CN108533393A - 能量双向转换装置及体外内燃式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能量双向转换装置及体外内燃式发动机，涉及发动机的技术领域，该能量双向转换装置，包括：壳体、主转子、主转子轴、主转子齿轮、从动转子、从动转子轴、从动转子齿轮、圆柱滚动活塞。当能量双向转换装置作为压缩机的配件使用时，可以使外接的原动机带动主转子轴转动，然后工作腔形成真空将工质从进口吸入，然后随着圆柱滚动活塞的推动，将工质压缩并从出口输出。而当能量双向转换装置作为马达的配件使用时，从进口输入高压的工质，高压工质推动圆柱滚动活塞，从而带动主转子轴转动，将工质的压力能转换为机械能，所以该装置可以分别应用于压缩机和马达的生成领域，提高的产品的适用性。

Description

能量双向转换装置及体外内燃式发动机

技术领域

本发明涉及发动机的技术领域，尤其是涉及一种能量双向转换装置及体外内燃式发动机。

背景技术

空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气动力马达(气动马达)是将压缩空气的压力能转换成旋转的机械能的装置，在气压传动中使用最广泛的是叶片式和活塞式气动马达。二者都是将一种能量形式转换成另外一种能量形式的装置。

分别生产空气压缩机和启动马达的配件十分的麻烦，亟需一种可以实现双向能量转换的装置，既能实现空气压缩的目的，又可以作为马达向外输出机械能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量双向转换装置及体外内燃式发动机，以缓解了现有压缩机和马达生产时，全部配件都需要单独制备，不通用的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种能量双向转换装置，包括：壳体、主转子、主转子轴、主转子齿轮、从动转子、从动转子轴、从动转子齿轮、圆柱滚动活塞；

所述壳体包括第一圆形部，所述主转子位于所述第一圆形部，所述主转子轴一端与所述主转子连接，所述主转子轴的另一端连接主转子齿轮；所述主转子的周向外壁与所述第一圆形部的内壁之间具有间隙，所述间隙形成工作腔；所述主转子的周向外壁上设置有用于放置所述圆柱滚动活塞对应的容纳槽，且所述容纳槽的长度方向与所述主转子的轴向方向平行，所述圆柱滚动活塞与所述第一圆形部的内壁滚动抵接；

所述壳体包括第二圆形部，所述从动转子位于所述第二圆形部内，且所述第二圆形部的内径与所述从动转子的外径对应，所述从动转子轴一端与所述从动转子连接，所述从动转子轴的另一端与所述从动转子齿轮连接，且所述主转子齿轮与所述从动转子齿轮啮合，以使所述主转子和从动转子同步转动；

所述主转子和从动转子抵接，且所述从动转子的外壁上设置有与所述圆柱滚动活塞对应的避让槽，以使所述圆柱滚动活塞滚动至第二圆形部时，所述圆柱滚动活塞进入所述避让槽内；

所述圆柱滚动活塞的数量为多个，且多个圆柱滚动活塞间隔设置，所述壳体上设置有进口和出口，所述进口和出口均用于将外界和所述间隙连通，且所述进口和出口的周向距离大于任意相邻两个圆柱滚动活塞的周向距离，以使在同一时间所述进口和出口中只有一个与外界连通。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述能量双向转换装置包括原动机，所述原动机与主转子轴连接，用于驱动所述主转子轴转动，以使从所述进口流入的工质被压缩后从所述出口输出，所述进口的工质的压强低于所述出口的工质压强。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述能量双向转换装置包括高压工质输出机构，所述高压工质输出机构与进口连接，用于向所述间隙内输入高压工质，所述高压工质推动所述主转子转动，以使所述主转子轴向外输出机械能。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述高压工质输出机构用于向所述间隙输入高压气体。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述能量双向转换装置包括换向阀机构，所述换向阀机构分别与所述进口和出口连接，以及与所述高压工质输出机构连接，用于改变高压工质的输入方向，以使所述主转子能够朝正向转动或者反向转动。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述从动转子、从动转子轴、从动转子齿轮和第二圆形部的数量均为两个，且两个所述第二圆形部对称设置在所述第一圆形部的两端；所述进口和出口的数量均为两个，分别为第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述第一进口与第一出口对应，所述第二进口与第二出口对应，且所述第一进口和第一出口位于所述第一圆形部的一侧，所述第二进口和第二出口位于所述第一圆形部的另一侧。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，多个所述圆柱滚动活塞间隔均匀。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述圆柱滚动活塞的数量为三个。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，同一个从动转子上的所述避让槽的数量为两个，且所述主转子齿轮与所述从动转子齿轮的直径比为3:2。

