滚转式流体驱动装置
阅读：362发布：2020-05-12
专利汇可以提供滚转式流体驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 滚转 式 流体 驱动装置，该装置可应用于 风 扇、 船舶 推进器 、 风 力 发电和 水 力发电等，会有很高的效率。其主要特征是：与流体相互作用的 叶片 ，会在该装置的一侧充分展开，以驱动流体或被流体驱动；而在另一侧，叶片会侧身转回，与流体的相互作用非常小；从而可以用最大的工作面积去单方向地驱动流体，或用尽可能大的工作面积来接受流体的驱动。这样必然会大大提高 对流 体的驱动或利用效率。，下面是滚转式流体驱动装置专利的具体信息内容。
1.一种流体机械，一种用于驱动流体或被流体驱动的流体驱动装置，特别是一种滚转式流体驱动装置，其特征是：与流体相互作用的叶片2通过叶片旋转轴9安装在支架1上，且叶片2可相对支架1作旋转运动；支架1通过支架旋转轴5安装在基座6上，且支架1可相对基座6作旋转运动；叶片2和叶片驱动齿轮10固定连接，中心定位齿轮3与基座6固定连接，中心定位齿轮3通过同步传动件，与叶片驱动齿轮10啮合；中心定位齿轮3到叶片驱动齿轮10的传动比等于0.5，且叶片2的转动方向和支架1的转动方向相反。
2.根据权利要求1所述的滚转式流体驱动装置，其特征是：在同一支架1上，以支架旋转轴5为中心，均匀的安装二个三个或更多个叶片2及其同步系统，所有同步系统的中心定位齿轮3固定连接在同一个基座6上；或者所有同步系统共用同一个中心定位齿轮3。
3.根据权利要求2所述的滚转式流体驱动装置，其特征是：将两个所述装置安装在同一个基础支架11两端，基础支架11可以相对地面做旋转运动。
滚转式流体驱动装置
技术领域
背景技术
[0002] 如前所述，涉及如风扇、抽水机、风车、水车等流体驱动装置的相关技术。就目前流体驱动装置的技术可以分为两大类：一类是容积式流体驱动装置，如活塞式，通过活塞的运动，使腔体内形成正压或负压，从而驱动流体；又如利用水的重量来运转的水车等。另一类是叶片式流体驱动装置（这里的叶片是指用于和流体产生作用力的机械构件，由于该机械构件常被做成扁平的形状，故常被称为叶片，以下也将该机械构件简称为叶片），如风车、螺旋浆、涡轮等，通过各种形式的叶片与流体作相对运动，从而驱动流体或被流体驱动。本发明就是针对叶片式流体驱动装置的一种新的设计方案。
[0003] 现有的叶片式流体驱动装置按叶片旋转轴相对于流体流动方向的不同，可以主要分为垂直型和平行型两种。本发明就是一种新的垂直型叶片式流体驱动装置。
[0004] 关于现有垂直型叶片式流体驱动装置存在的，本发明要解决的问题是：垂直型叶片式流体驱动装置的叶片，在流体中作旋转运动，它的叶片的旋转平面与流体流动的方向平行，则叶片在旋转时必有顺流体的运动（驱动流体和被流体驱动时的运动）和逆流体的运动（叶片返回时的运动）同时存在；为此，经过巧妙的设计其叶片形状，使其在作顺流体的运动时能有更大的阻力或升力，而在逆流体的运动时能有更小的阻力，从而可以单方向地驱动流体或被流体驱动。如各种垂直型风车。这种垂直型叶片式流体驱动装置具有结构简单的优势，但因叶片在顺流体运动和逆流体运动时都有相同的迎风面积，相互抗衡的力矩仍然不小，导致效率较低。本发明将力求解决这一问题。
发明内容
[0005] 本发明的核心思想是：通过合理设计叶片的运动方式，使得叶片在顺流体运动时能有尽可能大的作用面积，而在逆流体运动时能有尽可能小的作用面积，从而可以更有效的驱动流体和被流体驱动。
