CN1189656C - 立涡势能发动机 - Google Patents

Abstract

本发明立涡势能发动机由能量输入系统、能量蓄贮系统、能量输出系统和制动蓄能系统组成，它的核心能量蓄贮系统是一种立体涡卷弹簧，它是由10个平面涡卷弹簧(8)通过10个“弓”形联动器(7)首尾相连而成。它使发动机的蓄能系统在不扩大涡卷弹簧半径的前提下蓄能量扩大10倍。它的制动蓄能系统可以在车辆下坡时自动补给大量势能。

Description

立涡势能发动机

技术领域：本发明涉及一种可供车船等交通工具使用的结构简单、无任何污染、无任何气体排放的高效节能发动机。由于它的蓄能部分是一种立体涡卷弹簧，所以称之为立体涡卷弹簧势能发动机，简称立涡势能发动机。

背景技术：现有的车船等交通工具所采用的动力装置大体可分三类，即蒸汽机、内燃机和电动机。前两类结构复杂，能源浪费巨大，且有大量有毒气体和温室气体排放，对人类的生存环境造成了极大的破坏。而后者虽然结构简单，但自身无法蓄能，若采用有线供电，虽供能充足，但灵活性差，使用上严重受限，无法发挥其作为交通工具应有的功能；若采用电池蓄电，则有充电时间漫长、充放电时能量损失严重以及大量使用电池造成酸及重金属污染等弊端。近年出现的燃料电池车船动力装置，也无法克服内燃机和电动机的缺点，它在使用时放热量大，经济性差，其环保性来源于对清洁燃料的依赖，这一点与内燃机相比无明显优越性可言。一项编号为US 5880532A的美国专利方案，披露了一种可用于回收利用机动车制动能量的弹簧蓄能装置，由于这种装置的相邻两个平面涡卷弹簧的盘卷方向相反，所以没能有效解决弹簧间相互刮擦导致摩擦阻力剧增的问题。而且，该装置所蓄能量无法原路反馈，  严重限制了其推广使用。

发明内容：本发明的任务，就是提供一种能够有效地克服现有的动力装置以上诸多缺陷的车船发动机。

本发明方案如下：由一个安装在圆柱状机壳内部的电能输入机构和一个暴露在机壳一端的动能输入机构组成的能量输入系统分别将电能或动能等形式的能量输入一个由立体涡卷弹簧和止逆弹簧卡以及释能制动齿轮组成的蓄能系统中，以弹性势能的形式贮存起来，然后由由一个能量输出齿轴和一个套在齿轴上与之啮合并能纵轴左右滑动的能量输出齿轮组成的能量输出系统，按操纵者要求节放能量，驱动交通工具或其它机械做功。

所谓立体涡卷弹簧，是相对于平面涡卷弹簧而言的，顾名思义，它的能量蓄贮是大量的、立体性的，这一点是本发明的关键所在。在“人丁众多”的弹簧家族中，平面涡卷弹簧以其变形角大的特点，在弹簧蓄能方面首屈一指。其特点是，所蓄能量与被盘曲的弹簧长度成正比，要想蓄贮更多的能量，就必须加大弹簧长度。由于平面涡卷弹簧是在二维平面内盘曲延展的，所以长度的增加，势必导致盘簧直径的扩大，超大盘径的平面涡卷弹簧无法在交通工具上使用。要想继续增大势能蓄贮量，就必须向三维发展。取一根超长的板簧，先将它盘成一个平面涡卷弹簧，当盘簧直径增大到一定限度时，将板簧翻折90度，使其向垂直于盘簧平面的三维方向延伸，当延伸至超过板簧宽度的1/2时再将板簧平折90度，使其沿平面涡卷弹簧的一侧向平面涡卷弹簧的中心延伸，当延伸至涡心时，再平折90度，使其重新向垂直于盘簧平面的三维方向延伸，形成一个“Z”形联动板(这段板簧本身并不能蓄能，只起连接联动的作用)，继续延伸，当延伸至超过板簧宽度时，再将板簧翻折90度，在第一个平面涡卷弹簧的一侧与之平行的平面内盘成第二个平面涡卷弹簧。如法炮制，一个新的弹簧品种——立体涡卷弹簧产生了。它可以在不增大盘簧直径的前提下数十成百倍地提高势能蓄贮量。由于具有较大倔强系数的板簧是不能轻易被屈折90度而形成“Z”形的，于是我们用一种圆盘联动器来替代“Z”形联动板，因其纵轴截面酷似一张带有瞄准具的弓(如图3)，所以称之为“弓”形联动器。它不仅具备“Z”形联动板的全部功能，而且还能充当平面涡卷弹簧的半封闭“弦盒”，使各个平面涡卷弹簧首尾相连，但无法相互缠绕、刮擦，从而消除噪音和摩擦阻力。

