CN103437832A

CN103437832A - 涡轮式空气发动机总成

Info

Publication number: CN103437832A
Application number: CN2013103675663A
Authority: CN
Inventors: 谢坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2013-12-11
Also published as: WO2015024309A1

Abstract

本发明公开一种涡轮式空气发动机总成，包括储气罐、恒压气罐、压力控制器、空气分配器、涡轮发动机、电磁助力器、角位移传感器、太阳能装置及控制器，所述储气罐与所述恒压气罐之间通过空气阀连通，所述恒压气罐与所述压力控制器连通，所述涡轮发动机具有至少两个涡轮室，所述空气分配器分别与所述压力控制器及所述涡轮室连通，所述电磁助力器设置于所述涡轮发动机的转轴上并对所述转轴增力，所述角位移传感器检测所述转轴的角位移，所述太阳能装置与所述控制器电连接，所述控制器控制所述空气阀、压力控制器、空气分配器、电磁助力器及角位移传感器的运作。本发明涡轮式空气发动机总成结构简单，控制方便，可提高汽车的续航能力。

Description

涡轮式空气发动机总成

技术领域

本发明涉及一种空气发动机，尤其涉及一种涡轮式空气发动机总成。

背景技术

汽车是现代社会中被使用最广泛的科技产物之一，在人口高速增长的今天，汽车的数量也急剧增加，但是，目前绝大多数的汽车，依然是使用传统的化石能源发动机，这就造成了对化石能源的大量消耗，并且，使用传统化石能源发动机的汽车，在行驶过程中排放了大量的有毒气体，对环境的污染相当严重。现有技术中已经存在着一些利用空气能作为动力的空气能动力汽车，这些汽车使用的是与化石能源发动机不同的空气动力发动机，依靠高压空气提供的能量来驱动发动机及汽车工作。这种新兴的空气能动力汽车，不依赖于燃烧传统化石能源而获取动力，使用的仅仅是压缩过的空气，行驶过程中对外界实现零排放，无污染，符合发展潮流。但是，上述这些空气动力发动机采用的依然是活塞式发动机，其结构复杂，控制困难，使得生产成本较高，不利于空气能动力汽车的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，控制方便的涡轮式空气发动机总成。

为了实现上述目的，本发明提供的涡轮式空气发动机总成包括储气罐、恒压气罐、压力控制器、空气分配器、涡轮发动机、电磁助力器、角位移传感器、太阳能装置及控制器，所述储气罐与所述恒压气罐之间通过空气阀连通，所述恒压气罐与所述压力控制器连通，所述涡轮发动机具有至少两个涡轮室，所述空气分配器分别与所述压力控制器及所述涡轮室连通，所述电磁助力器设置于所述涡轮发动机的转轴上并对所述转轴增力，所述角位移传感器检测所述转轴的角位移，所述太阳能装置与所述控制器电连接，所述控制器控制所述空气阀、压力控制器、空气分配器、电磁助力器及角位移传感器的运作。

较佳地，所述涡轮发动机包括机体及所述转轴，所述机体具有所述涡轮室，所述转轴枢接于所述涡轮室内且所述转轴的外侧壁形成有环形滚槽，所述涡轮室内具有活动套设于所述转轴的涡轮，所述涡轮的内侧壁开设有与所述环形滚槽对应的弧形槽，所述弧形槽沿所述转轴的周向设置并且深度渐变，所述弧形槽的槽底为齿面结构，所述环形滚槽与所述弧形槽之间活动地设有一滚子，所述弧形槽的较浅端的底面与所述环形滚槽的底面之间的距离小于所述滚子的直径，且所述弧形槽的较深端的底面与所述环形滚槽的底面之间的距离大于所述滚子的直径，所述机体还具有排气接口及向所述涡轮吹送气体的入气接口，所述排气接口及所述入气接口分别与所述涡轮室连通。由于在所述转轴上设置环形滚槽，在所述涡轮的内侧设有弧形槽，并且在所述环形滚槽及弧形槽之间设置一滚子，通过使所述弧形槽深度渐变，导致所述环形滚槽与所述弧形槽之间的距离渐渐变小，从而使所述弧形槽的一端能自由容纳所述滚子，另一端能抵压所述滚子，因此，当所述涡轮转动而使所述弧形槽的槽底抵压所述滚子时，利用夹持力带动所述转轴，从而驱动所述转轴转动，实现将高压空气的动能转化成机械能；并且，由于所述弧形槽的另一端不能抵压所述滚子，因此，设置多个所述涡轮同时驱动时，所述涡轮之间不会产生相互干扰，避免能量的损耗；另外，由于在所述弧形槽的槽底面设置齿面，因此，有利于夹紧所述滚子，防止所述滚子与所述涡轮打滑而对所述转轴驱动失效，保证驱动所述转轴的有效性，提高发动机的稳定性。

