CN1283741A - 动力产生机械 - Google Patents

Abstract

提供一种动力产生机械,利用飞轮的旋转惯性力量配合气动式助动装置,以保持飞轮持续加速旋转并输出动力。飞轮之输出力部分用来驱动空气压缩机以产生压缩空气输入气动式助动装置之气动马达,而使其输出力返馈至飞轮促使飞轮维持惯性力继续旋转。飞轮亦引动一凸轮式控制装置以控制压缩空气间歇供入气动马达而驱动飞轮。飞轮宜加设一加重体及于加重体每旋转至所定角度时,拍击飞轮以增加惯性力矩的加力装置。

Description

动力产生机械

本发明涉及一种新颖的动力产生机械，特别涉及一种利用飞轮的惯性力量配合由空气压缩机驱动的气动式助动装置，以维持飞轮加速持续旋转，进而产生动力输出以作功的动力产生机械。

迄今为止，众所周知的传统动力产生机械，不外乎为利用电能来驱动的电动机或马达，利用燃料的燃烧能的内燃机及外燃机，利用气压的气动马达，利用液压的液压马达，利用水力的水车，利用风力的风车等等。上述种种动力产生机械或装置，除了利用水力及风力做为能源来驱动的之外，其他各种装置在运转期间均需不断消耗所需相当多的能源，如电源、石油、煤炭及其他燃料。利用水力及风力者，虽不需消耗上述能源，却受到地形位置的限制，且所占用空间甚大，因此，用途也受到相当限制。

近来，有利用太阳能，或潮汐或海浪的能量来发电的装置，然而此种装置同样受到地形、天候的限制，所占空间甚大，设备费用昂贵。

此外，上述动力机械中使用石油、煤炭等燃料者，更造成空气污染等公害问题。

因此，提供一种低能源消费且设备费用低廉，更能不受地形、天候、空间限制，便易于控制并能广泛应用的动力产生机械实为此业界所盼望。

本发明的主要目的是提供一种新颖的动力产生机械，及为针对消除上述问题而开发，其是利用飞轮的旋转惯性力量配合发动式助动手段，以保持飞轮持续加速运转而输出动力的。

本发明的另一目的，在于提供一种动力产生机械，只需耗费相当少的起动动力及预先储积的压缩空气，在飞轮一量旋转达到所需转速以上的后，即可借助本身的惯性动力及由上述压缩空气返馈的气压驱动的助动装置所产生辅助驱动力，而维持持续的运转。

本发明的再一目的，在于提供一种动力产生机械，它在飞轮的侧面外缘部附设有加重体，以增加输出的转矩，并配合此加重体而另设有间歇拨动飞轮以增加飞轮的旋转力及补偿加重体的负向重力损失的飞轮加力装置。

本发明的又一目的，在于提供一种动力产生机械，它使飞轮持续运转及加速的气动马达的压缩空气进气量可随飞轮的转速变化而自动调整。

本发明的又一目的，在于提供一种动力产生机械，它的构造及装置简单，可以大量节省能源，且无公害问题，并可适用于广泛用途者。

本发明的其他目的、功效及特点，可由以下实施例的详细构造说明配合附图而可获进一步的了解：

为了实现上述本发明的目的，本发明的第一技术方案的动力产生机械，是由下列装置所构成：

动力源，用来初始驱动整个动力产生机械，随后可脱离此动力系统；

飞轮，起动时由上述动力源驱动，随后借助惯性力量及压缩空气驱动而旋转，以输出动力；

空气压缩机，由飞轮传动，而于起动时由上述动力源驱动并储足所需压力，而于动力源移开的后，可间歇释放压缩空气供给气动式助动装置；

气阀控制装置，与飞轮同步旋转并间歇地开闭空气压缩机至气动式助动装置间的压缩空气输送管路；

气动式助动装置，包括一气动马达，其借助上述空气压缩机经管路的上述气阀控制装置控制供给的压缩空气旋转以驱动飞轮。

另外，本发明的第二技术方案的动力产生机械，其特征是在第一技术方案动力产生机械中的飞轮具有实质上同直径的齿轮。

另外，本发明的第三技术方案的动力产生机械，其特征是在第一技术方案动力产生机械中的空气压缩机是由设在上述飞轮的主轴上与飞轮同步旋转的皮带轮驱动而进行运转。

另外，本发明的第四技术方案的动力产生机械，其特征是在第一技术方案的动力产生机械中的气阀控制装置是由一设在上述飞轮的主轴上与其同步旋转的凸轮，及设在压缩空气管路上由该凸轮作动而行间歇式开闭动作的控制阀所构成。

