專利名稱：一種氣能機系統及其氣能機的制作方法
技術領域：
本發明涉及動力裝置技術領域，特別涉及一種氣能機系統及其氣能機。
背景技術：
目前，能量轉換裝置中以發動機最為人們熟知，并且應用范圍最為廣泛，一些其他的能量轉換裝置如電池等也對人們的生活、工作有著至關重要的影響。發動機是一種將燃料進行反應時產生的化學能量轉化為機械部件的動能的裝置， 根據使用的燃料不同發動機可分為汽油發動機和柴油發動機，下面對汽油發動機的運轉過程做簡單介紹。現有技術中，典型的汽油發動機包括套筒、燃燒室、活塞和連桿，活塞密封設置于套筒中，并與套筒可滑動地密封連接；套筒與燃燒室相連通，活塞與連桿相連接。當汽油以霧狀形式噴入到燃燒室中，與空氣進行混合，在火花塞的作用下發生爆燃，瞬間產生較大的熱能和膨脹勢能。其中，膨脹勢能通過活塞推動汽油發動機的連桿進行運動，使得這種膨脹勢能轉化為汽油發動機的動能。由于汽油發動機僅能對爆燃時產生的勢能進行利用，而爆燃時產生的熱能將會通過與空氣的熱量交換流失掉，造成資源浪費。上述能量轉換過程中，由于油氣是在燃燒室中進行燃燒，燃燒室內的新鮮空氣受空間限制不能提供充足的氧氣供油氣燃燒，因此，非充分燃燒也造成了能源的浪費。此外，面對日益嚴重的環境污染以及資源短缺，發展綠色能源成為了當代社會能源發展的主流方向，汽油發動機或者柴油發動機所排放的尾氣也是對大氣污染的主要污染物之一。因此，如何提供一種綠色的具有較高的能量轉化率的動力裝置成為了本領域技術人員亟待解決的問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題為提供一種綠色的具有較高的能量轉化率的動力裝置。為解決上述技術問題，本發明提供了一種氣能機，包括氣壓缸系統和能量轉換系統；所述氣壓缸系統包括氣壓缸、活塞和連桿，所述活塞與所述氣壓缸可滑動地密封連接， 所述連桿與所述活塞連接；所述能量轉換系統包括可逆轉傳動輪、傳動軸、凸輪、凸輪軸和動力傳輸裝置，所述可逆轉傳動輪套設于傳動軸上，且與所述傳動軸單方向固定連接，所述凸輪套設于凸輪軸上，所述可逆轉傳動輪與所述連桿配合連接并可繞所述傳動軸旋轉，所述凸輪與所述連桿配合連接并可繞所述凸輪軸旋轉，所述傳動軸通過動力傳輸裝置與所述凸輪軸相連接。優選地，所述可逆轉傳動輪的輪緣設置有輪齒，所述連桿上設置有與所述輪齒嚙合配合的齒牙。優選地，所述連桿的一端與所述活塞相連接，其另一端與所述凸輪相抵接；所述連桿與所述凸輪相抵接的一端設置有滾輪，所述滾輪可轉動地設置于所述連桿上。
優選地，所述動力傳輸裝置為鏈輪組合，所述鏈輪組合包括第一鏈輪、第二鏈輪和鏈條，所述第一鏈輪與所述傳動軸相連接，所述第二鏈輪與所述凸輪軸相連接，所述第一鏈輪與所述第二鏈輪通過所述鏈條相連接。優選地，所述動力傳輸裝置為齒輪組，所述齒輪組包括第一齒輪、第二齒輪和齒輪箱，所述第一齒輪與所述傳動軸相連接，所述第二齒輪與所述凸輪軸相連接，所述第一齒輪與所述第二齒輪通過所述齒輪箱相連接。優選地，所述凸輪為三角凸輪。優選地，還包括套筒，所述套筒與所述氣壓缸密封連接，所述活塞可移動地密封設置于所述套筒中。本發明還提供了一種氣能機系統，包括如權利要求1至7任一項所述氣能機、供壓系統和控制系統；所述供壓系統與所述氣能機相連接，用于向所述氣壓缸中補充壓力；所述控制系統與所述供壓系統相連接，用于控制所述供壓系統的補壓時機。優選地，所述控制系統還設置有檢測部件，所述檢測部件與所述氣壓缸相連接，用于檢測所述氣壓缸中的壓強本發明所提供的氣能機包括氣壓缸系統和能量轉換系統。