CN1255958A - 浮力原动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生转矩的装置,它包括至少两个互相连接成能进行旋转运动的物体(12),其中一个物体(12)沿重力方向运动,另一物体沿与重力方向相反的方向运动,每一物体(12)在运动方向改变时改变其体积,从而使沿重力方向运动的物体(12)的体积小于沿相反方向运动的物体(12)的体积。

Description

浮力原动机
本发明涉及一种产生转矩的装置。
这类装置有许多用处，特别是用作机械等的驱动器。
本发明的目的是提供初始称作的那类装置，特别是用浮力产生转矩的装置。
这一目的通过权利要求1所述的装置来实现。
因此，按照本发明，至少两个物体互相连接成能作旋转运动，其中一物体沿重力方向运动，另一物体沿与重力方向相反的方向运动，每一物体在运动方向改变时改变其体积，从而使沿重力方向运动的物体的体积小于沿相反方向运动的物体的体积。
因此，每一物体的体积这样改变，当从向下运动、即沿重力方向运动改变成向上运动、即沿与重力方向相反方向运动时体积增加，而当物体运动再次改变成向下运动时体积减小。物体在运动方向改变时体积的交替增加和减小确保任何时候向上运动的物体由于其体积较大而受到比向下运动的物体更大的浮力。从而产生两物体的旋转运动。
最好将相互连接的两个物体设计成，尽管每一物体的体积交替改变，但所有物体的总体积保持不变。
尽管本发明装置原则上可设有奇数个物体而运行，但最好相对作旋转运动成对地相互相对布置这些物体。通过成对对称布置这些物体可确保特别均匀地产生转矩。
本发明装置原则上可在任何流体中运行，该流体随着物体体积改变能使浮力有足够大的增加，以至少克服作用在该装置上的摩擦力。但最好是物体在其至少部分旋转运动中浸没在一种液体中。由于该装置至少部分地、但最好是整个浸没在一种液体、特别是水中，因此即使体积的较小改变也能取得浮力的较大增加。例如，每一物体体积增加1立方分米(1升)可使浮力增加9.81N(1kp)。
最好是各物体通过一张紧件互相连接起来，该张紧件在至少一个偏转装置上以环行方式运转，该偏转装置有至少一个偏转轮，该偏转轮装在可从其上获得转矩的一个轴上。
为了尽可能多地使用浮力差以产生转矩，分配成对的每组两个物体、最好是所有物体具有相同尺寸。这样，无论作用在其上的重力如何，该装置可完全保持平衡。
在本发明一个优选实施例中，每个物体设计成一个活塞-液压缸组件，活塞随着活塞-液压缸组件相对于重力的方向改变通过作用在其上的重力移动到其伸出或缩回位置。
为了确保在这种结构中只靠作用在其上的重力产生活塞位移、特别是其伸出运动，活塞长度lk满足下式：
lk≥h×Pf/Pk
其中，h为物体浸没在液体中的最大深度，Pf为液体的密度，Pk为活塞材料的密度。
各活塞-液压缸组件最好布置成，每一活塞-液压缸组件在运动方向改变时从其活塞伸出或缩回位置自动转变成活塞缩回或伸出的另一位置。
在另一实施例中，每个活塞-液压缸组件的液压室连接至另一活塞-液压缸组件的液压室以进行流体交换，液压室以环形方式、最好是通过一个软管连接至另一液压室。
这样，在互相连接的液压室中形成一独立流体系统，其结果是，改变成向下运动的活塞的缩回所产生的压力可通过该独立流体系统输出到改变成向上运动的活塞-液压缸组件的伸出的活塞，从而使该活塞上的附加压力有助于该活塞伸出而增加体积和补偿摩擦损耗。
液压室中所使用的流体可以只是空气或其它气体，但也可把非常轻的油或类似液体用作流体，该流体具有能很好地传递压力的优点。
下面结合附图举例说明本发明，附图中：
图1为本发明装置的简化示意图，它具有产生一浮力差的一对物体；
图2a为一活塞-液压缸组件简化示意图，其中活塞伸出；
图2b为一活塞-液压缸组件简化示意图，其中活塞缩回；
图3为本发明装置的简化示意图，它具有产生一浮力差的多个成对布置的物体。
在各附图中，相同部件用同一标号表示。
如图1所示，用于产生转矩的本发明装置包括一个张紧件11的偏转装置10，两个活塞-液压缸组件12安装至该张紧件上作为一对产生一浮力差的物体。偏转装置10包括一装在一轴14上的偏转轮13，从该轴上可获得本发明装置所产生的转矩。例如，一发电机可与轴14连接。