本发明的第五技术方案的动力产生机械，其特征是在第一技术方案的动力产生机械中的气动式控制装置由一气动马达及设于此气动马达的输出轴上而啮合于上述飞轮的齿轮的小齿轮所构成。

本发明的第六技术方案的动力产生机械，其特征是在第一技术方案的动力产生机械中的飞轮的一侧靠近外缘进一步设有一加重体。

本发明的第七技术方案的动力产生机械，其特征是在第一技术方案的动力产生机械中进一步设有一加力装置，此加力装置是由：一设在一副轴上而借助皮带轮传动装置传动而与飞轮同步旋转的凸轮，及一由此凸轮间歇驱动以蓄积弹性能量并适时释放此弹性能量重击设在飞轮的受力构件上，以赋予飞轮更大的转矩的弹性构件所构成。

第一图表示本发明动力产生机械的构造原理的方块图；

第二图表示本发明动力产生机械的一实施例的透视图；

第三图表示第二图的机械动力传动流程图；

第四图表示压缩空气阀控制装置的说明图；

第五图表示助动装置与飞轮的间的关系示意图；

请参照第一图所示本发明动力产生机械的构造原理图；

符号01表示本发明动力产生机械，它主要由；一起动用动力源10，一飞轮20，一空气压缩机30，一气阀控制装置40，一气动式助动装置50，及一飞轮加力装置60构成。

动力源10由适当的离合手段X可分离地与飞轮20进行动力式连结，因此动力源10所产生的输出动力P直接输入飞轮20。飞轮20的输出的一部分f1输入空气压缩机30，以产生压缩空气(Air)并预储积到一定气压的后，经过由飞轮20的小部分输出f2驱动的气阀控制装置40控制的控制阀41输入气动式助动装置50，而由此产生助动转矩返馈到气轮20，用以助动飞轮20。另一方面，飞轮20的一部分输出f3输入加力装置60以产生间歇冲击力返馈至飞轮20。飞轮20的主要输出力f0则用来做功。

上述动力产生机械01起动时是先关闭空气压缩机30的输出侧阀31，然后启动动力源10以驱动飞轮20，空气压缩机30乃至其他装置40、50、60。待飞轮20转速达到所定速度，同时空气压缩机30也储足足够压力的后，将动力源10借助离合手段X离开飞轮20，并停止动力源10的运转同时打开阀31。此时飞轮20借助其本身的惯性力继续旋转，而有渐渐减速的趋势，然而空气压缩机30所储积的压缩空气却借助控制装置40间歇式地释放给气动式助动装置50以产生动力来维持飞轮20持续加速旋转，同时，加力装置60也间歇式地加力于飞轮20，以促进飞轮20的运转动力，飞轮20从而得以持续旋转，并输出动力f0。此时，空气压缩机30供给气动式助动装置50使用而消耗的压缩空气量，则由飞轮20的部分输出f1驱动的空气压缩机30继续将外气吸入加压而补充。在上述运转工作中，有一原则，即飞轮20的总输出f=f0+f1+f2+f3，且f0＞f1+f2+f3。该关系在后详述。

为使上述构造原理具体化，第二图乃示其具体构造的一实施例。

从此图中可看出本动力产生机械01具有一圆周上形成有轮齿21的大径飞轮(或大齿轮)20，其中心贯穿一主轴22并借助轴承71可旋转地支承于一机架70上。此飞轮20由啮合于飞轮20的动力源10的输出齿轮11驱动而旋转。此动力源10为供给飞轮20及包括以下将叙述的空气压缩机30等其他各活动装置全部的起动力量的外力起动装置，可视所需动力产生机械01的总输出功率的大小，所用飞输20的大小、重量及所用能源的型态等而选用一般引擎或电动马达，甚至水力、风力等其他动力源。如果属于小型机种且所需的输出力小，则用手动经由曲柄等转动齿轮11亦可，但一般以使用马达或引擎较适合。此动力源10连同齿轮11在空气压缩机30的压力达到一定压力且飞轮20转速增加到一定转速时可朝箭头a方向离开传动系统。使齿轮11(动力源10)离开飞轮20的手段可采用例如：能使整个动力源装置10相对于机座移动若干距离而使齿轮11与飞轮20脱离啮合的滑座(Slider)，或离合装置(Clutch)等本技术领域技术人员所熟知的装置来实现，故在此不予图示。