具体地，所述涡轮具有多个叶片，所述叶片具有迎风面，所述入气接口的入气方向面向所述迎风面且与其安装位置到所述转轴中心的方向成锐角。通过使所述入气接口的入气方向面对所述迎风面，并且使入气方向与所述入气接口的安装位置到所述转轴中心的方向成一定角度设置，从而可以使所述入气接口喷出的高压空气最大化地施加于所述叶片上。

具体地，所述转轴外固定地套设有一连接圈，所述环形滚槽设置于所述连接圈的外侧壁。将环形滚槽开设于所述连接圈上再将所述连接圈安装于所述转轴之外，可以避免在所述转轴之上直接开设所述环形滚槽，保证了所述转轴的机械强度，且使得加工及装配更加方便。

具体地，所述环形滚槽的槽底为齿面结构。通过将所述环形滚槽底设置成齿面结构，所述齿面可以在所述弧形槽的槽底与所述环形滚槽底相互夹持滚子时，增加对所述滚子的磨擦力及夹持力，防止所述滚子与所述环形滚槽及弧形槽之间打滑，保证驱动所述转轴的有效性，提高发动机的稳定性。

较佳地，所述电磁助力器包括定子固定盘、定子电磁铁、转子固定盘及转子电磁铁，所述定子电磁铁均匀地周向分布于所述定子固定盘上，所述转子电磁铁均匀地周向分布于所述转子固定盘上且与所述定子电磁铁一一对应，所述定子固定盘固定于所述涡轮发动机的机体内，所述转子固定盘固定地套接于所述转轴上，所述定子电磁铁及所述转子电磁铁分别与所述控制器电连接。通过向定子电磁铁及转子电磁铁通反方向的电流使其产生相反的电场，从而利用反向电场之间的排斥力实现对转轴的进行助力，可以减少对高压气体的消耗，提高汽车的续航能力。

具体地，所述定子电磁铁的铁芯的中心轴线与所述转子电磁铁的铁芯的中心轴线之间的夹角为锐角。通过将所述定子电磁铁及转子电磁铁设成锐角，使其通电后各自产生的排斥力呈一定夹角，从而得到切向力并推动所述转轴转动。

较佳地，所述涡轮式空气发动机总成还包括尾气回收装置，所述尾气回收装置分别与所述发动机的排气接口及储气罐连通。由于所述涡轮发动机排出的尾气还具有一定的压力，因此，设置所述尾气回收装置回收这部分能量并重复利用有利于提高汽车的续航能力。

具体地，所述尾气回收装置与所述储气罐之间还设有增压装置，所述增压装置与所述控制装置电连接。通过所述增压装置，使所述尾气增压后实现循环利用，从而提高汽车的续航能力。

