專利名稱：立渦勢能發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可供車船等交通工具使用的結構簡單、無任何污染、無任何氣體排放的高效節(jié)能發(fā)動機。由于它的蓄能部分是一種立體渦卷彈簧，所以稱之為立體渦卷彈簧勢能發(fā)動機，簡稱立渦勢能發(fā)動機。
現(xiàn)有的車船等交通工具所采用的動力裝置大體可分三類，即蒸汽機、內(nèi)燃機和電動機。前兩類結構復雜，能源浪費巨大，且有大量有毒氣體和溫室氣體排放，對人類的生存環(huán)境造成了極大的破壞。而后者雖然結構簡單，但自身無法蓄能，若采用有線供電，雖供能充足，但靈活性差，使用上嚴重受限，無法發(fā)揮其作為交通工具應有的功能；若采用電池蓄電，則有充電時間漫長、充放電時能量損失嚴重以及大量使用電池造成酸及重金屬污染等弊端。近年出現(xiàn)的燃料電池車船動力裝置，也無法克服內(nèi)燃機和電動機的缺點，它在使用時放熱量大，經(jīng)濟性差，其環(huán)保性來源于對清潔燃料的依賴，這一點與內(nèi)燃機相比無明顯優(yōu)越性可言。近來在國外有人研究一種以壓縮空氣推動活塞做功的勢能發(fā)動機，其結構復雜、蓄能量小，在思路上沒能突破內(nèi)燃機這種傳統(tǒng)模式的束縛，除環(huán)保性外，均無可取之處，且受環(huán)境溫度影響極大，無法推廣使用。
本發(fā)明的任務，就是提供一種能夠有效地克服現(xiàn)有的動力裝置以上諸多缺陷的車船發(fā)動機。
本發(fā)明是以如下方法實現(xiàn)的由一個安裝在圓柱狀機殼內(nèi)部的電能輸入機構和一個暴露在機殼一端的動能輸入機構組成的能量輸入系統(tǒng)分別將電能或動能等形式的能量輸入一個由立體渦卷彈簧和止逆彈簧卡以及釋能制動齒輪組成的蓄能系統(tǒng)中，以彈性勢能的形式貯存起來，然后由由一個能量輸出齒軸和一個套在齒軸上與之嚙合并能縱軸左右滑動的能量輸出齒輪組成的能量輸出系統(tǒng)，按操縱者要求節(jié)放能量，驅(qū)動交通工具或其它機械做功。
所謂立體渦卷彈簧，是相對于平面渦卷彈簧而言的，顧名思義，它的能量蓄貯是大量的、立體性的，這一點是本發(fā)明的關鍵所在。在“人丁眾多”的彈簧家族中，平面渦卷彈簧以其變形角大的特點，在彈簧蓄能方面首屈一指。其特點是，所蓄能量與被盤曲的彈簧長度成正比，要想蓄貯更多的能量，就必須加大彈簧長度。由于平面渦卷彈簧是在二維平面內(nèi)盤曲延展的，所以長度的增加，勢必導致盤簧直徑的擴大，超大盤徑的平面渦卷彈簧無法在交通工具上使用。要想繼續(xù)增大勢能蓄貯量，就必須向三維發(fā)展。取一根超長的板簧，先將它盤成一個平面渦卷彈簧，當盤簧直徑增大到一定限度時，將板簧翻折90度，使其向垂直于盤簧平面的三維方向延伸，當延伸至超過板簧寬度的1/2時再將板簧平折90度，使其沿平面渦卷彈簧的一側(cè)向平面渦卷彈簧的中心延伸，當延伸至渦心時，再平折90度，使其重新向垂直于盤簧平面的三維方向延伸，形成一個“Z”形聯(lián)動板(這段板簧本身并不能蓄能，只起連接聯(lián)動的作用)，繼續(xù)延伸，當延伸至超過板簧寬度時，再將板簧翻折90度，在第一個平面渦卷彈簧的一側(cè)與之平行的平面內(nèi)盤成第二個平面渦卷彈簧。如法炮制，一個新的彈簧品種——立體渦卷彈簧產(chǎn)生了。