[0006] 本发明的特征是：与流体相互作用的叶片通过其旋转轴安装在支架上，且叶片可相对支架作旋转运动；支架通过其旋转轴安装在基座上，且支架可相对基座作旋转运动；叶片和叶片驱动齿轮固定连接，中心定位齿轮与基座固定连接，中心定位齿轮通过同步传动件，与叶片驱动齿轮啮合；中心定位齿轮到叶片驱动齿轮的传动比等于0.5，且叶片驱动齿轮的转动方向和支架的转动方向相反，保证叶片在跟随支架一起转动的同时，叶片能以支架旋转角速度二分之一的角速度，作和支架旋转运动方向相反的旋转运动。
[0007] 中心定位齿轮、同步传动件和叶片驱动齿轮组成了该装置的同步系统。同步传动的具体方式不属于本发明的内容，现有技术完全可以实现，因此，本发明没有对同步传动件作具体要求，只要保证中心定位齿轮到叶片驱动齿轮的传动比等于0.5，且叶片的转动方向和支架的转动方向相反，就能满足本发明的要求。
[0008] 由于该装置对同步的要求很严格，所以不能用皮带等靠摩擦力传动的方式作同步系统。
[0009] 如前所述，当支架相对基座作旋转运动时，叶片也会跟随支架一起转动，但和叶片固定连接在一起的叶片驱动齿轮，由于和中心定位齿轮通过同步传动件啮合着，叶片在跟随支架一起转动的同时，叶片能以支架旋转角速度二分之一的角速度，作和支架旋转运动方向相反的旋转运动。按照这种规律，当叶片随支架一起旋转到某一位置时，叶片的工作面将与支架在此处的线速度方向垂直，此时叶片与流体相互作用的面积最大，叶片与流体相互作用的力也会最大，此位置即为最大作用位置；以此位置为基础，支架再旋转180°时，叶片的工作面将与支架在此处的线速度方向平行，也即叶片工作面与流体流动的方向平行，叶片与流体相互作用的力也会最小，此位置即为最小作用位置。
[0010] 由于该装置的最大作用位置和最小作用位置分别处在支架旋转轴的两边，正好相差180°，而基座上固定着的中心定位齿轮的方位，决定着该装置的最大作用位置和最小作用位置的方位，因而，当基座方位固定后，该装置的最大作用位置也会固定不变。通过给支架施加旋转动力，该装置总会在最大作用位置一侧展开叶片来驱动流体，而当叶片处于基座的另一侧时，叶片会侧身逆向而行，此时叶片受力极小，从而保证了叶片只在最大作用位置一侧，单方向驱动流体。就如同一把蒲扇，用扇面扇风后，将蒲扇侧身转回，再展开扇面扇风，如此循环下去。
[0012] 但是，上述装置还不能用于被流体所驱动，因为，叶片被流体吹到下风处时，支架不会再有旋转的动力。
[0013] 进一步地，在同一支架上，以支架旋转轴为中心，均匀的安装二个三个或更多个叶片及其同步系统，并使所有叶片的最大作用位置和最小作用位置完全相同，同时，所有同步系统的中心定位齿轮固定连接在同一个基座上，或者所有同步系统共用同一个中心定位齿轮。这样一来，当基座方位固定之后，该装置的最大作用位置和最小作用位置也被固定下来，如果流体的流动方向，与该装置的最大作用位置到最小作用位置的连线垂直，则叶片随支架转到最大作用位置一侧时，总会以尽可能大的工作面来接受流体的驱动；而当叶片随支架转到最小作用位置一侧时，叶片会以最小工作面逆流而行。当叶片数量等于大于三个时，最大作用位置一侧总会有足够多的工作面积来接受流体驱动；这样的装置就会在流体的驱动下一直转动下去。
[0015] 但是，上述装置还不能用作风车，因为，风向是变换不定的。