主轴22的一端固定有一小径的第一皮带轮23，另一端固定有一直径较第一皮带轮23大的第二皮带轮24，且在此第二皮带轮24与飞轮20的间则固设有构成气阀控制装置40的控制凸轮42。第一皮带轮23由皮带25向借助轴承72可旋转地支持在机架70的副轴6l上的皮带轮26传递动力，助力装置60将由此皮带轮26来动作，容后再述。一方面，第二皮带轮24由皮带27向空气压缩机30的输入皮带轮32传递动力。此空气压缩机30所产生的高压压缩空气经由管路33供给气动式助动装置50的气动马达51以产生转矩至马达轴52上的小齿轮53，此小齿轮53将转矩传达给飞轮20以驱动飞轮20旋转。上述皮带25、27及皮带轮23、24、26、32的传动装置最好采用具有齿的同步皮带传动装置以免产生滑动。

管路33上的上游侧设有一开闭管路的阀31，下游侧设有一常闭控制阀41，此控制阀41的开闭如第四图所示，由气阀控制装置40的控制凸轮42所控制。具体言的，此凸轮42具有一段由低至高的凸起部43，而控制阀41具有一用来开闭内部通气孔的作动杆44其外端与该凸起部43接触。

当凸轮42随着飞轮20依箭头方向b旋转时，作动杆44将被凸起部43推压而由低位点P1，即阀全闭位置，渐渐地上升至高位点P2，即阀全开位置，随后又自P2点降下至与P1点同径的P3点，而恢复原来的阀开闭位置，直到下次再旋转到P1，作动杆44重复上述阀开闭动作。于是，在控制阀41启开的期间，也就是凸轮42周面上从P1起至P2为止的时间内，压缩空气乃经由阀41进入气动式助动装置50的气动马达51内使的旋转，并借助齿轮53将转矩传达给飞轮20。上述气动马达51可采用常用的如气动螺丝刀或气动扳手等气动旋转工具所用的气动马达，在此不另赘述。

另外，加力装置60如第二图所示，是由第一皮带轮23、皮带25及与第一皮带轮23同一直径的作动皮带轮26经由副轴61传动而与飞轮20同步旋转。此加力装置60由一固定在副轴61的内端的凸轮62及一被此凸轮62作动的如弹性钢板等弹性构件63所构成。弹性构件63在本例中为一长板状，其一端固定于机架70上所定部位，另一端则形成自由端伸向飞轮20的前面侧并超过设在飞轮20前面外部的突杆28的旋转轴轨迹上。弹性构件63的近前端部分位于凸轮62的作用面的旋转轨迹上设有一向外延伸出来而可被凸轮62作动的作动滚子64。此加力装置60是为克服飞轮20上所设为了增加其旋转力矩以提高输出的加重体29的负向力矩而设的。因此加重体29与突杆28及助力装置60的关系应保持如第五图所示的关系。详细言的，加重体29与突杆28的位置是在飞轮20的同一直径上，即相隔180度的最外端。当加重体29自飞轮20的最顶点位置A借助惯性沿着旋转方向b稍偏向图面所示右方向转动时，即可借助其本身的重力W加上飞轮20的惯性力M经中间的B位置直往最低点位置C落下而使飞轮20加力旋转，在静态下，根据钟摆原理，理论上，加重体29从B(即90度)位置往下降时，将可转到D(即270度)位置，此时加重体29会产生负力矩再反向摆回的趋势，亦即有使飞轮20速度减慢的趋势，但在此时点的稍前，提前一所定角度θ即开始作用的凸轮62已将弹性构件63往上顶至最高点，同时突杆28恰转至弹性构件63下方位置如第五图点划线所示，随即凸轮62的作用面转离弹性构件63，弹性构件63即借助弹性复原力骤然下降而将突杆28重重打下，遂产生大于加重体29负力矩的冲击力，再加上飞轮20并非在静态下而是在旋转下具有惯性冲力下，飞轮20于是不但能维持继续旋转，而且随着每次旋转累积的冲力余能量施加于飞轮20，飞轮20的运转速度不但不减反而会增加，同时力量也会增加。

当弹性构件63将突杆28打下至第五图下方点划线位置的后，凸轮62随即又将弹性构件63开始往上顶以待下次旋转而突杆28再进入其下方位置时，再进行第二循环的弹性构件63重击突杆28的作用。

本发明的基本构成的一例已详述如上，以下则就其运转状态进行详细说明：

首先，关闭输出阀31后，发动动力源10，则飞轮20由动力源10经小齿轮11驱动而旋转。飞轮20一旋转即借助主轴22带动皮带轮23、24及凸轮42一齐旋转。于是，空气压缩机30经由皮带轮24，皮带27及皮带轮32的传动而动作，进而产生压缩空气，同时，皮带轮23则经由皮带25传动皮带轮26，再借助副轮61传动助力装置60的凸轮62。另一方面，凸轮42作动气阀控制装置40，由于此时阀31关闭，管路中尚无压缩空气流通，气动马达51无输出，所以齿轮53呈由飞轮20驱动而空转的状态。

