘211上设置有轮齿212,连杆13上设置有与轮齿212相配合齿牙131。当连杆13向下运动时,通过轮齿212与齿牙131之间的啮合,实现力的传递。本领域技术人员可知,啮合连接的方式能够稳定地传递较大的力,因此该连接方式的应用保证了本发明在传递过程中工作可靠性。
连杆13与凸轮23相抵接,通过凸轮23的转动实现活塞12的复位,凸轮23的边缘与连杆13为直接接触,当凸轮23运动时,凸轮23与连杆13之间为滑动摩擦,滑动摩擦不仅对部件本身具有很强的破坏作用,并且在滑动过程中产生较大的热量,造成资源浪费。特别地,本发明于连杆13与凸轮23相抵接的一端设置有滚轮132,滚轮132可转动地设置于连杆13上,当凸轮23转动时,滚轮132与凸轮23抵接,并跟随凸轮23转动。连杆13与凸轮23之间的滚动连接能够大大降低因摩擦遂渐引起的部件损伤与热量产生。
传动轴22与凸轮轴24通过动力传输装置相连接,具体地,该动力传输装置为链轮组合3,包括第一链轮31、第二链轮32和链条33。第一链轮31安装于传动轴22的末端,第二链轮32安装于凸轮23轴的末端,并通过链条33相连接。该结构设计能够通过改变第一链轮31和第二链轮32之间的直径比改变传动轴22与凸轮23轴之间的旋转的角速度比。由于连杆13的移动受凸轮23旋转的影响,而凸轮23的旋转直接受传动轴22与凸轮轴24之间的角速度比影响,因此使用链轮组合3能够方便地调整角速度比从而控制凸轮23与连杆13之间的配合,使得连杆13的位移距离较大。
此外,动力传输装置还可以设计为齿轮组,该齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮和齿轮箱,第一齿轮安装于传动轴22的末端,第二齿轮安装于凸轮轴24的末端,并通过齿轮箱进行传动。采用齿轮组进行连接,能够通过调整齿轮箱的传动比调节传动轴22与凸轮轴24之间旋转的角速度比,从而调整凸轮23与连杆13之间的配合。
具体地,凸轮23为三角凸轮,即沿轮的周向均匀分布有三段平滑过渡的轮缘211,使得连杆13能够在三角凸轮23旋转时,进行上下运动。同样,也可以设计为其他形式的凸轮23,能够完成使得连杆13上下运动即可。
为了方便地使活塞12于气压缸11中移动,本发明加入了套筒14,套筒14与气压缸11密封连接,活塞12可移动地密封设置于套筒14中。活塞12与套筒14可沿用现有技术中汽油发动机中套筒14与活塞12的组合。
请参考图3,图3为本发明一种实施例中气能机系统的模块图。
本发明还提供了一种气能机a系统,包括上述气能机a、供压系统b和控制系统c。供压系统b与气能机a相连接,用于向气能机a的气压缸11中补充压力。该连接为管连接,供压系统b将大气压缩,通过管路直接通入到气压缸11中,使气压缸11具有一定压力。控制系统c与供压系统b相连接,用于控制供压系统b的补压时机。控制系统c可以直接控制供压系统b的开启或者关闭,可以控制进入到气压缸11中补压管路的开启或者关闭。
为了使本发明更具智能性,本发明于控制系统c中加入了检测部件d,用于检测气压缸11中的压强。当检测部件d检测到气压缸11中压强低于设定值,控制系统c控制补压系统向气压缸11中补压;当检测部件d检测到气压缸11中压强高于设定值时,控制系统c控制补压系统停止工作。
以上对本发明所提供的一种气能机系统及其气能机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种气能机,其特征在于,
包括气压缸系统(1)和能量转换系统(2);
所述气压缸系统(1)包括气压缸(11)、活塞(12)和连杆(13),所述活塞(12)与所述气压缸(1)可滑动地密封连接,所述连杆(13)与所述活塞(12)连接;
所述能量转换系统(2)包括可逆转传动轮(21)、传动轴(22)、凸轮(23)、凸轮轴(24)和动力传输装置,所述可逆转传动轮(21)套设于传动轴(22)上,且与所述传动轴(22)单方向固定连接,所述凸轮(23)套设于凸轮轴(24)上,所述可逆转传动轮(21)与所述连杆(13)配合连接并可绕所述传动轴(22)旋转,所述凸轮(23)与所述连杆(13)配合连接并可绕所述凸轮轴(22)旋转,所述传动轴(22)通过动力传输装置与所述凸轮轴(24)相连接。
2.根据权利要求1所述气能机,其特征在于,所述可逆转传动轮(21)的轮缘(211)设置有轮齿(212),所述连杆(13)上设置有与所述轮齿(212)啮合的齿牙(131)。
3.根据权利要求1所述气能机,其特征在于,所述连杆(13)的一端与所述活塞(12)相连接,其另一端与所述凸轮(23)相抵接;所述连杆(13)与所述凸轮(23)相抵接的一端设置有滚轮(132),所述滚轮(132)可转动地设置于所述连杆(13)上。
4.根据权利要求1所述气能机,其特征在于,所述动力传输装置为链轮组合(3),所述链轮组合(3)包括第一链轮(31)、第二链轮(32)和链条(33),所述第一链轮(31)与所述传动轴(22)相连接,所述第二链轮(32)与所述凸轮轴(24)相连接,所述第一链轮(31)与所述第二链轮(32)通过所述链条(33)相连接。
5.根据权利要求4所述气能机,其特征在于,所述动力传输装置为齿轮组,所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮和齿轮箱,所述第一齿轮与所述传动轴(22)相连接,所述第二齿轮与所述凸轮轴(24)相连接,所述第一齿轮与所述第二齿轮通过所述齿轮箱相连接。
6.根据权利要求1所述气能机,其特征在于,所述凸轮(23)为三角凸轮。
7.根据权利要求1至5任一项所述气能机,其特征在于,还包括套筒(14),所述套筒(14)与所述气压缸(11)密封连接,所述活塞(12)可移动地密封设置于所述套筒(14)中。
8.一种气能机系统,包括如权利要求1至7任一项所述气能机(a)、供压系统(b)和控制系统(c);所述供压系统(b)与所述气能机(a)相连接,用于向所述气压缸(11)中补充压力;所述控制系统(c)与所述供压系统(b)相连接,用于控制所述供压系统的补压时机。
9.根据权利要求8所述气能机系统,其特征在于,所述控制系统(c)还设置有检测部件(d),所述检测部件(d)与所述气压缸(11)相连接,用于检测所述气压缸(11)中的压强。
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120321 |