产生能量的装置制造方法
产生能量的装置制造方法
【专利摘要】本发明提供的产生能量的装置涉及机械工程领域，特别是涉及旋转驱动器装置。该产生能量的装置包括一个机壳，内部设有驱动轴；一个主驱动单元，包括传输旋转机构，通过一个安装在驱动轴上的驱动轮将驱动轴的转动传输给设置在从动轴上的质量不均衡部件；一个传动链，设置在主驱动单元与终端部件之间，包括用于传送工作力矩的工作节点。根据要求保护的技术方案，从动偏心轮被安装成能够各自己绕不旋转的从动轴转动，两从动轴的两端分别通过摆臂固定，从动轴上安装有连接杆，连接体积可变的工作室内的活动元件，工作室通过一个接收器连接终端部件。该产生能量的装置可以包括附加主动轮和附加从动偏心轮，匹配连接驱动轮，并串联在同一个摆臂上。
【专利说明】产生能量的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有关转动发电设备（产生能量的装置）的机械工程领域，尤其是能量 储存和转换的惯性系统（inertial systems)，可以用来驱动各种机器和机械。
【背景技术】
[0002] 现有大量的先进的惯性（inertial)能量转换器设计，使用旋转体产生惯性力以 节约电机消耗的电能。
[0003] 公知的一个惯性驱动装置IDD-4(俄罗斯专利号：2076241, 1997)具有如下结构， 其中，在一平面内转动质量不均衡部件产生往复运动，从而提供一个持续的单向惯性力，该 装置利用的是内接于圆的直径比为1 : 2的配重相互滚动而不滑动。该装置的主要缺点是： 它的设计中使用的行星变速器（最大限度地加强机械传动的能量）要求高度精确以及速度 非常受限。由于驱动此装置的引擎功率仅用来使行星变速器转动，在实际应用中该方案耗 能非常少，从而节约了电能。
[0004] 再有公知的惯性传动装置（俄罗斯专利号：2354873, 2009)，该设计中惯性装置被 制成两个相同的具有矩形截面的空心环状结构，其内部灌满了水银。泵固定在环的加宽部 位，用来驱动环内部的水银高速运动。当水银高速运动时，惯性力F与匕大小不同且方向 相反。由于方向不同的两个力不会相互平衡，从而产生一个力偶，驱动该装置沿其从动轴转 动。
[0005] 这种技术方案的缺点是惯性传送装置只能沿一个方向传送转动。不仅会减少惯性 装置的有用功、效率因子和整体效益，而且装置的运行需要额外的能量操作泵的运转。
[0006] 除此以外，该装置用水银（比重很大）作为配重会增加环境破坏。众所周知，水银 属于一类有害物质，即使在低温下也很容易蒸发并且它的蒸汽和化合物毒性很高。
[0007] 与要求保护的装置最接近的现有技术是电驱动装置，尤其是基于间歇运动机构的 电动发电机（俄罗斯专利号=2377458, 2009)，其包括一个可交互转动的工作节点，利用机 械振荡发电。
[0008] -个由质量不均衡部件制成的离心振荡器连接工作节点，在马达的驱动下自由转 动，并以预设频率沿轴向运动作为机械振荡的振源。该方案中，马达和质量不均衡部件连接 工作节点，间歇运动机构上使用超越离合器。
[0009] 在这种驱动装置中，质量不均衡部件（配重）的转动离心力作为输出轴的额外能 量。
[0010] 这种技术方案的缺点如下：
[0011] -该装置中存在的传动链导致多次变化多种运动模式，转化为电能的能量从转动 转换为摆动，然后又转换为转动，在转换时需要克服摩擦阻力，这导致装置的整体效率降低 了；
[0012] -装置的输出轴的被赋予高转动力矩和低转动速度，这需要加倍的消耗能量，造成 额外的能量消耗，降低了装置的性能；
[0013] -机械振动振源（离心发生器）在通用旋转平台上的设置，增加了惯性质量，结果 导致驱动的效率因子降低，从而无法使用大功率且沉重的离心发生器。
[0014] -该装置中，惯性发生器（离心发生器）仅在一个方向上（仅在平台的向前运动方 向，不能在向后运动方向）传输转动，减少了有用功的使用，以及效率因子和整体效率。可 以在该结构上安装第二超越离合器，从而在两个方向上传送转动，但增加额外的机械传动 机构会使得结构明显变复杂。除此以外，使用超越离合器会减少运行能源，降低整体效率。
【发明内容】
[0015] 本发明要求保护的技术方案，目的是要提高装置的效率因子、效率和可靠性，同时 通过简单的运动系统增强其技术性能，并通过克服结构单元的摩擦力来减少或消除能量损 耗，从而可产生比主驱动电机大得多的能量。
[0016] 为达到此目的，本发明提供的产生能量的装置包括：
[0017] 机壳，内部装有可转动的驱动轴；
[0018] 主驱动单元，包括传输旋转机构，传输旋转机构通过一个刚性连接在驱动轴上的 主动轮将驱动轴的转动传送给具有配重的质量不均衡部件；
[0019] 传动链，设置在主驱动单元与终端部件之间，包括用于传送工作力矩的工作节点 (working nodes)；
[0020] 根据要求解决的技术问题，传输旋转机构包括至少两个从动偏心轮，从动偏心轮 与驱动轮匹配连接，每个从动偏心轮转动设置在不旋转的从动轴上，从动轴与驱动轴平行 设置，两根从动轴的端部通过连接件固定连接在一起；
