CN204692002U - 基于双锥体空间摆动的能量转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双锥体空间摆动的能量转换装置，包括：密封腔体，内部具有腔室，该腔室的侧壁为球形曲面，密封腔体的顶部具有圆形窗口，密封腔体的侧壁上相邻设置有连通腔室的介质进口和介质出口；隔板，其设置在密封腔体内并介于介质进口和介质出口之间；双锥体，其由两个相同的截头锥体构成，每个截头锥体包括三部分：上球面部分、下圆锥面部分和环绕下圆锥面部分周围的球环面部分，双锥体设在腔室内，且双锥体能够在腔室内进行摆转，当双锥体在腔室内摆转时，球环面部分时刻与腔室的球形侧壁曲面相切进而将腔室分隔成4个容积时刻发生变化的腔室；以及固定在上球面部分的摆动轴。该装置通过“容积”与“转动”可逆转换实现能量转化。

Description

基于双锥体空间摆动的能量转换装置

技术领域

本实用新型涉及能量转换领域，特别涉及一种基于双锥体空间摆动的能量转换装置。

背景技术

在传统的能量转换装置中，可以通过容积的变化来实现能量的转换，主要分为往复式和回转式二大类。比如曲柄活塞式是一种常见的往复式的能量转换装置，其通过活塞的往复运动将化学能转化为转动的机械能，还有齿轮啮合式、螺杆式等。但是，传统的主要工作面都存在相对滑动、容易磨损、能量损失严重、转化率低。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于双锥体空间摆动的能量转换装置，既能实现化学能转换为机械能，也能实现运动形式的相互转换，其主要工作件的接触面为滚动接触，密封性能好、不易磨损，转化效率高。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于双锥体空间摆动的能量转换装置，包括：密封腔体，密封腔体内部具有腔室，该腔室的侧壁为球形曲面，密封腔体的顶部具有圆形窗口，密封腔体的侧壁上相邻设置有连通腔室的介质进口和介质出口；隔板，其设置在密封腔体内并介于介质进口和介质出口之间；双锥体，其由两个相同的截头锥体构成，每个截头锥体包括三部 分：上球面部分、下圆锥面部分和环绕下圆锥面部分周围的球环面部分，双锥体设在腔室内，且双锥体能够在腔室内进行摆转，当双锥体在腔室内摆转时，球环面部分时刻与腔室的球形侧壁曲面相切进而将腔室分隔成4个容积时刻发生变化的腔室；以及摆动轴，摆动轴固定在上球面部分上且从圆形窗口中穿过。其中，在第一种工作状态下，压缩介质从介质进口进入腔室，压缩介质在腔室内膨胀驱动双锥体在腔室内摆转，双锥体进而带动摆动轴围绕腔室的轴线进行公转，膨胀后的压缩介质从介质出口中排出；或者，在第二种工作状态下，流动性介质从介质进口进入腔室，外界动力源驱动摆动轴围绕腔室的轴线进行公转，进而带动双锥体在腔室内摆转，使得流动性介质经过双锥体的压缩而从介质出口中输出。

优选地，腔室的上表面和下表面为平面，当双锥体倾斜设在腔室内时，双锥体的两个下圆锥面部分分别与上表面和下表面线接触。

优选地，隔板设置在腔室的一侧，隔板的内端面为凹球面，双锥体的一侧设有与隔板的内端面密封配合的滑槽，滑槽的两端敞开，滑槽的底面与双锥体的两个上球面部分共球面。

优选地，密封腔体由上腔体和下腔体扣合而成。

优选地，流动性介质为气体、液体或固体颗粒体。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本装置的主要工作件摆动工作，主要接触面为滚动相切，接触不易磨损，损耗低，结构简洁，应用领域广泛，可广泛用于发动机、气液压系统、马达、小型水电站、容积泵等领域。

