CN1395040A - 摆式发动机 - Google Patents

Abstract

一种摆式发动机，其原动部分的部件是可往复运动并能形成力：矩的摆，其传动部分可将原动部件摆所产生的低速间歇运动的原动力，转化为高速旋转的转矩，并输送给工作部分。此外，还有一个与原动部分、传动部分组成的动力系统相配套的驱动系统，该驱动系统可以利用动力系统自身产生的部分能量驱动摆作往复运动，也可利用外部能量驱动摆作往复运动。从而实现该机在工作状态下，不消耗或少消耗外部能源能量，便可持续对外做功。

Description

摆式发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，具体地说是涉及一种摆式发动机。

背景技术

人类的生存和发展离不开能源能量。蒸汽机、内燃机等动力机械，是通过消耗矿物燃料向人们提供动力或能量的。在地球上，虽然矿物燃料的储藏是丰富的，但其储量却是有限的。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对能源的需求在日益增加，而可作燃料的矿物资源却在日趋减少。尽管矿物能源在燃烧中会造成环境污染，但目前它仍是人类的主要能源。因此，全球正在面临一个能源短缺的大问题。

为了缓解能源短缺的状况，人们大力开发利用水能、风能等再生能源。水力发动机、风力发动机借助水力或风力产生动力带动发电机发电，向人们提供电能。虽然，水能和风能是取之不尽用之不竭的清洁廉价能源，但在地球上，由于水和风有效能量分布的不均衡性，制约了人们对它的广泛利用。同时，季节、时段等因素，也对水力风力发电的效率有很大影响。

为了缓解能源短缺的状况，人们又在大力开发新能源。但在新能源的开发过程中，同样存在诸多难以克服的困难。以太阳能的利用为例，太阳能资源是丰富而廉价的，人们研制了多种采集太阳能的设备，利用这些设备将太阳的热能、光能等能量转化为所需能量。然而，尽管太阳辐射到地球上的能量很大，但其密度很低，加之昼夜交替、天气变化的影响，给人们利用太阳的能量带来困难。目前，人们利用太阳能发电其成本高而效率低，若要大规模的利用太阳能，还有待取得技术上的进一步突破。

就总体而言，虽然人们在开发利用再生能量的实践中取得了一定的成效。但是，由于再生能源及新能源各具特征的不利因素、现有能量转化技术及相关技术的不成熟不完善的因素、以及所获再生能量的使用价格偏高等一系列问题，极大的阻碍了再生能源开发利用的普及和推广。到目前为止，在全球范围内，由各类能量转换设备提供的可供使用的再生能量，只占世界能源需求总量的一小部分，能源短缺的状况依然严峻。对此专家预测：今后一段较长时期，能源短缺问题仍不可能很好解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种在工作状态下，无需消耗任何外部燃料及能量或只需消耗较少外部能量，就可持续对外做功的摆式发动机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明摆式发动机包括原动部分的部件：摆；传动部分的部件：主动轴、从动轴、棘轮机构、变速机构、飞轮、传动轮、输出轮。所述原动部件的摆，其摆体由摆臂和摆锤组成，该摆臂一端开有一个摆孔，另一端可连接摆锤。所述主动轴连接所述变速机构的输入轴，所述从动轴连接所述变速机构的输出轴，所述从动轴装有飞轮、传动轮和输出轮。所述原动部件摆的摆孔经所述棘轮机构与所述主动轴相连接，连接后的摆可作往复运动，并可带动主动轴转动。所述的摆在往复运动中可形成力矩，该力矩则成为本发明的原动力。传动部分在传递原动力的过程中，由棘轮机构调整其运动方向，变速机构提高其运转速度，飞轮蓄存其运动能量并保持其旋转均匀，输出轮将快速旋转的转距传递给工作部分。上述原动部分和传动部分构成本发明的动力系统，与动力系统相配套的还有一个可驱动摆体运动的驱动系统。

所述可驱动摆体运动的驱动系统，可以由电源、常开开关、开关闭合件、驱动装置组成。所述电源可以是一个发电机，该发电机与所述传动轮连接；所述常开开关与开关闭合件分别装于机架和摆体上，所述常开开关与所述发电机联接。当所述摆锤运动到达摆的驱动高位时，所述开关闭合件可闭合常开开关接通电源，在摆锤离开高位后，常开开关恢复为常开状态断开电路。所述驱动装置可以由一对或一对以上的电磁铁组成，所述一对或一对以上的电磁铁分别装于摆锤上和机架上，并以串联或并联的形式与所述常开开关联接，当摆锤处于驱动高位时，摆锤电磁铁和机架电磁铁距离相近，同级相对。

