CN109690076B - 回转马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运动发生器，该运动发生器包括插入可变定位可移动系统中的几个杠杆，以通过将它们用作能量存储设备来压缩或有时伸展弹性或磁性部件，该能量存储设备释放存储在连接到输出构件的一个或多个曲柄上的能量，从该输出构件可以获得运动。

Description

回转马达

技术领域

本发明涉及一种回转马达，即旋转运动发生器，该旋转运动发生器包括插入可变定位可移动系统中的几个杠杆，以通过将它们用作能量存储设备来压缩或有时伸展弹性或磁性部件(在这种情况下，通过利用由于其性质而产生的吸引力或排斥力)，该能量存储设备释放存储在连接到输出构件的一个或多个曲柄上的能量，从该输出构件可以获得运动。

背景技术

现有技术的描述

主要类型的发动机利用热反应和电能来产生运动。在汽油、柴油或气体动力吸热发动机的情况中，通常性能很低，因为在热反应过程中产生的能量只有一小部分转化为运动。事实上，通过让燃烧所产生的废气进入环境本身，产生的能量大部分以热量的形式分散在周围环境中。

现有技术的缺点

上述两个例子的主要缺点是，它们不通过使用地球上存在的一次能量源产生运动，相反，它们使用由一次能量源转化产生的能量源。

就实际使用和环境污染而言，能量转化过程与每种生产过程一样，既有优点也有缺点。

发明内容

发明目的

本发明的目的是通过解决现有系统的上述缺点，以简单、廉价和清洁的方式转化能量。这是通过如权利要求1限定的旋转运动发生器获得的。

在相应的从属权利要求中限定了本发明的附加特征。

根据本发明，通过应用与相对于空间中的点旋转的物体的角动量相关的物理定律，在可变定位可移动系统中使用了几个杠杆。

杠杆是转换运动的简单类型的机器，它们是力矩平衡原理的应用，其中施加在刚体上的力的力矩之和等于零。

它们由彼此一体化的两个臂构成，这两个臂以相同的角度、相同的角速度旋转，并且铰接到一个支点上，它们可以围绕该支点自由旋转。臂的尺寸和支点位置之间的比率决定了阻力和要施加的力之间的比率，所施加的力是为达到力矩的平衡，或者获得力矩的增加。

杠杆的特征用来减少压缩或有时伸展弹性或磁性部件所需的输入力。在这种情况下，利用由于其性质而产生的吸引力或排斥力，将它们用作能量存储设备，该能量存储设备释放存储在连接到旋转轴线的一个或多个曲柄上的能量，获得具有持续时间和强度等于冲程和所用弹性体或磁性体的力的运动。

在弹性体或磁性体释放了从其压缩或伸展产生的能量之后，插入可移动系统中的杠杆或彼此结合的几个杠杆的系统的操作点被移位，并且新的压缩或伸展阶段再次开始。

通过循环重复这个序列，获得了连续脉冲类型的运动。

通过将倍增器和动能存储设备连接到旋转轴线上，扩展了可能的实际应用，并调整了运动本身。

开始可移动系统的操作所需的能量由机电系统(例如电动马达)提供，该机电系统应当由来自例如电池或电力生产网络的外部源的电能提供动力。

此外，可以改变可移动系统的位置和操作的参数，以使其性能最大化，杠杆或彼此结合的几个杠杆的系统工作在可移动系统中。

它的自然应用是在所有需要旋转轴线来进行机械工作的情况下。

本发明的优点

在第三个千年里，科学界更加努力地面对的最大问题之一是在所有技术领域中的效率提高和节能。如今，边界线以创新和替代能源为代表，在创新和替代能源中寻找答案并期待从中得到答案，从节约和环境保护的角度来看，减少二氧化碳排放是绝对必要的，二氧化碳排放对温室效应和由此导致的气候变化负有责任。还必须考虑到，我们星球上化石类型的一次能源正在不断减少，这是未来几年必须面对的事实。

通过克服已提到的现有技术的问题，本发明涉及的运动发生器以其高效率而著称，并因此其具有以可接受的成本产生机械能的能力。

它具有低噪音，在运行期间不违背任何物理定律，并且不使用任何类型的化石燃料来产生运动，因此在运行期间没有废气排放，消除了与环境污染相关的所有问题。

本发明涉及的运动发生器突出了在此通过示例而非限制目的示出的若干额外的优点，这将在后面通过其优选实施例的详细描述而变得清楚。

它的实现非常简单，所需部件的生产的环境影响绝对很低，因为没有任何类型的特殊或危险废物的生产。事实上，这些都是与机械、电子和电力生产相关的常见活动。

此外，杠杆因其高效和可靠的特点而特别有趣。在与其使用相关的优点中，可以提及的是，它们具有高操作持续时间，在所提供的情况下具有高性能，并且它们涉及几乎可以忽略的维护成本。