[0021] 摆臂，其中心自由附接在驱动轴上，每个从动轴上设有附加连杆，附加连杆的一端 与驱动轴连接，另一端与体积可变的工作室内的活动元件连接，工作室包括进料阀和出料 阀，进料阀用于注入工作介质，出料阀通过接收装置与终端部件相连。
[0022] 因而，在要求保护的方案中：
[0023] -传输旋转机构中的从动偏心轮的直径大体相同。
[0024] -摆臂具有如下几何形状，其两个末端与从动轴连接，所述摆臂被制成以下几何形 状，其两个末端与从动轴连接，且两个末端与从动轴的枢接点到摆臂与驱动轴的枢接点的 距离相等，即两个末端与从动轴的枢接点位于一个圆或一个正多边形（正方形、等边三角 形），或十字形上，例如：+，X，*。
[0025] -将驱动轴的转动传递给质量不均衡部件的传输旋转机构，基于摩擦轮、齿轮、传 送带、链条或蜗轮将转动从驱动轮传递给从动偏心轮。
[0026] -配重固定在从动偏心轮的外表面上或安装于呈辐射状的轨道内，每个偏心轮可 通过配重驱动装置驱动其沿轨道径向运动。
[0027] -辐射状的轨道呈直线型、弧形或与从动偏心轮的转动轴同心的螺旋形。
[0028] -配重驱动装置被设计为机械操纵（弹簧或杠杆）、电动操纵（电磁铁或马达）、电 子操纵、液压操纵或气动操纵。
[0029] -传输旋转机构包括附加主动轮，依次串联在驱动轴上，用于与相应的从动偏心轮 匹配连接。
[0030] -还包括附加从动偏心轮，与相应的主动轮匹配连接，每个附加从动偏心轮与已有 的从动偏心轮同步运动，在这情形下，所有连接从动偏心轮的从动轴都依次刚性附接在相 同的摆臂上，摆臂的中心转动设置在驱动轴上。
[0031] 还包括附加工作室，设置在每个从动轴上并与所述工作室相对形成工作室组。
[0032] 还包括设置在每个从动轴上的附加工作室或两个工作室。
[0033] 体积可以改变的工作室用以下形式实现：圆柱形的活塞副、风箱组件、带柔性隔板 的密闭工作室或气囊。
[0034] 因此，在要求保护的结构中，主驱动马达驱动驱动轴产生的径向加速度，带动偏心 体（从动偏心轮）转动产生离心力，为机械振荡提供能量，没有转变为转动能量而损耗，而 是直接传送给装置的工作节点，再通过连接件传送给体积可变的工作室，使机械能转变成 压缩介质的能量，提供给终端部件使用，不需要额外的转换。压缩介质以这种方式接收的能 量，超过了装置驱动驱动轴耗费的能量，比后者提高了效率。
[0035] 由于主驱动（驱动轴）和体积可变的工作室间没有直接和逆向的机械连接，装置 的能量消耗唯一用于使驱动轴以预设的转动速度转动，并使均匀相互作用的偏心体产生离 心力，即克服它们启动时的惯性和轴承的摩擦力。因而，整体上提高了装置效率因子和效 率。
[0036] 具有等长两臂的摆臂确保了主动轮和从动偏心轮之间持续的运动连接，并限制具 有配重的偏心体相对于驱动轴的轴心沿弧线运动，其运动半径等于驱动轴和从动轴间的距 离。摆臂仅沿所述弧线方向传送偏心体的作用（有用功），相当于设定了摆臂两端的运动范 围。即：在摆臂的帮助下，有用功持续作用于对角线上的体积可变的工作室。这样，偏心体 传输给摆臂的每一个方向（上/下）的作用都会用于本装置。
[0037] 在本发明提供的由摆臂和偏心体组成的运动系统中，后者转动时产生的有用功仅 仅消耗在闭环系统克服内部力做功上。由于偏心体的转动不能与驱动轴的转动反向，且由 从动偏心轮产生有用功，与装置的机壳不连接，所以这种运动是没有支撑的，不会产生额外 的能量损耗。
[0038] 由于两个从动轴上稳定平衡的偏心轮和沿对角线平衡的体积可变的工作室的作 用，摆臂的应用使得该装置的整个体系关于驱动轴在任意当前力矩下自动平衡。
[0039] 在要求保护的装置中，配重的运动具有一定的自由度一一沿着偏心体的圆周运 动，沿着由摆臂运动（运动相位可调，0-180° )预设的圆弧运动以及体积可变的工作室沿 对角线设置，这使得装置运转平稳且避免了所有无用的运动，因此提高了装置的效率。
[0040] 要求保护的具有辐射状轨道并在轨道上安装配重的偏心轮，需确保配重（沿偏心 轮的圆周和由摆臂运动预设的圆弧运动）在配重驱动装置的作用下能沿着轨道做额外的 径向运动。
[0041] 因此，这需确保偏心体的重心能够动态变化一当转动速度增加时远离转动轴，当 转动速度减小时靠近转动轴。
[0042] 这使得转动不可改变的主动轮能够改变摆臂运动的偏转角，不需要停止整个装置 的运转便可平稳调整它的功率、体积可变的工作室中活动元件的行程范围以及工作介质的 数量指标。
[0043] 在要求保护的装置中，还可能在与驱动轴平行的从动轴上安装若干与相应主动轮 匹配连接的从动偏心轮，各自相应地固接在同一摆臂上，从而可以使用一对体积可变的工 作室连接工作单元，从动偏心轮设置在从动轴上。
[0044] 相应地，在相同的装置中能够使增加的工作室中工作介质产生可变的压力和消 费，这提高了装置的技术能力和效率。
[0045] 因此，上述装置的技术特征能够基本和足够实现本发明的目标。
[0046] 下面的【专利附图】
【附图说明】了要求保护的装置的工作原理，其中展示的构造包括：