上述驱动系统的工作原理是：在工作状态下，旋转的传动轮带动发电机发出电能，该机所发出的电能输送给常开开关，当所述的摆锤运动到达驱动高位时，安装在摆上的开关闭合件闭合常开开关产生电的脉冲信号，脉冲信号传给电磁铁，电磁铁产生电磁力。由于摆锤电磁铁与机架电磁铁距离相近、同级相对，而产生相互排斥的磁斥力而分离；又由于所述可往复运动的摆，其摆锤在到达驱动高位后，会做回复运动；还由于摆锤电磁铁在斥力作用下，其运动方向与摆锤回复运动方向相一致，从而起到驱动摆体运动的作用。

所述驱动装置还可以由外接气源管、电磁阀和喷嘴组成。所述外接气源管与电磁阀的进气口连接，所述电磁阀的出气口装有喷嘴，所述电磁阀的导线与所述常开开关连接，所述喷嘴位于摆的驱动高位外侧，并与处于驱动高位的摆锤保持有效的距离。喷嘴的嘴口朝向与摆做回复运动的方向相一致，利用气压驱动摆体运动。该驱动装置可用有压工业废气等外部能量作为摆的驱动力，使废弃能量发挥作用。

所述可驱动摆体运动的驱动系统，还可以由给水管、调节阀、出水管和水翻斗装置组成。所述给水管连接调节阀，所述调节阀装有出水管；所述水翻斗装置包括水斗、重砣、斗轴和限位板，所述水斗一侧装有重砣，中间部位装有斗轴，另一侧的机架上装有限位板。所述出水管的管口位于水翻斗装置的上方，管口出水可落入水斗，所述水翻斗装置，位于摆驱动高位的上方，水斗出水可冲击处于驱动高位的摆锤。水斗空载时，在重砣和限位板的作用下保持平衡状态，当水斗被注满水后可自然倾斜，失水后水斗恢复平衡状态，并进入下一个工作循环过程。该驱动系统需由调节阀控制水的流量，使水斗的翻动与摆的运动同步，从而利用水流下落的冲击力驱动摆运动。

本发明所输出的对外做功，来自可往复运动的摆，而摆在运动中消耗的能量，是由驱动系统将该机产生的部分做功能量转化为补充能量作用于摆，使摆不间断的运动，从而实现该机持续对外做功无需消耗任何燃料能量。所述驱动系统还可以将外部能量作为补充能量作用于摆，使摆不间断的运动，从而达到该机用较少的能量消耗，就可持续对外做功的要求。本发明原动部件的摆所做往复运动的过程，实际是动能、重力势能相互转化形成机械能即原动力的过程。在这一能量转化过程中，重力则是本发明能量的重要来源。而在地球上，重力无处不在、无时不有、取之不尽、用之不竭，本发明从重力中获取所需能量无需储备、不用运输、廉价便利、没有污染，并且还不受季节、昼夜、地域及时段等条件的制约，无论置身于地球何处，该机均可随时随地运转。由于本发明整机结构简单，部件易于加工，相关技术成熟，制造成本低廉，机型大小均可，单机机群皆宜，所以，它更适合大规模推广和利用。本发明除可用于动力加工和提水外，更主要的用途是发电，因其造价低、无能耗或低能耗、无须支付材料运行费用等，所以，本发明所产出的电能必然是廉价的。本发明的摆式发动机不仅为满足人们日益增长的能源需求开辟了一条新途径，而且还将开拓一个替代能源的新领域，为解决能源短缺问题找到了一个突破口。