[0016] 进一步地，将两个上述装置安装在同一个基础支架两端，基础支架可以相对地面做旋转运动。这样一来，两个装置在风力驱动下产生的力矩，会在基础支架上相互抵消；而适当安排这两个装置的位置和方向，会使该装置具有自适应风向变换的能力。
[0018] 另外，叶片相对支架的旋转运动还可以采用电子伺服方式来实现。通过位置传感器给出叶片和支架的相对位置信息及支架相对于基座的方位信息，由辅助动力装置根据这些信息来驱动叶片作相对支架的转动。这样一来，当叶片旋转轴与支架旋转轴相距较远时，用电子伺服方式来同步叶片与支架的运动，能大量减少笨重的机械构件。
[0019] 本发明能以叶片的最大工作面积去驱动流体或被流体驱动，而在叶片逆行时保持其尽可能小的工作面积，从而提高了对流体的驱动和利用的效率。
附图说明
[0021] 图1是本发明基本实例的第一种结构示意图；图2是本发明基本实例的第二种结构示意图；
图3是图2的府视图；
图4是拥有三个叶片的应用实例结构示意图；
图5是一个风车的应用实例示意图；
图6是图5的府视图。
图3是图2的府视图；
图4是拥有三个叶片的应用实例结构示意图；
图5是一个风车的应用实例示意图；
图6是图5的府视图。
[0022] 具体的实施方式图1中，叶片2和叶片驱动齿轮10固定连接，叶片2通过叶片旋转轴9安装在支架1上，叶片2可相对支架1作旋转运动；中心定位齿轮3通过支架旋转轴5，与基座6固定连接，即中心定位齿轮3、支架旋转轴5和基座6三者固定连接成一体；支架1和支架旋转轴5采用转动连接，中心定位齿轮3通过同步传动件4与叶片驱动齿轮10啮合；同步传动件4要保证中心定位齿轮3到叶片驱动齿轮10的传动比等于0.5，且叶片2的转动方向和支架1的转动方向相反；
支架1上固定连接着支架驱动齿轮8，支架驱动齿轮8则用作接受动力输入。在本实例中，在基座6被固定的前提下，当支架驱动齿轮8被动力所驱动时，支架1会在支架驱动齿轮8的带动下，绕支架旋转轴5旋转，同时，叶片2也会跟随支架1一起转动；但因中心定位齿轮3被固定在基座上，而中心定位齿轮3又通过同步传动件4与叶片驱动齿轮10啮合着，所以，叶片2在跟随支架1转动的同时，也会相对支架1作旋转运动；只要同步传动件4能保证中心定位齿轮3到叶片驱动齿轮10的传动比等于0.5，且叶片2的转动方向和支架1的转动方向相反，即可达到本发明的目的。
支架1上固定连接着支架驱动齿轮8，支架驱动齿轮8则用作接受动力输入。在本实例中，在基座6被固定的前提下，当支架驱动齿轮8被动力所驱动时，支架1会在支架驱动齿轮8的带动下，绕支架旋转轴5旋转，同时，叶片2也会跟随支架1一起转动；但因中心定位齿轮3被固定在基座上，而中心定位齿轮3又通过同步传动件4与叶片驱动齿轮10啮合着，所以，叶片2在跟随支架1转动的同时，也会相对支架1作旋转运动；只要同步传动件4能保证中心定位齿轮3到叶片驱动齿轮10的传动比等于0.5，且叶片2的转动方向和支架1的转动方向相反，即可达到本发明的目的。
[0023] 图2中，叶片2通过叶片旋转轴9，与叶片驱动齿轮10固定连接，即叶片2、叶片旋转轴9和叶片驱动齿轮10三者固定连接成一体，叶片旋转轴9和支架1采用转动连接；支架旋转轴5穿过基座6和定位齿轮3，与支架1固定连接，支架1通过支架旋转轴5安装在基座6上，支架1可相对基座6作旋转运动；中心定位齿轮3固定在基座6上，并通过同步传动件4，与叶片驱动齿轮10啮合；同步传动件4要保证中心定位齿轮3到叶片驱动齿轮10的传动比等于0.5，且叶片2的转动方向和支架1的转动方向相反。本实例中，支架1由支架旋转轴5获得的动力来驱动。