CN2361869Y - 内能动力机 - Google Patents

Abstract

内能动力机,由电动机带动主动齿轮,主动齿轮带动单向浮动转化轮,单向浮动转化轮由外齿圈与空心内圈组成,其内圈连接一摇杆和一竖杆上的重力轮,单向浮动转化轮带动从动齿轮并传动工作机。本动力机可将重力转化为持久的作功能,并且可以多级串连,获得复利式增容,从而增加功率的输出,既最大地节能,且无环境污染。可以取代使用外力或燃料给能的发动机,广泛应用于电力、交通运输、航海等方面。

Description

内能动力机

本实用新型涉及到动力机械，尤其与发电机有关。

传统的发动机，大多以外力或燃料供给能量转换后才能对外作功，这类发动机存在如下问题：1、其作功效率由于作功过程额外的损耗无疑达不到100％；2、以燃料转化的作功过程会产生大量废渣废气、污染环境、危害人们身体健康。

本实用新型的目的是要提供一种内能动力机，它能利用重力内能的转化来获取能量作功，从而达到事半功倍的目的。

本实用新型包括箱体、电动机、靠背轮、主动齿轮、单向浮动转化轮、从动齿轮、摇杆、重力轮、垂直竖杆、飞轮、工作机等部件。在箱体内一侧上方装有主动齿轮，该齿轮轮轴伸出箱体外再通过一靠背轮连接着电动机，在箱体内中间部位装有单向浮动转化轮，它与主动齿轮相啮合，单向浮动转化轮由外齿圈及空心内圈组成，空心内圈圆周侧边上开有若干个三角形凹口，每凹口内各置一顶推弹簧和一球形(滚珠)卡或者片状弹跳卡或圆柱形卡，顶推弹簧可推动球形卡或圆柱形卡卡紧外齿圈和空心内圈使两者连为一体。沿单向浮动转化轮之中心水平线上装有一摇杆，该摇杆左右两臂叉位于单向浮动转化轮之两侧，其端头由螺栓固定连接在单向浮动转化轮的空心内圈侧边上；摇杆臂叉的另一端头由活动轴连接在箱体上。其摇杆臂叉活动轴9连接箱体的位置既可在单向浮动转化轮外，也可在单向浮动转化轮内。另外，在摇杆两臂叉端头固定连接单向浮动转化轮空心内圈的位置处的正上方装有一重力轮，它左右两侧连有一垂直竖杆，垂直竖杆下端固定连接在摇杆两臂叉端头上。在箱体内相对于主动齿轮来说的另一侧，即靠重力轮一侧的下方装一从动齿轮，该齿轮与单向浮动转化轮的外齿圈相啮合，从动齿轮与单向浮动转化轮两圆心连线与从动齿轮水平线的夹角应控制在45°以内。从动齿轮轮轴伸出箱体外并装有一飞轮后再通过靠背轮与工作机即发电机相连。

该内能动力机的工作原理大致如下：当电动机用外电起动后，通过同轴的主动齿轮带动单向浮动转化轮的外齿圈，再带动从动齿轮，使同轴的飞轮及发电机转动，待达到额定转速，此时飞轮开始储能，而摇杆接受重力轮施加重力后，重力以箱体上活动轴为圆心，将单向浮动转化轮的空心内圈拉向下移动，此时，球形(滚珠)卡在弹簧作用下被顶推向上而卡紧外齿圈与空心内圈将两者连为一体，从而将重力以通过圆心并且与圆上切向相垂直的力线传递给外齿圈。因重力永远是垂直向下的，因此圆上的切向力便是重力的分力，此分力与主动齿轮传给单向浮动转化轮的圆周力同一方向，故可相加，从而不需耗外能便加大了转化轮的转矩。另外，由于从发电机(或转动机械)方面来的阻力矩(反力矩)要与单向浮动转化轮的转矩相平衡，所以在两传动齿轮接触过程中有齿隙，在阻力矩的反作用下，使悬空的单向浮动转化轮产生浮动(呈微动状态)，从而使单向浮动转化轮的外齿圈一次次地接受重力的转化而增大转矩，也就是增大对外作功能力，发电机(或转动机械)也因此在原电动机传动能量作功的基础上，提高了出力，即提高了输出功率。

