CN111669076B - 一种基于电浸润的微型发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电浸润的微型发动机，包括缸体、至少两个整体排列在所述缸体上的泵腔、设置在所述泵腔的端盖、设置在所述泵腔下端的曲柄连杆机构以及设置在所述泵腔内的电浸润机构；所述曲柄连杆机构包括与所述泵腔滑动配合的活塞、转动设置在所述缸体下端的曲轴以及连杆；所述连杆的上端与所述活塞下端铰接，下端与所述曲轴铰接；相邻的两个活塞运动方向相反；所述电浸润机构包括设置在所述泵腔内的电浸润液体、设置在所述泵腔内壁上的电极层以及设置在所述电极层外表面的介电材料疏水层。该发动机相对于传统的发动机设备，具有体型小、重量轻、结构简单和便于携带等特点；另外，该发动机安全可靠，使用寿命高，无噪声污染，环保实用。

Description

一种基于电浸润的微型发动机

技术领域

本发明涉及微型发动机领域，具体涉及一种基于电浸润的微型发动机。

背景技术

发动机是一种能够把其他形式能转化为机械能的装置，常见于汽车、航空航天、船舶等行业。目前市场上以汽油发动机、柴油发动机、蒸汽机、燃气机等大、中型发动机为主，这些类别的发动机体积大，重量重，结构复杂，保养困难；工作过程复杂，耗能大，寿命短，成本高；并且会产生较多的温室气体，还会产生噪声污染。

随着人们对科技技术应用的需求越来越高，以及微细加工、特种加工、MEMS技术的发展，微技术对社会和生活的许多领域都产生了深刻的影响；因此，微型***、微型机械向更精密、更小型、更可靠的方向发展。授权公告号为CN105065114B的发明专利公开了一种微型发动机，该发动机的做功方式与传统的发动机相同，主要是通过微型发动机周而复始地进行上述进气、压缩、做功与排气过程。但是，上述微型发动机的结构复杂，难以做到更加小型，工作时会产生噪音与较多的温室气体，传动的发动机不足以满足当今微产业的发展要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种基于电浸润的微型发动机，该发动机相对于传统的发动机设备，具有体型小、重量轻、结构简单和便于携带等特点；另外，该发动机安全可靠，使用寿命高，无噪声污染，环保实用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于电浸润的微型发动机，包括缸体、至少两个整体排列在所述缸体上的泵腔、设置在所述泵腔上端用于密封所述泵腔的端盖、设置在所述泵腔下端的曲柄连杆机构以及设置在所述泵腔内为所述曲柄连杆机构提供动力的电浸润机构；其中，

所述曲柄连杆机构包括与每个所述泵腔滑动配合的活塞、转动设置在所述缸体下端的曲轴以及设置在所述曲轴与所述活塞之间的连杆；其中，所述连杆的上端与所述活塞下端铰接，下端与所述曲轴铰接；相邻的两个活塞运动方向相反；

所述电浸润机构包括设置在所述泵腔内的电浸润液体、设置在所述泵腔内壁上用于驱动所述电浸润液体在所述泵腔内上下移动的电极层以及设置在所述电极层外表面的介电材料疏水层；其中，所述电极层为两个，两个电极层呈上下分布。

上述基于电浸润的微型发动机的工作原理是：

工作时，首先打开端盖，将足量的电浸润液体分别注入到每个泵腔内，使得电浸润液体覆盖在泵腔上的两个电极层上；接着将相间隔的泵腔(即相同运动状态的活塞)中的上下两个电极层分别与外置电源的正、负极相接；在通电的作用下使得电浸润液体发生电浸润现象(即通过改变电极层与电浸润液体之间的电势，进而来改变介电材料疏水层与电浸润液体接触面的表面能，最终改变两者之间接触角的现象)，使得泵腔中的电浸润液体向上运动，并且在运动过程中压缩泵腔上方的空气，使得泵腔下端的气压降低，从而带动活塞沿着所述泵腔向上运动；与此同时，其剩余相间隔的泵腔中的电极层处于断电状态；当通电的泵腔中活塞向上运动，带动曲轴旋转半圈时，然后将上述接通电源的泵腔的电极层与外置电源断开，电浸润液体会在泵腔上方的空气压力的释放作用下向下运动，带动活塞向下运动；在断开电源的同时，将剩余相间隔的泵腔中的上下两个电极层分别与外置电源的正、负极相接，使得泵腔中的电浸润液体向上运动，从而带动活塞向上运动。断电的泵腔驱动活塞向下运动，与此同时，通电泵腔驱动活塞向上运动，从而实现了曲轴的转动，实现了该发动机的动力输出。