当飞轮20的转速升达所期转速且空气压缩机30内储满所定压力的压缩空气的后，将动力源10移离飞轮20，并停止动力源10的运转，随之，启开阀31，压缩空气即可流经管路33及控制阀41进入气动马达51以驱动其齿轮53旋转，于是齿轮53由原来的被动变成主动以驱动保有惯性力仍在旋转的飞轮20持续旋转，飞轮20即可由主轴22输出动力。飞轮20旋转时，气阀控制装置40是在飞轮20每旋转一周时借助凸轮42触动作动杆44一次以启开控制阀41，经凸起部43的弧长(在本实施例中为约1/4圆周长)的后，阀41即关闭。如此，压缩空气乃间歇式地供给气动式助动装置50，因此其消耗量少。同时，阀41的开启时间是随飞轮20的转速而变化，即转速快时开启时间短，转速慢时开启时间长，如此可随飞轮20的转速自动调节压缩空气的供给量，因此，可保持飞轮20大致上等速的旋转。当负荷过大而致飞轮20转速减慢，或负荷小或无负荷而飞轮20转速变快时，可用手动或与输出运动的自动控制装置(图上未示)调节主阀31的开度大小而使飞轮20以所需转速旋转。

又，飞轮20在上述旋转中时，凸轮62即在飞轮20每旋转一周时将弹簧构件63往上顶起一次，随即骤降而重击飞轮20侧面的突杆28，从而配合加重体29赋予飞轮20以冲力，此冲力被转换为飞轮20的转矩而可使飞轮20能输出更大转矩。

由于在飞轮20旋转中，空气压缩机20不断在运转，以吸入大气加压而补充气动马达51所消耗的压缩空气量，故可维持长久的运转。如要停止飞轮20的旋转，关闭阀31以停止压缩空气的供应即可。重新开动时，再由动力源10短暂启动，重复上述动作即可。

在上述实施例中，加力装置60是使用由凸输62驱动的弹性构件63，但显然亦可采用例如螺旋弹簧，或螺旋弹簧与冲杆所构成的构件来取代该弹性构件63。

又，上述飞轮20的外周一体形成有齿轮21，但亦可将齿轮21与飞轮20分别形成后再连结一体。

本发明因其构成如上，而具有节省能源，几乎无污染，构造简单，制造容易，成本低廉的动力产生机械，其在工业上用途可期待。

以上仅就本发明一可取实施例加以说明，而事实上熟悉此技术领域的人士尚可从本发明的基本构成上做种种的修饰及变更而不脱离本发明的精神，都应视为包含在本发明申请专利范围的内。

Claims (7)

1．一种动力产生机械，其特征是，它由下列装置所构成：

动力源，用来初始驱动整个动力产生机械，随后可脱离此动力系统；

飞轮，起动时由上述动力源驱动，随后借助惯性力量及压缩空气驱动而旋转，以输出动力；

空气压缩机，由飞轮传动，而于起动时由上述动力源驱动并储足所需压力，而于动力源移开之后，可间歇释放压缩空气供给气动式助动装置；

气阀控制装置，与飞轮同步旋转并间歇地开闭空气压缩机至气动式助动装置间之压缩空气输送管路；

气动式助动装置，包括一气动马达，其由上述空气压缩机经管路的上述气阀控制装置控制供给的压缩空气旋转以驱动飞轮。

2．如权利要求1所述的动力产生机械，其特征是，其中上述飞轮具有实质上同直径之齿轮。

3．如权利要求1所述的动力产生机械，其特征是，其中上述空气压缩机由设在上述飞轮之主轴上与飞轮同步旋转之皮带轮驱动而进行运转。

4．如权利要求1所述的动力产生机械，其特征是，其中上述气阀控制装置由一设在上述飞轮之主轴上与其同步旋转之凸轮，及设在压缩空气管路上由该凸轮作动而进行间歇式开闭动作之控制阀所构成。

5．如权利要求1所述的动力产生机械，其特征是，其中上述气动式控制装置由一气动马达及设于此气动马达之输出轴上而啮合于上述飞轮之齿轮之小齿轮所构成。

6．如权利要求1所述的动力产生机械，其特征是，其中所述飞轮之一侧靠近外缘进一步设有一加重体。

7．如权利要求1所述的动力产生机械，其特征是，所述该机械进一步设有一加力装置，此加力装置由：一设在一副轴上而由皮带轮传动装置传动而与飞轮同步旋转之凸轮，及一由此凸轮间歇驱动以蓄积弹性能量并适时释放此弹性能量重击设在飞轮之受力构件上，以赋予飞轮更大之转矩之弹性构件所构成。

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