[0047] -传输旋转机构，包括两个主动轮，每个主动轮与两个从动偏心轮匹配连接。
[0048]-工作节点，包括一对两个体积可变的工作室（为了能更好地理解装置的设计，图 中省略了一个工作室）。
【专利附图】
【附图说明】
[0049] 图1是装置的整体方案示意图（主视图），去除了前机壳盖；
[0050] 图2是装置的整体方案侧视图；
[0051] 图3是装置的整体方案俯视图；
[0052] 图4是图3中的A-A剖视图；
[0053] 图5是装置的外形（轴测图）；
[0054] 图6是装置在运行过程中机械力的分布方案示意图。
【具体实施方式】
[0055] 如图1-图6所示，本发明要求保护的装置包括一个外壳1，其中，驱动轴2通过球 轴承安装在外壳内。主动轮3固定安装在驱动轴2上，并匹配连接两个配备有配重5. 1、5. 2 的从动偏心轮4. 1、4. 2。从动偏心轮4. 1和4. 2分别安装在从动轴6. 1和6. 2的轴承上，从 动轴6. 1和6. 2与驱动轴2平行，且从动轴6. 1和6. 2的两端分别与摆臂7刚性连接。摆 臂7的中心通过轴承安装在驱动轴2上。连接件（附加连杆）8. 1和8. 2分别安装在从动 轴6. 1和6. 2上，在本实施例中，每个连接件相对两端中的一端分别通过活动元件与一个体 积可变的工作室9. 1和9. 2相连，相对端分别连接体积可变的工作室10. 1和10. 2。
[0056] 本实施例中，产生能量的装置包括相似的结构的附加主动轮11和与其匹配相连 的两个附加从动偏心轮12. 1和12. 2,类似地各自固接在驱动轴2和两个从动轴6. 1和6. 2 上且分布在连接件8. 1和8. 2的两侧。
[0057] 为了避免运行过程中驱动轴以不同转速转动时可能发生的不平衡震动意外事故， 本技术解决方案提出一种具有四个体积可变的工作室（每个偏心轮连接两个工作室）的技 术方案。
[0058] 本发明要保护的装置操作方式如下：
[0059] 主能量源，如电动机、内燃机、风力发电机、水轮发电机等，向驱动轴2提供动力， 使驱动轴2加速到预先设定的转动速度，驱动主动轮3。相应地，主动轮3驱动两个从动偏 心轮4. 1和4. 2在两个从动轴6. 1和6. 2上各自自由转动。
[0060] 各齿轮（主动轮和从动轮）的齿数之比为1:1 (如果主动轮与从动偏心轮具有相 同的直径），使从动偏心轮关于它们的旋转轴每转动一周，具有相同的周期。如果要改变齿 数比，使偏心轮的运动仍然同步，主动轮和从动偏心轮要制成不同的直径。
[0061] 当配重5. 1与5. 2转动时，它们受到惯性离心力的作用，在此惯性离心力的作用 下，偏心轮4. 1和4. 2上的从动轴6. 1和6. 2上受到的力分别增加，摆臂7相应地开始偏离 初始位置。
[0062] 由于摆臂7所受离心力方向的周期性变化，偏心轮4. 1和4. 2也随之同步振荡。振 幅经过计算通常等于配重5. 1和5. 2的质心到摆臂端点的两倍。
[0063] 当摆臂到达极限偏离位置时，偏心轮4. 1和4. 2立刻改变运动方向，S卩：偏心轮 4. 1和4. 2相对于驱动轴的力矩值是恒定的。只有当配重所受离心力最大，与摆臂的运动方 向一致，摆臂偏离初始位置到达极限位置时，运动方向改变180度，即相位的改变很平稳， 使之在两个方向都能有效地做功。
[0064] 通过"摆臂7-从动轴6. 1、6. 2-连接件8. 1、8. 2-体积可变的工作室9. 1、9. 2、 10. 1、10. 2的活动元件"组成的传动链，摆臂振荡到任何方向都可以驱动所有体积可变的工 作室的活动元件。在这种情形下，随摆臂的顺时针转动，对角线上的两个相对工作室9. 1和 10.2内的工作介质同时进行压缩进程，随摆臂的逆时针转动，对角线上的两个相对工作室 10. 1和9. 2内的工作介质同时进行注入进程。即：摆臂7振荡运动的任何方向都工作，随 后作用于所有体积可变的工作室。
[0065] 被过度压缩的工作介质通过体积可变的工作室的排口阀（图中未画出）传送给终 端用户。工作介质是液体、气体还是空气，取决于要求保护的装置设定好的输出操作参数和 操作条件（包括环境条件）。
[0066] 工作室的出料阀可以通过接收器与终端部件相连，如果必要的话，其中工作介质 的能量能够长时间积累、储存和传输而没有损耗（相对于电能），长距离的储存和传输不需 要各种形式的额外通讯形式，例如，输电线路。除此以外，如果要求保护的装置的终端用户 要求增加能量消耗时也可以使用。这使得本发明与现有装置相比更加高效。
[0067] 本发明要求保护的结构的另一个优点是它具有一项附加功能，即在不同的加工装 置、系统和设备中将空气和储液池中的过热蒸汽混合物用泵抽出，从而创造并维持真空环 境。而且，它不需要额外的结构变化，交换体积可变的工作室的进料阀和排料阀的作用就足 够了。因此，两个阀门都要进行"反向"操作。利用本发明要求保护的装置，中级真空处理 也会变得简单而经济。装置的这种附加功能的实现拓展了它的技术性能，使它应用更加普 遍。
[0068] 本发明要求保护的装置，操作过程中各种力的分布情况如图6所示，其中使用了 下面指定的字母：