氣壓缸系統包括氣壓缸、活塞和連桿，活塞密封設置于氣壓缸中。能量轉換系統包括可逆轉傳動輪、傳動軸、凸輪和凸輪軸，可逆轉傳動輪套設于傳動軸上，凸輪套設于凸輪軸上，可逆轉傳動輪可轉動地與連桿相連接，凸輪可轉動地與連桿相連接，傳動軸與凸輪軸可轉動鏈接。當氣壓缸中充入氣體時，氣壓缸內壓力上升，氣體勢能逐漸增強并推動活塞運動。活塞與連桿相連接，活塞受到氣壓作用運動，并帶動連桿進行運動。連桿通過活塞運動，并帶動可逆轉傳動輪轉動，可逆轉傳動輪能夠于一個旋轉方向上給予傳動軸轉動作用力，并能夠進行另一個方向上的空載轉動。當可逆轉傳動輪帶動傳動軸進行運動時，傳動軸通過外接設備將這種動能輸出。傳動軸與凸輪軸可轉動地連接， 能夠實現凸輪軸受到傳動軸的作用而轉動，凸輪軸上安裝有凸輪，凸輪可轉動地與連桿相連接，凸輪因其自身設計通過偏心作用將連桿推回，連桿帶動活塞使其復位至初始狀態，然后再通過氣壓缸內的壓力作用進行運動。本發明所提供的氣能機通過其結構設計能夠將氣壓缸中的氣體勢能轉化為機械部件的動能，并且在能量轉化的過程中，僅產生較少的無用能量，因此其轉化效率較高。并且，本發明所采用的能量轉換介質為空氣，在全部的轉換操作過程不產生任何污染環境的物質。本發明還提供了一種氣能機系統，包括上述氣能機、供壓系統和控制系統；供壓系統能夠對氣能機進行能量補充，保持氣壓缸中額定壓力，使其能夠穩定地對外輸出能量；控制系統能夠控制氣能機的運轉，使其在非工作時停止或者工作時的啟動，保證了氣能機使用的可控性。
圖1為本發明一種實施例中氣能機的結構示意圖；圖2為本發明一種實施例中可逆轉傳動輪與連桿相連接的結構示意圖；圖3為本發明一種實施例中氣能機系統的模塊其中，圖1至圖3中部件名稱與附圖標記的對應關系為氣壓缸系統1 ；氣壓缸11 ；活塞12 ；連桿13 ；齒牙131 ；滾輪132 ；套筒14 ；能量轉換系統2 ；可逆轉傳動輪21 ；輪緣211 ；輪齒212 ；傳動軸22 ；凸輪23 ；凸輪軸24 ；鏈輪組合3 ；第一齒輪31 ；第二齒輪32 ；鏈條33 ；氣能機a ；供壓系統b ；控制系統c ；檢測部件d。
具體實施例方式本發明的核心為提供一種氣能機系統及其氣能機，該氣能機能夠應用大氣進行能量轉換，在轉換過程中不產生任何污染物，并且本發明具有較高的轉換效率。為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。請參考圖1，圖1為本發明一種實施例中氣能機的結構示意圖。本發明所提供的氣能機a是一種能量轉換裝置，具體地說是一種將壓力能轉換為機械動能的裝置，包括1氣壓缸系統1和能量轉換系統2。氣壓缸系統1包括氣壓缸11、活塞12和連桿13，活塞12與氣壓缸11可滑動地密封連接，連桿13與活塞12相連接。氣壓缸11用于裝載氣體，并具有一定的抗壓強度，為了使本發明在一次補充壓力后，能夠輸出較大的能量，需要充入的壓力能較大。作為一種公知，壓力能越大，壓強相應的就越大，所以本發明所提供的氣壓缸11需要具有較強的壓力承載能力用以承載較大的壓強。本發明是將氣體壓力轉換為機械動力，所以為了避免能量外泄流失的情況發生，活塞12與氣壓缸11之間的連接為密封連接。當氣壓缸11中裝入具有一定壓力的氣體時，氣壓缸11中各個點位都具有一定的壓強，當活塞12與氣壓缸11密封連接后，活塞12的一個面與氣壓缸11中的氣體直接接觸，并受到氣體壓力的作用，具有背離氣壓缸11的運動趨勢，當活塞12與氣壓缸11可滑動地相連時，活塞12將在氣壓作用下運動。活塞12與連桿13相連接，并帶動連桿13運動。