附图说明

图1为本发明第一个实施方式的示意图。

图2为图1所示实施方式摆处于驱动高位的示意图。

图3为本发明第二个实施方式驱动系统及摆处于驱动高位的示意图。

图4为本发明第三个实施方式驱动系统的示意图。

图5为图4所示实施方式摆处于驱动高位的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

从图1可知，本发明由动力系统和驱动系统组成，动力系统包括原动部分和传动部分。原动部分是原动部件摆1，摆1由摆臂2和摆锤3组成，摆臂2一端与摆锤3连接，另一端开有摆孔4，摆孔4经棘轮机构7与传动部分的部件主动轴5连接。摆孔与主动轴连接后，摆1可沿箭头31作往复运动，所形成的力矩可带动主动轴5转动，主动轴5可作单向运动，如箭头32所示。传动部分的主动轴5连接升速机构8的输入轴，从动轴6连接升速机构8的输出轴，从动轴6装有飞轮9、传动轮10和输出轮11，输动轮11连接工作部分对外做功。驱动系统的发电机12与从动轴上的传动轮10连接，该发电机利用动力系统产生的部分能量发电。常开开关13安装在机架15适当位置上，常开开关13与发电机12由导线联接。开关闭合件14安装在摆1的适当位置上，当摆处于驱动高位时，开关闭合件14可闭合常开开关13。电磁铁16安装在机架15适当位置上，电磁铁17安装在摆锤3适当位置上，电磁铁16、17与常开开关13联接，串联并联均可。当摆处于驱动高位时，电磁铁16、17距离相近，同级相对，如图2所示。当运动的摆锤3到达驱动高位时，开关闭合件14闭合常开开关13接通电源，电磁铁16、17同时产生电磁力，由于电磁铁16、17此时距离相近，且同级相对，便形成相互排斥的磁斥力，电磁铁17受到磁斥力而运动，其运动方向与处于高位的摆锤做回复运动的方向相一致，从而起到驱动摆体运动的作用。当摆锤3离开驱动高位后，常开开关13恢复常开状态，为下一个工作循环做准备。机架15装有弹簧18以限制摆1运动高度。以上所述，摆臂2除可以由钢、木等硬质材料制成，也可由绳索等软质材料所制，其硬质摆臂可以是直臂，也可以是弯曲臂；摆锤3可以是金属、石、木等材料制成的重砣，它也可以是可装水、土、沙、碎石等物的容器；升速机构8也可以是带轮机构、链轮机构、塔齿机构，还可以是无级变速机构等；在主动轴上也可以加装飞轮，连同从动轴上的飞轮，均可装有棘轮机构；属于电源的发电装置还可以是由装有永磁铁的飞轮与线圈组成的磁电机；由于本发明可用于发电，所述驱动系统可以将工作部分的发电设备所发出的部分电能作为驱动系统用电，以简化设备结构，如虚线方框33所示；常开开关13和开关闭合件14还可以采用如磁性开关、光电开关等元器件；电磁铁16或17其中之一可以是永磁体，它可以降低本发明的内部能耗，以加大对外作功。上述驱动摆体运动的驱动装置，不限于电气驱动装置，还可以是液压驱动装置、气动驱动装置等。

本发明第二实施方式，除驱动摆运动的工质来源和驱动装置有所变化外，其它部分均与第一实施方式相同。第二实施方式为外接气源驱动装置，该驱动装置由外接气管19、电磁阀20、喷嘴21组成。气管19连接电磁阀20的进气口，电磁阀20的出气口装有喷嘴21，电磁阀20的导线联接常开开关13，该外气驱动装置置于摆驱动高位外侧，喷嘴21的喷口朝向摆在驱动高位的摆锤3适当部位，该部位装有护垫30，如图3所示，利用气体压力驱动摆体运动。当然该实施方式的驱动部件也可以是气缸，由气缸的活塞杆驱动摆运动。

图4给出本发明第三个实施方式，该实施方式与第一实施方式相比较，其动力系统相同，驱动系统和工质及其来源有所不同。如图4所示的水驱动系统，该系统包括给水管22、调节阀23、出水管24、水翻斗装置25。给水管22连接调节阀23，调节阀23装有出水管24，出水管口位于水翻斗装置25上方，水翻斗装置25位于摆在驱动高位的上方。水翻斗装置25由水斗26、重砣27、斗轴28和限位板29组成，该装置的水斗26一侧装有重砣27，中间部位装有斗轴28，另一侧的机架15装有限位板29。水翻斗装置空载时，在重砣和限位板作用下处于平衡状态，当注满水后，水斗下翻，水流可冲击摆锤3适当部位，该部位装有护垫30，如图5所示。水斗失水受重砣作用，水斗恢复到平衡状态。在摆往复运动的过程中，调整调节阀使水斗出水周期与摆在驱动高位作回复运动同步，利用水的冲力驱动摆体运动。当然水斗周期性翻动，不限于对阀门的调整，也可利用电磁元件等元部件加以控制，还可以由电控阀门控制水流，直接冲击摆锤。

本发明的启动是借助外力和外部能量协调动作来完成的。以第一实施方式为例，将电网或蓄电设备等外接电源与驱动系统连接，使原动部件摆处于空载状态。用外力提升摆1，使其具有势能后释放，释放的摆1作往复运动，然后闭合外接电路，驱动装置持续驱动摆1运动；外力驱动飞轮9使其转动，调节升速机构8，逐渐使飞轮9加速旋转，调至所需转速。待动力部分各部件正常运转，驱动系统的发电装置正常运行发电，断开外接电路，闭合自励电路，该机进入正常运转状态。其它实施方式的启动与上述启动过程大体相同。

