CN1070987C - 用于将直线运动能量转换为回转运动能量的转换器 - Google Patents

Abstract

一种转换器，它包括与一个连杆(24)连接的直线运动的动力源(12)，该连杆还通过单向离合器(28和40)与输出传动轴(30和36)连接，输出传动轴又通过齿轮(32和40)相互连接，这样，当一个轴被驱动时，另一轴靠惯性滑行。该动力源包括多个蒸汽驱动的汽缸(16和94)。每一个汽缸腔的输入和输出阀(44)由操纵机构(56)控制，使阀在打开和关闭位置之间瞬时快速切换。动力汽缸(16和94)可以单独、并联或串联动作。当需要时，可以操纵通过该活塞通道的阀，使活塞两腔的压力相等。活塞(18)上的一对O形圈(121)只有当相邻的活塞腔有压力时，才与汽缸内壁接合，因此，可减少活塞工作时的阻力。

Description

用于将直线运动能量转换为回转运动能量的转换器

发明背景

内燃机，虽然经过多年的使用改进，仍然不能满足作为车辆或其他有关用途的主要动力源的要求。由于产生污染物，因此内燃机效率不高，并且从环境保护上看是不友好的。目前认为，已经找到了另一种形式的，比内燃机有许多优点的动力源。

发明梗概

当将直线运动能量转换为回转运动动力时，可以使用任何流动介质，但为了驱动本发明的转换器，最好采用蒸汽。汽缸的活塞在其相对的两侧具有腔室，通过一个阀控制系统的动作，这些腔可以交替地接收蒸汽压力。与该活塞连接连杆使二个臂作大约为70°圆弧的往复运动。每一个臂通过单向离向器(例如Sprag离合器)与带有相互啮合的齿轮的轴连接。因此，活塞向一个方向运动可以驱动一个齿轮，同时使二个齿轮转动，而活塞向相反方向运动则可驱动另一个齿轮，同时也使二个齿轮转动。单向离合器可使一个输出轴交替地被驱动，而另一输出轴则作为从动件转动。采用这种结构时，动力活塞没有无用的运动，因为活塞在二个直线方向运动都可产生回转动力。

多个动力汽缸可以与多个绕支轴转动的臂，再接着与公共的输出传动轴连接。

通过操作上连接在活塞连杆和相对配置的汽缸腔的每一个腔的输入口和输出口的控制阀之间的拉杆的动作，该转换器可以动作，根据需要产生连续的和瞬时的动力。拉杆包括弹簧装置，它可贮存压力以克服阀切换的阻力，就可使压力快速地从一个腔切换至另一个腔。

可以监视腔中的压力，假如希望的话，可以使两个腔中的压力相等，而这可以通过操纵在连接两腔的活塞通道中的电磁阀来实现。为了决定活塞的位置，设有磁铁传感系统。这个信息与压力信息结合送至计算机，可以进行所希望的控制和动作。

在活塞外表面的环形槽中装有二个O形圈，与汽缸圆周内壁接合。该环形槽通过一系列围绕活塞端面圆周的孔，与相邻的压力腔连通。腔中的介质压力通过活塞锡面的孔，促使环形槽中特氟隆(Teflon)制的O形圈向外伸出，与汽缸圆周内壁密封接合。腔中没有压力时，O形圈缩进该环形槽中，使阻力减小。多个动力汽缸可以单独，并联或串联工作。当串联工作时，从再生回流意义上说，一个汽缸腔的输出口与另一个汽缸腔的输入口连接。

当然可以使用一种完全不同的动力源与单向离合器驱动的输出回转动力轴组合。

在另外一个实施例中，输入动力源包括一个带有轮齿的连杆，该轮齿与第一和第二输出传动轴的单向离合器上的轮齿啮合，而该第一和第二输出传动轴的第一和第二输出齿轮，分别通过一个空转齿轮相互啮合。该单向离合器及其相应的输出轴和齿轮可以在该连杆的同一侧，或者在另一个实施例中，分别在该连杆的相对二侧。