它可以在不增大盤簧直徑的前提下數(shù)十成百倍地提高勢能蓄貯量。由于具有較大倔強系數(shù)的板簧是不能輕易被屈折90度而形成“Z”形的，于是我們用一種圓盤聯(lián)動器來替代“Z”形聯(lián)動板，因其縱軸截面酷似一張帶有瞄準具的弓(如圖3)，所以稱之為“弓”形聯(lián)動器。它不僅具備“Z”形聯(lián)動板的全部功能，而且還能充當平面渦卷彈簧的半封閉“弦盒”，使各個平面渦卷彈簧首尾相連，但無法相互纏繞、刮擦，從而消除噪音和摩擦阻力。
另外，本立渦勢能發(fā)動機還設有一個制動蓄能系統(tǒng)，它通過一組齒輪和傳動軸，將車輛制動過程中的大量前趨勢能重新輸回立體渦卷彈簧中，貯存起來。我們知道，在車輛(僅限陸上交通工具)減速、停車以及下坡時，制動能量是相當巨大的，而在以往的采用其它動力裝置的車輛上，這部分能量不僅被白白地浪費掉了，而且這部分能量在轉(zhuǎn)化和傳遞過程中，還對車輛的相關部件造成不同程度的損壞，它大大地縮短了車輛整體使用壽命。采用這個制動蓄能系統(tǒng)，既可增長車輛整體使用壽命，又能節(jié)約大量能源，它使車輛節(jié)能水平大幅提高、漸趨極至，這一點是采用其它動力裝置的車輛所無法企及的。
本機結構簡單，兼?zhèn)鋬?nèi)燃機本身及其能量儲存供應系統(tǒng)的雙重功能，且省略了進排氣系統(tǒng)(因無任何排放)和冷卻系統(tǒng)(因產(chǎn)生熱量太少無需冷卻)；本機無噪音，因主要噪音源——曲軸連桿機構和進排氣系統(tǒng)均被省略，所以本機正常運行時無噪音危害；本機操縱方便，裝備本機的車船的操縱系統(tǒng)可大幅簡化，僅用雙腳即可從容駕駛，從而解放了雙手。
作為一種交通工具，速度是一個不能忽視的主要性能指標，由于彈簧的勻加速釋能特性，裝備這種立渦勢能發(fā)動機的交通工具，將成為世界上最快捷的陸地和水上交通工具，其最高時速可不小于1,000公里。隨著材料科學的不斷發(fā)展，立渦勢能發(fā)動機還將成為航空器的動力裝置。
本機的廣泛使用，必將引發(fā)一場革命，使人類徹底擺脫無異于自掘墳墓的對排放毒氣的動力裝置的依賴，走上一條科學健康的發(fā)展之路。
以下結合附圖對發(fā)明做進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明的整體結構縱軸剖視2是圖1的A-A剖面3是兼做半封閉“弦盒”的“弓”形聯(lián)動器剖視4是防共振板簧截面圖參照圖1，在圖的右側(cè)，一個動能輸入齒輪(14)和一個動能輸入軸頭叉(16)構成本機的動能輸入機構。在裝備有大功率電動機和其它大功率動能輸出機械的供能站內(nèi)，強大的動能通過(14)或(16)迅速輸入由“弓”形聯(lián)動器(7)和平面渦卷彈簧(8)連接而成的立體渦卷彈簧蓄能系統(tǒng)中，頃刻間完成能量補給。
本機也可采用電能輸入法蓄貯能量當附近沒有專門供能站時，可將電能輸入插線(22)插入電能輸入插座(21)內(nèi)，使另一端與民用電源(一般為220V)接通，這樣，電能通過固定在發(fā)動機外殼(9)和機內(nèi)隔板(25)之間的兼做發(fā)電機的永磁電動轉(zhuǎn)化器(20)將電能轉(zhuǎn)化成動能通過傳動齒輪(24)和(19)帶動“弓”形聯(lián)動器將能量均勻地貯存在立體渦卷彈簧的各個蓄能單元中。單向旋轉(zhuǎn)齒輪(18)在止逆彈簧卡(23)的卡制下只能順時針旋轉(zhuǎn)，以保證勢能存貯系統(tǒng)中的能量不至于因逆轉(zhuǎn)而空釋。