当周期性的切换泵腔中的上下两个电极层与外置电源的接通或断开状态时，进而实现电浸润液体在通电过程中向上运动，断电过程中向下运动，实现活塞的上、下连续周期性运动，带动曲轴的转动，实现该发动机的动力连续输出。

本发明的一个优选方案，其中，所述曲轴上设有轴瓦，所述轴瓦由上轴瓦和下轴瓦组成；所述上轴瓦与所述连杆下端固定连接。通过设置轴瓦，其作用在于，轴瓦对曲轴其支承作用，使得曲轴能承受连杆转来的力，同时，还可以提高曲轴转动的精度；通过设置上轴瓦与下轴瓦，有利于曲轴与所述连杆的装配。

进一步的，所述上轴瓦与所述下轴瓦之间通过螺栓固定连接。通过螺栓连接，使得上轴瓦与下轴瓦对曲轴有紧固作用，提高了轴瓦的使用寿命，同时，也便于轴瓦的拆装。

优选地，所述泵腔的下方设有容纳所述曲轴的容纳腔，所述容纳腔与所述泵腔连通。通过设置容纳腔，保证了曲轴在缸体下端具有足够的空间进行转动。

优选地，所述曲轴包括与所述缸体转动连接的转轴以及与所述轴瓦配合的U型曲柄；所述相邻的两个U型曲柄之间的朝向相反。采用上述结构，有利于每个泵腔中的活塞运行更加协调，也可以增强曲轴结构刚度，进而提高微型发动机的性能。

优选地，所述曲轴的转轴通过连接块转动连接在所述缸体下端。设置连接块有利于曲轴的安装与拆卸。

优选地，所述电极层上设有导线，所述导线穿过所述缸体延伸至外部。通过设置导线可以有利于电极层与外置电源的接通，为电极层提供电压。

优选地，所述端盖与所述泵腔可拆卸连接，所述端盖的外壁所述泵腔内壁相互配合。通过上述结构，可以保证泵腔的气密性，也可以有效防止电浸润液体发生泄漏；通过拆卸端盖，可以对泵腔内的电浸润液体进行更换或补充。

优选地，所述泵腔为4个。通过设置4个泵腔，不仅可以保证微型发动机的输出功率，也可以保证微型发动机的体积更加小。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中通过对电极层通电，利用电浸润现象，驱动泵腔中的电浸润液体在泵腔中上下移动，进而驱动活塞的运动，从而带动曲轴的转动，为发动机提供了动力；由于没有复杂的机械机构，相对于传统发动机来说，结构更加简单，体积更加小，质量更加轻；因此，也方便了发动机的携带。

2、本发明中的微型发动机由于没有复杂的机械结构，工作过程中不会造成各个部件的磨损，有效的防止部件的损坏，从而提高了微泵的使用寿命，安全可靠。

3、本发明中的微型发动机在工作过程中不会产生温室气体以及噪声，非常环保。

附图说明

图1-图3为本发明中的一种基于电浸润的微型发动机的一种具体实施方式的结构示意图；其中，图1为立体图，图2为主视图，图3为左视图。

图4为图3中沿着A-A方向的剖视图，其中，该图中的a、b分别表示不同运动状态的两个相邻的活塞。

图5为图4中B处的局部放大图。

图6为图2中沿着C-C方向的剖视图。

图7为图6中D处的局部放大图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

参见图1-图7，本实施例中公开的一种基于电浸润的微型发动机，包括缸体1、4个整体排列在所述缸体1上的泵腔2、设置在所述泵腔2上端用于密封所述泵腔2的端盖3、设置在所述泵腔2下端的曲柄连杆机构4以及设置在所述泵腔2内为所述曲柄连杆机构4提供动力的电浸润机构5。