另一个重要方面涉及发动机耐久性，因为它是一种相对简单的机器，因此通过在本发明涉及的运动发生器的整个寿命期间减少与维护相关的成本和时间，它需要的维护减少。

本发明的其它优点以及特征和使用模式将从优选实施例的详细描述中变得显而易见，这些优选实施例以示例方式而非为了限制目的示出。

附图说明

将参考附图中所示的图，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的运动发生器的工作原理；

图2以透视方式示出了根据优选实施例的本发明涉及的用于运动发生的系统，该系统以示例的方式而非为了限制目的示出；

图3示出了执行可移动杠杆功能的模块；

图4示出了执行可移动支点功能的模块；

图5示出了具有用于弹性或磁性部件的可移动滑动件的四臂曲柄；

图6示出了图3至图5所示的一组元件；和

图7以透视方式示出了根据附加实施例的本发明涉及的运动发生系统。

下面将参照上述附图描述本发明。

具体实施方式

参照图1，示意性地示出了根据本发明的运动发生器的工作原理。

特别地，根据本发明的发生器首先包括至少一个能量存储部件32，其由致动装置，特别是机电系统致动。

能量存储部件32连接到输出构件36，从输出构件36获取产生的运动。

在下文的描述中，能量存储部件32通过将其描述为弹性构件而被称为例如弹簧。然而，这意味着这种能量存储部件32还可以具有不同的性质，例如，它可以用一对磁性类型部件来实现，只要它们能够在机械约束的存在下受到外部作用时存储能量，并且当这些约束被去除时释放这种存储的能量。

输出构件36例如可以是旋转输出轴线，通过该旋转输出轴线获取产生的运动。

发生器还包括杠杆系统，用于向能量存储部件32施加积蓄力Fc。

杠杆系统可以包括主杠杆106，该主杠杆106放置成在传递杠杆123上施加传递力Ft。

传递杠杆123布置成在一个能量存储部件32上施加积蓄力Fc。

杠杆系统的杠杆可以由控制单元34管理的相应致动装置致动，使得积蓄力Fc循环地施加到能量存储部件32。根据本发明，一个循环包括积蓄阶段，其中积蓄力Fc施加到能量存储部件32，能量存储部件32在该阶段期间存储能量，积蓄阶段交替到释放阶段，在此期间能量存储部件32释放先前存储的能量。

因为输出构件36通过曲柄130连接到能量存储部件32，所以在释放阶段期间，输出构件36通过由能量存储部件32释放的能量循环移动。

根据描述的实施例，致动力Fa随后可以施加到主杠杆106的马达臂107，该主杠杆106根据其自身在马达臂107和阻力臂108之间的比率将致动力传递到传递杠杆123，传递杠杆123又根据其自身在马达臂124和阻力臂125之间的比率将致动力传递到能量存储部件32。

主杠杆106的支点与旋转轴线36基本上重合。

有利地，杠杆系统还包括铰接在主杠杆106的支点上的曲柄130，以便在每个释放阶段期间从能量存储部件32接收移位力Fs。

在这一点上，通过使所有部件都可以围绕旋转轴线36(旋转轴线36还代表主杠杆106的支点)旋转，在每个新的循环中，能量存储部件32将经历新的积蓄阶段，然后它将在随后的释放阶段中通过引起输出构件的新移位来释放能量。一系列这样的移位转化为旋转轴线36的旋转。

根据本发明，刚刚概括描述的运动发生器可以在图2所示的机器中可能地实现，图2示出了运动发生器的整体透视图。

接下来的图3、图4和图5反而分别示出了发生器的主要部件。最后，图6示出了上述部件和前述杠杆系统之间的对应关系。

在图3中，示出了执行主杠杆106的功能的主盘6。主盘6围绕轴线旋转，该轴线优选地与用作输出构件的旋转轴线36重合。主盘6承载凸轮元件7，例如球轴承。主杠杆106具有位于主盘6的旋转中心的支点、等于主盘6的半径的第一马达臂107和对应于马达臂的延伸部的第二阻力臂108，第二阻力臂108从中心36延伸到与凸轮元件的外表面相交的点。这种交点对应于与传递杠杆123接触的点，从图6中可以清楚地看出。