根据所使用的张紧件11，可使用带齿轮或缆绳转鼓等用作偏转轮13。张紧件11可相应设计成链条、缆绳、带齿皮带、张紧皮带等。
为了把作用在活塞-液压缸组件12上的力传递给张紧件11，每一活塞-液压缸组件12通过沿张紧件11纵向相间距的固定销15或类似物固定在张紧件11上。
由于活塞-液压缸组件12固定在张紧件11上，即由于固定装置相间距设在张紧件11的纵向、从而设在活塞-液压缸组件12的运动方向上，因此活塞-液压缸组件12在整个旋转运动过程中相对其运动方向保持同一取向，从而当运动方向相对重力改变时，它们自动改变它们相对重力的位置。
为了把两活塞-液压缸组件12的液压室16互相连接起来、从而使它们互相连通，一软管17或类似连接装置用作流体管线并通过相应连接件18和接头19固定到活塞-液压缸组件12的液压缸20上，使得软管17与两液压室16连通。
如图2a和2b详示，每一液压缸20中装有一可滑动的活塞21，从而当液压缸20如图2a所示布置成其开口向下时，活塞在重力作用下向下滑动到伸出位置。此时为了防止活塞21从液压缸20中脱出，液压缸20例如有一向里突缘22，而活塞21有一可与突缘22抵靠的向外突缘23。突缘22上有密封装置(未示出)使得液压室16气密但又不妨碍活塞21的移动，从而确保活塞-液压缸组件12周围的介质无法进入液压室16中。
下面假定本发明装置整个浸没在水中，通过软管17互相连接成一独立流体系统的两液压室16中充满空气。也可使用粘度低、密度尽可能高的其它介质取代水。当使用水时，可用尽可能轻的油取代空气作为充满液压室16的流体。在选择本发明装置中流动介质时的关键因素是，液压室16中的介质的密度应小于、最好是大大小于活塞-液压缸组件12周围介质的密度。
由于空气与水的密度之差极大，因此在对本发明的下述说明中，液压室16中的空气的质量可忽略不计。
为了确定经张紧件11传递到偏转轮13圆周上产生转矩的合力FR，首先单独考虑作用在活塞-液压缸组件12上的各力。作用在图1左边所示活塞-液压缸12上的力除了其重力G1，还有由周围水产生的、使重力G1大大减小的浮力FA(V1)。如所公知，该浮力决定于图1左边所示活塞-液压缸组件12的体积并由公式FA(V1)＝g×Pf×V1算出。在这里，g为重力加速度，Pf为活塞-液压缸组件12周围的介质即水的密度。
相应地，图1右边所示活塞-液压缸组件12不仅受到重力Gr，还受浮力FA(Vr)的作用，FA(Vr)＝g×Pf×Vr，其中Vr为右边所示活塞-液压缸组件12即活塞21缩回的活塞-液压缸组件12的体积。
由于从左边和右边活塞-液压缸组件12传递到张紧件11上的力沿相反方向相对于张紧件11起作用，并且浮力的作用方向与重力相反，因此，计算合力FR的公式为：
FR＝FA(V1)-FA(Vr)+Gr’-G1
从上述计算浮力的公式可得下述计算合力FR的公式：
FR＝g×Pf×(V1-Vr)+(Gr’-G1)
当如在本发明中那样，两活塞-液压缸组件12相同、从而其重力相同时，它们的重力互相抵销，作用于偏转轮13以在轴14上产生转矩的合力FR只决定于两活塞-液压缸组件12之间的体积差ΔV＝V1-Vr。活塞21如呈圆柱形，则该体积差ΔV等于活塞冲程lh与活塞横截面面积Ak的乘积。因此合力FR的计算公式变成：
FR＝g×Pf×lh×Ak
为了确保活塞21能克服作用在其自由表面积21′上、如图2a中由水压造成的方向向上的力而移动到其伸出位置，活塞长度lk最好选择成满足下式：
lk≥h×Pf/Pk
其中，h为活塞-液压缸组件12、从而为活塞21的最大浸没深度，即活塞21的自由表面积21′的最低位置与水面之间的距离，Pk为活塞材料的密度。
下面结合图3详述本发明工作情况，图3示出本发明一实施例，该实施例有14个互相成对的活塞-液压缸组件12。除了上部偏转装置10，该装置还有一下部偏转装置30，该偏转装置30具有一个装在一下部轴34上的偏转轮33。
如图3所示，左边6个活塞-液压缸组件12的每个的体积比右边活塞-液压缸组件12大ΔV＝V1-Vr＝lh×Ak，因为活塞此时位于伸出位置。因此作用在张紧件11上的合力FR不计摩擦损耗等为6g×Pf×ΔV。该力FR使得各活塞-液压缸组件12作旋转运动，其中，从左边向上运动变为右边向下运动的活塞-液压缸组件12.2a的活塞21通过重力把它推入液压缸20中，因此体积减小。同时，在下部偏转装置30区域的活塞-液压缸组件12.2b从右边向下运动变为左边向上运动，活塞21克服该区域的水压从液压缸20中伸出，从而增大体积。