所述曲柄连杆机构4包括与每个所述泵腔2滑动配合的活塞4-1、转动设置在所述缸体1下端的曲轴4-2以及设置在所述曲轴4-2与所述活塞4-1之间的连杆4-3；其中，所述连杆4-3的上端与所述活塞4-1下端铰接，下端与所述曲轴4-2铰接；相邻的两个活塞4-1运动方向相反；所述曲轴4-2上设有轴瓦4-4，所述轴瓦4-4由上轴瓦4-41和下轴瓦4-42组成；所述上轴瓦4-41与所述连杆4-3下端固定连接。通过设置轴瓦4-4，其作用在于，轴瓦4-4对曲轴4-2其支承作用，使得曲轴4-2能承受连杆4-3转来的力，同时，还可以提高曲轴4-2转动的精度；通过设置上轴瓦4-41与下轴瓦4-42，有利于曲轴4-2与所述连杆4-3的装配。

参见图1-图7，所述上轴瓦4-41与所述下轴瓦4-42之间通过螺栓固定连接。通过螺栓连接，使得上轴瓦4-41与下轴瓦4-42对曲轴4-2有紧固作用，提高了轴瓦4-4的使用寿命，同时，也便于轴瓦4-4的拆装。

参见图1-图7，所述泵腔2的下方设有容纳所述曲轴4-2的容纳腔6，所述容纳腔6与所述泵腔2连通。通过设置容纳腔6，保证了曲轴4-2在缸体1下端具有足够的空间进行转动。

参见图1-图7，所述曲轴4-2包括与所述缸体1转动连接的转轴4-21以及与所述轴瓦4-4配合的U型曲柄4-22；所述相邻的两个U型曲柄4-22之间的朝向相反。采用上述结构，有利于每个泵腔2中的活塞4-1运行更加协调，也可以增强曲轴4-2结构刚度，进而提高微型发动机的性能。

参见图1-图7，所述曲轴4-2的转轴4-21通过连接块转动连接在所述缸体1下端。设置连接块有利于曲轴4-2的安装与拆卸。

参见图1-图7，所述电浸润机构5包括设置在所述泵腔2内的电浸润液体5-1、设置在所述泵腔2内壁上用于驱动所述电浸润液体5-1在所述泵腔2内上下移动的电极层5-2以及设置在所述电极层5-2外表面的介电材料疏水层5-3；其中，所述电极层5-2为两个，两个电极层5-2呈上下分布。

参见图1-图7，所述电极层5-2上设有导线5-4，所述导线5-4穿过所述缸体1延伸至外部。通过设置导线5-4可以有利于电极层5-2与外置电源的接通，为电极层5-2提供电压。

参见图1-图7，所述端盖3与所述泵腔2可拆卸连接，所述端盖3的外壁所述泵腔2内壁相互配合。通过上述结构，可以保证泵腔2的气密性，也可以有效防止电浸润液体5-1发生泄漏；通过拆卸端盖3，可以对泵腔2内的电浸润液体5-1进行更换或补充。

