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气动 发动机及相关方法

阅读：345发布：2021-06-14

专利汇可以提供气动发动机及相关方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种气动发动机，包括多个气动马达和发动机驱动轴。每个马达具有马达进气口、马达排气口和由马达进气口和马达排气口之间的气流驱动的转子。发动机驱动轴驱动地耦接至每个气动马达的马达驱动轴。，下面是气动发动机及相关方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种气动发动机，包括：
多个气动马达，每个马达具有马达进气口、马达排气口，以及由所述马达进气口和所述马达排气口之间的气流驱动的转子；和
发动机驱动轴，其驱动地耦接至每个所述气动马达的马达驱动轴。
2.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
驱动地耦接至所述驱动轴的驱动齿轮，并且
每个所述转子连接到各自的转子齿轮，
其中每个所述转子齿轮与所述驱动齿轮啮合。
3.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
进气歧管，所述进气歧管具有歧管进气口和多个歧管排气口，每个歧管排气口定位在所述歧管进气口的下游和至少一个所述气动马达的所述马达进气口的上游。
4.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
排气歧管，所述排气歧管具有歧管排气口和多个歧管进气口，每个歧管进气口定位在所述歧管排气口的上游和至少一个所述气动马达的所述马达排气口的下游。
5.根据权利要求1所述的气动发动机，其中：
所述多个气动马达包括至少第一气动马达和第二气动马达，以及
所述第一气动马达的所述马达排气口定位在所述第二气动马达的所述马达进气口的上游。
6.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
流量控制器，所述流量控制器可操作以选择性地限制气流通过所述气动马达的子集。
7.根据权利要求6所述的气动发动机，还包括：
传感器，所述传感器定位成测量所述气动发动机的至少一个操作特性并且通信地耦接到所述流量控制器，
其中，所述流量控制器基于来自所述传感器的读数选择性地限制气流通过所述气动马达的子集。
8.根据权利要求6所述的气动发动机，还包括：
控制器界面，所述控制器界面通信地耦接到所述流量控制器，并且用户可操作以引导所述流量控制器限制气流通过所述气动马达的子集。
9.根据权利要求8所述的气动发动机，其中：
所述控制器界面包括可手动操作以在至少第一操作模式和第二操作模式之间进行选择的控制器，以及
在所述第一操作模式中，所述控制器界面引导所述流量控制器中断流向所述气动马达的第一子集的气流，并且在所述第二操作模式中，所述控制器界面引导所述流量控制器中断流向不同于所述第一子集的所述气动马达的第二子集的气流。
10.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
冷凝器，所述冷凝器定位在所述多个马达的下游。
11.根据权利要求10所述的气动发动机，还包括：
低压储存器，所述低压储存器定位在所述冷凝器的下游。
12.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
高压储存器，所述高压储存器定位在所述多个马达的上游。
13.根据权利要求5所述的气动发动机，还包括：
膨胀阀，所述膨胀阀定位在所述第一气动马达的所述马达排气口的下游，并且与所述第二气动马达的所述马达进气口并联。
14.根据权利要求13所述的气动发动机，其中：
所述第一气动马达和所述第二气动马达的容量比小于或等于1。
15.根据权利要求1所述的气动发动机，还包括：
第一串联马达级，所述第一串联马达级包括一个或多个气动马达，以及
第二串联马达级，所述第二串联马达级包括一个或多个气动马达，所述第二串联马达级定位在所述第一串联马达级的下游。
16.根据权利要求1所述的气动发动机，其中：
第一串联马达级，所述第一串联马达级包括两个或多个并联定位的所述气动马达，以及
第二串联马达级，所述第二串联马达级包括两个或多个并联定位的所述气动马达，所述第二串联马达级定位在所述第一串联马达级的下游。
17.根据权利要求15所述的气动发动机，还包括：
一个或多个阀门，所述阀门共同地可操作以绕过所述第一串联马达级将气流引导至所述第二串联马达级。
18.根据权利要求15所述的气动发动机，还包括：
第三串联马达级，所述第三串联马达级包括所述气动马达的一个或多个，所述第三串联马达级定位在所述第一串联马达级的下游，以及
一个或多个阀，所述阀门可在第一配置和第二配置之间共同地移动，在所述第一配置中，所述第三串联马达级定位在所述第二串联马达级的下游，在所述第二配置中，所述第三串联马达级与所述第二串联马达级并联。
19.根据权利要求16所述的气动发动机，还包括：
膨胀阀，所述膨胀阀定位在所述第一串联马达级的下游并与所述第二串联马达级并联。
20.一种操作气动发动机的方法，所述方法包括：
在多个气动马达处接收气流的输入，以及
使用所述多个气动马达中的每个同时驱动输出轴。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
限制引导到所述多个气动马达的子集的所述气流。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
流量控制器响应于接收指示所述气动发动机的一个或多个操作特性的传感器数据，限制引导到所述多个气动马达的子集的所述气流。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括：
接收操作模式选择，以及
流量控制器基于所选择的操作模式限制引导到所述多个气动马达的子集的所述气流。
24.一种气动工具，包括权利要求1所述的气动发动机。
25.一种车辆，包括权利要求1所述的气动发动机。
26.一种设备，包括权利要求1所述的气动发动机。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述发动机驱动轴耦接到发电机。
28.根据权利要求26所述的设备，其中空气加热器流体连接所述多个气动马达的下游。
29.根据权利要求26所述的设施，其中热水器流体连接所述多个气动马达的下游。

说明书全文

气动 发动机及相关方法

技术领域

[0001] 本发明涉及气动发动机领域及相关方法。

背景技术

[0002] 气动马达是将来自气态流体(“气体”)流的能量转换成机械动力的装置。已知的气动马达包括旋转叶片、轴向活塞、径向活塞、内齿轮油泵、螺旋式气动马达和涡轮式气动马达。

发明内容

[0003] 在一个方面，提供了气动发动机。气动发动机可以包括多个气动马达和发动机驱动轴。每个马达具有马达进气口、马达排气口，以及由所述马达进气口和所述马达排气口之间的气流驱动的转子。发动机驱动轴驱动地耦接至每个气动马达的马达驱动轴。附图说明

[0004] 图1是根据至少一个实施例的气动发动机的示意图；

[0005] 图1B是根据至少一个实施例的气动发动机的示意图；

[0006] 图1C是根据至少一个实施例的气动发动机的示意图；

[0007] 图2是根据另一个实施例的气动发动机的示意图；

[0008] 图3是根据另一个实施例的气动发动机的示意图；

[0009] 图4是根据另一个实施例的气动发动机的示意图；

[0010] 图5是根据另一个实施例的气动发动机的示意图；

[0011] 图6是根据另一个实施例的气动发动机的示意图；

[0012] 图7是根据至少一个实施例的气动发动机的后视图；

[0013] 图8是图7的气动发动机的侧视图；

[0014] 图9是图7的气动发动机的分解后视图；

[0015] 图10是图7的气动发动机的分解前视图；

[0016] 图11是图7的气动发动机的分解侧视图；

[0017] 图12是根据另一个实施例的气动发动机的示意图；

[0018] 图13是根据至少一个实施例的气动马达组件的示意图；

[0019] 图14是根据另一个实施例的气动马达组件的示意图；

[0020] 图14B是根据另一个实施例的气动动力工具的示意图；

[0021] 图15是根据另一个实施例的两个气动马达组件的示意图；

[0022] 图16是根据至少一个实施例的定向控制阀门的剖面图；

[0023] 图17A是根据另一个实施例的气动马达组件的示意图；

[0024] 图17B是根据另一个实施例的气动马达组件的示意图；

[0025] 图18A是根据另一个实施例的阀门处于第一位置的气动马达组件的示意图；

[0026] 图18B是阀门处于第二位置的图18A的气动马达组件的示意图；

[0027] 图19是根据另一个实施例的气动马达组件的示意图；以及

[0028] 图20是根据另一个实施例的气动马达组件的示意图；

[0029] 图21是根据至少一个实施例的包括气动发动机的车辆的示意图；

[0030] 图22是根据至少一个实施例的包括气动发动机的设施的示意图。

具体实施方式

[0031] 在本申请中描述了许多实施例，并且仅出于说明性目的而呈现。所描述的实施例无意在任何意义上进行限制。如从本文的公开内容显而易见的，本发明可广泛应用于许多实施方案。本领域技术人员将认识到，在不脱离本文公开的教导的情况下，可以通过修改和变更来实施本发明。尽管可以参考一个或多个特定实施例或附图来描述本发明的特定特征，但是应该理解，这些特征不限于在参考其进行描述一个或多个特定实施例或附图中的使用。

[0032] 术语“实施例”、“该实施例”、“一个或多个实施例”、“一些实施例”和“一个实施例”表示“一个或多个(但不是全部)本发明的实施例”，除非另有明确说明。

[0033] 除非另有明确说明，否则术语“包括”，“包含”及其变体意味着“包括但不限于”。除非另有明确说明，否则条款列表并不意味着任何或所有条款是互斥的。除非另有明确说明，否则术语“一”、“一个”和“该”意味着“一个或多个”。

[0034] 如本文和权利要求中所使用的，只要链接发生，两个或更多个部件被称为“耦接”、“连接”、“附接”或“紧固”，其中部件直接或间接地连接或一起操作(即，通过一个或多个中间部分)。如本文和权利要求书中所使用的，两个或更多个部件被称为“直接耦接”、“直接连接”、“直接附接”、或“直接紧固”，其中部件彼此物理接触地连接。如这里所使用的，两个或多个部件被称为“刚性耦接”、“刚性连接”、“刚性附接”或“刚性紧固”，其中部件耦接成一体移动，同时保持相对于彼此不变的方向。术语“耦接”、“连接”、“附接”和“紧固”均不区分两个或更多个部分连接在一起的方式。

[0035] 如本文和权利要求中所使用的，第一元件在第二元件中被称为“接收”，其中第一元件的至少一部分在第二元件中被接收，除非另外特别说明。

[0036] 此外，尽管可以按顺序描述(在本公开和/或权利要求中)方法步骤，但是这些方法可以被配置为以交替顺序工作。换句话说，可以描述的任何顺序或步骤顺序不一定表示要求以该顺序执行步骤。可以以任何实际的顺序执行本文描述的方法的步骤。此外，可以同时执行一些步骤。

[0037] 如本文和权利要求中所使用的，两个部件被称为“流体连接”或“流体耦接”，其中两个部件沿着共同的流体流动路径定位。流体连接可以以任何可以在两个部件之间传递流体的方式形成，例如通过流体管道，该流体管道可以形成为管道、软管、通道或钻孔通道。一个或多个其他部件可以定位在两个流体耦接的部件之间。被描述为彼此“下游”或“上游”的两个部件是隐含的流体连接。

[0038] 如本文和权利要求中所使用的，两个组件被称为“通信地耦接”，其中至少一个组件能够将通信信号(例如电信号)传送到另一个组件，诸如通过有线连接(例如铜线电缆)，或无线连接(例如射频)。

[0039] 图1示出了根据至少一个实施例的连接到气体源104的气动发动机100的示意图。如本文和权利要求书中所使用的，“气动”装置是由气态流体(诸如加压空气或蒸汽)操作的装置。例如，气动马达是将能量从输入气流转换为机械输出的装置。