当本发明在工作状态下出现了原动力不能满足工作部分的额定功率时，解决的方法有三：其一、根据运动物做功大小与其质量大小有关的原理，可增加摆锤的重量，以加大动能能量；其二、根据杠杆原理，可加长摆臂长度，以加大力矩能量；其三、根据无阻尼振动原理，可增强驱动装置对摆的驱动力，以加大补充能量，如第一实施方式，可加大电磁铁的电磁力。

本发明原动部件的摆和可驱动摆体运动的驱动装置，不局限于单摆单驱动的结构，所述原动部件的摆可以是双摆或多摆结构，该摆的结构也不限于摆在主动轴一端安装，它还可以安装在主动轴的两端，即在主动轴中间部位安装变速机构，轴两端分别安装摆体。所述可驱动摆体运动的驱动装置也可以是一摆双驱动结构，即在每一摆体的两侧摆高位各安装一个驱动装置。当然，还可以是多驱动结构，如第二实施方式，可沿摆往复运动的轨迹安装若干可控喷嘴。本发明结构形式还可以是立式机型，其传动部分的水平主动轴与垂直主动轴由一对锥齿轮连接，其它零部件应适合垂直轴的装配需要安装。以上描述了本发明的几种具体实施方式，当然本领域的技术人员还可以作出更多的改动，对于那些在本发明构思的基础上，以代替、更换、变型等方式做出的变通技术，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种摆式发动机，它包括原动部件：摆；传动部件：主动轴、从动轴、棘轮机构、变速机构、飞轮、传动轮、输出轮；所述原动部件的摆，其摆体由摆臂和摆锤组成，该摆臂一端开有摆孔，另一端可连接所述摆锤；所述主动轴连接所述变速机构的输入轴，所述从动轴连接所述变速机构的输出轴，所述从动轴装有飞轮、传动轮和输出轮；所述原动部件摆的摆孔经所述棘轮机构与主动轴连接，连接后的摆可作往复运动，并可带动主动轴转动；所述输出轮与工作部分连接；其特征在于：它还包括一个可驱动摆体运动的驱动系统。

2、根据权利要求1所述的摆式发动机，其特征在于：所述可驱动摆体运动的驱动系统，由电源、常开开关、开关闭合件、驱动装置组成；所述电源可以是发电装置，该发电装置与所述传动轮连接；所述常开开关与开关闭合件分别装于机架和摆体上，所述常开开关与所述发电装置连接；当摆体的摆锤运动达到摆的驱动高位时，所述开关闭合件可闭合常开开关接通电源，在摆锤离开驱动高位后，常开开关恢复为常开状态断开电路；所述驱动装置由一对或一对以上的电磁铁构成，所述一对或一对以上的电磁铁分别装于摆锤上和机架上，并与所述常开开关以串联或并联的形式连接；当摆锤处于前述驱动高位时，摆锤电磁铁和机架电磁铁距离相近，同极相对，在工作电路中，摆锤电磁铁在电磁斥力作用下，其运动方向应与摆在高位作回复运动的方向相一致。

3、根据权利要求2所述的摆式发动机，其特征在于：所述驱动装置的一对或一对以上的电磁铁，即摆锤电磁铁与机架电磁铁，二者之一可以是永磁铁，其安装方位与被代替的电磁铁安装方位相同。

4、根据权利要求2所述的摆式发动机，其特征在于：所述驱动装置由外接气管、电磁阀、喷嘴组成；所述外接气管与电磁阀的进气口连接，所述电磁阀的出气口装有喷嘴，所述电磁阀的导线与所述常开开关联接，所述喷嘴位于摆的驱动高位外侧，并与处于驱动高位的摆锤保持有效的距离，喷嘴的嘴口朝向与摆作回复运动的方向相一致。

5、根据权利要求1所述的摆式发动机，其特征在于：所述可驱动摆体运动的驱动系统，由给水管、调节阀、出水管和水翻斗装置组成，所述给水管连接调节阀，所述调节阀装有出水管；所述水翻斗装置包括水斗、重砣、斗轴和限位板，所述水斗一侧装有重砣，中间部位装有斗轴，另一侧的机架上装有限位板；所述出水管的管口位于水翻斗装置的上方，管口出水可落入水斗，所述水翻斗装置位于摆驱动高位的上方，水斗空载时可保持平衡状态，当水斗被注满水后，可自然倾斜，水斗出水可冲击处于驱动高位的摆锤，失水后，水斗恢复平衡状态。

6、根据权利要求1、2、4、5所述的摆式发动机，其特征在于：所述机架的适当位置装有限位弹簧。

7、根据权利要求4或5所述的摆式发动机，其特征在于：所述原动部件的摆，其摆锤受作用力的部位装有护垫。

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