更具体地，所述增压装置为增压泵或加热器。

与现有技术相比，由于本发明通过设置恒压气罐、压力控制器及空气分配器，使所述储气罐内的高压空气分配到所述涡轮发动机的各涡轮室内，从而使所述涡轮室内的涡轮驱动转轴转动，实现涡轮发动机的动力输出；并且，通过在所述涡轮发动机的转轴上设置电磁助力器及角位移传感器，利用所述角位移传感器检测转轴的转动角度进而控制所述电磁助力器对转轴进行助力驱动，从而使所述涡轮发动机具有更强的动力，并且可减少对所述高压空气的消耗，提高汽车的续航能力，整个系统只需要由控制器自动控制即可实现，结构简单，而且控制方便。

附图说明

图1是本发明涡轮式空气发动机总成的结构示意图。

图2是本发明涡轮式空气发动机总成中涡轮发动机的侧视图。

图3是本发明涡轮式空气发动机总成中涡轮发动机的剖视图。

图4是本发明涡轮式空气发动机总成中电磁助力器的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1所示，本发明涡轮式空气发动机总成100包括储气罐1、恒压气罐2、压力控制器3、空气分配器4、涡轮发动机5、电磁助力器6、角位移传感器（图中未示）、太阳能装置7、尾气回收装置8、增压装置9及控制器（图中未示）。储气罐1与恒压气罐2之间通过空气阀10连通，空气阀10打开或关闭而使储气罐1及恒压气罐2连通或断开；恒压气罐2与压力控制器3连通，恒压气罐2内的高压气体具有恒定的压力，从而保证供给稳定；压力控制器3能控制所输送的高压气体具有某个压力值，从而实现控制涡轮发动机5的输出驱动力。涡轮发动机5具有至少两个涡轮室51a，空气分配器4的输入端与压力控制器3连通，空气分配器4具有多个输出端，空气分配器4的输出端分别与各个涡轮室51a的连通。电磁助力器6设置于涡轮发动机5的转轴52上并对转轴52增力，角位移传感器检测转轴52的角位移，太阳能装置7能为压力控制器3、空气分配器4、电磁助力器6、增压装置9及控制器供电，控制器控制空气阀10、压力控制器3、空气分配器4、电磁助力器6、角位移传感器及增压装置9的运作。

如图2及图3所示，具体地，涡轮发动机5包括机体51及转轴52，机体51具有四个涡轮室51a，转轴52贯穿地枢接于各涡轮室51a内且各涡轮室51a内的转轴52的外侧壁固定地套设有一连接圈521，连接圈521的外侧壁设置环形滚槽521a。涡轮室51a内具有活动套设于转轴52的涡轮53，涡轮53的内侧壁开设有与环形滚槽521a对应的弧形槽531，弧形槽531沿转轴52的周向设置并且深度渐变，弧形槽531的槽底为齿面531a，环形滚槽521a的槽底为齿面521b，环形滚槽521a与弧形槽531之间活动地设有一滚子54，将环形滚槽521a及弧形槽531的槽底设置成齿面结构，齿面可以在弧形槽531的槽底与环形滚槽531a的槽底相互夹持滚子54时，增加对滚子54的磨擦力及夹持力，防止滚子54在环形滚槽521a及弧形槽531之间打滑，保证驱动转轴52的有效性，提高涡轮发动机5的稳定性。另外，弧形槽531的较浅端的底面与环形滚槽521a的底面之间的距离小于滚子54的直径，且弧形槽531的较深端的底面与环形滚槽521a的底面之间的距离大于滚子54的直径。机体51还具有入气接口51b及排气接口51c，排气接口51c及入气接口51b分别与涡轮室51a连通。由于在转轴52上设置环形滚槽521a，在涡轮53的内侧设有弧形槽531，并且在环形滚槽521a及弧形槽531之间设置一滚子54，通过使弧形槽531深度渐变，导致环形滚槽521a与弧形槽531之间的距离渐渐变小，从而使弧形槽531的一端能自由容纳滚子54，另一端能抵压滚子54，因此，当涡轮53转动而使弧形槽531的槽底抵压滚子54时，利用夹持力带动转轴52，从而驱动转轴52转动，实现将高压空气的动能转化成机械能；并且，由于弧形槽531的另一端不能抵压滚子54，因此，设置多个涡轮53同时驱动时，涡轮53之间不会产生相互干扰，避免能量的损耗。