最好使用Sprag单向离合器，但应当了解，也可以使用其他的形式单向离合器，例如，气动或液压离合器、磁性离合器、带离合器、螺纹离合器或棘爪离合器。

附图的说明

图1为具有二个蒸汽驱动的动力汽缸的转换器的顶视图，该二个汽缸通过连杆与二根轴连接，该二根轴又通过单向离合器与输出传动轴连接。

图2为沿着图1的2-2线所取的侧视图。

图3为沿着图1的3-3线所取的横截面图，它表示驱动平行排列的动力汽缸的蒸汽管道线路。

图4为与图3相似的视图，但表示只操纵二个汽缸中较大的一个汽缸的蒸气管路。

图5为与图3相似的视图，但表示汽缸串联，以便回流再生利用流动的蒸汽介质。

图6为沿着图2的6-6线所示的放大的局部视图，它表示包括操纵每一个汽缸的每一个腔的输入和输出阀的操纵机构在内的控制系统。

图7为沿着图6的7-7线所取的横截面图。

图8为沿着图1的8-8线所取的横截面图，它表示在驱动状态下的单向离合器。

图9为与图8相似的横截面图，但表示在自由转动状态下的单向离合器。

图10为沿着图3的10-10线所取的横截面图，它带有连杆和活塞的放大的局部侧视图，表示在通过活塞的通道中的，用于有选择地使相对二腔中的压力相等的阀。

图11为沿着图10的11-11线所取的O形圈的放大的横截面图，它表示在活塞圆周上的，与活塞加压侧上的汽缸圆周内壁接合的密封件，和与该密封件隔开一定距离的，活塞非加压侧处的密封件。

图12为与图11相似的视图，但表示当二个活塞腔中的压力降低并且相等时，在活塞侧面上的O形圈的情况。

图13为另一个实施例的横截面图，其中连杆与放置在该连杆同一侧的单向离合器啮合。

图14为沿着图13的14-14线所取的横截面图。

图15为又一个实施例的横截面图，其中，连杆与在该连杆相对二侧的单向离合器啮合。

图16为沿着图15中的16-16线所取的横截面图。

优选实施例的说明

在图1中，本发明的转换器一般用参考数字10表示。它包括一个直线运动动力输入部分12，该部分驱动一个回转动力输出部分14。

本发明10的输入部分12包括一个带有活塞18和二个相对配置的腔20和22的动力汽缸16。连杆24从汽缸16伸出，并与第一曲柄臂26连接。第一曲柄臂26通过单向离合器28与输出轴30连接。在输出轴30上有齿轮32，它与第二输出传动轴36上的齿轮34啮合。该第一曲柄臂26还通过单向离合器40与第二曲柄臂38连接。该第一曲柄臂26和第二曲柄臂38又通过拉杆41相互连接。

从图3可看出，由锅炉42出来的蒸汽交替地送入腔20和22中。在每一个腔中，阀部件44将输入口46和输出口48打开和关闭。阀部件44包括轴50，该轴50与连接在连杆54上的水平延伸的臂52连接，也与绕支轴转动的操纵机构56连接。该操纵机构56可在图6的实线和虚线位置之间绕轴心58转动。相对放置的拉杆60延伸至汽缸16的相对端，并与绕轴心64转动的臂62连接。该轴心64是直立的轴66的纵轴线，该直立轴66，操纵一个和图3中的阀部件44一样的阀部件。

拉杆68穿过与操纵机构56连接，并可绕支轴转动的块体70。该连杆68包括弹簧72；弹簧72安装在连杆68的相对二侧，由垫圈74和螺母76保持在规定位置上。拉杆68的相对一端与第一曲柄臂26连接。变压力阻力滚子78沿着操纵机构56顶端上的凸表面80，在直立的挡块肩部82之间滚动。该直立挡块肩部82具有凹口84，以便当操纵机构56在图6的虚线和实线位置之间绕支轴做向前和向后转动时，使滚子78保持与每一个挡块82接触，并且在受到压力作用时有一定的变形。阻力滚子78安装在轴86上，弹簧88把滚子78向下压。利用安装在支承件92上的调整螺钉90可调整弹簧的压紧力。

尺寸比汽缸16大，另外具有同样的零件的第二输入动力汽缸94，通过连杆95，以和连杆24将汽缸16与输出部分连接起来一样的方式，与输出部分14连接。同样的零件用相同的参考数字标准。两个汽缸16和94与一个公共的支承轴96固定在一起。