接下来的图4反而示出了副盘22。副盘22与主盘6同轴组装，并且它可以独立于主盘6绕相同轴线36旋转。

在副盘22上组装了传递枢转构件23，该传递枢转构件用作传递杠杆123且铰接在支点126上，该支点将有利地沿着副盘22的半径定位。

主盘6和副盘22彼此重叠，使得传递杠杆23的支点126落入在相同主盘6上获得的主狭槽140中的一个内。换句话说，副盘22被组装成位于主盘6和传送枢转构件23之间。

如图5所示，根据本发明的一个可能实施例，曲柄130被实现为旋转构件30，旋转构件30又铰接在主盘6和副盘22的中心36处。因此，曲柄130由旋转构件30的包括在旋转中心36和旋转构件30本身的外围端之间的部分实现，在该部分处，曲柄130连接到能量存储部件32的自由端。能量存储部件32的另一端将连接到传递枢转构件23。

当然，甚至旋转构件30也可以独立于主盘6和副盘22绕主盘6和副盘22的相同旋转轴线旋转。

旋转构件30又包括在主盘6和副盘22之间，并与传递杠杆23成一直线。有利地，旋转构件30具有用于凸轮元件7的通道狭槽150，凸轮元件7用于在操作期间与传递杠杆123的马达臂124协作。

如已经指出的，为了能够操作，根据本发明的发生器需要用于致动杠杆系统的装置。

特别地，根据这里描述的实施例，致动装置包括第一电动机电系统8和第二电动机电系统21，第一电动机电系统8被控制为使得主盘6在积蓄阶段期间旋转，第二电动机电系统21被控制为使得副盘22在积蓄阶段期间制动，并且在释放阶段之后重新定位副盘22以用于随后的积蓄阶段。

如上所述，上述电动机电系统8、21由外部电源(例如电池，其在附图中未示出)供电。

一般而言，主盘6的电动机电系统8和副盘22的电动机电系统21被控制，以便在每个释放阶段之后，使主盘6和副盘22分别处于对应于后续循环开始的位置。

举例来说，马达8和21与主盘6和副盘22之间的连接可以是带齿轮的类型。然而，这意味着能够以等效的方式采用实现主盘6和副盘22的其它解决方案。

连接到控制单元34的第一位置传感器10和13用于根据下面将更详细描述的操作来同步主盘6的运动。

连接到控制单元34的第三位置传感器24用于根据下面将更详细描述的操作来同步副盘22的运动。

连接到控制单元34的第四位置传感器39用于根据下面将更详细描述的操作来同意发生的满蓄能。

随后的图6示出了到目前为止描述的处于装配构造的一组盘和杠杆。

此外，在附图中，示出了主杠杆106、传递杠杆123、实现能量存储部件32的弹簧、以及曲柄130的示意图。

运动发生的操作顺序如下。

如前所述旋转的执行主杠杆106的功能的主盘6投入运动，并且随后被电动机电系统8锁定在预定位置，该预定位置对应于迄今为止限定的积蓄循环结束的位置。这种位置可以由连接到控制电子电路34的传感器13来确定，该控制电子电路34将利用所实现的加速度补偿功能来控制电动机电系统8。

电动机电系统8向主盘6施加力Fa，使得主杠杆106通过轴承7向力传递杠杆123施加力Ft，力传递杠杆123又键接在副盘22上，副盘22执行杠杆系统的可移动支点的功能。

发生器还包括具有滑动的滑动件的设备31，力传递杠杆123和能量存储构件32都连接到该设备31。根据这里描述的示例，如上所述，这种构件32由易于在压缩下工作的弹簧表示，该弹簧因此将相对于其静止构造被压缩，从而在积蓄阶段期间存储一定量的能量。

在压缩弹性构件32的阶段，为了将压缩弹性构件所需的力减小到最小，应用了与相对于空间中的点旋转的物体的角力矩相关的物理定律，因为旋转轴线36的中心、主盘6的旋转轴线12的中心，轴承7的旋转轴线的中心以及用于将主杠杆106产生的力施加在传递杠杆123(垂直于传递杠杆123的表面施加)上的点在同一参考平面上对齐。

在随后的释放阶段，由弹性构件32存储的能量可以由弹性构件自身释放在通过旋转构件30实现的曲柄130的臂上，该曲柄机械连接到运动发生器的轴线36，从而以这种方式将由主杠杆106产生的力转化在输出构件的旋转运动中。