再请参阅图3，具体地，涡轮53具有多个叶片532，叶片532具有迎风面532a，入气接口51b的入气方向面向迎风面532a且与其安装位置到转轴52中心的方向成锐角θ。通过使入气接口51b的入气方向面对迎风面532a，并且使入气方向与入气接口51b的安装位置到转轴中心的方向成一定角度设置，从而可以使入气接口51b喷出的高压空气最大化地施加于叶片532上。

如图4所示，电磁助力器6包括定子固定盘61、定子电磁铁62、转子固定盘63及转子电磁铁64，定子电磁铁62均匀地周向分布于定子固定盘61上，转子电磁铁64均匀地周向分布于转子固定盘63上且与定子电磁铁62一一对应，定子固定盘61固定于涡轮发动机5的机体51内，转子固定盘63固定地套接于转轴52上，定子电磁铁62及转子电磁铁64分别与控制器电连接。通过向定子电磁铁62及转子电磁铁64通反方向的电流或使线圈的绕线方向相反使其产生相反的电场，从而利用反向电场之间的排斥力实现对转轴52的进行助力，可以减少对高压气体的消耗，提高汽车的续航能力。定子电磁铁62的铁芯的中心轴线与转子电磁铁64的铁芯的中心轴线之间的夹角为锐角。通过将定子电磁铁62及转子电磁铁64设成锐角α，使其通电后各自产生的排斥力呈一定夹角，从而得到切向力并推动转轴52转动。

再如图1所示，尾气回收装置8分别与发动机的排气接口51c及储气罐1连通。由于涡轮发动机5排出的尾气还具有一定的压力，因此，设置尾气回收装置8回收这部分能量并重复利用有利于提高汽车的续航能力。尾气回收装置8与储气罐1之间还设有增压装置9，增压装置9为增压泵或加热器，增压装置9与控制装置电连接。通过增压装置9使尾气增压后实现循环利用，从而提高汽车的续航能力。

综合上述并结合附图，本发明涡轮式空气发动机总成100输出动力时，控制器控制空气阀10打开，储气罐1内的高压气体进入恒压气罐2内，同时控制器控制压力控制器3打开，使恒压气罐2内的气体以压力控制器3设定的压力输送到空气分配器4中；控制器可根据所需要的动力来判定需要工作的涡轮数目，从而控制空气分配器4将高压气体输送到工作的涡轮室51a内，实现空气能转化成机械能。当高压气体做功后从排气接口51c排出时，尾气回收装置8将尾气回收，将通过增压装置9对尾气增压后输送回储气罐1内进行循环使用；高压气体在涡轮室51a推动涡轮53转动的过程中，控制器根据角位移传感器所检测到的转轴52的角位移控制定子电磁铁62及转子电磁铁64通电或断电。具体地，本发明具有四个定子电磁铁62及四个转子电磁铁64，每两个定子电磁铁62及每两个转子电磁铁64之间的夹角为90度，当转子电磁铁64转动到与定子电磁铁62正对时，控制器控制通电，使定子电磁铁62及转子电磁铁64通过方向相反电流，从而使其产生排斥力，进而使转子电磁铁64驱动转轴52转动，当角位移传感器检测到转轴52转动90度，这时，转子电磁铁64转动到与定子电磁铁62再次正对，控制器再次通电，依此进行，使得转子电磁铁64不断被推动，从而实现对转轴52助力。

与现有技术相比，由于本发明通过设置恒压气罐2、压力控制器3及空气分配器4，使储气罐1内的高压空气分配到涡轮发动机5的各涡轮室51a内，从而使涡轮室51a内的涡轮53驱动转轴52转动，实现涡轮发动机5的动力输出；并且，通过在涡轮发动机5的转轴52上设置电磁助力器6及角位移传感器，利用角位移传感器检测转轴52的转动角度进而控制电磁助力器6对转轴52进行助力驱动，从而使涡轮发动机5具有更强的动力，并且可减少对高压空气的消耗，提高汽车的续航能力，整个系统只需要由控制器自动控制即可实现，结构简单，而且控制方便。