这个转换器的动作包括将从锅炉42出来的蒸汽通入汽缸16的腔22中，压在活塞18的右端，推动连杆24向左运动，并使第一曲柄臂26绕支轴向左转动。单向离合器28与输出轴30连接，但如图9所示，由于该单向离合器28与轴30脱离啮合，因此，曲柄臂26的向左运动不会使轴30转动。然而，与第二曲柄臂38连接的拉杆41绕支轴向左转动。从图8可看出，其单向离合器40使轴36按照箭头98所指示的顺时针方向转动。轴36上的齿轮34与轴30上的齿轮32啮合，因此，可使齿轮32按照箭头100所示的反时针方向转动。而这又使辅助输出齿轮103按照顺时针方向转动。然后，当活塞18向右运动时，单向离合器40使第二曲柄臂38靠惯性滑行，而第一曲柄臂26则起输出驱动的作用，使输出轴30按反时针方向转动。因此，可以看出，当活塞向每一个方向运动时，都可以产生转动的输出动力。

希望阀部件44中的阀可靠地瞬时接通或断开，使压力只加在腔20和22中的一个腔或另一个腔上。这可通过使用弹簧72达到，该弹簧72吸收通过拉杆68作用在它上的能量。一旦腔20和22中的压力克服了与传动机构56的凸表面80接合的滚子78的阻力时，该传动机构迅速切换至其相反位置，因而推动拉杆54和60运动。拉杆54和60再驱动位于汽缸16相对末端的阀部件44动作。

有时，可能希望活塞每一侧的压力相等。从图10可看出，这可以通过下述方式来达到；即汽缸94中的活塞18A包括一个电磁铁102，它可推动在与活塞每一侧的腔连通的通道106中的阀104。调整螺钉108压紧弹簧110，而弹簧110可阻止电磁铁102的动作。在连杆24上安装着磁铁112和114，传感器116可以感知是否有磁铁存在，并将信号传送给计算机(没有示出)，然后计算机将信号通过电线118传送给电磁铁102。从图3可以看出，计算机还可接收从压力传感器120送出的信息，这个信息与磁铁的传感器116提供的活塞位置信息综合起来，可以决定是否需要使电磁阀102动作，以使活塞18A每一侧的压力互相抵消。

希望将活塞18A和汽缸圆周内壁94之间的摩擦阻力减至最小。如图11和12所示，在圆周环形槽122中安装着二个氯丁橡胶的O形圈121。这些圆周环形槽122通过一系列彼此隔开一定距离为孔124与汽缸相邻的腔连通。从图11可看出，汽缸右端的腔中的压力迫使O形圈121向外伸出，与汽缸94的内表面接触。然而，在没有压力的汽缸左端中的O形圈，则与汽缸94的内壁离开一段距离。这样可避免不必要的摩擦阻力。在图12中可看出，活塞18A的相对二端的二个腔处在相等的低压力作用下，因此，O形圈都与汽缸94的圆周内表面离开一段距离。

图3,4和5中表示了三种不同的工作模式。图3表示二个输入动力汽缸16和94处在压力作用之下，彼此平行动作，给轴30和36提供回转输出动力。在图4中，只有大的汽缸94动作，而在图5中，较小汽缸16的输出送至较大汽缸94的输入，然后再流回至冷凝器126。这种模式包括将如图3和图4所示那样，不然要返回至冷凝器的蒸汽进行回流和再生。

可以看出，使用本发明的转换器作为需要回转动力的车辆或其他设备的回转动力源有许多优点。由于耗能的摩擦引起的能量消耗可以减至最小。曲柄26和38只需绕支轴转动360°回转圆弧的70°就可以了，因此效率提高。本发明的转换器可以非常低的转数(rpm)工作，仍能产生所需要的输出动力。通过阀部件44的控制阀的瞬时接通和断开，输出轴30和36可得到恒定的动力。由于所采用的阀系统，该转换器可以在任何位置启动。由于没有曲柄轴，该转换器的尺寸，与通常的发动机比较，可以大大减小。与通常的内燃机不同，该转换器不会产生例如排油和排出燃料等的污染，也没有噪声污染。因此，从环境观点来说，它是更完美的。该转换器在低的每分钟转数(rpm)下工作，消除了离心力，因此系统寿命大大延长。与通常的发动机相比，一种重要的区别是，当该转换器不产生能量时，它不需要象在汽车发动机的情况下那样，进行空运转。