第二方面，本发明实施例提供的体外内燃式发动机，包括上述的能量双向转换装置。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的能量双向转换装置及体外内燃式发动机，所述能量双向转换装置包括：壳体、主转子、主转子轴、主转子齿轮、从动转子、从动转子轴、从动转子齿轮、圆柱滚动活塞。壳体包括第一圆形部，主转子位于所述第一圆形部内，主转子轴一端与所述主转子连接，另一端连接主转子齿轮，主转子和主转子齿轮能同步转动。主转子的周向外壁与所述第一圆形部的内壁之间具有间隙，所述间隙形成工作腔。主转子的周向外壁上设置有用于放置所述圆柱滚动活塞对应的容纳槽，且所述容纳槽的长度方向与所述主转子的轴向方向平行，圆柱滚动活塞与所述第一圆形部的内壁滚动抵接，在主转子转动的时候，圆柱滚动活塞一直抵在壳体的内壁上，防止工质越过圆柱滚动活塞。壳体包括第二圆形部，所述从动转子位于所述第二圆形部内，且所述第二圆形部的内径与所述从动转子的外径对应，所述从动转子轴一端与所述从动转子连接，所述从动转子轴的另一端与所述从动转子齿轮连接，且所述主转子齿轮与所述从动转子齿轮啮合，以使所述主转子和从动转子同步转动；所述主转子和从动转子抵接，用于防止进口与出口连通。所述从动转子的外壁上设置有与所述圆柱滚动活塞对应的避让槽，当所述圆柱滚动活塞滚动至第二圆形部时，圆柱滚动活塞进入所述避让槽内，当主转子继续转动时，圆柱滚动活塞从避让槽中出来。所述圆柱滚动活塞的数量为多个，且多个圆柱滚动活塞间隔设置，所述壳体上设置有进口和出口，所述进口和出口均用于将外界和所述间隙连通，且所述进口和出口的周向距离大于任意相邻两个圆柱滚动活塞的周向距离，以使在同一时间所述进口和出口中只有一个与外界连通。当能量双向转换装置作为压缩机的配件使用时，可以使外接的原动机带动主转子轴转动，然后工作腔形成真空将工质从进口吸入，然后随着圆柱滚动活塞的推动，将工质压缩并从出口输出。而当能量双向转换装置作为马达的配件使用时，从进口输入高压的工质，高压工质推动圆柱滚动活塞，从而带动主转子轴转动，将工质的压力能转换为机械能，所以该装置可以分别应用于压缩机和马达的生成领域，提高的产品的适用性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的能量双向转换装置的示意图；

图2为本发明实施例1提供的能量双向转换装置的壳体的主视方向的剖视图；

图3为本发明实施例1提供的能量双向转换装置的壳体的右视方向的示意图；

图4为本发明实施例2提供的能量双向转换装置的示意图。

图标：100-壳体；210-主转子；220-主转子轴；230-主转子齿轮；310-从动转子；311-避让槽；320-从动转子轴；330-从动转子齿轮；400-圆柱滚动活塞；500-工作腔；610-第一进口；620-第一出口；710-第二进口；720-第二出口；810-高压工质输出机构；820-原动机；900-换向阀机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种能量双向转换装置，下面给出多个实施例对本发明提供的能量双向转换装置的结构进行详细描述。