[0040] 如图所示，气动发动机100包括多个气动马达108和发动机驱动轴112。气动马达108驱动地耦接至发动机驱动轴112，以提供用于旋转发动机驱动轴112的动力。每个气动马达108流体连接气体源104。气体源104向气动马达108提供加压气体(例如空气或蒸汽)流，气动马达108利用该加压气体产生机械输出(例如旋转或往复运动)。

[0041] 多个气动马达108可以共同地向发动机驱动轴112提供比气动马达108中的任何一个单独提供的更大的输出功率。因此，如果使用单个气动马达来向发动机驱动轴112提供与多个气动马达108共同提供的功率相当的功率，则需要更大的气动马达。然而，在某些情况下，大型气动马达可能比多个较小的气动马达更昂贵，这些小型气动马达可以共同地提供相等的输出功率。此外，如果气动马达发生故障，则包括单个大型气动马达的气动发动机将变得有缺陷。相反，气动发动机100的一些实施例允许发动机100在气动马达108的子集发生故障的情况下保持操作。此外，可以更换发生故障的气动马达108以将气动发动机100恢复到全功率。而且，除非采用齿轮箱或类似装置，否则单个大型气动马达通常不能以从较小的气动马达得到的高速来运行。

[0042] 气动马达108可以是将加压气体(“气体”)流的能量转换成机械动力的任何装置。气动马达108的示例包括旋转叶片、轴向活塞、径向活塞、内齿轮油泵、螺旋型气动马达和涡轮型气动马达。如图所示，每个气动马达108可包括马达进气口116、马达排气口120和马达转子124，马达转子124被马达进气口116和马达排气口120之间的气流驱动以旋转。气动发动机100可包括任何数量大于1的气动马达108。例如，气动发动机100可以包括2个至100个气动马达108或根据应用可以更多。在所示的示例中，气动发动机100包括四个气动马达
108。

[0043] 在所示实施例中，每个气动马达108的马达转子124以允许将在气动马达108中产生的动力传递到发动机驱动轴112的任何方式机械地连接到发动机驱动轴112。例如，马达转子124可以通过一个或多个例如齿轮、皮带或链条驱动地连接到发动机驱动轴112。在所示的示例中，驱动齿轮128连接到发动机驱动轴112，并且每个马达转子124连接到与驱动齿轮128啮合的转子齿轮132。这允许机械动力从每个马达转子124传递到穿过齿轮128和齿轮132的发动机驱动轴112。

[0044] 气动发动机100中的所有气动马达108可以基本相同。这可以允许便于修理或更换气动马达108。例如，可能仅需要少量零件或更换马达来维持气动发动机100。在其他实施例中，一个或多个(或所有)气动马达108可以不同于气动发动机100中的一个或多个(或所有)其他气动马达108的尺寸、类型和/或转子-驱动轴的连接(rotor-to-drive shaft connectivity)。这可以为气动发动机100提供增强的操作模式，凭借选择的气动马达108可以被启用(并且其他的气动马达被停用)以适应特定的使用情况(例如扭矩或RPM要求)。

[0045] 仍然参考图1，所示的气动发动机100包括进气歧管136。进气歧管136包括歧管进气口140和多个歧管排气口144。歧管进气口140连接到气体源104，并且每个歧管排气口144流体连接到歧管进气口140的下游。如图所示，每个歧管排气口144流体连接到气动马达108中的至少一个。每个马达进气口116定位在歧管排气口144的下游，用于接收来自气体源104的气流。

[0046] 在一些实施例中，歧管排气口144可以流体连接到单个气动马达108。例如歧管排气口144b将气流供给到单个气动马达108d。如图示，歧管排气口144b定位在马达进气口116d的上游。

[0047] 在一些实施例中，歧管排气口144可以流体连接到多个气动马达108。例如，可以相对于歧管排气口144并联或串联地流体地布置多个气动马达108。在所示的示例中，歧管排气口144a将气流供给到串联布置的气动马达108a和气动马达108b。如图所示，马达进气口116b流体连接在马达排气口120a的下游。将气动马达108串联地与气动马达108a和气动马达108b流体连接，如示例所示，允许下游气动马达108捕获从上游气动马达108的马达排气口120排出的气流中剩余的能量。这可以允许气动发动机100在气流能量转换成机械动力方面实现更高的效率。反过来，这可以允许较小的气动发动机100从相同气体源104提供与较大气动发动机(没有流体地串联布置的气动马达108)相同的或更大的机械动力输出。通过相同的逻辑，这可以允许气动发动机100从相同的气体源104获得比相同尺寸的气动发动机(没有串联流体地布置的气动马达108)更大的机械动力输出。然而，气动发动机100的一些实施例不包括流体地串联布置的任何气动马达108。

[0048] 气动发动机100可以流体连接(例如通过诸如软管、管道或管的流体管道)到任何气体源104，气体源104可以将加压气体(即，高于环境压力的气体)供应到气动马达108。例如，气体源104可包括增压气瓶、空气压缩机、蒸汽锅炉、或来自发电厂或其他外部过程的废气流。在一些实施例中，气体源104包括热交换器，其将热量从外部过程(例如，从废气)转换为通过气动发动机100循环的气流。在一些示例中，气体源104提供在环境温度下(例如在20℃下)为液体的气体流，例如蒸汽(蒸发的水)或另一种蒸发的液体。

[0049] 在每个气动马达108中，马达排气口120定位在马达进气口116的下游，以排出来自气动马达108的气流。马达排气口120可以将气体流排出到周围环境，或者排出到另一装置(例如，如上所述的下游气动马达108，排气歧管或另一气体驱动装置)的入口。图1B示出了包括将气体排出返回到气体源104以进行再循环的马达排气口120的示例。这可以为气动发动机100提供封闭的再循环气体系统，其具有提高的效率。封闭系统减少了气体的消耗，这可以在有限供应产生气体的情况下是有益的。例如，尽管在许多环境中空气基本上可以是无限的，但蒸发的液体如蒸汽可能供应更有限，或者补充成本可能更高。在一些实施例中，气动发动机100可包括冷凝器138和泵146，冷凝器138和泵146定位在马达排气口120下游的流动路径中，该流动路径位于马达排气口120和气体源104之间。冷凝器138接收从马达排气口120排出的气体并将该气体(例如蒸汽)冷凝成液体(例如水)，冷凝器138排放该液体到泵146。泵146将由冷凝器138形成的液体泵送回气体源104(例如锅炉)以进一步产生气体(例如蒸汽产生)。冷凝器138可以是能够将气流冷凝成液体流的任何装置。例如，冷凝器138可以是水冷或空气冷冷凝器，或其他已知的冷凝器设计。泵146可以是任何装置，该装置能够将在冷凝器138处产生的流体移送到气体源104。例如，泵146可以是离心泵、蠕动泵、正排量泵或其他已知的泵设计。

[0050] 冷凝器138可以在基于发动机功率需求、发动机温度和周围环境温度中的一个或多个自动地调节功率水平下运行。例如，当气动发动机100以高功率运行时，可能有更大的气流被排放到冷凝器138，并且冷凝器138可以以更高的功率水平运行以将气流冷凝成液体(反之亦然)。在另一个示例中，冷凝器138可以以更高的功率水平运行以补偿发动机的高温度或周围环境的高温(反之亦然)。例如，气流可以从热发动机或热的周围环境接收热量，并且冷凝器138可以在更高的功率水平下操作以在冷凝气流时消除该热量。

[0051] 现在参照图1C，其示出了具有一个或多个加热器148的气动发动机100的示意图。气动发动机100可包括任何数量的加热器148，加热器148可定位成加热一个或多个气动马达108上游的气体流动路径。这可以帮助增加输送到那些气动马达108的气流的压力。保持足够的气压对于气动马达108的正确操作是重要的。保持足够的温度也可以帮助防止气体在通过气动马达108之前冷凝成液体(例如，在蒸汽的情况下)。在一些实施例中，例如当在寒冷环境中运行时，加热器148可以帮助防止气动发动机100冻结。

[0052] 加热器148可定位成加热一个或多个气动马达108上游任何地方的气流。例如，加热器148a定位成加热气动马达108a下游和气动马达108b上游的气流。加热器148b被示出为定位成加热歧管136下游和气动马达108a上游的气流。类似地，加热器148c被示出为定位成加热歧管136下游和气动马达108c上游的气流。

[0053] 加热器148可以是适合于加热气流的任何装置。加热器148可包括任何热源，诸如电热、火焰衍生的热(例如来自燃烧的燃料)和气体交换的热(例如，气流之间的热交换)。在所示实施例中，加热器148b热耦接到气体源104，用于将从气体源104(例如锅炉)传导，发散或排出的热量传递到气流。例如，加热器148b可以紧邻气体源104，以将从气体源104发散的热量传递到气流。替代地或另外地，加热器148b可以与气体源104接触，以将从气体源104传导的热量传递到气流。替代地或另外地，加热器148b可以流体连接到从气体源104排出的热气体流150(例如热空气)，以将热量从热气体150传递到气动马达108a上游的气流。这可以通过回收热量来帮助提高气动发动机100的效率，否则这些热量将被排到大气中。例如，加热器148b可以形成为气体热量交换器(例如，并联流动、逆流或横流热型热交换器)。

[0054] 现在参照图2，其示出了连接到气体源104的气动发动机100的示意图。在一些实施例中，气动发动机100可包括一个或多个气阀152，气阀可操作以选择性地允许、抑制和/或限制气流通过气动马达108的一个或多个(或全部)。这可以允许气动发动机100使用选定的气动马达108的子集来运行。例如，通过选择的气动马达108，可以允许、抑制或限制气流以在发动机驱动轴112提供输出，发动机驱动轴112具有环境所需的功率、扭矩或RPM。在另一个示例中，阀152可操作以阻止气流到达已经发生故障的或被移除的、等待维修或更换的气动马达108，同时允许气体通过剩余的气动马达108以连续操作气动发动机100。

[0055] 气动发动机100可包括任何类型的流量控制阀152，流量控制阀可选择性地允许或抑制气流通过气动马达108。在一些情况下，阀152可允许部分减少到达气动马达108的气流。每个阀152可以包括至少一个允许气流的打开位置，以及一个抑制气流的关闭位置。作为打开位置或关闭位置的替代或补充，阀152可包括部分地打开位置，其中气流被部分地限制。示例性的流量控制阀包括球阀、蝶阀和隔膜阀。

[0056] 一个或多个(或全部)阀152可以是手动用户可操作的(即，手动操作)。例如，这种阀152可以包括杠杆、手柄、开关或其他机械连接的控制器，以用于选择阀152的位置。这可以方便用户确定每个阀152的位置。可选地或另外地，一个或者更多(或所有)阀152可以通过电气或气动装置控制。例如，这种阀152可包括电气和/或气动连接。

[0057] 阀152可定位在气体源104的气体流动路径下游的任何地方。例如，阀152可定位在马达进气口116的上游以及气体源104的下游。在所示实施例中，阀152可定位在进气歧管136内的歧管进气口140和歧管排气口144之间。气动发动机100可以包括任意数量的阀152。
优选地，至少一个阀152可允许、抑制和/或限制流动通过气动马达108的子集(例如，一个或多个，但不是全部)。这允许对不同气动马达108之间的气流进行差分控制。