附图说明

图1是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的局部剖 视图；

图3是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置中双锥体的结构示意图；

图4是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置中双锥体与隔板的配合示意图；

图5是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置中密封腔体与隔板的位置关系示意图；

图6是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的工作原理图；

图7是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的双锥体的第一位置示意图；

图8是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的双锥体的第二位置示意图；

图9是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的双锥体的第三位置示意图；

图10是根据本实用新型的基于双锥体空间摆动的能量转换装置的双锥体的第四位置示意图。

主要附图标记说明：

1-密封腔体，11-上腔体，12-下腔体，2-隔板，3-双锥体，4-摆动轴。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1及图2所示，根据本实用新型具体实施方式的一种基于双锥体空间摆动的能量转换装置，包括密封腔体1、隔板2、双锥体3、摆动轴4。其中密封腔体1的内部具有腔室，该腔室的侧壁为球形曲面，密封腔体1的顶部具有圆形窗口111(参见图5)，密封腔体1的侧壁上相邻设置有连通腔室的介质进口101和介质出口102。隔板2设置在密封腔体1内并介于介质进口101和介质出口102之间(参见图5)。

如图3和图4所示，双锥体3由两个相同的截头锥体构成，本实施例为描述方便，将上侧的截头锥体标记为31，下侧的截头锥体标记为32(参见图2)，每个截头锥体包括三部分：上球面部分301、下圆锥面部分302和环绕下圆锥面部分302周围的球带面部分303，双锥体3设置在密封腔体1的腔室内，且双锥体3能够在腔室内进行摆转，当双锥体3在腔室内摆转时，球带面部分303时刻与腔室的球形侧壁曲面相切，进而将腔室分隔成两个容积时刻发生变化的腔室(参见图6，示出时刻发生变化的腔室13和腔室14)。摆动轴4固定在截头锥体31的上球面部分301上且从圆形窗口111中穿过。

如图5所示，隔板2设置在腔室的一侧，隔板2的内端面21为凹球面，双锥体3的一侧设有与隔板2的内端面21密封配合的滑槽304(参见图4)，滑槽304的两端敞开，滑槽304的底面与双锥体3的两个上球面部分301共球面。

作为一种优选实施例，密封腔体1由上腔体11和下腔体12扣合而成(参见图2)。

作为一种优选实施例，密封腔体1腔室的上表面和下表面为平面，当双锥体3倾斜设置在腔室内时，双锥体3的两个下圆锥面部分302分别与上表面和下表面线接触(参见图5)。

需要说明的是，本实施例提供的基于双锥体空间摆动的能量转换装置具体包括两种工作模式：

在第一种工作状态下，压缩介质从介质进口101进入腔室，压缩介质在腔室内膨胀驱动双锥体3在腔室内摆转，双锥体3进而带动摆动轴4围绕腔 室的轴线进行公转，摆动轴4的公转可以通过转轴输出转动，膨胀后的压缩介质从介质出口102中排出。该种工作模式将压缩介质的内能转化为转动输出。

在第二种工作状态下，流动性介质从介质进口101进入密封腔体1的腔室，外界动力源驱动摆动轴4围绕腔室的轴线进行公转，进而带动双锥体3在腔室内摆转，使得流动性介质经过双锥体3的压缩而从介质出口102中输出。

上述两种模式中提到的双锥体3在腔室内的摆转说明如下：

由于双锥体是由两个相同的截头锥体构成，而每个截头锥体包括三部分：上球面部分、下圆锥面部分和环绕下圆锥面部分周围的球环面部分，这样扣合而成的双锥体的上侧具有上球面，下侧具有下球面，其中下球面支撑在密封腔体1的腔室的底部，上球面与圆形窗口111球面配合，同时起到密封腔室的作用。这样，双锥体相对于腔室整体不会发生位移，双锥体在腔室内动作时其轴心线围绕腔室的轴线公转，即摆动转动，简称摆转(参见图7-10，示出双锥体的轴心线与腔室的轴线的四个相对位置)。

上述两种工作模式实际上是可逆的，该装置的结构是一致的，本实施例通过设置一种双锥体在密封腔室内摆动，可以通过“容积变转动”或“转动变容积”的两种方式实现能量转换或运动形式的改变，即可将外界动力和压缩流体的内能相互转化。

