CN107110116A - 具有轨道运行轴的用于转换能量的系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有轨道运行轴的用于从流体转换能量的系统(100；200；300；400)，包括：至少一个叶片(105；205；305；405)，构造为与流体相互交换能量；至少一个同步及传输组(103；203；303；403)，用于将旋转及振荡运动同步及传输到至少一个叶片(105；205；305；405)，至少一个同步及传输组包括至少一个内传输轴(101、102；202；302；402)和至少一个输出传输轴(104；204；304；404)，内传输轴具有轴线，至少一个叶片(105；205；305；405)构造为绕该轴线旋转。至少一个叶片(105；205；305；405)是扇形叶片，依靠至少一个支撑元件(106、206、306；406)连接到至少一个传输轴(101、102、202、302；402)，支撑元件可枢转使得至少一个叶片(105、205、305；405)构造为执行旋转及振荡运动。

Description

具有轨道运行轴的用于转换能量的系统
技术领域
本发明涉及一种具有轨道运行轴的用于转换能量的系统。
本发明尤其涉及一种具有轨道运行轴的用于转换能量的系统，基于操作流体，其类型是作为驱动机器以及作为操作机器。
背景技术
正如公知的，用于转换流体类型能量的系统能够将由流体拥有的能量转换为机械能，或者反之亦然。这种系统通常称为“流体机械”，能够为驱动类型或者操作类型，或者具有水平轴线或者具有垂直轴线。操作式流体机械执行的功能是增加流体的内能，这通过使用其他形式的能量来处理。例如，网电能够由电动机转换为机械能，然后可用于液压泵或者流体机械，液压泵或者流体机械当流体拍打它们时依靠机械叶片又将其传输至流体本身。
不同的是，驱动式流体机械，诸如任何类型的涡轮(液压、风力等)能够以处理的流体为代价形成可用机械能。实际上，这些机器通过特定形状和几何形状的机械构件或者叶片接触流体，推断流体拥有的能量并且将这些能量转换为机械能。
但是，这种机器具有的问题是，由于叶片的构造而不具有高效率，叶片不能够沿流体流的方向自动调节，具有限制范围，相对于单个水平或者垂直轴线旋转。
发明内容
本发明的范围是提供一种简单及经济构造的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统，沿流体流的方向积聚以及再利用能量，因而具有一些特性，诸如克服仍影响公知领域先前描述的用于转换能量的系统的限制。尤其，本发明的目的是提供一种具有轨道运行轴的用于转换能量的系统，用于在两个相互垂直的轴线上同步工作，在每个实施例中相等。
根据本发明，提供了如权利要求1限定的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在参考附图纯依靠非限制示例描述一个优选实施例，其中：
-图1示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例的二维视图；
-图2示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例的详细二维视图；
-图3示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例的移动同步及传输组的顶视图；
-图4示出了沿着根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例的剖面A-A截取的二维视图，该系统包括机械传输构件；
-图5示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例的横向示意图；
-图6示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第二实施例的立体图，以及第二实施例中移动同步及传输组的放大视图；
-图7示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第三实施例的立体图，以及第三实施例中移动同步及传输组的放大视图；
-图8示出了根据本发明的具有绕转轴的用于转换能量的系统的第四实施例的立体图，以及第四实施例中移动同步及传输组的放大视图；
-图9A-图9B示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第四实施例的操作步骤的立体图。
具体实施方式