[0058] 在所示实施例中，气动发动机100包括三个阀152a至阀152c。阀152b和阀152c中的每一个定位在单个相应的气动马达108d或气动马达108c的上游，并且可操作以允许、抑制或限制气体流过相应的气动马达108d或气动马达108c。如图所示，阀152b处于打开位置，由此通过阀152b到气动马达108d的气流不受限制，并且阀152c处于关闭位置，在该位置，通过阀152c到气动马达108c的气流被阻止。因此，气动马达108c不向发动机驱动轴112提供动力。相反，气动马达108c可以在发动机驱动轴112上具有很小或没有阻力矩地靠惯性运转。阀152a被示出定位在两个气动马达108a和气动马达108b的上游，并且可操作以允许、抑制或限制通过气动马达108a和气动马达108b两者的气流。如图所示，气动马达108a和气动马达108b并联布置。

[0059] 图3示出了包括由流量控制器156控制的气流控制阀152的气动发动机100的示意图。流量控制器156是可操作以选择性地引导流量控制阀152的位置的装置，由此流量控制器156能够选择性地允许、抑制或限制气流通过气动马达108中的一个或多个。应当理解，流量控制器156可以是进气歧管136的组件或其中的独立组件。而且，流量控制阀152可以定位在气体源104下游的任何位置。例如，流量控制阀152中的一个或多个或全部可以定位在进气歧管136的外部。

[0060] 流量控制器156可以以允许流量控制器156引导那些气流控制阀152的位置的任何方式连接到气流控制阀152。在一些实施例中，流量控制器156由控制线160连接到气流控制阀152。控制线160可包括用于将功率或控制信号传输到阀152或气体软管的电导体。例如，气流控制阀152中的一个或多个可包括电控螺线管或可控气体的百叶窗。

[0061] 在所示示例中，流量控制器156包括控制器界面164或通信地耦接到控制器界面164。控制器界面164包括一个或多个可手动操作的控制器168，诸如开关、拨号盘、按钮、控制杆、触摸屏和滑块。用户可以操纵控制器168以选择各种设置和/或操作模式，其中通过对控制器168模式或设置的选择可以引起或影响流量控制器156以改变气阀152中的一个或多个的位置。例如，控制器界面164可以允许用户选择高功率模式、低功率模式、高扭矩模式、低扭矩模式、高速(RPM)模式、低速(RPM)模式中的一个或多个，以及选择在这些高模式和低模式之间的一切操作。在每种模式中，流量控制器156可以引导阀152中的一个或多个移动到与阀152在其他模式之一中的位置不同的位置。作为示例，控制器168以滑块的形式示出，该滑块具有至少第一位置(图3)和第二位置(图4)。在所示的示例中，第一位置对应于高功率模式，第二位置对应于低功率模式。在该示例中，控制器168移动到第一位置(图3)使得流量控制器156将阀152a至阀152c移动到打开位置，以在发动机驱动轴112处的最大功率输出。如图4所示，控制器168移动到第二位置使得流量控制器156将阀152a至阀152b移动到关闭位置，同时将阀152c保持在打开位置，由此减小发动机驱动轴112处的输出功率。

[0062] 在一些实施例中，控制器界面164允许用户确认阀152中的一个或多个和每个阀152的位置，并输入，由此控制器界面164将引导阀152移动到相应位置。这可以为用户提供在气动发动机100中操作气动马达108的精细定制。这还可以允许用户禁用气动马达108中的一个或多个，诸如在马达故障的情况下进行修理或更换。

[0063] 现在参考图5。作为控制器界面164(图3至图4)的替代或补充，气动发动机100可包括一个或多个传感器172，用于测量气动发动机100的操作特性，诸如输出扭矩、输出功率、输出转速(例如，RPM)或温度。如图所示，传感器172可以通信地(例如，由控制线161)耦接到流量控制器156，由此流量控制器156从传感器172接收传感器数据。在一些实施例中，流量控制器156可以通过引导气阀152的一个或多个改变位置来响应传感器数据。

[0064] 例如，流量控制器156可以响应于从传感器172接收的指示发动机驱动轴112的功率、转速、扭矩、温度，或其他操作特性或气动发动机100的其他组件超过预定阈值的传感器数据，引导气阀152中的一个或多个以限制气流(例如，移动到或朝向关闭位置)。相反，流量控制器156可以响应于从传感器172接收的指示在发动机驱动轴112的功率、转速、扭矩、温度，或其他操作特性或气动发动机100的其他组件低于预定阈值的传感器数据，引导一个或多个气阀152以增加气流(例如，移动到或朝向打开位置)。

[0065] 参照图6，在一些实施例中，气动发动机100还可包括控制器界面164，其提供用于用户输入阈值(功率、转速、扭矩、温度或气动发动机100的另一操作特性)，该阈值响应于来自传感器172的读数来指导流量控制器156的操作。可选地或另外地，控制器界面164的用户可选择的操作模式(例如，高功率、低功率、高扭矩、低扭矩等)包括这样的阈值或值域。值域可包括上阈值和下阈值，由此流量控制器156可响应于从一个或多个传感器172接收指示相应操作特性值低于下限阈值或高于上限阈值的传感器数据，引导一个或多个气阀152改变位置操作特性。

[0066] 图7至图11示出了气动发动机100的实施例。参照图7至图8，示出了气动发动机100，其包括主体(即壳体)174，主体174包括后端176、前端180、后端176处的后壁184、前端
180处的前壁188、以及一个或多个在所述前壁184和后壁188之间延伸的侧壁192。如图所示，主体壁184、主体壁188和主体壁192限定了内部主体腔194，其容纳气动发动机100的至少一些部件，例如气动马达108。

[0067] 在图7至图11示出的示例中，为避免使附图混乱，仅示出了一个气动马达108。然而，应当理解，气动发动机100的实施例可以具有任何数量的气动马达108，并且在所示示例中，气动发动机100可以容纳六个气动马达108。

[0068] 现在参照图9至图11。如图所示，主体174包括定位在前部200和后部204之间的中间部分196。主体前部200包括前板208，该前板208连接到中间部分196的前端212，并且主体后部204包括进气歧管136和排气歧管216，进气歧管136和排气歧管216连接到中间部分196的后端220。

[0069] 参照图9至图10，所示前板208包括轴开口224，发动机驱动轴112穿过轴开口224延伸。进气歧管136包括流体连接到气体源的歧管进气口140，诸如通过入口气体导管228。排气歧管216包括歧管排气口232，其可以将来自气动马达108的气流直接排放到环境大气或者排放到流体连接的排气导管236。如图所示，排气歧管216包括定位在歧管排气口232上游的多个歧管进气口240。每个歧管进气口240流体连接到至少一个气动马达108以接收通过至少一个气动马达108的气流。

[0070] 如图9所示，主体中间部分196可包括多个马达腔244，其中每个马达腔244的尺寸适于接收气动马达108。在所示的示例中，主体中间部分196包括六个马达腔244，用于整体地接收六个气动马达108。马达腔244可以以任何布置定位。在所示的示例中，马达腔244以围绕发动机驱动轴轴线256以间隔开的关系分布。如图所示，例如，马达腔244可以与驱动轴轴线256圆形地同心布置。在其他实施例中，气动发动机100可包括任何数量的气动马达108，其可根据进气歧管136和排气歧管216的结构并联、串联或两者兼备布置。

[0071] 在一些实施例中，气动马达108可移除地容纳在马达腔244中。这可以允许气动马达108从气动发动机100移除以进行修理或更换。在所示的示例中，每个马达腔244包括马达腔开口248，其大小允许插入和移除气动马达108。马达腔开口248可以定位在马达腔244中的任何位置。在所示实施例中，马达腔开口248定位在马达腔244的后端252，后端252可以与中间部分后端220重合。如图所示，当马达腔开口248连接到主体中间部分196时，主体后部204可以覆盖马达腔开口248的上面，以将气动马达108保持在马达腔244内。主体后部204可以可移除地连接到中间部分196，以允许进入马达腔开口248，以便移除和更换气动马达
108。

[0072] 现在参考图11。气动发动机100可包括气动马达108的任何一种或多种类型。在所示的示例中，气动马达108是包括转子124和定子260的旋转叶片式气动马达。如图所示，马达转子124可以是可旋转地通过端部密封件264和轴承268安装在马达定子260内。与已知的旋转叶片式气动马达设计一致，马达转子124和马达定子260通过气动马达108以及马达叶片272一起限定气体流动路径，马达叶片272可在马达转子124的叶片插槽276中径向滑动。在操作中，气流作用在马达叶片272上以使马达转子124绕马达轴线280旋转。马达轴线280可以与发动机驱动轴轴线256间隔开。在所示的示例中，马达轴线280与发动机驱动轴轴线
256间隔开并平行。

[0073] 参照图10，马达转子124可以连接到转子齿轮132，转子齿轮132与连接到发动机驱动轴112的驱动齿轮128啮合。在所示的示例中，马达转子124包括连接到转子齿轮132的转子轴284。如图所示，转子轴284可以向前延伸穿过在马达腔前壁292中形成的转子轴开口288。转子齿轮132定位在马达腔244的外部，在马达腔前壁292的前面。所示驱动齿轮128连接到驱动轴112，并且由驱动轴轴承300连接到主体174。

[0074] 如图所示，主体中间部分196可包括在中间部分前端212中形成的传动腔294。传动腔294可容纳机械部件，该机械部件将旋转动力从气动马达108传递到发动机驱动轴112。在所示实施例中，传动腔294的尺寸适于容纳转子齿轮132和驱动齿轮128。在所示的示例中，当传动腔前开口304连接到主体中间部分196时，主体前部200覆在传动腔前开口304上面。在一些实施例中，传动腔294可打开以提供可以修理或更换动力传动部件。例如，主体前部
200可以可拆卸地连接到中间部分196，以通过传动腔前开口304提供到传动腔294的入口。

[0075] 现在参照图12，其示出了根据另一实施例与气体源104流体连接的气动发动机400，并且其中相同的部件编号指的是前面附图中的相同部件。如图所示，气动发动机400包括一个或多个气动马达组件404，其驱动地耦接至发动机驱动轴112，以提供用于旋转发动机驱动轴112的动力。每个气动马达组件404包括一个或多个气动马达。气体源104流体连接到气动马达组件404，以向气动马达组件404供应加压气体(例如空气或蒸汽)流，气动马达组件404利用该气流产生机械输出(例如旋转或往复运动)。

[0076] 气动发动机400可包括任何数量的气动马达组件404。例如，气动发动机400可包括多个气动马达组件404，如图所示，多个气动马达组件404并联地或串联地流体连接到气体源104。在其他实施例中，气动发动机400可仅包括一个气动马达组件404。如所例示的，例如，一个或多个气动马达组件404a可整体地包括一个或多个马达转子124，马达转子124驱动地耦接至发动机驱动轴112，诸如通过啮合的转子132和驱动齿轮128。

[0077] 在所示的示例中，所有气动马达组件404a驱动地耦接至发动机驱动轴112。在其他实施例中，气动马达组件404可以驱动地耦接至不同的发动机驱动轴112。例如，图21示出了车辆476，其具有前轮480a的发动机驱动轴112a和后轮480b的发动机驱动轴112b，发动机驱动轴112a由一个或多个第一气动马达组件404a驱动，以及发动机驱动轴112b由一个或多个第二气动马达组件404b驱动。返回图12，在一些实施例中，气动发动机400还包括气动马达组件404b，诸如用于发电或操作空调。