从图13～14和图15～16的实施例中可看出，作直线往复运动的连杆24A，通过在连杆上的齿轮齿与在单向离合器上的齿轮齿啮合，而与单向离合器连接。具体地说，在图13和14的实施例中，第一和第二输出传动轴30A和36A分别放在连杆24A的同一侧。齿轮130和132分别安装在输出传动轴30A和36A上，而啮合的轮齿134则安装在连杆24A的底部上。每一个齿轮130和132均包括有单向离合器，如以前分别对图8和9中的离合器40和28所作的说明那样。输出传动轴30A和36A分别包括第一和第二输出齿轮32A和34A。导向滚子138和140与连杆24A的轨道边缘顶部啮合，使连杆24A保持在与齿轮130和132啮合的稳定位置上。

图15和16表示另一个实施例，其中，连杆24B包括在其底部的齿134和在其顶部的齿144。第二输出传动轴36B在第一输出传动轴30B的上面，位于连杆24B的相对一侧。带有单向离合器的齿轮132与连杆24B上的齿144啮合，而另一个齿轮130与连杆24B底部上的齿134啮合。包括第一齿轮32B和第二齿轮36B在内的输出齿轮，通过空转齿轮136彼此啮合，这样可使第一和第二输出轴30B和36B按共同的方向回转。

Claims (21)

1．一种将直线运动能量转换为回转运动能量的转换器，其特征为，它包括：一个直线运动的输入动力源(12)，该动力源与一连杆(24)连接，该连杆又依次与具有第一齿轮(32)的第一输出传动轴(30)连接的第一曲柄臂(26)连接，一和具有第二齿轮(34)的第二输出传动轴(36)和所述连杆(24)连接的第二曲柄臂(38)，所述第二齿轮与所述第一输出传动轴(30)上的第一齿轮(32)啮合，及动作上将所述第一和第二输出传动轴(30,36)与所述第一、第二曲柄臂(26,38)相互连接的单向离合器；所述动力源(12)在相反的直线方向上，使所述连杆(24)做向前和向后的往复运动，从而使所述第一和第二输出传动轴(30,36)分别按照单一的方向连续转动。

2．如权利要求1所述的转换器，其特征为，所述第一和第二输出传动轴(30,36)在相反的方向连续转动。

3．如权利要求2所述的转换器，其特征为，所述第一、第二曲柄臂(26,38)在每一动作循环中转动角度小于90°。

4．如权利要求1所述的转换器，其特征为，所述直线运动的输入动力源(12)包括一个在汽缸(16)中的活塞(18)。

5．如权利要求4所述的转换器，其特征为，所述汽缸(16)包括在所述活塞(18)的相对二侧的压力腔(20,22)。

6．如权利要求5所述的转换器，其特征为，所述动力源(12)包括流动介质源(42)和一个控制系统(44)，该控制系统用于交替地将介质送往所述各压力腔(20,22)的每一腔中，使所述连杆(24)做往复运动。

7．如权利要求6所述的转换器，其特征为，所述控制系统(44)包括阀装置，用于将流动介质送往所述第一和第二压力腔(20,22)，而当在每一个动作循环过程中，所述第一和第二连杆(26,38)处在其运动范围的中心处时，则所述活塞(18)也处在所述压力腔之间的中心处。

8．如权利要求7所述的转换器，其特征为，所述阀装置与一个操纵机构(56)连接，该操纵机构动作上与所述活塞(18)连接，所述相对压力腔(20,22)可以交替加压，所述阀装置在所述每一个腔(20,22)中具有输入口和输出口(46,48),当所述一个腔中的输入口(46)打开，而另一个腔中的输入口(46)关闭，同时所述一个腔中的输出口(48)关闭，而所述另一个腔中的输出口(48)打开时，所述一个腔加压；而当所述第一腔中的输入口(46)关闭，而所述另一腔中的输入口(46)打开，同时所述第一腔中的输出口(48)打开，而所述另一腔中的输出口(48)关闭时，所述另一腔加压。