参考这些附图，尤其图1-图5，示出了根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例。更详细地，具有轨道运行轴的用于转换能量的系统100包括：具有内齿的内传输轴101；具有外齿的内传输轴102；运动同步及传输组103；输出传输轴104；两个扇形叶片105，即一个垂直叶片105以及一个水平叶片105，它们依靠支撑结构或者元件106连接至运动同步及传输组103，每个依靠铰链107和108绕传输轴101和102之一枢转；互联设备109，其用于将扇形叶片105相互连接，例如是能够振荡的杆。
根据本发明的方案，具有内齿的传输轴101的第一端部互连在具有外齿的传输轴102的第一端部，以便形成单个驱动轴，单个驱动轴确定依靠支撑结构106连接至它们的叶片105的同步运动。而且，运动同步及传输组103包括齿锥齿轮111a和111b，它们分别键接在轴101和104上并且充当运动的同步及传输的机构。输出传输轴104在与运动同步及传输组103连接的上端部包括齿锥齿轮111b，齿锥齿轮111b刚性连接至锥形齿轮111a，锥形齿轮111a又耦合至传输轴101的第一端部。以该方式，输出传输轴104刚性连接至传输轴101和102。
如图4所示，根据第一实施例。叶片105旋转和振荡，依靠传输轴101和102发生同步。
每个传输轴101和102分别依靠铰链107和108与构造106之一相互连接。每个铰链107和108在第一端部刚性连接于支撑结构106之一，并且在第二端部依靠销112连接至传输轴101和102之一。尤其，铰链107的第二端部连接至传输轴101，而铰链108的第二端部连接至传输轴102。由于铰链107和108，扇形叶片105能够分别绕传输轴101和102的轴线旋转。
有利地，根据本发明，每个扇形叶片105刚性连接至对应支撑结构106，从而与其构成单个主体。
根据本发明的一个方案，扇形叶片105依靠互连设备109刚性相互连接。在这种用于转换能量的系统100的构造中，运动同步及传输组103具有元件110，元件110作用为支点，绕该支点能够发生互连杆109的振荡，因而引起叶片105的振荡。
正如甚至图5中更好地强调的，具有相应支撑结构106的扇形叶片105布置成相应的轴线彼此成90°，并且定向成它们的表面法线彼此成90°，例如朝向左定向的垂直叶片105的法线垂直于向下定向的水平叶片105的法线。尤其，图1-5示出了，扇形叶片105将占据彼此完全隔离但是毗邻的不同空间以及在该空间中工作。更精确地，考虑到将空间分隔为四个象限，其中的两个象限用字母A和B指示(分别为左区域和右区域)，其中的两个象限用字母C和D指示d(分别为上区域和下区域)，它们在具体案例参考系统的中央点O交叉，垂直叶片105占据空间的象限C-A，垂直叶片105构造为在该象限中操作，尤其振荡，水平叶片105占据空间的象限C-B，水平叶片105构造为在该象限中操作，尤其振荡。在系统100的该特定构造中，每个叶片105位于它们自己工作区域的象限中，叶片的每个象限与其他叶片的象限被区分以及隔开，在它们的象限中叶片能够进行旋转和振荡二者，绕通过轴101和102的轴线X进行一个完整旋转，以及绕垂直于轴线X且通过销112的Y轴线振荡。
根据本发明的一个方案，为了使振荡正确地发生，叶片105必须布置成它们之间为90°并且彼此以预定距离布置。
根据本发明的另一方案，叶片之间的角度为90°(这是它们的法线之间的角度)。
有利地，根据本发明，异相90°的叶片105构造为在0°-90°的整个角度范围接收流体的推力，或者反之亦然，以将其传输至流体。
有利地，根据本发明，扇形叶片105以及传输及同步器件(诸如齿锥齿轮111a和111b)的数量是可变的，能够是两的倍数。在该情况下，有利地，根据本发明，更多扇形叶片能够通过另外的传输机构在旋转和振荡运动下移动。
有利地，根据本发明，通过运动同步及传输组103、传输轴101、102、铰链107和108以及销112，叶片在流体(诸如空气)的作用下能够执行振荡和旋转移动。该流体能够将能量传输至叶片或者从叶片接收能量。
图6示出了具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第二实施例200，具有多个扇形叶片205。每个叶片205的同步是通过一组1：1比例的三个锥形齿轮210、209d、209e进行的，用于每个叶片205。尤其，第一锥形齿轮210安装在传输组203上，与传输轴202共轴以及自由旋转，其他两个锥形齿轮209d和209e刚性连接在定位在象限A-C中的铰链207内以及定位在象限C-B中的铰链208内。根据本发明的一个方案，固定齿轮210的齿仅存在于一半齿冠中，另一半是平滑的。两个侧齿轮209d和209e每180°交替啮合固定齿轮210，因而实现了同步叶片205之间的移动。两个齿轮209d和209e与支撑结构206形成了单个块，叶片205依靠铰链207和208固定在支撑结构206上，单个块依靠销212分别与轴201和202联接。在该实施例中，叶片在区域C-A和C-B中执行旋转和震荡。