本機的核心蓄能系統(tǒng)——立體渦卷彈簧，由10個“弓”形聯(lián)動器(7)(結構如圖3)和10個平面渦卷彈簧(8)(結構如圖2)分別構成的10個蓄能單元組成，它們首尾相接，形成一個統(tǒng)一的整體，與一個平面渦卷彈簧的工作特點相同。當能量自右端第一個“弓”形聯(lián)動器(結構如圖3)的規(guī)向軸D輸入時，由盤簧遠心端固定護圈A、六孔圓盤狀垂直隔離聯(lián)動板B、盤簧近心端固定圈C和盤簧軸向規(guī)定桿(簡稱規(guī)向軸)D構成的“弓”形聯(lián)動器順時針轉(zhuǎn)動，盤簧遠心端固定護圈A帶動右側(cè)第一個平面渦卷彈簧(本機采用的平面渦卷彈簧均屬非接觸型平面渦卷彈簧，這種平面渦卷彈簧無摩擦阻滯，蓄、釋能均勻平穩(wěn)，震動小，若其截面如圖4，更可減少共振和噪音及斷裂幾率)的遠心端順時針旋轉(zhuǎn)蓄能，而此盤平面渦卷彈簧的近心端與第二個“弓”形聯(lián)動器的近心固定圈相連，并帶動第二個“弓”形聯(lián)動器順時針旋轉(zhuǎn)，第二個“弓”形聯(lián)動器又帶動第二盤平面渦卷彈簧順時針旋轉(zhuǎn)蓄能。以此類推，能量被均勻地蓄貯在各個蓄能單元中。在蓄能過程中，各單元都順時針旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)數(shù)由右(輸入端)向左遞減。
本機能量輸出系統(tǒng)由能量輸出齒軸(2)和套在齒軸(2)上并與之嚙合可以順軸左右滑動的復合齒輪(1)、(3)組成。(1)是與做功系統(tǒng)嚙合的能量輸出齒輪，(3)是與制動盆形齒輪(4)嚙合的離合制動傘形齒輪，(3)、(4)構成一個離合器。(4)也是一個復合齒輪，其外環(huán)齒輪與傳動齒輪(6)嚙合。能量輸出系統(tǒng)的工作過程如下當操縱者將能量輸出齒輪(1)向左推動使之與做功系統(tǒng)嚙合，同時制動傘形齒輪(3)在(1)的帶動下向左同步滑動與制動盆形齒輪(4)分離，釋能制動解除，能量經(jīng)齒軸(2)傳給(1)，由(1)傳給做功系統(tǒng)做功。
當采用本立渦勢能發(fā)動機的車輛需要制動時，將復合齒輪(1)、(3)向右推動，使(3)、(4)嚙合，這時(1)不與做功系統(tǒng)分離，車輛在慣力作用下帶動盆形復合齒輪(4)順時針旋轉(zhuǎn)，(4)帶動傳動齒輪(6)逆時針旋轉(zhuǎn)，因(4)與(6)的直徑比為10∶1，所以(6)比(4)的旋轉(zhuǎn)角速度擴大10倍，(6)帶動水平傳動軸(5)，(5)帶動錐形傳動齒輪(10)，(10)帶動等大的垂直傳動錐形齒輪(11)，(11)帶動垂直傳動軸(13)，(13)帶動垂直傳動傘形齒輪(15)，(15)帶動等大的傘形齒輪(17)，(17)順時針旋轉(zhuǎn)，(17)將車輛制動的巨大能量重新輸回立體渦卷彈簧蓄能系統(tǒng)中，貯存起來。同時，因在傳動過程中齒輪轉(zhuǎn)數(shù)擴大10倍，蓄能彈簧的反向扭矩迅速增大，反向傳遞作用于盆形齒輪(4)對整車起到制動作用，同時回收大量動能。
權利要求
