CN106763621A - 一种改进的高效纯机械式换向机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的高效纯机械式换向机构，包括两个自由摆陀、两组自动双向换向调节机构、一组过渡传动轮组、一组主轴传动轮组、一个能源转换结构和各自对应的绕转轴杆，两个自由摆陀绕转主轴相互垂直可以最大限度转化利用外部随机空间方向的动能。每个摆陀连接两个方向相反的棘轮换向结构，其中一个沿某一固定旋转方向直接驱动主轴传动轮，另外一个沿相反方向旋转直接或间接地驱动主轴传动轮，通过一定的配合可以实现摆陀的随机旋转或往复摆动都是合力驱动主轴传动轮沿固定方向旋转，从而带动能源转化结构实现储能或直接发电。本技术方案具有自动换向、结构紧凑、易于维护，且传动效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的高效纯机械式换向机构，特别是实现由往复摆动或非固定方向旋转向某一固定旋转方向转换的高效转换装置及安全维护方法。
背景技术
近年来可再生能源的开发与应用得到了广泛的关注，也取得了长足的发展。然而由于风能、潮汐能、波浪能等可再生能源，不论是流动的方向还是动能的大小，都具有较大的随机性。因此在其开发利用的过程中除了要考虑稳定输出，还要考虑稳定换向。
目前最常用的动力运动方式为绕轴旋转，所以需要一种实现由往复摆动或非固定方向旋转向某一固定旋转方向转换的换向机构。如自动机械式手表中有上条换向机构，但只提到换向小介轮60a、60b与换向大介轮40a、40b单向棘轮啮合，并未给出棘轮的具体配合形式，而且在双向转换啮合时消除对反方向传动轴的影响方面缺少考虑；另，如双向超越离合器换向控制机构改进设计了应用于机械传动中的单向动力输出和逆止输出的双向超越离合器换向控制机构，解决了非停机状态的换向问题，然而换向过程仍需要人为操纵换向杆。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种实现往复摆动和随机双向旋转向某一固定方向旋转的自动和高效转换的改进的高效纯机械式换向机构。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种改进高效纯机械式换向机构，包括两个自由摆陀、两组自动双向换向调节机构、一组过渡传动轮组、一组主轴传动轮组、一个能源转换结构，第一自由摆陀同轴连接有第一自动双向换向调节机构，第一自动双向换向调节机构与过渡传动轮组啮合连接，过渡传动轮组与主轴传动轮组啮合连接，主轴传动轮组与第二自动双向换向调节机构啮合连接，主轴传动轮组同轴连接有能源转换结构，第二自动双向换向调节机构同轴连接有第二自由摆陀，第一自由摆陀与第二自由摆陀绕转轴杆相互垂直。
本发明的进一步改进在于：第一自动双向换向调节机构包括两个换向方向相反的棘轮换向结构，且其中的第一自由摆陀与第一轴杆、第一棘轮换向结构和第二棘轮换向结构的内轮与第一轴杆之间采用轴向定位以防止产生相对转动，而第一棘轮换向结构和第二棘轮换向结构的外轮则绕第一轴杆沿相反方向旋转；其中的第二自由摆陀与第四轴杆、第三棘轮换向结构和第四棘轮换向结构的内轮与第四轴杆之间采用轴向定位以防止产生相对转动，第三棘轮换向结构和第四棘轮换向结构的换向外轮则绕第四轴杆沿相反方向旋转。
本发明的进一步改进在于：过渡传动轮组包含过渡传动轮组的上传动轮和过渡传动轮组的下传动轮两个传动齿轮，过渡传动轮组的上传动轮与过渡传动轮组的下传动轮之间的轴向间距与第一棘轮换向结构和第二棘轮换向结构之间的轴向间距一致，且过渡传动轮组的上传动轮与过渡传动轮组的下传动轮与第二轴杆之间采用轴向定位以保持相同的角速度旋转。
本发明的进一步改进在于：主轴传动轮组和第三轴杆、能源转换结构的内转子和第三轴杆之间采用轴向定位，主轴传动轮组通过第三轴杆带动能源转换结构的内转子以保持同步转动。
本发明的进一步改进在于：过渡传动轮组可以沿第二轴杆的轴心线方向移动以切出过渡传动，使第一棘轮换向结构的扭矩无法传递到主轴传动轮组。
本发明的进一步改进在于：过渡传动轮组的上传动轮、过渡传动轮组的下传动轮、第一棘轮换向结构和第二棘轮换向结构的半径满足以下条件：
。