能量轉換系統2包括可逆轉傳動輪21、傳動軸22、凸輪23、凸輪軸M和動力傳輸裝置，用于將氣壓缸11中的氣壓能轉換為本系統內部件的動能。可逆轉傳動輪21是一種類似于自行車飛輪的棘輪機構，可逆轉傳動輪21單方向固定連接于傳動軸22上，并可繞傳動軸22的軸線進行有條件旋轉。該有條件旋轉為可逆轉傳動輪21在沿一個方向進行周向旋轉時，能夠帶動傳動軸22進行轉動；在沿另一個方向上進行的周向旋轉為與傳動軸22互不影響的空轉。凸輪23是一種具有偏心距的偏心輪，在進行旋轉時，抵接于其邊緣的部件能夠跟隨偏心輪的偏心距變化進行往復運動。凸輪23套設于凸輪軸M上，當凸輪軸M轉動時，能夠帶動凸輪23轉動。凸輪軸M與傳動軸22之間設置有動力傳輸裝置，傳動軸22 轉動時，能夠通過動力傳輸裝置帶動凸輪軸M轉動。由上文可知，活塞12能夠在氣壓作用下帶動連桿13運動，連桿13則負責將這種能量傳遞給能量轉換系統2。其具體結構為連桿13的一端與活塞12相連接，其另一端與凸輪23相抵接。在本發明的一種實施例中，連桿13與活塞12為固定連接，并與活塞12所具有的受力面相垂直，該結構設計能夠在不產生任何分力的情況下，最大程度地進行能量 (力)的傳輸。凸輪23安裝于凸輪軸M上，凸輪軸M的軸線與連桿13相垂直。本發明所提供的氣能機a具有多套活塞12、連桿13組合，因此凸輪23與凸輪軸M的組合以及可逆轉傳動輪21與傳動軸22的組合與活塞12、連桿13組合套數一致。多個凸輪23安裝于一根凸輪軸M上，其邊緣分別與互不相同的單根連桿13相抵接。當凸輪軸M帶動凸輪23 轉動時，連桿13能夠沿其軸向進行上下運動。多個可逆轉傳動輪21安裝于一根傳動軸22 上，其邊緣分別與互不相同的單根連桿13相接觸，當連桿13移動時，能夠帶動可逆轉傳動輪21旋轉。本發明的具體運動過程為當氣壓缸系統1中具有多套活塞12、連桿13組合時， 如采用七套設置。其中，第一個活塞12受到氣壓缸11內壓強的作用向背離氣壓缸11的方向運動，并帶動連桿13向外移動；連桿13與第一個活塞12相對應的可逆轉傳動輪21相接觸，并帶動可逆轉傳動輪21進行旋轉，定義該旋轉方向為正方向，可逆轉傳動輪21在正方向上旋轉時能夠給予傳動軸22力的作用，使傳動軸22進行旋轉。傳動軸22上與外接設備相連接，能夠將動能進行輸出。傳動軸22的末端連接有動力傳輸裝置，動力傳輸裝置與凸輪軸M相連接并將傳動軸22的旋轉運動傳遞給凸輪軸M，使得凸輪軸M進行旋轉。由于連桿13與凸輪23抵接，通過合理安排凸輪23的偏心角度，于連桿13在向下運動到最大位置時，正好位于凸輪23的最小偏心位置該結構設計能夠在凸輪23繼續轉動時，連桿13將會被向上推起并帶動活塞12復位。連桿13在向上運動時，帶動可逆轉傳動輪21轉動，定義此時可逆轉傳動輪21的旋轉方向為反方向，可逆轉傳動輪21進行反方向旋轉時，不具有對傳動軸22任何力的傳遞作用。當活塞12復位后，凸輪23處于自最大偏心位置開始向最小偏心位置變化的狀態，因此該套活塞12、連桿13組合將進入下次能量轉換程序。為了能夠使本發明提供可靠的動力傳輸，在本實施例中(具有七套活塞12、連桿 13組合的情況)通過調整各個凸輪23之間的偏心距偏轉角度，使得七個活塞12保持處于四個活塞12向下運動作用，三個活塞12向上運動復位的運動狀態。上述僅對一套活塞12、 連桿13組合做了運動描述，其他活塞12、連桿13組合的運動過程一致，將不再贅述。請參考圖2，圖2為本發明一種實施例中可逆轉傳動輪與連桿相連接的結構示意圖。連桿上設置有齒牙131，當連桿與可逆轉傳動輪21配合連接時，連桿起到齒條的作用。