另外，本立涡势能发动机还设有一个制动蓄能系统，它通过一组齿轮和传动轴，将车辆制动过程中的大量前趋势能重新输回立体涡卷弹簧中，贮存起来。我们知道，在车辆(仅限陆上交通工具)减速、停车以及下坡时，制动能量是相当巨大的，而在以往的采用其它动力装置的车辆上，这部分能量不仅被白白地浪费掉了，而且这部分能量在转化和传递过程中，还对车辆的相关部件造成不同程度的损坏，它大大地缩短了车辆整体使用寿命。采用这个制动蓄能系统，既可增长车辆整体使用寿命，又能节约大量能源，它使车辆节能水平大幅提高、渐趋极至，这一点是采用其它动力装置的车辆所无法企及的。

附图说明：

图1是本发明的整体结构纵轴剖视图

图2是图1的A-A剖面图

图3是兼做半封闭“弦盒”的“弓”形联动器剖视图

图4是防共振板簧截面图

具体实施方式：参照图1，在图的右侧，一个动能输入齿轮14和一个动能输入轴头叉16构成本机的动能输入机构。在装备有大功率电动机和其它大功率动能输出机械的供能站内，巨大的动能通过动能输入齿轮14或轴头叉16迅速输入由“弓”形联动器7和平面涡卷弹簧8连接而成的立体涡卷弹簧蓄能系统中，顷刻间完成能量补给。

本机也可采用电能输入法蓄贮能量：当附近没有专门供能站时，可将电能输入插线22插入电能输入插座21内，使另一端与民用电源(一般为220V)接通，这样，电能通过固定在发动机外壳9和机内隔板25之间的兼做发电机的永磁电动转化器20将电能转化成动能通过传动齿轮24和19带动“弓”形联动器将能量均匀地贮存在立体涡卷弹簧的各个蓄能单元中。单向旋转齿轮18在止逆弹簧卡23的卡制下只能顺时针旋转，以保证势能存贮系统中的能量不至于因逆转而空释。

本机的核心蓄能系统——立体涡卷弹簧，由10个“弓”形联动器7(结构如图3)和10个平面涡卷弹簧8(结构如图2)分别构成的10个蓄能单元组成，它们首尾相接，形成一个统一的整体，与一个平面涡卷弹簧的工作特点相同。当能量自右端第一个“弓”形联动器(结构如图3)的规向轴D输入时，由盘簧远心端固定护圈A、六孔圆盘状垂直隔离联动板B、盘簧近心端固定圈C和盘簧轴向规定杆(简称规向轴)D构成的“弓”形联动器顺时针转动，盘簧远心端固定护圈A带动右侧第一个平面涡卷弹簧(本机采用的平面涡卷弹簧均属非接触型平面涡卷弹簧，这种平面涡卷弹簧无摩擦阻滞，蓄、释能均匀平稳，震动小，若其截面如图4，更可减少共振和噪音及断裂几率)的远心端顺时针旋转蓄能，而此盘平面涡卷弹簧的近心端与第二个“弓”形联动器的近心固定圈相连，并带动第二个“弓”形联动器顺时针旋转，第二个“弓”形联动器又带动第二盘平面涡卷弹簧顺时针旋转蓄能。以此类推，能量被均匀地蓄贮在各个蓄能单元中。在蓄能过程中，各单元都顺时针旋转，但转数由右(输入端)向左递减。

本机能量输出系统由能量输出齿轴2和套在齿轴2上并与之啮合可以顺轴左右滑动的复合齿轮1、3组成。1是与做功系统啮合的能量输出齿轮，3是与制动盆形齿轮4啮合的离合制动伞形齿轮，伞形齿轮3和盆形齿轮4构成一个离合器。盆形齿轮4也是一个复合齿轮，其外环齿轮与传动齿轮6啮合。能量输出系统的工作过程如下：当操纵者将能量输出齿轮1向左推动使之与做功系统啮合，同时制动伞形齿轮3在能量输出齿轮1的带动下向左同步滑动与制动盆形齿轮4分离，释能制动解除，能量经齿轴2传给输出齿轮1，带动机械系统做功。