一旦弹性体32释放了由其压缩产生的能量，位置传感器39就同意控制电子电路控制电动机电系统8，以使主盘6向后旋转，直到连接到控制电子电路34的位置传感器10同意到达的循环开始位置。此外，控制电子电路控制电动机电系统21，以使副盘22向前旋转，直到连接到具有实现的加速度补偿功能的控制电子电路34的位置传感器24通过使具有新的积蓄阶段和新的释放阶段的新循环重新开始来同意到达的循环开始位置。通过循环重复这个序列，获得了脉冲类型的连续运动。

各种机械、机电部件和控制系统的尺寸取决于希望获得的输出功率。

为了正确的发展，例如以示例的方式而不是为了这种新的运动发生器的限制目的示出地，例如，可以从希望在输出构件处获得的扭矩值开始，然后在旋转轴线36处，通过随后根据弹性构件32在释放阶段将返回的力来确定曲柄30的臂的尺寸，此前在积蓄阶段已经存储了该力。

键接在盘22上的力传递杠杆123的尺寸应该设计成使得在弹性构件32完全压缩时，马达臂124具有大于或等于阻力臂125的长度，这使得具有有利的杠杆或者等于零的力矩之和。

考虑到保持在副盘22上的力，即由主盘6和弹性构件32产生的力/力矩的总和，管理副盘22的电动机电系统21的尺寸应设计成能够在弹性构件32的积蓄阶段期间移位并随后制动副盘22。

反过来，通过应用与相对于空间中的点旋转的物体的角力矩有关的物理定律，主盘6的尺寸应该通过优化主杠杆106的马达臂107和阻力臂108来确定，其中马达臂107在主盘6的原始直径和其旋转轴线12的中心之间产生，阻力臂108在其旋转轴线12的中心和轴承7之间产生。

事实上，根据弹性构件或一对选定的磁性类型部件32的特征，通过使在积蓄阶段期间以指示方式在参考平面和阻力臂108之间形成的角度α包括在0°和20°之间，一旦弹性构件或一对磁性类型部件32的积蓄阶段完成，旋转轴线36的中心、主盘6的旋转轴线12的中心、轴承7的旋转轴线的中心以及用于将主盘6的杠杆产生的力施加到传递杠杆123(在积蓄循环结束时垂直于传递杠杆123的表面施加)上的点就在相同参考平面上对齐。

这样，通过产生能量存储元件32的压缩所需的力，获得了非常高的效率，并且弹性构件32的压缩所需的力被减小到最小，该力由马达8利用扭矩产生。

技术知识和其实际实现所需的精巧设备被认为是本领域技术人员能够理解的，因此它们将不会被进一步深入研究。

给定特定的构造和操作模式，相对于产生旋转轴线36要求的扭矩所需的力，人们更加喜欢选择具有非常短冲程的弹性构件或一对磁性类型部件32。弹性或磁性构件32的类型和特征对于本领域技术人员来说是众所周知的，因此将不给出其详细描述。

此外，根据需要，可以将倍增器37和/或动能存储设备38(例如飞轮)连接到旋转轴线36，以调节运动本身。

这意味着根据本发明的运动发生器有时可以提供多于一个的能量存储构件。举例来说，发生器可以容易地配备有类似于所述杠杆系统的几个杠杆系统，例如沿着系统盘对称布置的四个杠杆系统。

此外，根据本发明的运动发生系统有时可以包括迄今所描述类型的多个发生器，例如，彼此并联联接并且通过获得更高的功率作为输出而全部作用在相同输出构件上的多个发生器。

而且，根据图7中例示的本发明的附加实施例，运动发生器(和因此相应的运动发生系统)可以配备有回收设备A、B、C，以提高用于致动杠杆系统的装置的效率。例如，这种回收设备将允许通过机械系统A获取在输出构件36上产生的运动的一部分，并且在与连接到控制单元34并由控制单元34管理的机械或机电类型的离合器C联接的情况下，例如通过机械传动装置B将其传递到电动机电系统8和21。

用于实现和控制这种回收系统的技术模式将被视为在本领域技术人员的理解范围内，因此本文将不会再进一步描述。

尺寸设计示例

纯粹以举例的方式，下文示出了根据本发明的运动发生器的尺寸计算。

我们假设要是在旋转轴线36处获得等于91Nm的扭矩。

为了获得该扭矩，应该对0.26m的曲柄施加350N的力，由此得到

350(N)x 0.26(m)＝91(Nm)。

键接在执行旋转可移动支点的功能的副盘22上的力传递杠杆123可具有0.2m的马达臂124和0.15m的阻力臂125，以便在弹性构件32的完全压缩时获得有利的杠杆或等于零的力矩之和，因此其在能量平衡中无关紧要。