[0078] 在一些实施例中，高压储存器408定位在气体源104的下游和气动马达组件404的上游。高压储存器408可以是适于储存大量的加压气体并选择性地补充或替代从气体源104到气动马达组件404的加压气体的供应的任何装置。例如，如果气动发动机400结合到车辆(例如汽车或飞行器)中，则高压储存器408可以将加压气体供应到气动马达组件404以增强加速性能，或便于冷启动。这可以允许气体源104基于正常操作条件来确定尺寸，以便依靠高压储存器408来补充气体源104以用于临时高负载条件。在车辆的情况下，这可以允许使用更小(和因此更轻)的气体源104，这可以导致更好的燃料效率。

[0079] 在所示的示例中，流量控制器156通信地耦接到驱动轴传感器172a，以确定发动机驱动轴112的负载和/或操作特性(例如，转速、扭矩等)，通信地耦接到气体源104(和/或气体源传感器172b)以控制气体源104的启用和/或其他操作参数(例如操作转速)，并且通信地耦接到高压储存器408以控制加压气体的排放和/或确定操作特性(例如填充水平)。在一些情况下，流量控制器156可确定发动机驱动轴112所需的负载需要比气体源104以其有效操作速度产生的加压气流更少的加压气流。作为响应，流量控制器156可以有效地操作气体源104并且将过量的加压气体存储在高压储存器408中，或者可以使气体源104停用并且使用高压储存器408供应气动马达组件404。因此，高压储存器408允许气体源104通过存储过量产生的加压气体而有效地操作，并且替代(或补充)气体源104的加压气体供应。这可以有助于适应变动的负载(例如，加热或电力需求)，例如在一些住宅、商业或工业设施(例如工厂、工业洗衣店、工业面包店、建筑物、旅馆、农场或房屋)中。在一些实施例中，高压储存器408还可用于加热所容纳的加压气体，以减少气体停留期间的能量损失(例如，热量)。

[0080] 在替代实施例中，气动发动机400可以不包括高压储存器408。相反，可以设定气体源104的尺寸以为所有预期的操作条件提供足够的加压气体供应。例如，在住宅、商业或工业设施中，气动发动机400上的负载可以是相对一致的，从而不需要高压储存器408来适应突然的高负载条件和存储过量的加压气体。在一些实施例中，可以采用过量的加压气体来产生供应给公共电力网络(例如市政电网)的电力。

[0081] 仍然参考图12所示，一个或多个气阀152可以整体地定位在气动马达组件404的上游，以选择性地允许、抑制和/或限制气流通过一个或多个(或所有)气动马达组件404。这可以允许气动发动机400使用选择的气动马达组件404操作。气阀152可以通信地耦接到流量控制器156，流量控制器156可以引导气阀152允许、抑制和/或限制气体流动。例如，可以允许、抑制或限制(例如减少)气流通过选择的气动马达组件404，以在发动机驱动轴112处提供输出，发动机驱动轴112具有环境所需的功率、扭矩或RPM。在另一个示例中，流量控制器156可以引导气阀152禁止(例如停止)气体流到已经失效或被移除、等待维修或更换的气动马达108，同时允许气体通过剩余的气动马达组件404用于继续操作气动发动机400。应当理解，流量控制器156可以自动操作(例如类似于车辆中的自动变速器)或者根据手动用户输入(例如类似于车辆中的手动变速器)操作。

[0082] 气动发动机400可具有任何数量的气阀152。在所示示例中，气动发动机400具有两个气阀152。如图所示，一个气阀152定位在每个气动马达组件404的上游。在替代实施例中，气动发动机400可以具有比气动马达组件404的数量更少或更多数量的气阀152。例如，气动发动机400可以具有一个定位在所有气动马达组件404上游的气阀152，或者仅定位在气动马达组件404的子集的上游。

[0083] 仍然参考图12，冷凝器138可以定位在气动马达组件404的下游。冷凝器138接收从气动马达组件404排出的气体，并将该气体(例如蒸汽)冷凝成液体(例如水)。冷凝器138将液体排放到泵146，泵146将液体泵送回气体源104(例如锅炉)用于进一步产生气体(例如蒸汽产生)。冷凝器138可以是能够将气流冷凝成液体流的任何装置。例如，冷凝器138可以是水冷却或空气冷却冷凝器，或其他已知的冷凝器设计。在一些示例中，冷凝器138包括一个或多个管，其具有在下游方向上的横截面积收缩的任何横截面形状(例如，圆形、环形、矩形或其他)。

[0084] 在一些实施例中，冷凝器138具有多个操作速度。流量控制器156可以通信地耦接到冷凝器138，以根据需要引导冷凝器138的操作速度。例如，在高负载事件(例如车辆加速)期间，流量控制器156可以引导冷凝器138在“高”运行，以便为气体源104产生足够的液体以产生足够的加压气流。在一些实施例中，冷凝器138包括多个冷凝级，其可根据操作速度选择性地启动。冷凝器138可以通过打开所有冷凝级来提供高速冷凝，并且可以通过关闭冷凝级的子集来提供低速冷凝。

[0085] 在替代实施例中，从气动马达组件404排出的气体不再循环到气体源104，并且气动发动机400可以不包括冷凝器138。例如，当气动发动机400在空气下操作(例如与蒸汽相反)时，气动马达组件404可将排出的气体排放到环境中。在这种情况下，例如，气体源104可以是压缩空气气缸或空气压缩机，其吸入并压缩来自环境的环境空气。

[0086] 仍然参考图12，在一些实施例中，缓冲器410定位在气动马达组件404下游和冷凝器138上游的气体流动路径中。缓冲器410可提供储存器，例如罐或管束，其为废气提供临时存储。这允许来自缓冲器410的气体根据冷凝器138的流量计量地送入到冷凝器138中。反过来，这可以避免向冷凝器138供给比冷凝器138以其当前运行转速设计冷凝的更多的气体。在一些实施例中，缓冲器410还对其所包含的废气提供冷却，这可有助于减少冷凝器138的工作量。在替代实施例中，气动发动机400不包括缓冲器410。例如，气动发动机400可在稳定条件下连续运行以驱动发电机。

[0087] 继续参考图12所示，在一些实施例中，低压贮存器412定位在冷凝器138的下游和气体源104的上游。低压贮存器412提供低压流体存储器，用于供应给气体源104以根据需要产生加压气体。例如，低压贮存器412可以提供液体(例如水)存储器和/或低压气体(例如蒸汽)存储器以供应到气体源104以产生加压气体以操作气动发动机400。低压贮存器412可以是向气体源104单独供应液体和/或气体，或者可向气体源104提供液体和/或气体的补充供应。在一些实施例中，气动发动机400使用润滑油，而低压储存器412包括过滤器或油分离器以去除通过气动发动机400循环时可能夹带在流体中的杂质或润滑油。在其他实施例中，气动发动机400不包括低压储存器412。例如，气动发动机400可以依靠空气运行和从周围环境中吸取空气。在一些实施例中，(例如从冷凝器138)到气体源104的流动路径可配置成在高负载事件期间绕过低压储存器412。

[0088] 气体源104可以是能够供应加压气流的任何装置。在一些实施例中，气体源104包括从液体(例如水)产生高压蒸汽的锅炉，或压缩气体(例如空气)以产生加压气流(例如压缩空气)的气体压缩机。气体源104可以由任何电源供电。例如，气体源104可以是电动力的(例如来自电力网或发电机)，或者是燃烧动力的(例如使用碳基燃料，例如汽油、天然气、沼气、木材等)。在一些实施例中，气体源104热连接到外部热源，例如来自住宅、商业或工业过程的废热(例如热废气、或来自诸如发电厂的工业设施的废热)。例如，气体源104可包括热交换器，以将热量从外部热源传递到气流。

[0089] 在一些实施例中，热交换器416定位在气体源104的上游，例如冷凝器138的下游。如图所示，热交换器416可以将从气体源104排出的废气150(例如热燃烧气体)的热量输入到气体源104，例如工作流体(例如液体或低压气体，用于转换成加压气体)，和/或燃烧材料(例如燃料和空气)。输入到气体源104的预热可有助于在产生加压气体来操作气动发动机
400时提高气体源104的效率(例如降低燃料消耗)。

[0090] 气动发动机400可包括气体流动路径中的任何数量的加热器148，以向加压气流添加能量(例如，增加压力)。在一些情况下，加热器148可有助于促进气体流动特性(例如压力，流速，气态)以获得最佳发动机性能。例如，在基于蒸汽的加压气流的情况下，加热器148可以帮助防止过早冷凝(例如，防止在从气动马达组件404排出之前冷凝)。加热器148还可有助于减轻在气动发动机400的流体连接元件之间的流体传输期间(例如，在气体源104和气动马达组件404之间行进期间)的加压气流中的能量损失。在一些实施例中，加热器148可以帮助防止诸如当在寒冷环境中操作时气动发动机400冻结。在所示的示例中，气动发动机400包括在气体源104下游和气动马达组件404上游的加热器148。在气动马达组件404串联流体连接的情况下，气动发动机400可包括在串联连接的气动马达组件之间的加热器。

[0091] 应当理解，气动发动机400可以驱动发动机驱动轴112以驱动机器(例如，住宅，商业或工业设施或车辆)，或者驱动发电机。在气动发动机400操作以驱动发电机的一些实施例中，冷凝器138可由热交换器补充或替换，热交换器将热量传递到流动路径中。可以操作高压储存器408以适应发电和气流加热系统所需的负载。

[0092] 图13示出了根据一个实施例的气动马达组件404。如图所示，气动马达组件404包括串联流体连接的多个串联马达级424。每个串联马达级424可包括一个气动马达108，或多个并联流体连接的气动马达108。气动马达组件404可包括任何数量的串联马达级424，并且每个串联马达级424可包括任何数量的气动马达108。气动马达组件404的输出扭矩是它包含的串联马达级424的输出扭矩的总和。

[0093] 在所示示例中，气动马达组件404包括三个串联马达级424a、424b和424c。串联马达级424b定位在串联马达级424a的下游，并且串联马达级424c定位在串联马达级424b的下游。所示串联马达级424中的每一个包括一个气动马达108。在其他实施例中，气动马达组件可以仅包括两个串联马达级424，或者可以包括四个或更多个串联马达级424。

[0094] 在所示的示例中，马达排气口120a定位在马达进气口116b的上游，而马达排气口120b定位在马达进气口116c的上游。每个气动马达108使气流膨胀，以将一部分气流能量转换成机械动力。因此，每个下游串联马达级424接收具有比前一个上游串联马达级424更低的压力和更大的体积流量的气体流入。例如，与流入串联马达级424a的气体相比，流入到串联马达级424b的气体具有更低的压力和更大的体积流量，并且流入串联马达级424c的气体具有比流入串联马达级424b的气体更低的压力和更大的体积流量。

[0095] 每个气动马达108具有膨胀比(rexp)，该膨胀比是指在马达排气口120和马达进气口116之间的气体的体积膨胀。例如，旋转叶片马达的膨胀比可以基于转子中心偏移、行程距离和直径来确定。气动马达108的膨胀比通常大于1，这意味着当气流从马达进气口116移动到马达排气口120时，气流经受体积膨胀。

[0096] 每个气动马达108还具有每转的流入体积量(vrev)，其是气动马达108每转流入马达进气口116的气体体积。每转从马达排气口120流出的流出体积量等于每转流入体积量乘以膨胀比(vrev×rexp)。因此，对于每个气动马达108的流入体积流速是每转流入体积量乘以马达转速(例如RPM)(vrev×s)，并且从每个气动马达108排出的流出体积流速是每转流出体积量乘以马达转速(vrev×rexp×s)。串联马达级424的流入体积流速是该级中所有气动马达108的所有流入体积流速的总和(∑(vrev×s))，并且串联马达级424的流出体积流速是该级中所有气动马达108的所有流出体积流速的总和(∑(vrev×rexp×s))。