[0069] X，Υ, Z-坐标轴
[0070] R -从动偏心轮4. 1或4. 2的运动路径的半径，即从驱动轴2的转动中心到各个从 动轴6. 1、6. 2转动中心的距离；
[0071] Ω -摆臂相对驱动轴2振荡的角速度，半径等于R ;
[0072] ω -从动偏心轮转动的角速度（配重转动的角频率）；
[0073] r-配重5. 1、5. 2的质心转动半径；
[0074] Fm()t-以频率ω转动时，驱动马达传送给配重的力；
[0075] Fe_f-反作用力；
[0076] F。-离心力；
[0077] Fx_离心力的径向分量；
[0078] M r-配重阻力矩；
[0079] Φ-F。与F之间的夹角。
[0080] 在功率为2. 2千瓦的驱动马达驱动下，298. 8s4 (2850RPM)的角速度被传递到驱动 轴2。此时，固定在驱动轴上的主动轮3具有同样的角速度。由于主动轮与从动偏心轮的传 动比为1 : 1(在所给的例子中假设主动轮与从动偏心轮的直径相等），配备有配重5.1以 及5. 2的从动偏心轮的角速度ω也是298. 8s'偏心体（从动偏心轮）的转动产生离心 力：
[0081] Fc = mX ω2Χτ = 8570N,
[0082] 其中：
[0083] m-每个配重的质量，假设为1600g ;
[0084] r -配重质心到从动轴轴心的距离，假设为30mm ;
[0085] 由于被对称地分布于第二个偏心体上的相似的力所平衡，离心力F。的径向分量Fx 不影响此设备的运行。半径r路径上的瞬时切向值（沿半径R方向的离心力F。的分力F， 作用在从偏心体到可变体积的工作室的轴线S上）等于：
[0086] F = 2XmX ω2Xr X cos ω t,
[0087] 其中：
[0088] 图2显示了多个配重；
[0089] t -转动时间，单位为s。
[0090] 这个力在t = 0时等于：
[0091] F = 8570N
[0092] 配重（沿r和S)的瞬时径向速度等于：
[0093] V = coXrXcoscot。
[0094] 在 t = 0 时，V = 9m/s。
[0095] Μ = 8570X0. 14 = 1200Nm。
[0096] 这样，沿着Z轴转动的主动轮的角速度Ω要比角速度ω明显小很多，所以可以被 忽略。
[0097] 力F在Ζ轴产生的力矩等于：
[0098] M = FXR,
[0099] 其中：
[0100] R - Ζ轴到配重旋转轴的距离，单位为m。
[0101] 所以：
[0102] Μ = 8570X0. 14 = 1200Nm。
[0103] 在此个别案例中，功率等于：
[0104] P = MX c〇b，c〇b = φ/t，
[0105] 其中：
[0106] ω,-摆臂的角速度，单位为rad/s，
[0107] Φ -摆臂转过的角度，等于0. 42rad，
[0108] t -摆臂振动一次的时间，等于0. 02秒。
[0109] 于是：
[0110] c〇b = 〇· 42/0. 02 = 21rad/s，
[0111] 所以，摆臂的理论功率为：
[0112] P = 1200X21 = 25200 (W) = 25. 2kW。
[0113] 由此得出，摆臂驱动驱动轴转动的理论功率（25. 2kW)超过其驱动马达的初始功 率（2. 2kW)的 10 倍。
[0114] 要求保护的装置中，偏心体的大小和重量根据驱动轴在预先设定的额定速度下使 摆臂7偏离，按预定的振幅产生摆动设计，通过连接组件8. 1以及8. 2传递给偏心体作用于 可变容积的工作室的力F。同时，可变容积的工作室内的运动元件随着摆臂的振荡运动。
[0115] S卩：在要求保护的装置中，只有力F压缩可变容积工作室内的工作介质至高压。因 此，直接用于升高工作室中工作介质压强的马达驱动能量没有升高。
[0116] 并且，在以上的计算中显示，由要求保护的装置产生并传输至终端部件压缩介质 的能量远远（多于10倍的）超过了驱动该设备的电机的能量，这表明设备整体的高效率 性。
[0117] 要求保护的装置与已知以压缩介质的形式产生能量的设备（特别是往复式压缩 机）工作效果的估计比较如下：
[0118] 以下计算基于以下比对设备：
[0119] -标准往复式压缩机，通过曲柄机构将工作马达的能量直接传给活塞组（由4个汽 缸组成）；
[0120] -要求保护的装置，其中驱动电机与活塞组（如所选的一种可变容积的工作室设 计形式）之间的运动机构由4个不关联在一起的汽缸组成。
[0121] 以下为对装置的假设：
[0122] d-活塞的直径等于80mm;
[0123] S -活塞的面积等于 π d2/4 = 0· 005024m2 ;
[0124] 在已知设备中：
[0125] 计算一个汽缸在注入和抽吸周期中压缩介质的加载响应：
[0126] Fresponse = PXS = 5. OkN ；
[0127] 计算活塞组中一个汽缸的滑动机械阻力（环的摩擦）。
[0128] Fresistance = 0. 3kN ；