本实例中，在基座6被固定的前提下，当支架旋转轴5被动力所驱动时，支架1会在支架旋转轴5的带动下，相对基座6旋转，同时，叶片2也会跟随支架1一起转动；但因中心定位齿轮3被固定在基座上，而中心定位齿轮3又通过同步传动件4与叶片驱动齿轮10啮合着，所以，叶片2在跟随支架1转动的同时，也会相对支架1作旋转运动；只要同步传动件4能保证中心定位齿轮3到叶片驱动齿轮10的传动比等于0.5，且叶片2的转动方向和支架1的转动方向相反，即可达到本发明的目的。
[0024] 对于上述两个实例，如在固定基座6的前提下，给支架1上施加旋转动力时，支架1会带动叶片2旋转，并在同步系统的作用下，叶片2还会相对支架1作旋转运动；叶片2则可按前述规律来驱动流体。
[0025] 图3是图2的府视图，图3也可视为图1的府视图；图3中，假设基座6的方位已经固定，叶片2和支架1正处在最大作用位置。虚线部分表示叶片2随支架1旋转到不同位置时，叶片2有着不同的方向。图中可以看到，基座6的右侧，叶片2能充分展开，而在基座6的左侧，叶片2的工作面几乎与支架1在此位置时的线速度方向平行。当支架1旋转时，叶片2会在基座6的右侧驱动流体，而当叶片2随支架1旋转到基座6的左侧时，叶片2与流体的相互作用非常小。
[0026] 以上所示实例可用于风扇，也可用作船舶推进器等。
[0027] 图4是拥有三个叶片的应用实例。
[0028] 图4中，支架1做成一个三叉式结构，三个分叉的末端分别安装有一个叶片2，每个叶片2的最大作用位置和最小作用位置都完全相同；每个叶片2都有各自的同步系统，三个同步系统的中心定位齿轮都固定在基座6上；三个同步系统也可共用同一个中心定位齿轮。0
三个叶片2的运动方式完全相同，只是每个叶片2的运动周期相位相差120 。图中点划线示出了该装置最大作用位置到最小作用位置的连线。
三个叶片2的运动方式完全相同，只是每个叶片2的运动周期相位相差120 。图中点划线示出了该装置最大作用位置到最小作用位置的连线。
[0029] 这样的装置适合用作水车。当基座6的方位固定后，如水流的方向和该装置最大作用位置到最小作用位置的连线垂直，即在图4中水流的方向和图中点划线垂直，也即在图4中水流从上向下或从下向上时，该装置基座6的右侧叶片总会受到水流的驱动，而基座6的左侧叶片，将侧身与水流逆向而行，但其阻力却很小。由于有三个叶片，基座6的右侧总会有展开的叶片接受水流的驱动。本实例中，支架1的旋转用作动力输出，可连接发电机发电，也可用作其它动力源。
[0030] 图5、图6是一个风车的应用实例。图6是图5的府视图。
[0031] 图5中，两个拥有三个叶片的上述装置，对称地安装在基础支架11上，两个所述装置的基座6，分别对称地固定在基础支架11的左右两端，两个所述装置的支架旋转轴5分别从两端的基座6和基础支架11穿过，用作动力输出。基础支架11通过基础轴12安装在地面，基础支架11可相对地面作旋转运动。由于风车的叶片可以做得大些，故在叶片上端增加了一个辅助支架13，用于稳定叶片。
[0032] 图6中可以看到，两个拥有三个叶片的上述装置分别安装在基础支架11的两端，图中的点划线，分别标示出了这两个装置最大作用位置到最小作用位置的连线。这两条连线互程一角度，并不在同一条直线上，这样能让风车自动适应风向的变换，因为，只有当风向如图6中从上向下时，风车才能工作在稳定的状态。
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