[0097] 每对相邻的串联马达级424具有容量比(rcap)。容量比等于下游串联马达级424的流入体积流速除以上游串联马达级424的流出体积流速：

[0098]

[0099] 可以获得最佳效率，其中所有相邻串联马达级424的容量比(例如，用于串联马达级424a和串联马达级424b的rcap，以及用于串联马达级424b和串联马达级424c的rcap)等于1。这意味着来自上游串联马达级424的体积输出正好等于通过下游串联马达级424的体积输入。在理论容量比小于1(或接近1)时，上游串联马达级424可以为下游马达级424输送足够的气流以在稳定状态条件下运行。然而，在实践中，容量比受诸如环境温度的变化的影响。因此，可以基于预期的操作环境估计用于一对流体相邻的串联马达级424的容量比。

[0100] 高容量比(例如，大于1)将导致上游串联马达级424不能输送足够的体积流速以允许下游串联马达级424在其全电势下操作。因此，下游串联马达级424可保持能够接收更大的体积气流并提供更大的功率输出。在一些实施例中，到下游串联马达级424的气流可以通过由阀提供的旁路气流来补充，例如下面结合图17和图18描述的方向控制阀436，从而根据需要从下游串联马达级424提供额外的功率输出。

[0101] 小容量比(例如，小于1)将导致下游串联马达级424限制或控制膨胀比和通过上游串联马达级424的体积气体流速。即，通过所述上游串联马达级424的气体流速将被通过下游马达级424的气体流速限制，由此上游串联马达级424的流出体积流速等于下游容积马达级424的流入体积流速。参照图14所示，膨胀阀420可以帮助管理该情况。当膨胀阀420打开时，上游串联马达级424的膨胀比可以增加，允许上游串联马达级424将更多的气流能量转换成机械动力。

[0102] 应当理解，气动马达组件404内的每个串联马达级424和每个气动马达108可以具有相同或不同的膨胀比。此外，每对相邻的串联马达级424可以具有相同或不同的容量比。在一些实施例中，相邻串联马达级424的下游对可以具有比相邻串联马达级424的上游对更大的容量比。例如，串联马达级424a和串联马达级424b之间的容量比可以比串联马达级
424b和串联马达级424c之间的容量比更小，可以大约为1。

[0103] 气动马达108的相对转速(例如RPM)有助于通过气动马达108的体积流速，并且因此通过串联马达级424，并且最终有助于流体相邻的串联马达级424的容量比。影响相邻串联马达级424的容量比的一种方法是通过选择它们包含的气动马达108的相对转速。在所示的示例中，串联马达级424a、串联马达级424b和串联马达级424c的气动马达108通过转子齿轮132a、转子齿轮132b和转子齿轮132c机械连接。如图所示，转子齿轮132a、转子齿轮132b、转子齿轮132c可以具有不同的直径，这导致啮合齿轮以不同的转速旋转。在其他实施例中，转子齿轮132可以不彼此啮合。例如，转子齿轮132可以与驱动齿轮128啮合，或者在转子齿轮132和驱动齿轮128之间可以存在一个或多个空转齿轮。

[0104] 图14示出了包括串联马达级424的气动马达组件404的示例。在所示示例中，每个串联马达级424包括一个气动马达108，气动马达108是相同的，并且气动马达108同步以由相同尺寸的转子齿轮132以相同转速旋转。因此，示出了相邻串联马达级424的示例，串联马达级424具有小于1的容量比。实际上，该示例中的容量比是膨胀比的倒数(1/rexp)。

[0105] 在所示的示例中，示出了下游马达级424b，其包括与气动马达108b并联的膨胀阀420。或者，膨胀阀420可以被描述为与马达级424b并联地定位在马达级424a的下游(取决于哪些部件被确认为属于串联马达级424b)。膨胀阀420用于使从气动马达108a排出的气体膨胀。因此，当容量比小于1时，膨胀阀420可以提高气动马达组件404的能量转换效率。可选地或另外地，可以操作膨胀阀420以调节通过相邻串联马达级424a和串联马达级424b的气流，作为一种控制气动马达组件404的转速和功率输出的方法。在一些实施例中，膨胀阀420将气流排出到气体储存器，诸如缓冲器410(图12)或低压储存器412(图12)。如上所述，膨胀阀
420可以被认为是下游串联马达级424b的元件。马达108b可以表现出固定的膨胀比，而膨胀阀420可以运行以改变下游串联马达级424b的总膨胀比。因此，可以操作膨胀阀420以改变串联马达级424a和串联马达级424b之间的容量比。因此，膨胀阀420可配置气动马达组件
404以提供一系列功率输出和能量转换效率。

[0106] 在一些实施例中，膨胀阀420配置成响应于离开串联马达级424a的气体压力而打开。这可以允许膨胀阀420自动操作以调节(或补偿)串联马达级424a和串联马达级424b之间小于1的容量比。可替代地或另外地，膨胀阀420可以通信地耦接到控制器156，由此，流量控制器156可以引导膨胀阀420的位置(例如，在完全关闭和完全打开之间)。在一些情况下，控制器156可将膨胀阀420引导至完全关闭或部分关闭位置，以减少通过上游串联马达级424a的气流。当膨胀阀420处于完全关闭位置时，通过上游串联马达级424a的气流可能受到下游串联马达级424b的流量限制。

[0107] 应当理解，当很少或没有气体膨胀通过上游串联马达级424a时，将产生一些高扭矩功率输出。气动马达组件404可包括附加的串联马达级424(每个马达级424可包括任何数量的气动马达108或任何尺寸(例如直径和长度))，并且对于每对流体相邻的串联马达级424可存在膨胀阀420。此外，转子齿轮132可以具有不同的直径(例如，节圆直径)，以允许啮合齿轮以不同的转速旋转。

[0108] 仍然参考图14所示，气动马达组件404可包括定位在串联马达级424a和串联马达级424b之间的加热器148。或者，串联马达级424b可被描述为包括气动马达108上游的加热器148(取决于哪些部件被确认为属于串联马达级424b)。加热器148可以通过诸如流量控制器156(图12)启用，以加热流向气动马达108b的气流，从而增加气动马达108b的气流能量以有效地操作。

[0109] 在示例性实施例中，图13的气动马达组件404可以串联地流体连接在图14的气动马达组件404的下游。在该示例中，图14的流体相邻的串联马达级424a和串联马达级424b的容量比可以小于1，并且流体相邻的串联马达级424下游对的容量比可以顺序地增加。容量比可以根据串联马达级424的数量、每个相邻串联马达级424中的气体膨胀控制(其可以遵循用于能量效率的曲线或其他模式)或每个串联马达级424中的气动马达108的类型(例如，一个或多个摆线和/或活塞式马达可以在一个或多个上游串联马达级424中，并且一个或多个螺杆转子和/或涡轮型马达可以在一个或多个下游串联马达级424中)而顺序地增加。

[0110] 应当理解，具有高压(例如500磅/平方英寸(psi)或更高)的输入气流(流向一系列串联马达级424中的第一个)可以能够驱动相对更多数量的串联马达级424。这可以是适用于相对较大的应用，例如车辆和高容量发电机。类似地，具有低压(例如，100psi或更低)的输入气流(流向一系列串联马达级424中的第一个)可以能够驱动相对较少数量的串联马达级424。这可能适合于相对较小的应用，诸如电动工具，以及出于安全原因可能需要低压气体的应用(例如，用于住宅供暖系统和发电的发动机)。

[0111] 现在参照图14B，其示出了根据一个实施例的气动动力工具488的示意图。气动动力工具488包括气动马达组件404，其可类似于本文公开的任何气动马达组件100或气动马达组件404。在所示的示例中，气动马达组件404类似于图14的气动马达组件404。如图所示，气动马达组件404可以接收来自气体源104的输入气流，气体源104可以是本文公开的任何气体源，包括例如车间空气供应、气体压缩机或压缩气体气缸。取决于气动动力工具488的功能，气体源104可以供应相对低压的气体(例如100psi或更低)。

[0112] 仍然参考图14B，示出了气动动力工具488，其包括两个串联地流体连接的气动马达108a和气动马达108b。如图所示，膨胀阀420可定位在气动马达108a和气动马达108b之间。膨胀阀420可以手动操作(即，用手)以选择性地排出气动马达108a和气动马达108b之间的一些或全部气流。例如，用户可以操作膨胀阀420以选择性地以更大的功率或更高的效率操作气动动力工具488。在其他实施例中，膨胀阀420可以响应于马达进气口116a或马达排气口120a处的气体压力而自动打开。例如，如果气动马达108a缓慢地旋转或停止(例如由于高扭矩情况)，则马达进气口116a处的压力可以增加并且触发膨胀阀420打开，从而允许气体更大的膨胀穿过气动马达108a上。

[0113] 在所示的示例中，气动动力工具488包括阀152d，阀152d可选择性地操作(例如，手动)以使气体反向通过气动马达108a和气动马达108b，从而反转驱动轴112的旋转方向。出于这个原因，由于气流的可逆性质，气动马达108的入口和出口在括号中用附加的附图标记。在阀152d的所示位置，气动马达108a定位在气动马达108b的上游，并且“正向扭矩”在驱动轴112处产生。在阀152d的另一位置，气动马达108b定位在气动马达108a的上游并且是“反向扭矩”。在一些实施例中，反向扭矩可以大于正向扭矩。这可能是这样的情况，例如气动马达108b具有比气动马达108a更大的流量(例如，每转更大的流入体积量)。

[0114] 气动动力工具488可包括用户可手动操作的气阀152a(例如，通过挤压触发器496)以将气动马达组件404流体连接到气体源104(从而启动气动动力工具488)。在所示的示例中，所示气阀152a具有两个位置：停止气流的关闭位置和气体自由流过的开启位置。可选地，气阀152a可以具有中间位置，在这里气体被部分地抑制。这允许用户选择性地控制到气动马达组件404的气流速率。触发器496可以是允许气阀152a的手动用户操作的任何装置。

[0115] 在一些实施例中，气阀152a具有关闭位置和多个开启位置。例如，可以手动操作气阀152a以选择向串联的气动马达108a和气动马达108b供应气体的第一开启位置，以及向与气动马达108a并联地气动马达108b供应旁路气体的第二开启位置。第一开启位置可以提供更高的气体效率，而第二开启位置可以为电动工具488提供更大的输出功率。

[0116] 返回到图14B，气动马达108a和气动马达108b示出为具有串联连接的马达转子124a和马达转子124b。如图所示，马达转子124b可以与马达转子124a平行对齐(例如，与其共线)并且连接到马达转子124a，马达转子124a可以驱动地耦接至输出驱动轴112。取决于气动动力工具488的配置和类型，变速器492(例如齿轮箱或冲击机构)可以将马达转子124a连接到输出驱动轴112。在一些实施例中，气动动力工具488可包括另外的气动马达108，其可布置在串联马达级中，例如本文所述，与其他气动马达组件100和气动马达组件404连接。

[0117] 现在参考图15，示出了根据另一个实施例的两个气动马达组件404。每个气动马达组件404可包括任何数量的串联马达级424(包括只有一个串联马达级424)，并且每个串联马达级可包括任何数量的气动马达108(包括只有一个气动马达108)。在所示的示例中，每个气动马达组件404(由虚线矩形表示)包括流体地串联连接的三个串联马达级424。所示每个串联马达级424a包括一个气动马达108a，所示每个串联马达级424b包括流体地并联连接的两个气动马达108b，并且所示每个串联马达级424c包括流体地并联连接的三个气动马达108c。在替代实施例中，气动发动机400(图12)可包括任何数量的气动马达组件404，诸如三个或更多个气动马达组件404。