本实用新型具有如下优点：1、由于科学地利用了重力并将重力通过单向浮动转化轮转化成作功的能量，故而能获取比输入功率更大的输出功率，通过对具有上述特点的小型单级内能动力样机进行测试，其能量输入输出比达到1∶1.3以上。2、本机可以多级串组，从而实现复利式的增容；另外，其除用作发电取代各种燃用煤油电厂外，还可广泛用于交通运输及航海等方面作动力，因此，该机具有广泛的实用意义，并可获得巨大的经济效益。3、利用重力内能作功，不燃烧煤油气，不会产生任何废渣废气，故而有利环境保护。

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明：

图1本实用新型的侧剖示意图

图2本实用新型的俯剖示意图

图3本实用新型的单向浮动转化轮之结构示意图

如图1和图2所示，本实用新型包括箱体1、电动机13、靠背轮11、14、主动齿轮7、单向浮动转化轮6、从动齿轮2、摇杆8、重力轮5、垂直竖杆4、飞轮10、工作机12等部件。在箱体1内一侧上方装有主动齿轮7、该齿轮轮轴伸出箱体外再通过一靠背轮14连接着电动机13。在箱体内中间部位装有单向浮动转化轮6，它与主动齿轮7相啮合。单向浮动转化轮6如图3所示，它由外齿圈15和空心内圈16组成，空心内圈圆周侧边上开有若干个三角形凹口，每一凹口内各置有一顶推弹簧17和一球形(滚珠)卡18或圆柱形卡，顶推弹簧可推动球形卡卡紧外齿圈15和空心内圈16使两者连为一体。沿单向浮动转化轮6之中心水平线上装有一摇杆8，该摇杆左右两臂叉位于单向浮动转化轮之两侧，其端头由螺栓3固定在单向浮动转化轮的空心内圈16的侧边上，摇杆臂叉的另一端头由一活动轴9连接在箱体上。其摇杆臂叉活动轴9连接箱体的位置既可在单向浮动转化轮外，也可在单向浮动转化轮内，本实施例活动轴连接箱体的位置位于单向转化轮的外侧。另外，在摇杆两臂叉端头固定连接单向浮动转化轮空心内圈的位置处的正上方装有一重力轮5，它左右两侧向下连有二垂直竖杆4，垂直竖杆下端固定连接在摇杆两臂叉端头上。在箱体内相对于主动齿轮来说的另一侧，即靠重力轮一侧的下方装有一从动齿轮2，该齿轮与单向浮动转化轮的外齿圈15相啮合，从动齿轮与单向浮动转化齿轮两圆心连线与从动齿轮水平线的夹角α应控制在45°以内。从动齿轮轮轴伸出箱体外并装有一飞轮10，该轮轴再通过一靠背轮11与工作机12，即发电机相连。

下面再举例将内能动力机作功功率计算如下：

1、已知：(1)电动机额定功率N_d＝0.18kW，额定电流2.49A，额定工作电压U＝220V，额定转速η_d＝1400转/分，功率因数Cosψ_d0.7，效率η_d＝0.72。

(2)单相永磁发电机N_f＝0.3KW，额定转速η_f＝1000转/分，工作电压U_f＝220～400V、额定电流2～3A、功率因数Cosψ_f0.6，平均效率η_f＝0.65。