实施例1

如图1-图3所示，本发明实施例提供的能量双向转换装置，所述能量双向转换装置包括：壳体100、主转子210、主转子轴220、主转子齿轮230、从动转子310、从动转子轴320、从动转子齿轮330、圆柱滚动活塞400。壳体100包括第一圆形部，主转子210位于所述第一圆形部内，主转子轴220一端与所述主转子210连接，另一端连接主转子齿轮230，主转子210和主转子齿轮230能同步转动。主转子210的周向外壁与所述第一圆形部的内壁之间具有间隙，所述间隙形成工作腔500。主转子210的周向外壁上设置有用于放置所述圆柱滚动活塞400对应的容纳槽，且所述容纳槽的长度方向与所述主转子210的轴向方向平行，圆柱滚动活塞400与所述第一圆形部的内壁滚动抵接，在主转子210转动的时候，圆柱滚动活塞400一直抵在壳体100的内壁上，防止工质越过圆柱滚动活塞400。壳体100包括第二圆形部，所述从动转子310位于所述第二圆形部内，且所述第二圆形部的内径与所述从动转子310的外径对应，所述从动转子轴320一端与所述从动转子310连接，所述从动转子轴320的另一端与所述从动转子齿轮330连接，且所述主转子齿轮230与所述从动转子齿轮330啮合，以使所述主转子210和从动转子310同步转动；所述主转子210和从动转子310抵接，用于防止进口与出口连通。所述从动转子310的外壁上设置有与所述圆柱滚动活塞400对应的避让槽311，当所述圆柱滚动活塞400滚动至第二圆形部时，圆柱滚动活塞400进入所述避让槽311内，当主转子210继续转动时，圆柱滚动活塞400从避让槽311中出来。所述圆柱滚动活塞400的数量为多个，且多个圆柱滚动活塞400间隔设置，所述壳体100上设置有进口和出口，所述进口和出口均用于将外界和所述间隙连通，且所述进口和出口的周向距离大于任意相邻两个圆柱滚动活塞400的周向距离，以使在同一时间所述进口和出口中只有一个与外界连通。当能量双向转换装置作为压缩机的配件使用时，可以使外接的原动机820带动主转子轴220转动，然后工作腔500形成真空将工质从进口吸入，然后随着圆柱滚动活塞400的推动，将工质压缩并从出口输出。而当能量双向转换装置作为马达的配件使用时，从进口输入高压的工质，高压工质推动圆柱滚动活塞400，从而带动主转子轴220转动，将工质的压力能转换为机械能，所以该装置可以分别应用于压缩机和马达的生成领域，提高的产品的适用性。

本实施例中，能量双向转换装置可以包括高压工质输出机构810，高压工质输出机构810可以包括燃烧室，通过将燃料燃烧，从而产生大量的膨胀气体，所述高压工质输出机构810与进口连接，用于向所述间隙内输入膨胀气体，所述膨胀气体推动所述主转子210转动，从而主转子轴220随着转动，以使所述主转子轴220向外输出机械能，这样就可以将膨胀气体的压力能转换为机械能。

进一步的，所述能量双向转换装置可以包括换向阀机构900，所述换向阀机构900分别与所述进口和出口连接，以及与所述高压工质输出机构810连接，用于改变高压工质的输入方向。例如，膨胀气体从进口输入，从出口排出，圆柱滚动活塞400将做顺时针转动，而通过换向阀机构900将膨胀气体从出口输入，从进口排出的话，圆柱滚动活塞400将推动主转子210逆时针转动，实现扭力的反向输出。

从动转子310、从动转子轴320、从动转子齿轮330和第二圆形部的数量均为两个，且两个所述第二圆形部对称设置在所述第一圆形部的两端；所述进口和出口的数量均为两个，分别为第一进口610、第二进口710、第一出口620和第二出口720，所述第一进口610与第一出口620对应，所述第二进口710与第二出口720对应，且所述第一进口610和第一出口620位于所述第一圆形部的一侧，所述第二进口710和第二出口720位于所述第一圆形部的另一侧。第一进口610位于壳体100右侧的上方，第一出口620位于壳体100的右侧的下方；第二进口710位于壳体100左侧的下方，第二出口720位于壳体100左侧的上方，主转子210转一周，可以完成两次做功。

多个所述圆柱滚动活塞400间隔均匀，保证输出轴转速均匀。

具体的，所述圆柱滚动活塞400的数量为三个，同一个从动转子310上的所述避让槽311的数量为两个，且所述主转子齿轮230与所述从动转子齿轮330的直径比为3:2，这样，当圆柱滚动活塞400滚动到从动转子310处，可以与避让槽311咬合。