當氣壓缸11中的氣體具有較大的壓強時，可逆轉傳動輪21所傳遞的力將會很大，為了保證連桿13在力傳遞過程中的可靠性，本發明在一種實施例中將可逆轉傳動輪21與連桿13的連接設計為齒輪齒條連接。可逆轉傳動輪21具有可旋轉的輪緣211，該輪緣211能夠做上述有條件旋轉，輪緣211上設置有輪齒212，連桿13上設置有與輪齒212相配合齒牙 131。當連桿13向下運動時，通過輪齒212與齒牙131之間的嚙合，實現力的傳遞。本領域技術人員可知，嚙合連接的方式能夠穩定地傳遞較大的力，因此該連接方式的應用保證了本發明在傳遞過程中工作可靠性。連桿13與凸輪23相抵接，通過凸輪23的轉動實現活塞12的復位，凸輪23的邊緣與連桿13為直接接觸，當凸輪23運動時，凸輪23與連桿13之間為滑動摩擦，滑動摩擦不僅對部件本身具有很強的破壞作用，并且在滑動過程中產生較大的熱量，造成資源浪費。 特別地，本發明于連桿13與凸輪23相抵接的一端設置有滾輪132，滾輪132可轉動地設置于連桿13上，當凸輪23轉動時，滾輪132與凸輪23抵接，并跟隨凸輪23轉動。連桿13與凸輪23之間的滾動連接能夠大大降低因摩擦遂漸引起的部件損傷與熱量產生。
傳動軸22與凸輪軸M通過動力傳輸裝置相連接，具體地，該動力傳輸裝置為鏈輪組合3，包括第一鏈輪31、第二鏈輪32和鏈條33。第一鏈輪31安裝于傳動軸22的末端，第二鏈輪32安裝于凸輪23軸的末端，并通過鏈條33相連接。該結構設計能夠通過改變第一鏈輪31和第二鏈輪32之間的直徑比改變傳動軸22與凸輪23軸之間的旋轉的角速度比。 由于連桿13的移動受凸輪23旋轉的影響，而凸輪23的旋轉直接受傳動軸22與凸輪軸M 之間的角速度比影響，因此使用鏈輪組合3能夠方便地調整角速度比從而控制凸輪23與連桿13之間的配合，使得連桿13的位移距離較大。此外，動力傳輸裝置還可以設計為齒輪組，該齒輪組包括第一齒輪、第二齒輪和齒輪箱，第一齒輪安裝于傳動軸22的末端，第二齒輪安裝于凸輪軸M的末端，并通過齒輪箱進行傳動。采用齒輪組進行連接，能夠通過調整齒輪箱的傳動比調節傳動軸22與凸輪軸M 之間旋轉的角速度比，從而調整凸輪23與連桿13之間的配合。具體地，凸輪23為三角凸輪，即沿輪的周向均勻分布有三段平滑過渡的輪緣211， 使得連桿13能夠在三角凸輪23旋轉時，進行上下運動。同樣，也可以設計為其他形式的凸輪23，能夠完成使得連桿13上下運動即可。為了方便地使活塞12于氣壓缸11中移動，本發明加入了套筒14，套筒14與氣壓缸11密封連接，活塞12可移動地密封設置于套筒14中。活塞12與套筒14可沿用現有技術中汽油發動機中套筒14與活塞12的組合。請參考圖3，圖3為本發明一種實施例中氣能機系統的模塊圖。本發明還提供了一種氣能機a系統，包括上述氣能機a、供壓系統b和控制系統C。 供壓系統b與氣能機a相連接，用于向氣能機a的氣壓缸11中補充壓力。該連接為管連接， 供壓系統b將大氣壓縮，通過管路直接通入到氣壓缸11中，使氣壓缸11具有一定壓力。控制系統c與供壓系統b相連接，用于控制供壓系統b的補壓時機。控制系統c可以直接控制供壓系統b的開啟或者關閉，可以控制進入到氣壓缸11中補壓管路的開啟或者關閉。為了使本發明更具智能性，本發明于控制系統c中加入了檢測部件d，用于檢測氣壓缸11中的壓強。當檢測部件d檢測到氣壓缸11中壓強低于設定值，控制系統C控制補壓系統向氣壓缸11中補壓；當檢測部件d檢測到氣壓缸11中壓強高于設定值時，控制系統 c控制補壓系統停止工作。