最后，本实施例以一种优选的实施方式对本装置的结构原理进行描述：

由于双锥体3的摆转工作，使双锥体3的轴心线围绕着腔室的轴线转动，作为优选实施例，双锥体3的两个下圆锥面部分302分别和腔室的上表面和下表面线接触的接触线，即接触相切线S也随双锥体3的摆转而转动，由该上下两条接触相切线S和隔板2将密封腔体1的腔室分隔成4个容积腔。当双锥体3摆转时，其接触相切线S也随着转动，这样在两条接触相切线S和隔板2的隔离作用下，密封腔体1的腔室内的各容积腔的容积也就发生变化。

当双锥体3在密封腔体1的腔室内连续摆转工作，隔板2相对双锥体3的轨迹呈球面8字型(参见图3)，双锥体3上的滑槽304沿着该8字外边界 廓线开设并按隔板2的厚度外延。该连续摆转工作使的双锥体3的下圆锥面部分302和腔室的接触相切线S也发生转动，因该接触相切线S的运动由摆转作用形成，因此接触相切线S能自由“穿过”隔板2，该运动进而改变接触相切线S的接触位置(参见图7至图10)，随着接触相切线S的接触位置的改变使各容积腔的容积也发生连续不断的变化，即该接触相切线S对腔室前方的空间进行了逐渐的压缩。如无隔板2就不能分隔压缩区和扩张区，而有了隔板2，接触相切线S的运动逐渐逼近隔板2向介质出口102处压迫腔室里的空间，减小了压缩区的容积。随后接触相切线S“穿过”隔板2，在隔板2背面的另一侧的接触相切线S逐渐远离形成介质进口101处扩张区的容积的扩大，如此可连续往复循环。

需要说明的是，本装置适合于各种流动性介质，包括气体介质、液体介质、固体颗粒等。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种基于双锥体空间摆动的能量转换装置，其特征在于，包括：

密封腔体，所述密封腔体内部具有腔室，该腔室的侧壁为球形曲面，所述密封腔体的顶部具有圆形窗口，所述密封腔体的侧壁上相邻设置有连通所述腔室的介质进口和介质出口；

隔板，其设置在所述密封腔体内并介于所述介质进口和所述介质出口之间；

双锥体，其由两个相同的截头锥体构成，每个截头锥体包括三部分：上球面部分、下圆锥面部分和环绕所述下圆锥面部分周围的球环面部分，所述双锥体设在所述腔室内，且所述双锥体能够在所述腔室内进行摆转，当所述双锥体在所述腔室内摆转时，所述球环面部分时刻与所述腔室的球形侧壁曲面相切进而将所述腔室分隔成4个容积时刻发生变化的腔室；以及

摆动轴，所述摆动轴固定在所述上球面部分上且从所述圆形窗口中穿过；

其中，在第一种工作状态下，压缩介质从所述介质进口进入所述腔室，所述压缩介质在所述腔室内膨胀驱动所述双锥体在所述腔室内摆转，所述双锥体进而带动所述摆动轴围绕所述腔室的轴线进行公转，膨胀后的压缩介质从所述介质出口中排出；或者，在第二种工作状态下，流动性介质从所述介质进口进入所述腔室，外界动力源驱动所述摆动轴围绕所述腔室的轴线进行公转，进而带动所述双锥体在所述腔室内摆转，使得所述流动性介质经过所述双锥体的压缩而从所述介质出口中输出。

2.根据权利要求1所述的基于双锥体空间摆动的能量转换装置，其特征在于，所述腔室的上表面和下表面为平面，当所述双锥体倾斜设在所述腔室内时，所述双锥体的两个下圆锥面部分分别与所述上表面和所述下表面线接触。

3.根据权利要求1所述的基于双锥体空间摆动的能量转换装置，其特征在于，所述隔板设置在所述腔室的一侧，所述隔板的内端面为凹球面，所述 双锥体的一侧设有与所述隔板的内端面密封配合的滑槽，所述滑槽的两端敞开，所述滑槽的底面与所述双锥体的两个上球面部分共球面。

4.根据权利要求1所述的基于双锥体空间摆动的能量转换装置，其特征在于，所述密封腔体由上腔体和下腔体扣合而成。

5.根据权利要求1所述的基于双锥体空间摆动的能量转换装置，其特征在于，所述流动性介质为气体、液体或固体颗粒体。