[0118] 在所示实施例中，串联马达级424b和膨胀阀420b流体地并联定位在串联马达级424a的下游。类似地，串联马达级424c和膨胀阀420c流体地并联定位在串联马达级424b的下游。如上面参考图14所示，膨胀阀420操作以提供气动马达组件404在将气流能量转换成机械动力方面更好的效率。替代地或另外地，参考图14，如上所述，可以选择性地操作膨胀阀420以控制通过上游串联马达级424的气流。如图15所示，所示实施例还包括在串联马达级424之间的止回阀432。当止回阀432关闭时，来自上游串联马达级的废气仅流过膨胀阀
420。在这种情况下，膨胀阀420控制通过上游串联马达级424的气流。

[0119] 仍然参考图15，在一些实施例中，气动马达组件404是可控制的，以停用(即，停止气体流过)一个或多个串联马达级424。如图所示，气动马达组件404可包括一个或多个气阀152，其可共同操作以允许、抑制或限制气体流到一个或多个串联马达级424中。例如，气阀
152可以通信地耦接到流量控制器156(图12)，其可以根据气动发动机400(图12)的操作条件引导气阀152的位置(例如打开、闭合、部分打开或连续移动)。通常，当需要高功率输出(例如，用于车辆加速)时，流量控制器156(图12)可以引导气阀152的位置以允许气体流过所有串联马达级424。此外，当需要较小的功率输出时，流量控制器156(图12)可以引导气阀
152的位置以抑制气体流过一个或多个串联马达级424(即，允许气体流过串联马达级424的子集)。

[0120] 气动马达组件404可包括任何数量和配置的气阀152，其可共同操作以抑制或限制气体流到一个或多个串联马达级424，同时允许气体流到一个或多个其他串联马达级424。在所示的示例中，气阀152定位在每个串联马达级424的上游的串联马达级入口管线428上，所述串联马达级入口管线428将加压气体供应到相应的串联马达级424。如图所示，气阀
152a定位在串联马达级424a的上游的入口管线428a上，气阀152b定位在串联马达级424b的上游的入口管线428b上，入口管线428b连接到串联马达级424a和串联马达级424b之间的气体流动路径，并且气阀152c定位在串联马达级424c的上游的入口管线428c上，入口管线
428c连接到串联马达级424b和串联马达级424c之间的气体流动路径。每个入口管线428可以流体连接在气体源104的下游(图12)。

[0121] 仍然参考图15所示，根据气动发动机400(图12)的操作条件，气阀152可以各种组合打开、关闭或部分打开(例如通过流量控制器156，图12)以实现不同的结果。例如，仅打开气阀152a允许气体流过所有三个串联马达级424，仅打开气阀152b允许气体仅流过串联马达级424b和串联马达级424c，并且仅打开气阀152c允许气体仅流过串联马达级424c。如图所示，止回阀432可以设置在串联马达级424之间，以防止气流反向朝向上游串联马达级424。当串联马达级424之间的止回阀432闭合时，下游串联马达级424成为与上游串联马达级424并联流体地连接到气体源104。

[0122] 在所示的示例中，打开或部分打开两个或更多个气阀152允许气体流过两个或更多个串联马达级424，并且还通过一个或多个下游串联马达级424增加补充气流。例如，打开气阀152b和气阀152c允许气体从入口管线428b流过串联马达级424b和串联马达级424c，并允许补充气体从入口管线428c流过串联马达级424c。如图所示，气阀152可以相对于气体源104并联定位。打开气阀152b将提供补充气流，其增强通过下游串联马达级424b的气流能量。如果气阀152b充分打开，则进入下游串联马达级424b的气体压力可以升高到离开上游串联马达级424a的气流的气体压力，使得止回阀432关闭并且停止上游串联马达级424a向下游串联马达级424b排气。在这种情况下，下游串联马达级424b可以仅通过气阀152b从气体源104接收气体。增强的气流能量允许气动马达组件404输出更多的动力和加速度。串联马达级424a通过膨胀阀420b将气体排出到缓冲器410，膨胀阀420b也允许串联马达级424a输出更大的功率。气阀152b可以操作将气体从气体源104供应到绕过串联马达级424a的串联马达级424b。在一些情况下，(例如通过关闭气阀152a)减少串联马达级424a。气阀152c与气阀152b的操作类似。

[0123] 图16示出了方向控制阀436的示例，其可用于选择性地将气流引导至多个串联马达级中的一个或多个。方向控制阀436包括至少一个进气口440和多个排气口444。在一些实施例中，进气口440可以定位在气体源104的下游(图12)，并且排气口444可以定位在不同的串联马达级424(图15)的上游。

[0124] 方向控制阀436可操作以选择性地将气体从一个或多个进气口440引导至无、一个或多个(或全部)排气口444。在所示的示例中，方向控制阀436包括中空壳体448，壳体448容纳线轴452。所示壳体448包括进气口440和多个排气口444，多个排气口444被壳体448的中空内部流体连接。线轴452包括一个或多个凸面456和一个或多个凹槽460，凸面456和凹槽460限定立进气口440和排气口444之间的气体流动路径。在图示的示例中，线轴452包括两个凸面(凸面456a和凸面456b)，其用于阻止气体流过线轴452，以及一个凹槽460，其允许气体绕线轴452流动。

[0125] 线轴452可在壳体448内移动，以相对于入口440和出口444重新定位凸面456和线轴460。当线轴452移动时，气体流动路径形成在进气口440和排气口444之间，使得凹槽460与进气口440和排气口444对齐。在所示的示例中，线轴452具有四个位置。所示完全打开位置，在这个位置处线轴452移动到壳体第一端464，使得凹槽460与入口440和所有三个排气口444对齐。在该位置，入口440流体地连接在所有三个排气口444的上游。线轴452可以一直移动到第二端468到完全闭合位置，使得凸面456b与所有三个排气口444对齐。在该位置，入口440与所有三个排气口444流体地断开连接。

[0126] 线轴452还可以在第一端464和第二端468之间移动到第一位置，在第一位置，凹槽460与入进气口440和排气口444a对齐，并且凸面456b与排气口444b和444c对齐。在该位置，进气口440仅流体地连接在排气口444a的上游。线轴452也可以移动到第二位置，其中凹槽
460与进气口440和排气口444a和排气口444b对齐，并且凸面456b与排气口444c对齐。在该位置，进气口440仅流体地连接在排气口444a和排气口444b的上游。

[0127] 方向控制阀436可以配置成以任何方式移动线轴452。例如，线轴452可以在位置之间手动地(例如通过用户操纵的手动控制)、机械地(例如通过齿轮传动马达)、液压地、或通过螺线管移动。在一些实施例中，方向控制阀436可包括泄漏气体出口472，其将可从壳体448内部泄漏的任何气体引导至下游储存器，例如缓冲器410(图12)或低压储存器412(图
12)。

[0128] 应当理解，排气口444可以具有相同的尺寸，或者它们可以具有不同的尺寸，这取决于要通过特定排气口444移动的气流的流速。例如，大尺寸(即，大的横截面积)排气口444可用于供给具有大的流入体积流速的串联马达级。

[0129] 现在参考17A示出了根据另一个实施例的气动马达组件404。在所示的示例中，气动马达组件404包括串联马达级424a和串联马达级424b，串联马达级424a包括气动马达108a，串联马达级424b包括气动马达108b和气动马达108c。气动马达108b和气动马达108c流体地并联连接，并且串联马达级424a流体连接在串联马达级424b的上游。

[0130] 气动马达组件404可包括方向控制阀436，用于选择性地将一个或多个(或所有)气动马达108流体连接到气体源104。方向控制阀436通信地耦接到引导方向控制阀436位置的流量控制器156(图12)。

[0131] 所示方向控制阀436处于完全关闭位置，在这种情况下，无气动马达108是可操作的(即，无气动马达108定位在气体源104的下游)。方向控制阀436可移动到第一位置、第二位置以及第三位置，在第一位置处，气体从出口444a排出；在第二位置，气体从出口444a和出口444b排出；在第三位置，气体从出口444a、出口444b和出口444c排出。如图所示，出口444a直接向气动马达108a供应气体，出口444b绕过气动马达108a向气动马达108b供应气体，出口444c绕过气动马达108a和气动马达108b向气动马达108c供应气体。因此，当更多的排气口444全部打开时，气动马达组件404产生更多的机械动力。在使用中，方向控制阀436可以从第一位置向第三位置移动(例如，图12，手动或通过流量控制器156的指导)，以便产生额外的机械动力(例如，以加速车辆)。

[0132] 在第一位置，方向控制阀436将气流排放到串联马达级424a(气动马达108a)，并且来自串联马达级424a(气动马达108a)的排气流到串联马达级424b，在串联马达级424b处排气在气动马达108b和气动马达108c之间被分开。膨胀阀420定位在串联马达级424a的下游，与串联马达级424b并联。当方向控制阀436将气流排放到气动马达108b和气动马达108c中的一个或两个时，止回阀432b和止回阀432c中的一个或两个可以关闭，并且膨胀阀420可以打开以膨胀来自气动马达108a的排气，由此气动马达108a可以将更多的气流能量转换成机械动力。如上所述参考图14所示，膨胀阀420可以通过在相邻的串联马达级424之间容纳小于1的容量比来帮助提高效率。应当理解，当下游串联马达级424b通过阀436从气体源104接收旁路气体时(即，气体绕过串联马达级424a)，情况类似于串联马达级424a和串联马达级424b之间的容量比小于1。在这种情况下，膨胀阀420可用于控制通过串联马达级424a的气体流速和膨胀比。可以操作方向控制阀436、流量控制阀152、膨胀阀420和止回阀432以改变串联马达级424之间的有效容量比。

[0133] 在所示的示例中，串联马达级424b包括气动马达108b上游的流量控制阀152。流量控制阀152用于影响串联马达级424中的气动马达108b和气动马达108c之间的气流分配。流量控制阀152可以具有固定配置，或者可以是可调节的。例如，流量控制阀152可以通信地耦接到流量控制器156(图12)，由此流量控制器156可以引导流量控制阀152的位置(例如，在完全关闭和完全打开之间)以控制气动马达108b和气动马达108c之间的气流的分配。可替代地或另外地，串联马达级424b可包括气动马达108c上游的流量控制阀152，以提供对气动马达108b和气动马达108c之间的气流分配的额外控制。

[0134] 仍然参考图17A所示，在第二位置，方向控制阀436将气体排放到串联马达级424a，以及串联马达级424b的气动马达108b。这为气动马达108b提供了更大的流体压力，由此气动马达108b可以输出更大的机械动力。止回阀432b定位在气动马达108b的上游，并在气动马达108b和气动马达108a之间，以防止气体从反向流动。当气动马达108a和气动马达108b之间的止回阀432关闭时，气动马达108b可以成为与气动马达108a并联流体地连接到气体源104。