本发明的进一步改进在于：主轴传动轮组包含主轴传动轮组的锥形轮和主轴传动轮组的圆柱轮，主轴传动轮组的锥形轮和主轴传动轮组的圆柱轮之间的轴向间距大于或者小于过渡传动轮组的上传动轮与过渡传动轮组的下传动轮之间的轴向间距，且主轴传动轮组的锥形轮和主轴传动轮组的圆柱轮与第二轴杆之间采用轴向定位以保持相同的角速度旋转。
本发明的进一步改进在于：第四棘轮换向结构、第四棘轮换向结构和主轴传动轮组的锥形轮之间采用锥形齿轮的传动方式。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用纯机械式结构设计，解决了现有新能源发电系统换向结构只能利用单向动能及机械应用中超离合换向结构复杂和部件间配合间隙大的问题，具有结构简单，能量转化率高，性能可靠的特点。
本发明采用两组绕转轴杆相互垂直的自由摆陀，且结合自动双向换向调节机构，可以最大限度地将自然界的流体动能转化为固定旋转方向的旋转动能，从而方便后续的进一步转化和利用，该种结构提高了能源转化效率。
本发明采用一组过渡传动轮组，简化了过渡传动环节，进一步提高了传动效率，同时也提高了稳定性。
附图说明：
图1 为本发明的主体结构示意图；
图2 为第一棘轮换向结构的结构示意图；
图3 为第三棘轮换向结构的结构示意图；
图4为过渡传动轮组的结构示意图；
图5 为主轴传动轮组的结构示意图；
图6 有中间过渡环节的换向传动的俯视示意图；
图7 直接换向传动的俯视示意图；
图中：1:第一自由摆陀，2:第一棘轮换向结构，2-1:第一棘轮换向结构的棘爪，2-2:第一棘轮换向结构的外轮，2-3:第一棘轮换向结构的内轮，2-4:第一棘轮换向结构的弹性部件，3:第三棘轮换向结构，3-1:第三棘轮换向结构的棘爪，3-2:第三棘轮换向结构的外轮，3-3:第三棘轮换向结构的内轮，3-4:第三棘轮换向结构的弹性部件，4: 第二棘轮换向结构，5:第一轴杆，6: 主轴传动轮组，6-1: 主轴传动轮组的锥形轮，6-2: 主轴传动轮组的圆柱轮，7:能源转换结构，8:第二轴杆，9:第三轴杆，10:第二自由摆陀，11:第四轴杆，12:第四棘轮换向结构，13:过渡传动轮组，13-1:过渡传动轮组的上传动轮,13-2:过渡传动轮组的下传动轮。
由于视角问题，需要特别说明的是：图6所示的第一棘轮换向结构不直接与主轴传动轮组啮合，而是与过渡传动轮组的上传动轮直接啮合，并同轴等角度地通过过渡传动轮组的下传动轮与主轴传动轮组啮合；与第一棘轮换向结构成对的第二棘轮换向结构直接与主轴传动轮组的圆柱轮啮合。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1示出了本发明改进的高效纯机械式换向机构的一种实施方式，所述机构包括两个自由摆陀、两组自动双向换向调节机构、一组过渡传动轮组13、一组主轴传动轮组6、一个能源转换结构7，第一自由摆陀1同轴连接有第一自动双向换向调节机构，第一自动双向换向调节机构与过渡传动轮组13啮合连接，过渡传动轮组13与主轴传动轮组6啮合连接，主轴传动轮组6与第二自动双向换向调节机构啮合连接，主轴传动轮组6同轴连接有能源转换结构，第二自动双向换向调节机构同轴连接有第二自由摆陀10，第一自由摆陀1与第二自由摆陀10绕转轴杆相互垂直。
以下结合附图简要说明两组棘轮换向结构的工作原理：
如图2所示，当第一轴杆5在第一自由摆陀1带动下沿顺时针摆动或旋转时，进而带动第一棘轮换向结构的内轮2-3做同步等角速度的顺时针摆动或旋转，由于第一棘轮换向结构的外轮2-2与过渡传动轮组13通过齿轮啮合而存在阻力矩，而第一棘轮换向结构的棘爪2-1与第一棘轮换向结构的外轮2-2内齿槽间的摩擦力很小，故第一棘轮换向结构的棘爪2-1在第一棘轮换向结构的弹性部件2-4作用下沿第一棘轮换向结构的外轮2-2内齿槽的斜弧面滑动，而第一棘轮换向结构的外轮2-2本身不动，即第一棘轮换向结构2处于非换向状态。当第一轴杆5在第一自由摆陀1带动下沿逆时针摆动或旋转时，进而带动第一棘轮换向结构的内轮2-3做同步等角速度的逆时针摆动或旋转，第一棘轮换向结构的棘爪2-1的端面与第一棘轮换向结构的外轮2-2内齿槽的平面相配合而驱动第一棘轮换向结构的外轮2-2做逆时针摆动或旋转，即第一棘轮换向结构2处于换向状态。第二棘轮换向结构4与第一棘轮换向结构2结构类似，只是处于换向状态的旋转方向相反。