主杠杆106的马达臂107可以是0.26m，其阻力臂108是0.1m，因此在弹性或磁性构件32的积蓄循环结束时，获得350(N)的最大力，而不需要将任何附加或外部能量施加到曲柄30的臂上。

在下文中，举例来说，参照图1的构造，示出了表1，其中示出了在改变角度α时施加到弹性构件32的力Fx的值和元件32的对应弹性变形(箭头)，以及在压缩阶段期间施加到弹性构件32的力矩的过程。当然，在计算一般尺寸时，可以考虑由这种特定构造中使用的部件引起的摩擦导致的损失。技术知识和其实际实现所需的精巧设备被认为在本领域技术人员理解内，因此它们将不会被进一步讨论。

表1

就电动机电系统8、21而言，它们的尺寸将设计成能够提供5.20Nm的扭矩，以在积蓄阶段结束时制动主盘6，在积蓄阶段期间制动副盘22。

迄今为止已经参照本发明的优选实施例描述了本发明。这意味着可以存在属于相同发明核心的其他实施例，所有这些实施例都在下面报告的权利要求的保护范围内，还能够将每个细节替换成另一个技术上等同的细节。

Claims (12)

1.一种回转马达，包括：

至少一个能量存储部件(32)，所述至少一个能量存储部件连接到输出构件(36)，产生的运动将从所述输出构件(36)获得；

杠杆系统，所述杠杆系统用于向所述至少一个能量存储部件(32)施加积蓄力(Fc)；

致动装置，用于致动所述杠杆系统，所述致动装置包括一个或多个电动机电系统，所述电动机电系统由外部电源供电，并且构造成使得所述积蓄力(Fc)循环施加到所述至少一个能量存储部件(32)，循环包括交替到释放阶段的积蓄阶段；

其中所述输出构件(36)通过在所述释放阶段期间由所述至少一个能量存储部件(32)释放的能量来移动，并且其中所述杠杆系统包括：

传递杠杆(123)，所述传递杠杆放置成在至少一个能量存储部件(32)上施加积蓄力(Fc)；

主杠杆(106)，所述主杠杆放置成在所述传递杠杆(123)上施加传递力(Ft)；和

曲柄(130)，所述曲柄铰接在所述主杠杆(106)的支点处，以便在所述释放阶段期间接收来自至少一个能量存储部件(32)的力(Fs)。

2.根据权利要求1所述的回转马达，其中所述输出构件(36)是旋转输出轴线，所述主杠杆(106)实现为围绕所述的旋转输出轴线旋转并承载凸轮元件(7)的主盘(6)，所述主杠杆(106)具有位于所述主盘(6)的旋转中心的支点、等于所述主盘(6)的半径的第一马达臂(107)以及等于所述旋转中心和所述凸轮元件(7)之间的距离的第二阻力臂(108)。

3.根据权利要求2所述的回转马达，其中所述传递杠杆(123)在其支点处安装并铰接在相对于所述主盘(6)旋转并同轴的副盘(22)上。

4.根据权利要求3所述的回转马达，其中所述曲柄(130)实现为旋转构件(30)，所述旋转构件(30)铰接在所述主盘(6)和所述副盘(22)的旋转中心处。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的回转马达，其中所述致动装置包括第一电动机电系统(8)，所述第一电动机电系统(8)被控制成使得所述主盘(6)在所述积蓄阶段和/或用于后续积蓄阶段的重新定位阶段期间在两个方向上旋转。

6.根据权利要求3所述的回转马达，其中所述致动装置包括第二电动机电系统(21)，所述第二电动机电系统被控制成使得所述副盘(22)在所述积蓄阶段期间在两个方向上旋转和/或制动。

7.根据权利要求6所述的回转马达，其中所述致动装置被控制成使得在每个释放阶段之后，所述主盘(6)和所述副盘(22)分别处于对应于后续循环的位置。

8.根据权利要求6所述的回转马达，包括回收设备(A,B,C)，用于获取在所述回转马达的输出处的能量的一部分，并使用这种能量来移动所述主盘(6)和副盘(22)。

9.根据权利要求1所述的回转马达，包括用于安装所述能量存储部件(32)的滑动设备(31)。

10.根据权利要求1所述的回转马达，其中所述能量存储部件(32)由弹性构件实现。

11.根据权利要求1所述的回转马达，其中所述能量存储部件(32)由一对磁性构件实现。

12.一种运动发生系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的两个或更多个回转马达，所述两个或更多个回转马达彼此并联联接并作用在相同输出构件上。

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