由于每组两个活塞-液压缸组件12互相成对，从而使它们相对于旋转运动互相相对布置，例如顶部与底部的活塞-液压缸组件12.1a与12.1b或活塞-液压缸组件12.2a与12.2b，每当从活塞-液压缸组件12.1a的位置变为活塞-液压缸组件12.2a的位置时，活塞21被推入液压缸中，而每当从活塞-液压缸组件12.1b的位置变为活塞-液压缸组件12.2b的位置时，活塞21申出。由于活塞-液压缸组件12.2a的液压室16中的空气体积受压缩、从而导致该独立系统中的空气压力增加，因此有助于另一边对应活塞-液压缸组件12.2b的活塞21的伸出。
例如，如活塞-液压缸组件12的活塞20的材料使用密度为7.87千克/立方分米的钢，本装置布置在2米深的水中，则活塞长度lk必须为约25cm。因此，如使用直径例如为22cm、长度为25cm、活塞冲程可达20cm的活塞，则体积改变ΔV约为4立方分米，这将产生约40N的浮力(相当于4kg压缩水)。如使用6个这样的活塞-液压缸组件，则所得合力FR为235N，从而根据偏转轮13直径可在轴14上产生相应转矩，用于驱动一个发电机。
通过合适选择本发明装置各部件的材料和尺寸就可以简单方式获得各种大小的转矩。

Claims (12)

1、一种用于产生转矩的装置，它包括至少两个互相连接成能进行旋转运动的物体(12)，其中一个物体(12)沿重力方向运动，另一物体沿与重力方向相反的方向运动，每一物体(12)在运动方向改变时改变其体积，从而使沿重力方向运动的物体(12)的体积小于沿相反方向运动的物体(12)的体积。
2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，两互相连接的物体(12)设计成，尽管每一物体(12)的体积交替改变，但所有物体(12)的总体积基本上是恒定的。
3、按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，这些物体(12)相对于旋转运动相互相对地成对布置。
4、按权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，这些物体(12)在至少部分旋转运动过程中被浸没在一种液体中。
5、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，各个物体(12)通过一张紧件(11)互相连接，该张紧件(11)在至少一个偏转装置(10)上以环行方式运动。
6、按权利要求5所述的装置，其特征在于，该偏转装置(10)具有至少一个偏转轮(13)，该偏转轮装在一个可从其上获得转矩的轴(14)上。
7、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，相互配成对的两个物体(12)中的每个、最好是所有物体(12)具有相同尺寸。
8、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，每一物体设计成一个活塞-液压缸组件(12)，活塞(21)随着活塞-液压缸组件(12)相对于重力的方向改变通过作用在其上的重力移动到其伸出或缩回位置。
9、按权利要求8所述的装置，其特征在于，活塞长度lk满足下式：
                       lk≥h×Pf/Pk
其中，h为物体(12)浸没在液体中的最大深度，Pf为液体的密度，Pk为活塞材料的密度。
10、按权利要求8或9所述的装置，其特征在于，每个活塞-液压缸组件(12)在运动方向改变时自动从其活塞(21)伸出或缩回的一个位置转变成活塞(21)缩回或伸出的另一位置。
11、按权利要求8或10所述的装置，其特征在于，各个活塞-液压缸组件(12)的液压室(16)互相连接，以便流体流动。
12、按权利要求11所述的装置，其特征在于，液压室(16)以环行方式、最好是通过一个软管(17)相互连接。
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