当采用本立涡势能发动机的车辆需要制动时，将复合齿轮1、3向右推动，使伞形齿轮3和盆形齿轮4啮合，这时齿轮1不与做功系统分离，车辆在惯力作用下带动盆形复合齿轮4顺时针旋转，盆形齿轮4带动传动齿轮6逆时针旋转，因盆形齿轮4与传动齿轮6的直径比为10∶1，所以，齿轮6比复合齿轮4的旋转角速度扩大10倍，齿轮6带动水平传动轴5，传动轴5带动锥形传动齿轮10，锥形齿轮10带动等大的垂直传动锥形齿轮11，锥形齿轮11带动垂直传动轴13，垂直传动轴13带动垂直传动伞形齿轮15，而伞形齿轮15带动等大的伞形齿轮17，伞形齿轮17顺时针旋转，将车辆制动的巨大能量重新输回立体涡卷弹簧蓄能系统中，贮存起来。同时，因在传动过程中齿轮转数扩大10倍，蓄能弹簧的反向扭矩迅速增大，反向传递作用于盆形齿轮4对整车起到制动作用，同时回收大量动能。

本机结构简单，兼备内燃机本身及其能量储存供应系统的双重功能，且省略了进排气系统(因无任何排放)和冷却系统(因产生热量太少无需冷却)；本机无噪音，因主要噪音源——曲轴连杆机构和进排气系统均被省略，所以本机正常运行时无噪音危害；本机操纵方便，装备本机的车船的操纵系统可大幅简化，仅用双脚即可从容驾驶，从而解放了双手。

作为一种交通工具，速度是一个不能忽视的主要性能指标，由于弹簧的匀加速释能特性，装备这种立涡势能发动机的交通工具，将成为世界上最快捷的陆地和水上交通工具，其最高时速可不小于1,000公里。随着材料科学的不断发展，立涡势能发动机还将成为航空器的动力装置。

本机的广泛使用，必将引发一场革命，使人类彻底摆脱无异于自掘坟墓的对排放毒气的动力装置的依赖，走上一条科学健康的发展之路。

Claims (1)

1.一个由能量输入系统、能量蓄贮系统、能量输出系统和制动蓄能系统组成的立涡势能发动机，其特征是：通过由电能输入插线(22)、电能输入插座(21)、永磁电动转化器(20)、两个传动齿轮(24、19)构成的电能输入机构和由固定在动能输入轴上的动能输入齿轮(14)及动能输入轴头叉(16)构成的动能输入机构两部分组成的能量输入系统，将电能或动能输入由多个平面涡卷弹簧(8)分别通过相同的联动器(7)首尾串连而成的立体涡卷弹簧及单向旋转齿轮(18)、止逆弹簧卡(23)组成的能量蓄贮系统；向左推动套在能量输出齿轴(2)上与之啮合并可顺齿轴左右滑动的复合齿轮(1、3)，复合齿轮(1、3)的右半部分——伞形齿轮(3)和与之啮合的盆形齿轮(4)构成的释能离合器分离，能量输出齿轴(2)的释能制动解除，在已蓄能的立体涡卷弹簧驱动下旋转，由能量输出齿轴(2)和复合齿轮(1、3)组成的能量输出系统输出能量；本机的制动蓄能系统由一个离合器以及一组齿轮和传动轴组成，当装有立涡势能发动机的车辆减速停车或下坡需制动时，向右推动复合齿轮(1、3)、接合释能离合器，能量输出齿轮(1)——复合齿轮(1、3)的左半部分与车辆行走系统仍处于啮合状态，车辆行驶的惯力推动复合齿轮(1、3)继续旋转，通过盆形齿轮(4)的外环齿轮带动一个传动齿轮(6)、此传动齿轮(6)通过一个水平传动轴(5)带动同轴的锥形齿轮(10)、与此锥形齿轮(10)啮合的另一锥形齿轮(11)通过垂直传动轴(13)带动同轴的垂直传动伞形齿轮(15)、而此垂直传动伞形齿轮(15)带动与之啮合并且固定在动能输入轴上的伞形齿轮(17)旋转，使立体涡卷弹簧卷紧，将车辆制动过程中的巨大能量由立涡势能发动机的左端——能量输出端传递到右端——能量输入端，蓄入能量蓄贮系统中。

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