有利地，根据本发明，具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的叶片处于这样的构造中，使得始终沿流体的方向工作，而不管流体是用来接收能量还是用于提供能量。
有利地，根据本发明，传输组在三侧设置有适当的输入，诸如以便能够实现传输轴的输入/输出，并且构造为使得允许扇形叶片沿流体流撞击叶片的方向移动。
因此，在操作期间，根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统从移动的流体接收能量。例如，该系统构造为从风接收风能或者可替换地，构造为从海洋或者河水水流接收能量。同时，对于逆向操作的原理，具有轨道运行轴的用于转换能量的系统能够充当用于生成能量的驱动构件，尤其依靠例如连接至传输轴的电动机而供给能量至叶片。因此，具有轨道运行轴的用于转换能量的系统执行中间机构的任务，能够将流体拥有的动能传输至轴，或者相反地，能够将轴拥有的机械能量传输至流体。
更精确地，使用具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的第一实施例，第一叶片接合流体因此接收或者传输为了运动的目的有用的推力，第一叶片不被其他叶片影响。实际上，由于第二叶片相对于第一叶片异相90°，因此第二叶片沿平行于流体的方向定位，因此，第二叶片不接收也不传输推力，即其被卸载。当第一叶片已经旋转而沿平行于流体的方向时，第二叶片变得垂直于流体，进入作业步骤并且变得准备好用于增压。
基本上，由于每个叶片使用0°-90°增加的弧形以及由于叶片自身之间不相互作用，所以它们均受到流体的更大流动，结果，系统具有更高效率。
图7示出了具有多个扇形叶片305的第三实施例300。支撑结构306支撑象限C-A中的垂直叶片305以及象限C-B中的第二水平片305，其联接至(例如，分别依靠齿座309da和309ea螺纹连接至)系统300的象限C-A的锥形齿轮309d以及系统300的象限C-B的锥形齿轮309e。在该构造中，销312的轴线Yl与齿轮309d和309e的轴线重合并且被移相90°，例如象限C-B中的轴线Yl垂直布置，象限C-A中的轴线Yl水平布置并且进入纸面。
在操作期间，考虑系统300的同步组303具有的水平轴线X，叶片305仅占据上半空间，每个叶片305从象限C-A通向象限C-B进行轨道运动。实际上，每个叶片305相对于与齿轮309d或者309e集成在一起的轴线Y1旋转，齿轮309d或者309e又在齿轮310上绕轴302的轴线旋转，依靠连接销312，轴302的轴线重合于轴线X。如果X轴线是垂直的，则叶片305将仅在右半空间B中或者仅在左半空间A中。这引起每个叶片305始终受到的流体流大于用于转换能量的当前系统受到的流体流。
有利地，根据本发明，叶片305构造为接收流体的推力，或者反之亦然，其将流体的推力传输至流体，用于0°-180°的整个角度范围。
有利地，根据本发明的一个方案，该系统能够包括：单个扇形叶片305，例如其经由与齿座309da螺纹连接的端部连接至右半空间B中的齿轮309e；以及平衡锤，其相对于左半空间A中的叶片305放置在90°处并且位于轴线Yl上。
图8示出了第四实施例400，其中，支撑结构406支撑第一上部叶片405和第二下部叶片405，其被刚性连接，例如依靠端部螺纹连接至锥形齿轮409d的齿座409da。
叶片405布置成使得它们具有的支撑结构406彼此隔180°并且支撑结构406的表面法线彼此隔90°，例如一个指向左边，而一个离开纸面，一个布置在半空间C-A中而另一个布置在半空间D-A中。
锥形齿轮409d、锥形齿轮409e和轴402经由销412联接，相对于轴402的轴线Y2一起旋转，同时，锥形齿轮409d和409e相对于其自身轴线X2在与组403一体的锥形齿轮410上旋转。因此在操作期间，放置在轴402左边的一对叶片405占据右半空间B，在该空间中进行轨道运动，因为Y2轴线是垂直的。如果Y2是水平的，那么叶片405会占据上半空间C或者下半空间D，这取决于情况。
根据本发明的一个方案，系统能够包括：上半空间C中的单个扇形叶片405，例如其经由螺纹连接至齿座409da的端部连接至左半空间A中的齿轮409d；以及平衡锤，其相对于下半空间D中的叶片405放置在180°处，其连接至齿轮409d的齿座409da。
根据本发明的另一方案，第四实施例仅包括一对左叶片。
根据本发明的另一方案，系统400能够包括一对右叶片和在轴402的左边的一对叶片。