参见图1-图7，上述基于电浸润的微型发动机的工作原理是：

工作时，首先打开端盖3，将足量的电浸润液体5-1分别注入到每个泵腔2内，使得电浸润液体5-1覆盖在泵腔2上的两个电极层5-2上；接着将相间隔的泵腔2(即相同运动状态的活塞4-1)中的上下两个电极层5-2分别与外置电源的正、负极相接；在通电的作用下使得电浸润液体5-1发生电浸润现象(即通过改变电极层5-2与电浸润液体5-1之间的电势，进而来改变介电材料疏水层5-3与电浸润液体5-1接触面的表面能，最终改变两者之间接触角的现象)，使得泵腔2中的电浸润液体5-1会向上运动，并且在运动过程中压缩泵腔2上方的空气，使得泵腔2下端的气压降低，从而带动活塞a4-1沿着所述泵腔2向上运动；与此同时，其剩余相间隔的泵腔2中的电极层5-2处于断电状态；当通电的泵腔2中活塞a4-1向上运动，带动曲轴4-2旋转半圈时，然后将上述接通电源的泵腔2的电极层5-2与外置电源断开，电浸润液体5-1会在泵腔2上方的空气压力的释放作用下向下运动，带动活塞a4-1向下运动；在断开电源的同时，将剩余相间隔的泵腔2中的上下两个电极层5-2分别与外置电源的正、负极相接，使得泵腔2中的电浸润液体5-1会向上运动，从而带动活塞b4-1向上运动。断电的泵腔2驱动活塞a4-1向下运动，与此同时，通电泵腔2驱动活塞b4-1向上运动，从而实现了曲轴4-2的转动，实现了该发动机的动力输出。

当周期性的切换泵腔2中的上下两个电极层5-2与外置电源的接通或断开状态时，进而实现电浸润液体5-1在通电过程中向上运动，断电过程中向下运动，实现活塞4-1的上、下连续周期性运动，带动曲轴4-2的转动，实现该发动机的动力连续输出。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电浸润的微型发动机，包括缸体、至少两个整体排列在所述缸体上的泵腔、设置在所述泵腔上端用于密封所述泵腔的端盖、设置在所述泵腔下端的曲柄连杆机构以及设置在所述泵腔内为所述曲柄连杆机构提供动力的电浸润机构；其特征在于，

所述曲柄连杆机构包括与每个所述泵腔滑动配合的活塞、转动设置在所述缸体下端的曲轴以及设置在所述曲轴与所述活塞之间的连杆；其中，所述连杆的上端与所述活塞下端铰接，下端与所述曲轴铰接；相邻的两个活塞运动方向相反；

所述电浸润机构包括设置在所述泵腔内的电浸润液体、设置在所述泵腔内壁上用于驱动所述电浸润液体在所述泵腔内上下移动的电极层以及设置在所述电极层外表面的介电材料疏水层；其中，所述电极层为两个，两个电极层呈上下分布；

工作时，将相间隔的泵腔中的上下两个电极层分别与外置电源的正、负极相接，剩余相间隔的泵腔中的电极层处于断电状态；通电的泵腔中的电浸润液体发生电浸润现象，使得泵腔中的电浸润液体向上运动，并且在运动过程中压缩泵腔上方的空气，使得泵腔下端的气压降低；当通电的泵腔中活塞向上运动，带动曲轴旋转半圈时，将接通外置电源的泵腔的电极层与外置电源断开，电浸润液体会在泵腔上方的空气压力的释放作用下向下运动，带动活塞向下运动；在断开电源的同时，将剩余相间隔的泵腔中的上下两个电极层分别与外置电源的正、负极相接，重复上述步骤，周期性切换泵腔中的上下两个电极层与外置电源的接通或断开，实现发动机连续动力输出。

2.根据权利 要求1所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述曲轴上设有轴瓦，所述轴瓦由上轴瓦和下轴瓦组成；所述上轴瓦与所述连杆下端固定连接。

3.根据权利 要求2所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述上轴瓦与所述下轴瓦之间通过螺栓固定连接。

4.根据权利 要求3所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述泵腔的下方设有容纳所述曲轴的容纳腔，所述容纳腔与所述泵腔连通。

5.根据权利 要求4所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述曲轴包括与所述缸体转动连接的转轴以及与所述轴瓦配合的U型曲柄；所述相邻的两个U型曲柄之间的朝向相反。

6.根据权利 要求5所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述曲轴的转轴通过连接块转动连接在所述缸体下端。

7.根据权利 要求6所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述电极层上设有导线，所述导线穿过所述缸体延伸至外部。

8.根据权利 要求7所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述端盖与所述泵腔可拆卸连接，所述端盖的外壁所述泵腔内壁相互配合。

9.根据权利 要求8所述的一种基于电浸润的微型发动机，其特征在于，所述泵腔为4个。

Images