以上對本發明所提供的一種氣能機系統及其氣能機進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種氣能機，其特征在于，包括氣壓缸系統(1)和能量轉換系統O)；所述氣壓缸系統(1)包括氣壓缸(11)、活塞(1 和連桿(13)，所述活塞(1 與所述氣壓缸(1)可滑動地密封連接，所述連桿(1 與所述活塞(1 連接；所述能量轉換系統( 包括可逆轉傳動輪(21)、傳動軸(22)、凸輪(23)、凸輪軸04) 和動力傳輸裝置，所述可逆轉傳動輪套設于傳動軸0 上，且與所述傳動軸02)單方向固定連接，所述凸輪套設于凸輪軸04)上，所述可逆轉傳動輪與所述連桿(13)配合連接并可繞所述傳動軸0 旋轉，所述凸輪與所述連桿(1 配合連接并可繞所述凸輪軸0 旋轉，所述傳動軸0 通過動力傳輸裝置與所述凸輪軸04)相連接。
2.根據權利要求1所述氣能機，其特征在于，所述可逆轉傳動輪的輪緣011)設置有輪齒012)，所述連桿(1 上設置有與所述輪齒012)嚙合的齒牙(131)。
3.根據權利要求1所述氣能機，其特征在于，所述連桿(1 的一端與所述活塞(12)相連接，其另一端與所述凸輪相抵接；所述連桿(1 與所述凸輪相抵接的一端設置有滾輪(132)，所述滾輪(13 可轉動地設置于所述連桿(1 上。
4.根據權利要求1所述氣能機，其特征在于，所述動力傳輸裝置為鏈輪組合(3)，所述鏈輪組合C3)包括第一鏈輪(31)、第二鏈輪(3 和鏈條(33)，所述第一鏈輪(31)與所述傳動軸0 相連接，所述第二鏈輪(3 與所述凸輪軸04)相連接，所述第一鏈輪(31)與所述第二鏈輪(3 通過所述鏈條(3 相連接。
5.根據權利要求4所述氣能機，其特征在于，所述動力傳輸裝置為齒輪組，所述齒輪組包括第一齒輪、第二齒輪和齒輪箱，所述第一齒輪與所述傳動軸0 相連接，所述第二齒輪與所述凸輪軸04)相連接，所述第一齒輪與所述第二齒輪通過所述齒輪箱相連接。
6.根據權利要求1所述氣能機，其特征在于，所述凸輪(2 為三角凸輪。
7.根據權利要求1至5任一項所述氣能機，其特征在于，還包括套筒(14)，所述套筒(14)與所述氣壓缸(11)密封連接，所述活塞(12)可移動地密封設置于所述套筒(14)中。
8.一種氣能機系統，包括如權利要求1至7任一項所述氣能機(a)、供壓系統(b)和控制系統(c)；所述供壓系統(b)與所述氣能機(a)相連接，用于向所述氣壓缸(11)中補充壓力；所述控制系統(c)與所述供壓系統(b)相連接，用于控制所述供壓系統的補壓時機。
9.根據權利要求8所述氣能機系統，其特征在于，所述控制系統(c)還設置有檢測部件 (d)，所述檢測部件(d)與所述氣壓缸(11)相連接，用于檢測所述氣壓缸(11)中的壓強。
全文摘要
本發明公開了一種氣能機，包括氣壓缸系統和能量轉換系統，氣壓缸系統通過其具有的氣壓缸和活塞能夠將氣壓能轉化為活塞的動能，活塞通過連桿的連接作用帶動能量轉換系統運轉；能量轉換系統包括可逆轉傳動輪、傳動軸、凸輪和凸輪軸，連桿帶動可逆轉傳動輪轉動，并通過傳動軸對外輸出能量；同時，輸出軸帶動凸輪軸和凸輪轉動，凸輪將連桿頂回，使得活塞復位，然后進行下一次能量轉換動作。本發明通過其結構設計能夠應用大氣進行能量轉換，其轉化效率較高，并不產生任何環境污染。
文檔編號F01B1/02GK102383861SQ20111029959
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者馮袖幅 申請人:馮袖幅