如图3所示，当第四轴杆11在第二自由摆陀10带动下沿顺时针摆动或旋转时，进而带动第三棘轮换向结构的内轮3-3做同步等角速度的顺时针摆动或旋转，第三棘轮换向结构的棘爪3-1的端面与第三棘轮换向结构的外轮3-2内齿槽的平面相配合而驱动第三棘轮换向结构的外轮3-2做顺时针摆动或旋转，即第三棘轮换向结构3处于换向状态。当第四轴杆11在第二自由摆陀10带动下沿逆时针摆动或旋转时，进而带动第三棘轮换向结构的内轮3-3做同步等角速度的逆时针摆动或旋转，由于第三棘轮换向结构的外轮3-2与主轴传动轮组的锥形轮6-1啮合而存在阻力矩，第三棘轮换向结构的棘爪3-1与第三棘轮换向结构的外轮3-2内齿槽间的摩擦力很小，故第三棘轮换向结构的棘爪3-1在第三棘轮换向结构的弹性部件3-4作用下沿第三棘轮换向结构的外轮3-2内齿槽的斜弧面滑动，而第三棘轮换向结构的外轮3-2本身不动，即第三棘轮换向结构3处于非换向状态。第四棘轮换向结构12与第三棘轮换向结构3结构类似，只是处于换向状态的旋转方向相反。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例一：两组自由摆陀均为往复摆动
如图1、图6和图7所示，本发明的一种改进的高效纯机械式换向机构，新能源流体运动带动第一自由摆陀1和第二自由摆陀10产生往复摆动。成对的第一棘轮换向结构2和第二棘轮换向结构3交替处于换向状态，以图6所示标定俯视角度说明，若起始时刻第一自由摆陀1沿逆时针方向摆动，第一棘轮换向结构2处于换向状态而绕第一轴杆5逆时针转过一定角度，并驱动过渡传动轮组的上传动轮13-1绕第二轴杆8顺时针转过一定角度；因为过渡传动轮组的下传动轮13-2、过渡传动轮组的上传动轮13-1和第二轴杆8采用轴向定位，故过渡传动轮组的下传动轮13-2随过渡传动轮组的上传动轮13-1同步等角度顺时针转过一定角度，从而驱动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针转过一定角度；此时第二棘轮换向结构4处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的摆动有以下两种情况：
第二自由摆陀10的摆动是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转过一定角度。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的摆动是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转动，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
下一时刻第一自由摆陀1沿顺时针方向摆动，第二棘轮换向结构4处于换向状态而绕第一轴杆5顺时针转过一定角度，并带动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针转过一定角度；此时第一棘轮换向结构2处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的摆动有以下两种情况：
第二自由摆陀10的摆动是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转过一定角度。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的摆动是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转过一定角度，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
如此往复循环。主轴传动轮组6的逆时针转动通过第三轴杆9带动能源转换结构7的内轴逆时针转动，能源转换结构7可以是发电机也可以是储能结构。这里因为两组自由摆陀一般做等幅、等角速度的摆动，通过合理的配合设计，最终驱动主轴传动轮组6的两组驱动轮也是等角速度和等角速度的合力驱动。这里如果两组自动双向换向调节机构的四个棘轮换向结构中处于换向状态的两个棘轮换向结构，有一个棘轮换向结构在某时刻使主轴传动轮组6的旋转角速度更快，则四个棘轮换向结构的另外三个棘轮换向结构均处于非换向状态。
实施例二：两组自由摆陀均为整周旋转