[0129] 在要求保护的装置中：
[0130] 计算一个汽缸在注入和抽吸周期中压缩介质的加载响应：
[01 31 ] Fresponse = P X S = 5. OkN ；
[0132] 计算活塞组中一个汽缸的滑动机械阻力（环的摩擦）。
[0133] Fresistance = 0· 3kN。
[0134] 综上，已知设备中两个汽缸（两个汽缸同时处于抽吸状态，其余两个处于注入状 态）瞬时需要克服的阻力等于：
[0135] F = 2X (Fresponse+Fresistance) = 10. 6kN。
[0136] 由于在要求保护的方案中活塞组没有直接与运动机构连接，电机功率用以下方式 计算：
[0137] 预估配重旋转所需的功率是它们在角速度为2850RPM时将产生10. 6kN的可用力。
[0138] 在所给（运转）的模式中，驱动电机的功率仅用来克服轴承以及齿轮中的摩擦力。
[0139] 通过以下公式计算轴承的功率损失：
[0140] CL = l，047Xl(T3XMfrXn，Mfr = 〇· 5XkXFbXd，
[0141] 其中：
[0142] Mfr -摩擦力的力矩（N · sm);
[0143] η -转动频率，等于2, 850RPM ;
[0144] k -摩擦系数，等于0· 001 ;
[0145] Fb -所有轴承的负载等于2. 65kN，定义为Fb = F/4,由于负载分布在四个轴承上；
[0146] d -轴承内孔的直径，等于2. 5sm。
[0147] 摩擦力力矩等于：
[0148] Mfr = 0. 5 X 0. 001 X 2650 X 2. 5 ^ 3. 3N · sm,
[0149] 因此功率损失等于：
[0150] CL = 1. 047 X 10_3 X 3. 3 X 2850 ?12. 0W。
[0151] 由于轴承总数为4个，功率总损失为：48W。
[0152] 驱动齿轮的能量损失大概为400W。
[0153] 总损失约为：0. 5kW。
[0154] 为使该装置运行,可使用功率为2. 2kW的电机。
[0155] 计算数据证实：在相同的性能和压力参数下，必须使用比要求保护的装置多几倍 的功率驱动已知设备（典型的是曲柄机构）压缩介质。
[0156] 这样，要求保护的技术方案允许接受、积累、贮存、传输（特别是在密封的容器中） 和运送任何距离的廉价、环保能源（压缩介质）。由于整个装置节省了任何能量消耗而没有 减少，所以能量的生产成本减少了数倍。
【权利要求】
1. 产生能量的装置，包括： 机壳，内部装有可转动的驱动轴； 主驱动单元，包括传输旋转机构，传输旋转机构通过一个刚性连接在驱动轴上的驱动 轮将驱动轴的转动传送给具有配重的质量不均衡部件； 传动链，设置在主驱动单元与终端部件之间，包括用于传送工作力矩的工作节点； 其特征在于，所述传输旋转机构包括至少两个从动偏心轮，从动偏心轮与驱动轮匹配 连接，每个从动偏心轮转动设置在不旋转的从动轴上，从动轴与驱动轴平行设置，两根从动 轴的端部固定连接在一起； 摆臂，其中心转动设置在驱动轴上，每个从动轴上设有附加连杆，附加连杆的一端与驱 动轴连接，另一端与体积可变的工作室内的活动元件连接，工作室包括进料阀和出料阀，进 料阀用于注入工作介质，出料阀通过接收器连接终端部件。
2. 根据权利要求1所述的产生能量的装置，其特征在于，所述传输旋转机构中的所述 从动偏心轮的直径大体相同。
3. 根据权利要求1-2所述的产生能量的装置，其特征在于，所述摆臂被制成以下几何 形状，其两个末端与从动轴连接，且两个末端与从动轴的枢接点到摆臂与驱动轴的枢接点 的距离相等，即两个末端与从动轴的枢接点位于一个圆或一个正多边形（正方形、等边三 角形），或十字形上。
4. 如权利要求1-3所述的产生能量的装置，其特征在于，将驱动轴的转动传递给质量 不均衡部件的所述传输旋转机构，基于摩擦轮、齿轮、传送带、链条或蜗轮将转动从驱动轮 传递给从动偏心轮。
5. 如权利要求1-4所述的产生能量的装置，其特征在于，所述配重固定在从动偏心轮 的外表面上。
6. 如权利要求1-4所述的产生能量的装置，其特征在于，每个偏心轮具有呈辐射状的 轨道，配重安装于轨道内，并可通过配重驱动装置驱动其沿轨道径向运动。
7. 如权利要求6所述的产生能量的装置，其特征在于，辐射状的轨道呈直线形、弧形或 与偏心轮的转动轴同心的螺旋形。
8. 如权利要求6或7所述的产生能量的装置，其特征在于，配重驱动装置被设计为机械 操纵（弹簧或杠杆）、电动操纵（电磁铁或马达）、电子操纵、液压操纵或气动操纵。
9. 如权利要求1-8所述的产生能量的装置，其特征在于，所述传输旋转机构包括附加 主动轮，依次串联在驱动轴上，用于与相应的从动偏心轮匹配连接。
10. 如权利要求1-9所述的产生能量的装置，其特征在于，还包括附加从动偏心轮，与 相应的主动轮匹配连接，每个附加从动偏心轮与已有的从动偏心轮同步转动，所有连接从 动偏心轮的从动轴都刚性附接在相同的摆臂上，摆臂的中心转动设置在驱动轴上。