1.一個由能量輸入系統(tǒng)、能量蓄貯系統(tǒng)、能量輸出系統(tǒng)和制動蓄能系統(tǒng)組成的立渦勢能發(fā)動機，其特點是采用立體渦卷彈簧蓄能，而且能夠在車輛制動過程中自動吸收能量。
2.一種由兩個或兩個以上首尾相連平面渦卷彈簧組成的立體渦卷彈簧，它可以由一根彈簧連續(xù)盤曲彎折制成，也可以由兩個或兩個以上彈性系數(shù)和形狀大小都相同的平面渦卷彈簧通過聯(lián)動器首尾相連而成，其特征是，一個平面渦卷彈簧的尾端即遠心端與另一個平面渦卷彈簧的首端即近心端相連接，并能以相同角速度聯(lián)動，各個平面渦卷彈簧分別處在相互平行的不同平面內(nèi)，且各個平面渦卷彈簧的渦卷中心處在同一軸線上。
3.一個“弓”形聯(lián)動器，它由一個剛度較大的遠心端固定圈(A)、圓盤狀垂直聯(lián)動板(B)、近心端固定圈(C)、規(guī)向軸(D)和規(guī)向軸基座組成，其中遠心端固定圈和近心端固定圈以及規(guī)向軸具有共同的軸線，且此軸線穿過圓盤狀垂直聯(lián)動板的中心，與其圓盤平面垂直，穿過圓盤形規(guī)向軸基座中心，并與其圓盤平面垂直，規(guī)向軸(D)的左端垂直固定在基座的中心點上，而其圓盤基座的外緣與近心端固定圈(C)的半徑相同并與之右端固定在一起，近心端固定圈(C)的左端與和它相同半徑的圓盤狀垂直聯(lián)動板(B)中心圓孔的外緣固定在一起，而圓盤狀垂直聯(lián)動板(B)的外緣與和它相同半徑的遠心端固定圈的右端固定在一起，形成一個聯(lián)動器整體，它的遠心端固定圈(A)與一個平面渦卷彈簧的遠心端相連，它的近心端固定圈(C)與處在相互平行的不同平面內(nèi)的另一個平面渦卷彈簧的近心端相連，組成立體渦卷彈簧，它還可兼作平面渦卷彈簧的半封閉弦盒，因其縱軸線截面酷似一張帶有瞄準具的弓，所以稱之為“弓”形聯(lián)動器，其特征是，圓盤狀垂直聯(lián)動板剛度大，厚度小，隔離性好，聯(lián)動器整體抗扭拉強度高，能嚴格限制平面渦卷彈簧的軸向。
4.一個能夠有效回收車輛制動能量的制動蓄能系統(tǒng)，它通過一組傳動齒輪和傳動軸將車輛制動過程中的巨大能量傳遞到彈簧蓄能系統(tǒng)中，蓄貯起來，其特征是在傳動過程中，通過不同半徑的齒輪將能量輸入端齒輪轉(zhuǎn)數(shù)成倍擴大，達到能量輸出端齒輪轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)倍乃至數(shù)十倍，這樣在車輛慣力推動齒輪旋轉(zhuǎn)過程中，蓄能系統(tǒng)吸收的能量遠遠超過它所釋放的能量，達到蓄能的目的，同時，齒輪轉(zhuǎn)數(shù)的成倍擴大，使蓄能彈簧的反作用力矩迅速增大，達到制動目的。
全文摘要
本發(fā)明立渦勢能發(fā)動機由能量輸入系統(tǒng)、能量蓄貯系統(tǒng)、能量輸出系統(tǒng)和制動蓄能系統(tǒng)組成,它的核心能量蓄貯系統(tǒng)是一種立體渦卷彈簧,它是由10個平面渦卷彈簧(8)通過10個“弓”形聯(lián)動器(7)首尾相連而成。它使發(fā)動機的蓄能系統(tǒng)在不擴大渦卷彈簧半徑的前提下蓄能量擴大10倍。它的制動蓄能系統(tǒng)可以在車輛下坡時自動補給大量勢能。
文檔編號F03G1/02GK1385323SQ0111589
公開日2002年12月18日 申請日期2001年5月14日 優(yōu)先權日2001年5月14日
發(fā)明者王吉生 申請人:王吉生