本发明涡轮式空气发动机总成100所涉及到的控制器的控制方法均为本领域普通技术人员所熟知，在此不再做详细的说明。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种涡轮式空气发动机总成，其特征在于：包括储气罐、恒压气罐、压力控制器、空气分配器、涡轮发动机、电磁助力器、角位移传感器、太阳能装置及控制器，所述储气罐与所述恒压气罐之间通过空气阀连通，所述恒压气罐与所述压力控制器连通，所述涡轮发动机具有至少两个涡轮室，所述空气分配器分别与所述压力控制器及所述涡轮室连通，所述电磁助力器设置于所述涡轮发动机的转轴上并对所述转轴增力，所述角位移传感器检测所述转轴的角位移，所述太阳能装置与所述控制器电连接，所述控制器控制所述空气阀、压力控制器、空气分配器、电磁助力器及角位移传感器的运作。

2.如权利要求1所述的涡轮式空气发动机总成，其特征在于：所述涡轮发动机包括机体及所述转轴，所述机体具有所述涡轮室，所述转轴枢接于所述涡轮室内且所述转轴的外侧壁形成有环形滚槽，所述涡轮室内具有活动套设于所述转轴的涡轮，所述涡轮的内侧壁开设有与所述环形滚槽对应的弧形槽，所述弧形槽沿所述转轴的周向设置并且深度渐变，所述弧形槽的槽底为齿面结构，所述环形滚槽与所述弧形槽之间活动地设有一滚子，所述弧形槽的较浅端的底面与所述环形滚槽的底面之间的距离小于所述滚子的直径，且所述弧形槽的较深端的底面与所述环形滚槽的底面之间的距离大于所述滚子的直径，所述机体还具有排气接口及向所述涡轮吹送气体的入气接口，所述排气接口及所述入气接口分别与所述涡轮室连通。

3.如权利要求2所述的涡轮式空气发动机，其特征在于：所述涡轮具有多个叶片，所述叶片具有迎风面，所述入气接口的入气方向面向所述迎风面且与其安装位置到所述转轴中心的方向成锐角。

4.如权利要求2所述的涡轮式空气发动机，其特征在于：所述转轴外固定地套设有一连接圈，所述环形滚槽设置于所述连接圈的外侧壁。

5.如权利要求2所述的涡轮式空气发动机，其特征在于：所述环形滚槽的槽底为齿面结构。

6.如权利要求1所述的涡轮式空气发动机，其特征在于：所述电磁助力器包括定子固定盘、定子电磁铁、转子固定盘及转子电磁铁，所述定子电磁铁均匀地周向分布于所述定子固定盘上，所述转子电磁铁均匀地周向分布于所述转子固定盘上且与所述定子电磁铁一一对应，所述定子固定盘固定于所述涡轮发动机的机体内，所述转子固定盘固定地套接于所述转轴上，所述定子电磁铁及所述转子电磁铁分别与所述控制器电连接。

7.如权利要求6所述的涡轮式空气发动机，其特征在于：所述定子电磁铁的铁芯的中心轴线与所述转子电磁铁的铁芯的中心轴线之间的夹角为锐角。

8.如权利要求1所述的涡轮式空气发动机总成，其特征在于：所述涡轮式空气发动机总成还包括尾气回收装置，所述尾气回收装置分别与所述发动机的排气接口及所述储气罐连通。

9.如权利要求8所述的涡轮式空气发动机总成，其特征在于：所述尾气回收装置与所述储气罐之间还设有增压装置，所述增压装置与所述控制装置电连接。

10.如权利要求9所述的涡轮式空气发动机总成，其特征在于：所述增压装置为增压泵或加热器。