[0135] 在第三位置，方向控制阀436将气体排放到串联马达级424a，以及串联马达级424b的每个气动马达108b和气动马达108c。这为气动马达108b和气动马达108c提供了更大的流体压力，由此气动马达108b和气动马达108c可以输出更大的机械动力。止回阀432c定位在气动马达108c的上游，并在气动马达108c和气动马达108a之间，以防止气体从反向流动。当串联马达级424a和串联马达级424b之间的止回阀432关闭时，串联马达级424b可以成为与串联马达级424a并联流体地连接到气体源104。

[0136] 如图所示，气动马达108b和气动马达108c可将气体排放到下游气体容器，诸如缓冲器410(图12)或低压贮存器412(图12)。

[0137] 应当理解，方向控制阀436可以包括任何配置的任何一种的任何数量的单个阀，该配置可以允许选择性地控制气体向气动马达108的排放。例如，图17B示出了方向控制阀436，方向控制阀436包括三个可单独操作的阀152a至阀152c，每个阀用于每个排气口444，使得排气口444根据气动发动机400(图12)的当前操作状态(例如转速和扭矩要求)选择性地全不打开、全部打开或打开任何子组合。在一些实施例中，方向控制阀436可操作以部分地限制流动到各个气动马达108。

[0138] 气动马达组件404可包括任何尺寸(例如流入体积流速)或尺寸组合以及任何类型或类型组合的气动马达108。在所示的示例中，气动马达108a和气动马达108b具有相同的尺寸，并且气动马达108c比气动马达108a和气动马达108b更大(例如，直径、长度或两者)。而且，气动马达组件404可包括任何数量的串联马达级424，并且每个串联马达级424可包括任何数量的气动马达108。例如，气动马达108a、气动马达108b和气动马达108c中的任何一个可由两个或者多个气动马达108替换或者全部移除。在一些实施例中，气动马达108可包括活塞式马达。当活塞式马达串联连接时，空转气缸可以从工作气缸的废气中捕获能量，以在停用期间为驱动轴提供动力。

[0139] 现在参考图18A，示出了根据另一个实施例的气动马达组件404。在所示的示例中，气动马达组件404包括三个串联的马达级424，每个马达级424包括两个并联的气动马达108。与气动马达组件404的其他示例一样，可以存在任意数量的串联马达级424，每个串联马达级424可包括任何类型和尺寸的任何数量的气动马达108。

[0140] 如图所示，串联马达级424a定位在串联马达级424b和串联马达级424c的上游。提供阀152d，其可以被致动(例如，图12中，通过如图所示的流体压力，或通过流量控制器156)，以选择性地流体地串联或并联连接串联马达级424b和串联马达级424c。图18A示出了处于第一位置的阀152d的示例，其中马达级424b和串联马达级424c串联连接。图18B示出了处于第二位置的阀152d的示例，其中串联马达级424b和串联马达级424c并联连接。

[0141] 参见图18A所示，串联马达级424a定位在串联马达级424b的上游，并且串联马达级424b定位在串联马达级424c的上游。如图所示，阀152d将来自串联马达级424b的废气导向串联马达级424c，并防止来自串联马达级424a的废气绕过串联马达级424b流到串联马达级
424c。

[0142] 参见图18B所示，串联马达级424a定位在两个串联马达级424b和串联马达级424c的上游，串联马达级424b和串联马达级424c并联设置。如图所示，阀152d将一部分废气从串联马达级424a引导至串联马达级424b，并将另一部分废气从串联马达级424a绕过串联马达级424b引导至串联马达级424c。如图所示，阀152d还将来自串联马达级424b的废气引导至下游储存器，例如缓冲器410，而不是引向串联马达级424c。

[0143] 在一些实施例中，阀152d可以配置在其第二位置(由此串联马达级424b和串联马达级424c并联定位)，其中串联马达级424a和串联马达级424b之间的气体压力超过预定压力。例如，如果串联马达级424b不能适应由串联马达级424a排出的体积气流(例如，串联马达级424a和串联马达级424b的容量比小于1)，则串联马达级424a和串联马达级424b之间的压力可能升高。在这种情况下，阀152d可以移动到第二位置，使得串联马达级424a将废气供给到两个串联马达级(串联马达级424b和串联马达级424c)，这两个串联马达级(串联马达级424b和串联马达级424c)可以一起更好地适应由串联马达级424a排出的体积气流(例如，串联马达级424a与串联马达级424b和串联马达级424c组合的容量比大于串联马达级424a与单独的串联马达级424b的容量比)。

[0144] 阀152d可以是任何数量的被动或主动控制装置，其可以在至少上述第一位置和第二位置之间重新配置。例如，阀152d可以是被动阀，其中上游流体压力作用在第一位置偏压472上，以便将阀152d移动到第二位置。在另一示例中，阀152d是通信地耦接到流量控制器
156(图12)的主动控制阀(例如，电磁阀)，其监测串联马达级424a和串联马达级424b之间的流体压力，并且响应于压力读数高于预定值引导阀152d移动到第二位置。

[0145] 仍然参考图18A所示，气动马达组件404可包括与下游马达级424并联连接的膨胀阀420，膨胀阀420用于使从上游串联马达级424排出的废气膨胀，并且因此可为气动马达组件404在将气体流动能转换为机械动力中提供更好的效率和能力。在所示的示例中，膨胀阀420a定位在串联马达级424a的下游，与串联马达级424b并联；并且膨胀阀420b定位在串联马达级424b的下游，与串联马达级424c并联。

[0146] 在一些实施例中，串联马达级424可包括一个或多个流量控制阀152，以在串联马达级424内控制一个或多个气动马达108的气流。在所示实施例中，串联马达级424a包括定位在气动马达108b上游的流量控制阀152a，以控制气流流向气动马达108b。在所示的示例中，流量控制阀152a可操作以控制气流流向气动马达108b。应当理解，气动马达组件404可包括多个气动马达108b，并且流量控制阀152a可操作以控制气流流向多个气动马达108b。

[0147] 流量控制阀152a可以具有固定配置，或者可以是可调节的。例如，流量控制阀152a可以通信地耦接到流量控制器156(图12)，由此流量控制器156可以引导流量控制阀152a的位置(例如，在完全关闭和完全打开之间)以控制气流流向气动马达108b。

[0148] 在一些实施例中，气动马达组件404可包括方向控制阀436，方向控制阀436用于选择性地使一个或多个(或所有)气动马达108绕过上游气动马达108流体连接到气体源104。方向控制阀436通信地耦接到流量控制器156，其引导方向控制阀436的位置。在所示的示例中，方向控制阀436可选择性地操作以将气体从气体源104引导到串联马达级424a，绕过串联马达级424a引导到串联马达级424b，或绕过串联马达级424a和串联马达级424b及其组合引导到串联马达级424c。

[0149] 由方向控制阀436绕过上游串联马达级424引导至下游串联马达级424的气体可被引导至下游马达级424内并联的一个或多个(或所有)气动马达108。在所示的示例中，串联马达级424b包括阀152b，阀152b可在打开位置和关闭位置之间移动(例如，图12，通过控制流量控制器156)，在打开位置将来自方向控制阀436的旁路气体并联地供给到气动马达108c和气动马达108d，在关闭位置将来自方向控制阀436的旁路气体单独供给气动马达
108c，使得气动马达108d仅接收来自串联马达级424a的排气。串联马达级424c包括类似的阀152c。应当理解，当方向控制阀436将气体绕过上游串联马达级424引导到下游串联马达级424时，上游马达级424减少了气体消耗。因此，流量控制器156可以引导阀436和阀152的位置，以为了效率并且根据需要，调节通过串联马达级424的气体消耗。

[0150] 现在参考图19，其示出了根据另一实施例的气动马达组件404。如图所示，气动马达组件404包括驱动驱动轴112的多个气动马达108。在所示的示例中，气动马达108布置成嵌套的环形排的机械连接的气动马达108。如图所示，气动马达108可以通过啮合的齿轮128和齿轮132驱动地耦接至驱动轴112。

[0151] 气动马达组件404可包括任何数量的气动马达108，其布置成任何数量的嵌套的环形排。在所示的示例中，气动马达组件404包括内排六个气动马达108a和外排十二个气动马达108b。在图示的齿轮配置中，每个气动马达108a的转子齿轮132与驱动齿轮128啮合，并且与气动马达108b的两个转子齿轮132啮合。环形排内的相邻气动马达108的转子齿轮132不啮合，这避免了锁住驱动机构。

[0152] 气动马达108可以流体地布置在任何数量的串联马达级中，其可以以本文所述的任何方式配置。例如，气动马达108的内排可以与图18的六个气动马达108流体连接。类似地，外排的十二个气动马达108可以流体连接，类似于图18的六气动马达装置的两个实例。

[0153] 现在参考图20，其示出了根据另一个实施例的气动马达组件404。如图所示，气动马达组件404包括驱动驱动轴112的多个气动马达108。在所示的示例中，气动马达108布置成嵌套的矩形排的机械连接的气动马达108。如图所示，气动马达108可以是通过驱动齿轮128和转子齿轮132驱动地耦接至驱动轴112。

[0154] 气动马达组件404可包括任何数量的气动马达108，其布置成任何数量的嵌套的矩形排。在所示的示例中，气动马达组件404包括内排八个气动马达108a和外排16个气动马达108b。如图所示，每个气动马达108的转子齿轮132与四个正交布置的齿轮132或齿轮128连接。总的来说，如图所示，气动马达108可以布置成具有垂直列和行的网格状图案。

[0155] 气动马达108可以流体地布置成任何数量的串联马达级，其可以以本文所述的任何方式配置。

[0156] 图19和20示出了气动马达组件404，气动马达组件404包括气动马达108的环形和矩形模式的布置。应当理解，在替代实施例中，气动马达108可以布置成其他规则或不规则图案。而且，转子齿轮132可以全部具有与所示相同的尺寸，或者可以包括多个不同的转子齿轮尺寸。

[0157] 应当理解，在本文中结合图19和图20所示的和所描述的，气动马达组件404中的气动马达108的连接和位置布置还可以应用于气动马达组件404的连接和位置布置。例如，气动发动机可以包括多个气动马达组件404，由驱动齿轮128将气动马达组件404连接，驱动齿轮128通过以嵌套的环形排或嵌套的矩形排，或者任何其他规则或不规则的模式布置。

[0158] 参见图12所示，流量控制器156通信地耦接到任何数量的传感器172，传感器172可共同确定气动马达组件404的负载和/或其他操作特性(例如，转速、扭矩、气体流量、气体压力、气体温度等)。这可以允许流量控制器156在更多气动马达组件404中检测失效或故障，并且作为响应，引导一个或多个流量控制阀152流体地断开失效或故障的气动马达组件404以进行更换或修理。在其他实施例中，流量控制器156可以手动或自动操作以根据维护计划(例如，基于运行时间)流体地断开选择的气动马达组件404。作为示例，图15示出了两个气动马达组件404，每个气动马达组件404包括阀152d，阀152d可选择性地打开或关闭以将气动马达组件404与气体源104流体连接或断开。

[0159] 如上所述，气动马达108可以是将加压气流(“气体”)流的能量转换成机械(例如旋转或往复)动力的任何装置。气动马达108的示例包括旋转叶片、轴向活塞、径向活塞、齿轮转子、螺旋式和涡轮式气动马达。气动发动机400和单独的气动马达组件404可包括任何类型和尺寸的气动马达以适合应用。例如，一些气动马达类型可具有更大的启动扭矩、更大的膨胀比、更高的运行转速或具有更好的平衡。