11. 如权利要求1-10所述的产生能量的装置，其特征在于，所述产生能量的装置还包 括附加工作室，设置在每个从动轴上并与所述工作室相对形成工作室组。
12. 如权利要求1-11所述的产生能量的装置，其特征在于，所述产生能量的装置包括 设置在每个从动轴上的附加工作室或两个工作室。
13. 如权利要求1-12所述的产生能量的装置，其特征在于，体积可以改变的工作室用 以下形式实现：圆柱形的活塞副、风箱组件、带柔性隔板的密闭工作室或气囊。
【文档编号】F04B9/06GK104067026SQ201180074925
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2011年12月2日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】特鲁比诺夫·尤里·瓦伦汀维奇, 麦洛西尼申科·德米特罗·耶夫基诺夫维奇 申请人:乌克兰新能源集团有限公司
【专利摘要】本发明提供的产生能量的装置涉及机械工程领域，特别是涉及旋转驱动器装置。该产生能量的装置包括一个机壳，内部设有驱动轴；一个主驱动单元，包括传输旋转机构，通过一个安装在驱动轴上的驱动轮将驱动轴的转动传输给设置在从动轴上的质量不均衡部件；一个传动链，设置在主驱动单元与终端部件之间，包括用于传送工作力矩的工作节点。根据要求保护的技术方案，从动偏心轮被安装成能够各自己绕不旋转的从动轴转动，两从动轴的两端分别通过摆臂固定，从动轴上安装有连接杆，连接体积可变的工作室内的活动元件，工作室通过一个接收器连接终端部件。该产生能量的装置可以包括附加主动轮和附加从动偏心轮，匹配连接驱动轮，并串联在同一个摆臂上。
【专利说明】产生能量的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有关转动发电设备（产生能量的装置）的机械工程领域，尤其是能量 储存和转换的惯性系统（inertial systems)，可以用来驱动各种机器和机械。
【背景技术】
[0002] 现有大量的先进的惯性（inertial)能量转换器设计，使用旋转体产生惯性力以 节约电机消耗的电能。
[0003] 公知的一个惯性驱动装置IDD-4(俄罗斯专利号：2076241, 1997)具有如下结构， 其中，在一平面内转动质量不均衡部件产生往复运动，从而提供一个持续的单向惯性力，该 装置利用的是内接于圆的直径比为1 : 2的配重相互滚动而不滑动。该装置的主要缺点是： 它的设计中使用的行星变速器（最大限度地加强机械传动的能量）要求高度精确以及速度 非常受限。由于驱动此装置的引擎功率仅用来使行星变速器转动，在实际应用中该方案耗 能非常少，从而节约了电能。
[0004] 再有公知的惯性传动装置（俄罗斯专利号：2354873, 2009)，该设计中惯性装置被 制成两个相同的具有矩形截面的空心环状结构，其内部灌满了水银。泵固定在环的加宽部 位，用来驱动环内部的水银高速运动。当水银高速运动时，惯性力F与匕大小不同且方向 相反。由于方向不同的两个力不会相互平衡，从而产生一个力偶，驱动该装置沿其从动轴转 动。
[0005] 这种技术方案的缺点是惯性传送装置只能沿一个方向传送转动。不仅会减少惯性 装置的有用功、效率因子和整体效益，而且装置的运行需要额外的能量操作泵的运转。
[0006] 除此以外，该装置用水银（比重很大）作为配重会增加环境破坏。众所周知，水银 属于一类有害物质，即使在低温下也很容易蒸发并且它的蒸汽和化合物毒性很高。
[0007] 与要求保护的装置最接近的现有技术是电驱动装置，尤其是基于间歇运动机构的 电动发电机（俄罗斯专利号=2377458, 2009)，其包括一个可交互转动的工作节点，利用机 械振荡发电。
[0008] -个由质量不均衡部件制成的离心振荡器连接工作节点，在马达的驱动下自由转 动，并以预设频率沿轴向运动作为机械振荡的振源。该方案中，马达和质量不均衡部件连接 工作节点，间歇运动机构上使用超越离合器。
[0009] 在这种驱动装置中，质量不均衡部件（配重）的转动离心力作为输出轴的额外能 量。
[0010] 这种技术方案的缺点如下：
[0011] -该装置中存在的传动链导致多次变化多种运动模式，转化为电能的能量从转动 转换为摆动，然后又转换为转动，在转换时需要克服摩擦阻力，这导致装置的整体效率降低 了；
[0012] -装置的输出轴的被赋予高转动力矩和低转动速度，这需要加倍的消耗能量，造成 额外的能量消耗，降低了装置的性能；
[0013] -机械振动振源（离心发生器）在通用旋转平台上的设置，增加了惯性质量，结果 导致驱动的效率因子降低，从而无法使用大功率且沉重的离心发生器。
[0014] -该装置中，惯性发生器（离心发生器）仅在一个方向上（仅在平台的向前运动方 向，不能在向后运动方向）传输转动，减少了有用功的使用，以及效率因子和整体效率。可 以在该结构上安装第二超越离合器，从而在两个方向上传送转动，但增加额外的机械传动 机构会使得结构明显变复杂。除此以外，使用超越离合器会减少运行能源，降低整体效率。
【发明内容】