如图1、图6和图7所示，本发明的一种改进的高效纯机械式换向机构，新能源流体运动带动第一自由摆陀1和第二自由摆陀10产生整周旋转。成对的第一棘轮换向结构2和第二棘轮换向结构4仅有一个处于换向状态，以图6所示俯视角度说明，若第一自由摆陀1沿逆时针方向旋转，第一棘轮换向结构2处于换向状态而绕第一轴杆5逆时针旋转，并驱动过渡传动轮组的上传动轮13-1绕第二轴杆8顺时针旋转；因为过渡传动轮组的下传动轮13-2、过渡传动轮组的上传动轮13-1和第二轴杆8采用轴向定位，故过渡传动轮组的下传动轮13-2随过渡传动轮组的上传动轮13-1同步等角度顺时针旋转，从而驱动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针旋转；此时第二棘轮换向结构4处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的整周旋转有以下两种情况：
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针旋转。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针旋转，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
若第一自由摆陀1沿顺时针方向旋转，第二棘轮换向结构4处于换向状态而绕第一轴杆5顺时针旋转，并带动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针旋转；此时第一棘轮换向结构2处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的整周旋转有以下两种情况：
第二自由摆陀10的整周旋转是带动棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针旋转。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针旋转，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
主轴传动轮组6的逆时针旋转通过第三轴杆9带动能源转换结构7的内轴逆时针转动，能源转换结构7可以是发电机也可以是储能结构。这里如果两组自动双向换向调节机构的四个棘轮换向结构中处于换向状态的两个棘轮换向结构，有一个棘轮换向结构在某时刻使主轴传动轮组6的旋转角速度更快，则四个棘轮换向结构的另外三个棘轮换向结构均处于非换向状态。
实施例三：一组自由摆陀为整周旋转、一组自由摆陀为往复摆动
第一自由摆陀1整周旋转、第二自由摆陀10往复摆动情况。
如图1、图6和图7所示，本发明的一种改进的高效纯机械式换向机构，新能源流体运动带动第一自由摆陀1产生整周旋转。成对的第一棘轮换向结构2和第二棘轮换向结构4仅有一个处于换向状态，以图示标定俯视角度说明，若第一自由摆陀1沿逆时针方向旋转，第一棘轮换向结构2处于换向状态而绕第一轴杆5逆时针旋转，并驱动过渡传动轮组的上传动轮13-1绕第二轴杆8顺时针旋转；因为过渡传动轮组的下传动轮13-2、过渡传动轮组的上传动轮13-1和第二轴杆8采用轴向定位，故过渡传动轮组的下传动轮13-2随过渡传动轮组的上传动轮13-1同步等角度顺时针旋转，从而驱动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针旋转；此时第二棘轮换向结构4处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的摆动有以下两种情况：
第一自由摆陀10的摆动是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转动。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的摆动是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转动，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
若第一自由摆陀1沿顺时针方向旋转，第二棘轮换向结构4处于换向状态而绕第一轴杆5顺时针旋转，并带动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针旋转；此时第一棘轮换向结构2处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的摆动有以下两种情况：