实施例2

如图4所示，本实施例中，能量双向转换装置包括原动机820，所述原动机820与主转子轴220连接，用于驱动所述主转子轴220转动，工作腔500移动形成真空后将低压的工质，工质可以为空气，吸入，随着主转子210的转动工质被压缩后从所述出口输出，所述进口的工质的压强低于所述出口的工质压强。

综上所述，本装置应用范围广，机械动力平衡，没有摆线运动和曲线运动，振动非常小，圆柱滚动活塞400与工作腔500之间的摩擦小，滚动消耗的能量少，吸排连续进行，噪声小。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种能量双向转换装置，其特征在于，包括：壳体、主转子、主转子轴、主转子齿轮、从动转子、从动转子轴、从动转子齿轮、圆柱滚动活塞；

所述壳体包括第一圆形部，所述主转子位于所述第一圆形部，所述主转子轴一端与所述主转子连接，所述主转子轴的另一端连接主转子齿轮；所述主转子的周向外壁与所述第一圆形部的内壁之间具有间隙，所述间隙形成工作腔；所述主转子的周向外壁上设置有用于放置所述圆柱滚动活塞对应的容纳槽，且所述容纳槽的长度方向与所述主转子的轴向方向平行，所述圆柱滚动活塞与所述第一圆形部的内壁滚动抵接；

所述壳体包括第二圆形部，所述从动转子位于所述第二圆形部内，且所述第二圆形部的内径与所述从动转子的外径对应，所述从动转子轴一端与所述从动转子连接，所述从动转子轴的另一端与所述从动转子齿轮连接，且所述主转子齿轮与所述从动转子齿轮啮合，以使所述主转子和从动转子同步转动；

所述主转子和从动转子抵接，且所述从动转子的外壁上设置有与所述圆柱滚动活塞对应的避让槽，以使所述圆柱滚动活塞滚动至第二圆形部时，所述圆柱滚动活塞进入所述避让槽内；

所述圆柱滚动活塞的数量为多个，且多个圆柱滚动活塞间隔设置，所述壳体上设置有进口和出口，所述进口和出口均用于将外界和所述间隙连通，且所述进口和出口的周向距离大于任意相邻两个圆柱滚动活塞的周向距离，以使在同一时间所述进口和出口中只有一个与外界连通。

2.根据权利要求1所述的能量双向转换装置，其特征在于，所述能量双向转换装置包括原动机，所述原动机与主转子轴连接，用于驱动所述主转子轴转动，以使从所述进口流入的工质被压缩后从所述出口输出，所述进口的工质的压强低于所述出口的工质压强。

3.根据权利要求1所述的能量双向转换装置，其特征在于，所述能量双向转换装置包括高压工质输出机构，所述高压工质输出机构与进口连接，用于向所述间隙内输入高压工质，所述高压工质推动所述主转子转动，以使所述主转子轴向外输出机械能。

4.根据权利要求3所述的能量双向转换装置，其特征在于，所述高压工质输出机构用于向所述间隙输入高压气体。

5.根据权利要求3所述的能量双向转换装置，其特征在于，所述能量双向转换装置包括换向阀机构，所述换向阀机构分别与所述进口和出口连接，以及与所述高压工质输出机构连接，用于改变高压工质的输入方向，以使所述主转子能够朝正向转动或者反向转动。

6.根据权利要求1所述的能量双向转换装置，其特征在于，所述从动转子、从动转子轴、从动转子齿轮和第二圆形部的数量均为两个，且两个所述第二圆形部对称设置在所述第一圆形部的两端；所述进口和出口的数量均为两个，分别为第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述第一进口与第一出口对应，所述第二进口与第二出口对应，且所述第一进口和第一出口位于所述第一圆形部的一侧，所述第二进口和第二出口位于所述第一圆形部的另一侧。

7.根据权利要求1所述的能量双向转换装置，其特征在于，多个所述圆柱滚动活塞间隔均匀。

8.根据权利要求7所述的能量双向转换装置，其特征在于，所述圆柱滚动活塞的数量为三个。

9.根据权利要求8所述的能量双向转换装置，其特征在于，同一个从动转子上的所述避让槽的数量为两个，且所述主转子齿轮与所述从动转子齿轮的直径比为3:2。

10.一种体外内燃式发动机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的能量双向转换装置。