[0015] 本发明要求保护的技术方案，目的是要提高装置的效率因子、效率和可靠性，同时 通过简单的运动系统增强其技术性能，并通过克服结构单元的摩擦力来减少或消除能量损 耗，从而可产生比主驱动电机大得多的能量。
[0016] 为达到此目的，本发明提供的产生能量的装置包括：
[0017] 机壳，内部装有可转动的驱动轴；
[0018] 主驱动单元，包括传输旋转机构，传输旋转机构通过一个刚性连接在驱动轴上的 主动轮将驱动轴的转动传送给具有配重的质量不均衡部件；
[0019] 传动链，设置在主驱动单元与终端部件之间，包括用于传送工作力矩的工作节点 (working nodes)；
[0020] 根据要求解决的技术问题，传输旋转机构包括至少两个从动偏心轮，从动偏心轮 与驱动轮匹配连接，每个从动偏心轮转动设置在不旋转的从动轴上，从动轴与驱动轴平行 设置，两根从动轴的端部通过连接件固定连接在一起；
[0021] 摆臂，其中心自由附接在驱动轴上，每个从动轴上设有附加连杆，附加连杆的一端 与驱动轴连接，另一端与体积可变的工作室内的活动元件连接，工作室包括进料阀和出料 阀，进料阀用于注入工作介质，出料阀通过接收装置与终端部件相连。
[0022] 因而，在要求保护的方案中：
[0023] -传输旋转机构中的从动偏心轮的直径大体相同。
[0024] -摆臂具有如下几何形状，其两个末端与从动轴连接，所述摆臂被制成以下几何形 状，其两个末端与从动轴连接，且两个末端与从动轴的枢接点到摆臂与驱动轴的枢接点的 距离相等，即两个末端与从动轴的枢接点位于一个圆或一个正多边形（正方形、等边三角 形），或十字形上，例如：+，X，*。
[0025] -将驱动轴的转动传递给质量不均衡部件的传输旋转机构，基于摩擦轮、齿轮、传 送带、链条或蜗轮将转动从驱动轮传递给从动偏心轮。
[0026] -配重固定在从动偏心轮的外表面上或安装于呈辐射状的轨道内，每个偏心轮可 通过配重驱动装置驱动其沿轨道径向运动。
[0027] -辐射状的轨道呈直线型、弧形或与从动偏心轮的转动轴同心的螺旋形。
[0028] -配重驱动装置被设计为机械操纵（弹簧或杠杆）、电动操纵（电磁铁或马达）、电 子操纵、液压操纵或气动操纵。
[0029] -传输旋转机构包括附加主动轮，依次串联在驱动轴上，用于与相应的从动偏心轮 匹配连接。
[0030] -还包括附加从动偏心轮，与相应的主动轮匹配连接，每个附加从动偏心轮与已有 的从动偏心轮同步运动，在这情形下，所有连接从动偏心轮的从动轴都依次刚性附接在相 同的摆臂上，摆臂的中心转动设置在驱动轴上。
[0031] 还包括附加工作室，设置在每个从动轴上并与所述工作室相对形成工作室组。
[0032] 还包括设置在每个从动轴上的附加工作室或两个工作室。
[0033] 体积可以改变的工作室用以下形式实现：圆柱形的活塞副、风箱组件、带柔性隔板 的密闭工作室或气囊。
[0034] 因此，在要求保护的结构中，主驱动马达驱动驱动轴产生的径向加速度，带动偏心 体（从动偏心轮）转动产生离心力，为机械振荡提供能量，没有转变为转动能量而损耗，而 是直接传送给装置的工作节点，再通过连接件传送给体积可变的工作室，使机械能转变成 压缩介质的能量，提供给终端部件使用，不需要额外的转换。压缩介质以这种方式接收的能 量，超过了装置驱动驱动轴耗费的能量，比后者提高了效率。
[0035] 由于主驱动（驱动轴）和体积可变的工作室间没有直接和逆向的机械连接，装置 的能量消耗唯一用于使驱动轴以预设的转动速度转动，并使均匀相互作用的偏心体产生离 心力，即克服它们启动时的惯性和轴承的摩擦力。因而，整体上提高了装置效率因子和效 率。
[0036] 具有等长两臂的摆臂确保了主动轮和从动偏心轮之间持续的运动连接，并限制具 有配重的偏心体相对于驱动轴的轴心沿弧线运动，其运动半径等于驱动轴和从动轴间的距 离。摆臂仅沿所述弧线方向传送偏心体的作用（有用功），相当于设定了摆臂两端的运动范 围。即：在摆臂的帮助下，有用功持续作用于对角线上的体积可变的工作室。这样，偏心体 传输给摆臂的每一个方向（上/下）的作用都会用于本装置。
[0037] 在本发明提供的由摆臂和偏心体组成的运动系统中，后者转动时产生的有用功仅 仅消耗在闭环系统克服内部力做功上。由于偏心体的转动不能与驱动轴的转动反向，且由 从动偏心轮产生有用功，与装置的机壳不连接，所以这种运动是没有支撑的，不会产生额外 的能量损耗。
[0038] 由于两个从动轴上稳定平衡的偏心轮和沿对角线平衡的体积可变的工作室的作 用，摆臂的应用使得该装置的整个体系关于驱动轴在任意当前力矩下自动平衡。
[0039] 在要求保护的装置中，配重的运动具有一定的自由度一一沿着偏心体的圆周运 动，沿着由摆臂运动（运动相位可调，0-180° )预设的圆弧运动以及体积可变的工作室沿 对角线设置，这使得装置运转平稳且避免了所有无用的运动，因此提高了装置的效率。
[0040] 要求保护的具有辐射状轨道并在轨道上安装配重的偏心轮，需确保配重（沿偏心 轮的圆周和由摆臂运动预设的圆弧运动）在配重驱动装置的作用下能沿着轨道做额外的 径向运动。