第二自由摆陀10的摆动是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转动。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的摆动是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转动，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
主轴传动轮组6的逆时针旋转通过第三轴杆9带动能源转换结构7的内轴逆时针转动，能源转换结构7可以是发电机也可以是储能结构。这里因为两组自由摆陀一般做等幅、等角速度的摆动，通过合理的配合设计，最终驱动主轴传动轮组6的两组驱动轮也是等角速度和等角速度的合力驱动。这里如果两组自动双向换向调节机构的四个棘轮换向结构中处于换向状态的两个棘轮换向结构，有一个棘轮换向结构在某时刻使主轴传动轮组6的旋转角速度更快，则四个棘轮换向结构的另外三个棘轮换向结构均处于非换向状态。
第一自由摆陀1往复摆动、第二自由摆陀10整周旋转情况。
如图1、图6和图7所示，本发明的一种改进的高效纯机械式换向机构，新能源流体运动带动第一自由摆陀1产生往复摆动。成对的第一棘轮换向结构2和第二棘轮换向结构4交替处于换向状态，以图示标定俯视角度说明，若起始时刻第一自由摆陀1沿逆时针方向摆动，第二棘轮换向结构2处于换向状态而绕第二轴杆5逆时针转过一定角度，并驱动过渡传动轮组的上传动轮13-1绕第二轴杆8顺时针转过一定角度；因为过渡传动轮组的下传动轮13-2、过渡传动轮组的上传动轮13-1和第二轴杆8采用轴向定位，故过渡传动轮组的下传动轮13-2随过渡传动轮组的上传动轮13-1同步等角度顺时针转过一定角度，从而驱动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针转过一定角度；此时第二棘轮换向结构4处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的整周旋转有以下两种情况：
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转过旋转。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针旋转，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
下一时刻第一自由摆陀1沿顺时针方向摆动，第二棘轮换向结构4处于换向状态而绕第一轴杆5顺时针转过一定角度，并带动主轴传动轮组的圆柱轮6-2逆时针转过一定角度；此时第一棘轮换向结构2处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。而此时第二自由摆陀10的整周旋转有以下两种情况：
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第三棘轮换向结构3处于换向状态，则第三棘轮换向结构3通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针转旋转。因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第四棘轮换向结构12处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动；
第二自由摆陀10的整周旋转是带动第四棘轮换向结构12处于换向状态，第四棘轮换向结构12通过锥形齿轮传动驱动主轴传动轮组的锥形轮6-1逆时针旋转，因为主轴传动轮组的锥形轮6-1和主轴传动轮组的圆柱轮6-2是通过第三轴杆9采用轴向定位的，即两组自由摆陀均是驱动主轴传动轮组6做逆时针旋转，故两组自由摆陀是起的合力作用。此时第三棘轮换向结构3处于非换向状态，其内轮与外轮只是相对滑动。