[0160] 现在参照图22，其示出了包括气动发动机400的设施500(例如，住宅、商业或工业建筑)。如图所示，气动发动机400包括气动马达组件404，气动马达组件404具有驱动轴112，驱动轴112驱动地耦接至发电机504。发电机504产生并向设施500输送电力，诸如通过电连接(例如通过电线508)到设施500的电气仪表板512。发电机504可以是适合于从由气动马达组件404机械输出用于设施500的发电的任何设施。

[0161] 在一些实施例中，发电机504可以连续地或间歇地产生超过设施500的需求的电力。多余的电力可以存储在能量存储构件514(例如电池)中，或者被输送(例如出售)到电网516。如图所示，能量存储构件514和电网516可以电连接到发电机504。在设施500的能量需求超过发电机504的电力输出的期间，设施500可以从电池514和/或电网516汲取电力。这可以允许气动马达组件404以有效的转速运行，其中过量或不足的发电由电池514和/或电网
516容纳。

[0162] 应当理解，马达组件404可以以稳定的转速操作，使得发电机504可以输出特定的电频率(例如，50Hz或60Hz)。例如，控制器156可以引导阀152的位置，以便控制流向马达组件404的气流，从而保持马达组件404以稳定的转速运行。

[0163] 可替代地或另外地，控制器156可以引导气动马达组件404根据设施500的电力需求以可变转速操作。在一些实施例中，设施500还可以包括频率变换器(也称为频率转换器)以保持一定的电频率。设施500可以包括变压器以适应设施和/或电网516的电压要求。

[0164] 在一些实施例中，气动发动机400将热气体供应到空气加热器520(例如，散热器或管道式空气系统)，和/或供应到热水器524。例如，空气加热器520和/或水加热器524可以定位在高压储存器408和气动马达组件404中的一个或两个的下游。在所示的示例中，空气加热器520和热水器524二者都定位在高压储存器408和气动马达组件404二者的下游。如图所示，根据空气/水的加热需求和可用的气体的供应，来自气动马达组件404的废气可以在流量控制器156的控制下通过方向控制阀436分配到空气加热器520、热水器524和冷凝器412中的一个或多个(或全部)。在流量控制器156的控制下(例如，通过气阀152e和气阀152f)，高压贮存器408将旁路气流(即绕过气动马达组件404的气流)引导到空气加热器520和热水器524中的一个或两个。当气动马达组件404不能提供足够的废气以满足加热器520和热水器524的需求时，可以允许高压储存器408补充或替换气流到加热器520和热水器524。例如，如果在设施500的低电力需求期间气动马达组件404以低功率模式操作，则来自气动马达组件404的废气可以降低到需求以下，并且高压储存器408可以补充来自气动马达组件404的排气以满足加热器520和热水器524的需求。在所示的示例中，气动发动机400包括安全减压阀152g。

[0165] 应当理解，诸如本申请中其他地方所讨论的，气动发动机400可包括任何数量的串联或并联连接的气动马达组件404。例如，气动马达400可包括更多数量的气动马达组件404，以适应设施500的更大电力需求。在一些实施例中，根据当时的电力需求，流量控制器
156可选择性地流体连接或断开任意数量的多个气动马达组件404。例如，在设施500的低电力需求期间，流量控制器156可以流体地断开一个或多个气动马达组件404(例如，通过关闭阀门)。气动马达组件404可包括任何类型的气动马达。例如，可以存在一个或多个气动马达组件404，气动马达组件404包括适合于快速改变转速的气动马达类型(例如叶片类型气动马达、齿轮转子类型气动马达和活塞类型气动马达)，并且可以存在一个或多个气动马达组件404，气动马达组件404包括适合于稳定操作的气动马达类型(例如螺杆转子型和涡轮马达型)。

[0166] 虽然以上描述提供了实施例的示例，但是应当理解，在不脱离所描述的实施例的操作的精神和原理的情况下，所描述的实施例的一些特征和/或功能易于修改。因此，上面已经描述的内容旨在说明本发明而非限制性的，并且本领域技术人员将理解，在不脱离如在所附权利要求中的定义的本发明的范围的情况下，可以做出其他变型和修改。权利要求的范围不应受优选实施例和示例的限制，而应给出与整个描述一致的最广泛的解释。

[0167] 条款

[0168] 条款1，一种气动发动机，包括：

[0169] 多个气动马达，每个马达具有马达进气口、马达排气口，以及由马达进气口和马达排气口之间的气流驱动的转子；和

[0170] 发动机驱动轴，发动机驱动轴驱动地耦接至每个气动马达的马达驱动轴。

[0171] 条款2，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0172] 驱动地耦接至驱动轴的驱动齿轮，并且

[0173] 每个转子连接到各自的转子齿轮，

[0174] 其中每个转子齿轮与驱动齿轮啮合。

[0175] 条款3，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0176] 进气歧管，进气歧管具有歧管进气口和多个歧管排气口，每个歧管排气口定位在歧管进气口的下游和至少一个气动马达的马达进气口的上游。

[0177] 条款4，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0178] 排气歧管，排气歧管具有歧管排气口和多个歧管进气口，每个歧管进气口定位在歧管排气口的上游和至少一个气动马达的马达排气口的下游。

[0179] 条款5，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0180] 主体，主体具有多个马达腔，

[0181] 其中每个气动马达可移除地定位在一个马达腔中。

[0182] 条款6，根据条款5所述的气动发动机，其中：

[0183] 每个马达腔具有后开口，后开口的尺寸适于移除和插入多个气动马达中的一个，并且

[0184] 主体还包括可移除的后部，可移除的后部覆盖每个马达腔的后开口的至少一部分。

[0185] 条款7，根据条款6所述的气动发动机，其中：

[0186] 可移除的后发动机罩包括歧管，歧管具有至少一个歧管进气口和至少一个歧管排气口。

[0187] 条款8，根据条款5所述的气动发动机，其中：

[0188] 每个气动马达的转子包括转子轴，以及

[0189] 每个马达腔具有前壁，该前壁包括转子轴开口，该转子轴开口接收各自气动马达的转子的转子轴。

[0190] 条款9，根据条款8所述的气动发动机，其中：

[0191] 每个转子轴连接到转子齿轮，以及

[0192] 一个马达腔的前壁定位在各自的转子齿轮的后方。

[0193] 条款10，根据条款1所述的气动发动机，其中：

[0194] 多个气动马达包括至少第一气动马达和第二气动马达，以及

[0195] 第一气动马达的马达排气口定位在第二气动马达的马达进气口的上游。

[0196] 条款11，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0197] 流量控制器，可操作以选择性地限制气流通过气动马达的子集。

[0198] 条款12，根据条款11所述的气动发动机，还包括：

[0199] 传感器，传感器定位成测量气动发动机的至少一个操作特性并且通信地耦接到流量控制器，

[0200] 其中，流量控制器基于来自传感器的读数选择性地限制气流通过气动马达的子集。

[0201] 条款13，如条款11所述的气动发动机，还包括：

[0202] 控制器界面通信地耦接到流量控制器，并且用户可操作以指示流量控制器限制气流通过气动马达的子集。

[0203] 条款14，根据条款13所述的气动发动机，其中：

[0204] 控制器界面包括可手动操作以在至少第一操作模式和第二操作模式之间进行选择的控制器，以及

[0205] 控制器界面指示流量控制器在第一操作模式中中断到气动马达的第一子集的气流，并且控制器界面指示流量控制器中断到在第二种操作模式中不同于第一子集的气动马达的第二子集的气流。

[0206] 条款15，根据条款11所述的气动发动机，其中：

[0207] 流量控制器通信地耦接到定位在至少一个气动马达上游的一个或多个阀门，以及[0208] 流量控制器可操作以引导一个或多个阀门改变一个或多个阀门下游的一个或多个气动马达的气流限制程度。

[0209] 条款16，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0210] 冷凝器，冷凝器定位在多个马达的下游。

[0211] 条款17，根据条款16所述的气动发动机，还包括：

[0212] 低压储存器，低压储存器定位在冷凝器的下游。

[0213] 条款18，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0214] 高压储存器，高压储存器定位在多个马达的上游。

[0215] 条款19，根据条款10所述的气动发动机，还包括：

[0216] 膨胀阀，膨胀阀定位在第一气动马达的马达排气口的下游，并且与第二气动马达的马达进气口并联。

[0217] 条款20，根据条款19所述的气动发动机，其中：

[0218] 第一和第二气动马达的容量比小于或等于1。

[0219] 条款21，根据条款1所述的气动发动机，还包括：

[0220] 第一串联马达级，包括一个或多个气动马达，以及

[0221] 第二串联马达级，包括一个或多个气动马达，第二系列马达级定位在第一串联马达级的下游。

[0222] 条款22，根据条款1所述的气动发动机，其中：

[0223] 第一串联马达级，包括两个或多个并联定位的气动马达，以及

[0224] 第二串联马达级，包括两个或多个并联定位的气动马达，第二串联马达级定位在第一串联马达级的下游；

[0225] 条款23，根据条款21所述的气动发动机，还包括：

[0226] 一个或多个阀门，共同可操作于将气流引导到绕过第一串联马达级的第二串联马达级。

[0227] 条款24，根据条款21所述的气动发动机，还包括：

[0228] 第三串联马达级，包括气动马达的一个或多个，第三串联马达级定位在第一串联马达级的下游，以及

[0229] 一个或多个阀，可在第一配置和第二配置之间共同移动，在第一配置中，第三串联马达级定位在第二串联马达级的下游，在第二配置中，第三串联马达级与第二串联马达级并联。

[0230] 条款25，根据条款24所述的气动发动机，其中：

[0231] 一个或多个阀被动地气体压力启动，在第一配置和第二配置中流体地耦接到从第一串联马达级排出的气体。

[0232] 条款26，根据条款22所述的气动发动机，还包括：

[0233] 膨胀阀，膨胀阀定位在第一串联马达级的下游并与第二串联马达级并联。

[0234] 条款27，根据条款26所述的气动发动机，其中：

[0235] 第一串联马达级和第二串联马达级的容量比小于1。

[0236] 条款28，一种操作气动发动机的方法，该方法包括：

[0237] 在多个气动马达处接收气流输入，以及

[0238] 同时使用多个气动马达中的每一个驱动输出轴。

[0239] 条款29，根据条款28所述的方法，还包括：

[0240] 限制引导到多个气动马达的子集的气流。

[0241] 条款30，根据条款28所述的方法，还包括：

[0242] 流量控制器响应于接收指示气动发动机的一个或多个操作特性的传感器数据，限制引导到多个气动马达的子集的气流。

[0243] 条款31，根据条款28所述的方法，还包括：

[0244] 接收操作模式选择，以及

[0245] 流量控制器基于所选择的操作模式限制引导到多个气动马达的子集的气流。

[0246] 条款32，根据条款28所述的方法，还包括：

[0247] 加热至少一个气动马达上游的气流。

[0248] 条款33，一种气动工具，包括条款1至27中任一项所述的气动发动机。

[0249] 条款34，一种车辆，包括条款1至27中任一项所述的气动发动机。

[0250] 条款35，根据条款33所述的车辆，其中发动机驱动轴耦接到一个或多个车轮。

[0251] 条款36，一种设施，包括条款1至27中任一项所述的气动发动机。

[0252] 条款37，根据条款36所述的设施，其中发动机驱动轴耦接到发电机。

[0253] 条款38，根据条款36或37所述的设施，其中空气加热器流体连接在多个气动马达的下游。

[0254] 条款39，根据条款36至38中任一项所述的设施，其中热水器流体连接在多个气动马达的下游。

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