二、负载转矩计算

1、负载P＝0.24KW；发电机实际转速η_f′＝1145转/分

2、电动机转矩M_d＝975×N_d÷η_d＝975×0.18÷1400＝0.125kgfm

3、负载所需转矩M_f＝975×P÷η_f′＝975×0.24÷1145＝0.204kgfm

4、内能动力机应传递的有效转矩

M_df＝M_f/Cosψ_f×η_f＝0.204/0.6×0.65＝0.523kgfm

三、单向浮动转化轮(简称转化轮)的转矩计算

1、已知主动齿轮(电动机直联)齿数Z_d＝18。转化轮齿数Z_g＝60，节园直径d_g＝0.18m。从动齿轮(发电机直联)Z_f＝22。

2、转化轮转速η_g＝η_dZ_d÷Z_g＝1400×18÷60＝420转/分。

3、转化轮园周速度V_g＝η_gπd_g/60＝420×π×0.18/60＝3.956m/s

4、转化轮园周(切向)力F_g＝102N_d/V_g＝102×0.18/3.956＝4.64kgf

5、转化轮在外力作用下原有转矩M_k＝FR＝F_g×d_g÷2＝4.64×0.18÷2

＝0.417kgfm

6、转化轮摇杆末端受力点施加重力G＝5.53kg

7、已知滚珠转化力线与水平夹角α＝27°，则园周上转化的切向分力F′＝G×Cos27°＝5.53×0.89＝4.727kg

8、转化系数

，取0.85计，则有效转化力

4.927×0.85＝4.187kg

9、转化力矩M_g＝F″R_cp

转化轮空心轴半径R′＝0.156/2＝0.078m，转化轮齿圈节园半径R_g＝0.18/2＝0.09m

R_cp＝(R′+R_g)÷2＝(0.78+0.09)÷2＝0.084m

M_g＝4.187×0.084＝0.351kgfm

10、转化轮转矩之和∑M＝M_g+M_k＝0.351+0.417＝0.768kgfm

四、飞轮转矩计算

1、盘形飞轮(发电机直联)轮缘外径D＝0.2m，内径d＝0.14m，厚S＝0.03m，平均直径R_cp＝0.085m，轮缘重G＝3.12kg

2、飞轮惯量J_G＝GR_cp ²/4g＝3.12×0.085²/4×9.81＝0.000574kgms²

3、角速 $W=\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\η}}_f}{30}=3.14\×1145/30=119.81/S$

4、角加速 $\mathrm{\ϵ}=\frac{W}{t}=\frac{119.8}{20}=5.991/S^{2}t=20S$

5、飞轮转矩M_m＝J_Gε＝0.000574×5.99＝0.00344kgfm

五、总有效转矩M

1、机械传动效率η＝0.85

2、总有效转矩M＝(∑M+M_m)η＝(0.768+0.00344)×0.85＝0.655kgfm

3、有效转矩比a＝M/M_df＝0.655/0.523＝1.25

4、与电动机输出转矩比b＝M/M_d＝0.655/0.125＝5.24

5、根据a＝1.25，可以满足负载要求。

Claims (3)

1、内能动力机，包括箱体(1)、电动机(13)、靠背轮(11、14)、主动齿轮(7)、单向浮动转化轮(6)、从动齿轮(2)、摇杆(8)、重力轮(5)、垂直竖杆(4)、飞轮(10)、发电机(12)等部件，其特征在于：在箱体(1)内一侧上方装有主动齿轮(7)，该齿轮轮轴伸出箱体外再通过一靠背轮(14)连接着电动机(13)；在箱体内中间部位装有单向浮动转化轮(6)，它与主动齿轮(7)相啮合；单向浮动转化轮(6)由外齿圈(15)和空心内圈(16)组成，空心内圈圆周侧边上开有若干个三角形凹口，每一凹口内各置有一顶推弹簧(17)和一球形卡(18)或片状弹跳卡或圆柱形卡；沿单向浮动转化轮(6)之中心水平线上装有一摇杆(8)，该摇杆左右两臂叉位于单向浮动转化轮之两侧，其端头由螺栓(3)固定在单向浮动转化轮的空心内圈(16)的侧边上，摇杆臂叉的另一端头由活动轴(9)连接在箱体上；另外，在摇杆两臂叉端头固定连接单向浮动转化轮空心内圈的位置处的正上方装有一重力轮(5)，它左右两侧向下连有二垂直竖杆(4)，垂直竖杆下端固定连接在摇杆两臂叉端头上；在箱内相对于主动齿轮来说的另一侧即靠重力轮一侧的下方装有一从动齿轮(2)，该齿轮与单向浮动转化轮的外齿圈(15)相啮合，从动齿轮轮轴伸出箱体外并装有一飞轮(10)，该轮轴再通过一靠背轮(11)与工作机(12)相连。

2、根据权利要求1所述的内能动力机，其特征在于：从动齿轮与单向浮动转化轮两圆心的连线与从动齿轮水平线的夹角(α)应控制在45°以内。

3、根据权利要求1所述的内能动力机，其特征在于；其摇杆臂叉的活动轴(9)连接箱体的位置既可在单向浮动转化轮外，也可在单向浮动转化轮内。

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