如此往复循环。主轴传动轮组6的逆时针旋转通过第三轴杆9带动能源转换结构7的内轴逆时针转动，能源转换结构7可以是发电机也可以是储能结构。这里如果两组自动双向换向调节机构的四个棘轮换向结构中处于换向状态的两个棘轮换向结构，有一个棘轮换向结构在某时刻使主轴传动轮组6的旋转角速度更快，则四个棘轮换向结构的另外三个棘轮换向结构均处于非换向状态。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (8)
1.一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：所述机构包括两个自由摆陀、两组自动双向换向调节机构、一组过渡传动轮组（13）、一组主轴传动轮组（6）、一个能源转换结构（7），第一自由摆陀（1）同轴连接有第一自动双向换向调节机构，所述第一自动双向换向调节机构与过渡传动轮组（13）啮合连接，所述过渡传动轮组（13）与主轴传动轮组（6）啮合连接，所述主轴传动轮组（6）与第二自动双向换向调节机构啮合连接，所述主轴传动轮组（6）同轴连接有能源转换结构，所述第二自动双向换向调节机构同轴连接有第二自由摆陀（10），第一自由摆陀（1）与第二自由摆陀（10）绕转轴杆相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：第一自动双向换向调节机构包括两个换向方向相反的棘轮换向结构，且其中的第一自由摆陀（1）与第一轴杆（5）、第一棘轮换向结构（2）和第二棘轮换向结构（4）的内轮与第一轴杆（5）之间采用轴向定位以防止产生相对转动，而第一棘轮换向结构（2）和第二棘轮换向结构（4）的外轮则绕第一轴杆（5）沿相反方向旋转；其中的第二自由摆陀（10）与第四轴杆（11）、第三棘轮换向结构（3）和第四棘轮换向结构（12）的内轮与第四轴杆（11）之间采用轴向定位以防止产生相对转动，第三棘轮换向结构（3）和第四棘轮换向结构（12）的换向外轮则绕第四轴杆（11）沿相反方向旋转。
3.根据权利要求1所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：过渡传动轮组（13）包含过渡传动轮组的上传动轮（13-1）和过渡传动轮组的下传动轮（13-2）两个传动齿轮，过渡传动轮组的上传动轮（13-1）与过渡传动轮组的下传动轮（13-2）之间的轴向间距与第一棘轮换向结构（2）和第二棘轮换向结构（4）之间的轴向间距一致，且过渡传动轮组的上传动轮（13-1）与过渡传动轮组的下传动轮（13-2）与第二轴杆（8）之间采用轴向定位以保持相同的角速度旋转。
4.根据权利要求1所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：主轴传动轮组（6）和第三轴杆（9）、能源转换结构（7）的内转子和第三轴杆（9）之间采用轴向定位，主轴传动轮组（6）通过第三轴杆（9）带动能源转换结构（7）的内转子以保持同步转动。
5.根据权利要求1所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：过渡传动轮组（13）可以沿第二轴杆（8）的轴心线方向移动以切出过渡传动，使第一棘轮换向结构（2）的扭矩无法传递到主轴传动轮组（6）。
6.根据权利要求3所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：过渡传动轮组的上传动轮（13-1）、过渡传动轮组的下传动轮（13-2）、第一棘轮换向结构（2）和第二棘轮换向结构（4）的半径满足以下条件：
。
7.根据权利要求1所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：主轴传动轮组（6）包含主轴传动轮组的锥形轮（6-1）和主轴传动轮组的圆柱轮（6-2），主轴传动轮组的锥形轮（6-1）和主轴传动轮组的圆柱轮（6-2）之间的轴向间距大于或者小于过渡传动轮组的上传动轮（13-1）与过渡传动轮组的下传动轮（13-2）之间的轴向间距，且主轴传动轮组的锥形轮（6-1）和主轴传动轮组的圆柱轮（6-2）与第二轴杆（8）之间采用轴向定位以保持相同的角速度旋转。
8.根据权利要求2所述的一种改进的高效纯机械式换向机构，其特征在于：第三棘轮换向结构（3）、第四棘轮换向结构（12）和主轴传动轮组的锥形轮（6-1）之间采用锥形齿轮的传动方式。
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