更详细地，如图9A-9B所示，以4个步骤展示了具有单对叶片405的系统400的操作，例如，步骤1代表这样的构造，一对叶片405放置在处于垂直位置的轴402的左边，即第一叶片405定位在半空间C中并且定向成表面法线在左边，第二叶片405定位在半空间D中并且定向成表面法线离开纸面。轴402绕轴线Y2的90°旋转涉及进入步骤2，在步骤2，一对叶片405布置成水平，第一叶片405在半空间B中位于轴的右边并且表面法线离开纸面，第二叶片405在半空间A中位于轴402的左边并且表面法线朝向下方。还注意到的是，在从步骤1过渡至步骤2期间，第一叶片405从半空间A移动至半空间B，并且第二叶片405定位在半空间A中。从步骤2向前，直到返回至开始条件，即返回至步骤1，第一叶片405将在半空间B中移动，第二叶片405将在半空间A中移动。轴402绕轴线Y2进一步旋转90°涉及从步骤2进入步骤3。在步骤3，一对叶片405返回为垂直，第二叶片405在半空间C中且表面法线离开纸面，第一叶片405在半空间D中并且其表面法线朝向左边。在轴402绕轴线Y2进一步旋转90°时，系统从步骤3进入步骤4，在步骤4，一对叶片405返回水平位置。第一叶片405在半空间B中在轴402的右边，其表面法线离开纸面，第二叶片405在半空间A中轴的左边，其表面法线面向上方。依靠轴402绕轴线Y2的进一步旋转90°，系统从步骤4进入步骤1，恢复初始操作状态。
还在该第四实施例中，叶片405是垂直的(两个法线呈90度)。
有利地，根据本发明，轴线X、X2和Y1、Y2能够分别与单独平面C-D以及A-B一致。
有利地，根据本发明，在具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的所有实施例中，叶片和传输轴在操作期间具有相同角速率。
有利地，根据本发明，在具有绕转轴的用于转换能量的系统的所有实施例中，支撑结构能够为轮廓形状。
有利地，根据本发明，具有轨道运行轴的用于转换能量的系统还能够使用在工业用或家用的混合机器中，从而允许更有效的混合以及合并混合物以进行制备。
因此，根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统允许交替地定向扇形叶片，每个扇形叶片在其自身分配的空间，并且以自动方式沿流体的方向，因而可在接收以及传输上都最大化能量效率。
根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统的另一优势是简化构造以及组装。
此外，根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统具有较低成本。
最后，根据本发明的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统是万能的并且可重新配置，能够改变扇形叶片以及传输及同步器件的数量。
最后，清楚的是，正如附随的权利要求中限定的，此处描述的以及示出的具有轨道运行轴的用于转换能量的系统能够修改以及改变，这并不超出本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种具有轨道运行轴的用于从流体转换能量的系统(100；200；300；400)，包括：
-至少一个叶片(105；205；305；405)，其构造为与流体交换能量；
至少一个同步及传输组(103；203；303)，其用于将旋转及振荡运动同步以及传输到至少一个所述叶片(105；205；305；405)，包括至少一个内传输轴(101、102；202；302；402)以及至少一个输出传输轴(104；204；304；404)，所述内传输轴具有轴线，至少一个所述叶片(105；205；305；405)构造为绕所述轴线旋转；
其特征在于，至少一个所述叶片(105；205；305；405)是扇形叶片，其依靠至少一个支撑元件(106；206；306；406)连接到所述至少一个内传输轴(101、102；202；302；402)，所述至少一个支撑元件能够枢转使得至少一个所述叶片(105；205；305；405)构造为在空间(A-C，B-C，A-D，B-D)的至少一个象限内执行所述旋转及振荡运动，从而导致始终沿所述流体的方向定向。
2.根据权利要求1所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，至少一个所述叶片(105；205；305；405)具有的形状取决于工作流体。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其包括第一垂直扇形叶片和第二水平扇形叶片(105)，第二水平扇形叶片(105)相对于所述第一垂直扇形叶片异相并且依靠互连设备(109)互连至所述第一垂直扇形叶片，所述互连设备能够绕所述同步及传输组(103)的支点(110)振荡。