9．如权利要求8所述的转换器，其特征为，所述操纵机构(56)包括动作上与所述连杆(24)连接的第一拉杆(68)，和与所述阀装置连接的第二拉杆(54)，当所述连杆(24)在相反方向上向前和向后运动时，该第二拉杆可打开和关闭所述阀装置。

10．如权利要求9所述的转换器，其特征为，所述操纵机构(56)包括将所述第一和第二拉杆(68,54)相互连接的弹簧装置(72)，当所述第一拉杆(68)在所述相反方向运动时，所述弹簧装置(72)中的能量增加，而当克服了所述阀装置的运动阻力时，弹簧装置中的能量释放，因此使所述阀装置可在打开和关闭位置之间快速切换。

11．如权利要求10所述的转换器，其特征为，所述操纵装置(56)包括一个摇摆块体(70)，它可绕一支轴转动，而所述第一拉杆(68)，在所述支轴的一端与所述摇摆块体(70)连接，所述第二拉杆(54)，在所述支轴的相对一端，与所述摇摆块体(70)连接，这样，当所述阀装置在打开和关闭位置之间快速切换时，所述摇摆块体(70)在相对的位置之间，绕支轴快速向前和向后转动。

12．如权利要求7所述的转换器，其特征为，所述流动介质为蒸汽。

13．如权利要求8所述的转换器，其特征为，所述流动介质为蒸汽，并且冷凝器(126)与所述每一个腔(20,22)的所述输出口(48)连接。

14．如权利要求8所述的转换器，其特征为，所述流动介质源通过所述阀装置与所述腔(20,22)的所述输入口(46)连接。

15．如权利要求14所述的转换器，其特征为，它设有第二输入动力源，具有在汽缸(94)中的活塞(18A)，活塞相对二端有压力腔(20,22)，该动力源与所述第一动力源(12)等价，而所述流动介质源则通过所述阀装置与所述腔(20,22)的输入口(46)连接，所有动力源协同一致动作，以驱动所述输出传动轴(30,36)。

16．如权利要求4所述的转换器，其特征为，所述设有带汽缸(94)的活塞(18A)的第二输入动力源，在活塞相对二侧有压力腔(20,22)，所述第二输入动力源功能上与所述第一动力源(12)等价，其输入口(46)交替地与所述第一动力源(12)的所述输出口(48)连接，因此可利用回流的流动介质作为输出传动轴(30,36)回转的补充动力。

17．如权利要求16所述的转换器，其特征为，所述第二动力源处理所述流动介质的容量比第一动力源大。

18．如权利要求8所述的转换器，其特征为，所述活塞(18)具有通过它的通道装置(106)，用于连接所述相对的腔(20,22)，而活塞阀(104)则用于打开和关闭所述通道(106)，使每个腔(20,22)的压力相等。

19．如权利要求18所述的转换器，其特征为，在靠近所述连杆(24)上的信号装置(112,114)处设有固定的传感器(116)，因此，当所述活塞(18)通过每半个动作循环运动时，可以决定所述活塞的位置。

20．如权利要求19所述的转换器，其特征为，所述固定传感器(116)和信号装置包括相互作用的磁铁(112,114)，磁铁可产生信号，该信号传送至动作上与所述活塞阀(104)连接的计算机，用以打开和关闭所述活塞阀(104)。

21．如权利要求8所述的转换器，其特征为，所述活塞(18,18A)包括放置在圆周上的圆形的密封件(121)，它可动地安放在环形槽(122)中，该环形槽做在邻近所述活塞(18)的相对末端的外圆周上，所述活塞(18)的相对端面上有孔(124)，该孔将所述环形槽(122)和相邻的腔(20,22)连接起来，因此，所述腔(20,22)中的压力迫使所述密封件(121)向外伸出，与汽缸(16)内壁接合，并可受力变形，当所述腔(20,22)中没有压力时，相邻的密封件(121)缩进环形槽(122)中，从而减少在所述汽缸(16)上的阻力。

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