4.根据权利要求3所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，所述第一垂直扇形叶片(105)位于象限(A-C)中，所述第二水平扇形叶片(105)位于邻近所述象限(A-C)的象限(B-C)中。
5.根据权利要求3所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，在操作期间所述第一扇形叶片(105)相对于所述第二扇形叶片(105)异相90°。
6.根据权利要求1所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，至少一个所述支撑元件(106)依靠第一旋转器件(107、108)铰接到所述至少一个内传输轴(101、102)，所述第一旋转器件在第一端点刚性连接所述支撑元件(106)并且在第二端点连接至所述传输轴(101、102)之一。
7.根据权利要求6所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，每个所述旋转器件(107，108)依靠销(112)连接至所述支撑元件(106)。
8.根据权利要求1和6中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，所述内传输轴(101、102；202；302；402)具有的轴线垂直于所述销(112)的轴线。
9.根据权利要求1所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，至少一个所述同步及传输组(103)包括第二旋转器件(111a、111b)，所述第二旋转器件(111a、111b)包括键接在所述传输轴(101)上的第一齿形轮(111a)和键接在所述输出传输轴(104)上的第二齿形轮(111b)，所述第二齿形轮(111b)连接至所述输出传输轴(104)的顶端并且刚性连接至所述齿形轮(111a)。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，至少一个所述同步及传输组(203)包括：第一齿形轮(210)，其共轴于所述传输轴(202)；以及其他两个横向齿形轮(209d、209e)，其刚性连接至内铰链(208)并且每180°交替地啮合所述齿形轮(210)。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其包括位于所述象限(A-C)中的第一垂直扇形叶片(305)以及位于异相90°的象限(B-C)中的第二水平扇形叶片(305)，所述第一垂直扇形叶片和所述第二水平扇形叶片分别联接至第一齿形轮(309d)以及第二齿形轮(309e)，旋转为使得它们从一个轨道运动到另一轨道运动仅占据所述象限(A-C)和(B-C)。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其包括单个扇形叶片(305、405)以及相对于所述叶片(305、405)放置在90°或者180°处的平衡锤。
13.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其包括第一扇形叶片(405)和相对于所述第一扇形叶片异相180°的第二扇形叶片(405)，所述叶片定位于所述传输轴(402)的一侧。
14.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其包括：第一齿形轮(410)，其共轴于所述传输轴(402)；以及第二齿形轮(409d)，其具有齿座(409da)，所述叶片(405)的所述支撑元件(406)连接至所述齿座(409da)；以及第三齿形轮(409e)，所述轮(409d、409e)彼此相互连接并且啮合所述第一齿形轮(410)。
15.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其包括定位在所述传输轴(402)右侧的一对叶片(405)以及定位在所述传输轴(402)左侧的一对叶片(405)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100；200；300；400)，其特征在于，其由以下组中的至少一种材料制成：
-金属；
-轻合金；
-塑料材料；
-复合材料。
17.一种流体机器，包括根据前述权利要求中任一项所述的具有轨道运行轴的用于从流体转换能量的系统(100；200；300；400)。
18.根据权利要求16所述的流体机器，其特征在于，其是驱动机器或者机器工具。
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