[0041] 因此，这需确保偏心体的重心能够动态变化一当转动速度增加时远离转动轴，当 转动速度减小时靠近转动轴。
[0042] 这使得转动不可改变的主动轮能够改变摆臂运动的偏转角，不需要停止整个装置 的运转便可平稳调整它的功率、体积可变的工作室中活动元件的行程范围以及工作介质的 数量指标。
[0043] 在要求保护的装置中，还可能在与驱动轴平行的从动轴上安装若干与相应主动轮 匹配连接的从动偏心轮，各自相应地固接在同一摆臂上，从而可以使用一对体积可变的工 作室连接工作单元，从动偏心轮设置在从动轴上。
[0044] 相应地，在相同的装置中能够使增加的工作室中工作介质产生可变的压力和消 费，这提高了装置的技术能力和效率。
[0045] 因此，上述装置的技术特征能够基本和足够实现本发明的目标。
[0046] 下面的【专利附图】
【附图说明】了要求保护的装置的工作原理，其中展示的构造包括：
[0047] -传输旋转机构，包括两个主动轮，每个主动轮与两个从动偏心轮匹配连接。
[0048]-工作节点，包括一对两个体积可变的工作室（为了能更好地理解装置的设计，图 中省略了一个工作室）。
【专利附图】
【附图说明】
[0049] 图1是装置的整体方案示意图（主视图），去除了前机壳盖；
[0050] 图2是装置的整体方案侧视图；
[0051] 图3是装置的整体方案俯视图；
[0052] 图4是图3中的A-A剖视图；
[0053] 图5是装置的外形（轴测图）；
[0054] 图6是装置在运行过程中机械力的分布方案示意图。
【具体实施方式】
[0055] 如图1-图6所示，本发明要求保护的装置包括一个外壳1，其中，驱动轴2通过球 轴承安装在外壳内。主动轮3固定安装在驱动轴2上，并匹配连接两个配备有配重5. 1、5. 2 的从动偏心轮4. 1、4. 2。从动偏心轮4. 1和4. 2分别安装在从动轴6. 1和6. 2的轴承上，从 动轴6. 1和6. 2与驱动轴2平行，且从动轴6. 1和6. 2的两端分别与摆臂7刚性连接。摆 臂7的中心通过轴承安装在驱动轴2上。连接件（附加连杆）8. 1和8. 2分别安装在从动 轴6. 1和6. 2上，在本实施例中，每个连接件相对两端中的一端分别通过活动元件与一个体 积可变的工作室9. 1和9. 2相连，相对端分别连接体积可变的工作室10. 1和10. 2。
[0056] 本实施例中，产生能量的装置包括相似的结构的附加主动轮11和与其匹配相连 的两个附加从动偏心轮12. 1和12. 2,类似地各自固接在驱动轴2和两个从动轴6. 1和6. 2 上且分布在连接件8. 1和8. 2的两侧。
[0057] 为了避免运行过程中驱动轴以不同转速转动时可能发生的不平衡震动意外事故， 本技术解决方案提出一种具有四个体积可变的工作室（每个偏心轮连接两个工作室）的技 术方案。
[0058] 本发明要保护的装置操作方式如下：
[0059] 主能量源，如电动机、内燃机、风力发电机、水轮发电机等，向驱动轴2提供动力， 使驱动轴2加速到预先设定的转动速度，驱动主动轮3。相应地，主动轮3驱动两个从动偏 心轮4. 1和4. 2在两个从动轴6. 1和6. 2上各自自由转动。
[0060] 各齿轮（主动轮和从动轮）的齿数之比为1:1 (如果主动轮与从动偏心轮具有相 同的直径），使从动偏心轮关于它们的旋转轴每转动一周，具有相同的周期。如果要改变齿 数比，使偏心轮的运动仍然同步，主动轮和从动偏心轮要制成不同的直径。
[0061] 当配重5. 1与5. 2转动时，它们受到惯性离心力的作用，在此惯性离心力的作用 下，偏心轮4. 1和4. 2上的从动轴6. 1和6. 2上受到的力分别增加，摆臂7相应地开始偏离 初始位置。
[0062] 由于摆臂7所受离心力方向的周期性变化，偏心轮4. 1和4. 2也随之同步振荡。振 幅经过计算通常等于配重5. 1和5. 2的质心到摆臂端点的两倍。
[0063] 当摆臂到达极限偏离位置时，偏心轮4. 1和4. 2立刻改变运动方向，S卩：偏心轮 4. 1和4. 2相对于驱动轴的力矩值是恒定的。只有当配重所受离心力最大，与摆臂的运动方 向一致，摆臂偏离初始位置到达极限位置时，运动方向改变180度，即相位的改变很平稳， 使之在两个方向都能有效地做功。
[0064] 通过"摆臂7-从动轴6. 1、6. 2-连接件8. 1、8. 2-体积可变的工作室9. 1、9. 2、 10. 1、10. 2的活动元件"组成的传动链，摆臂振荡到任何方向都可以驱动所有体积可变的工 作室的活动元件。在这种情形下，随摆臂的顺时针转动，对角线上的两个相对工作室9. 1和 10.2内的工作介质同时进行压缩进程，随摆臂的逆时针转动，对角线上的两个相对工作室 10. 1和9. 2内的工作介质同时进行注入进程。即：摆臂7振荡运动的任何方向都工作，随 后作用于所有体积可变的工作室。
[0065] 被过度压缩的工作介质通过体积可变的工作室的排口阀（图中未画出）传送给终 端用户。工作介质是液体、气体还是空气，取决于要求保护的装置设定好的输出操作参数和 操作条件（包括环境条件）。
[0066] 工作室的出料阀可以通过接收器与终端部件相连，如果必要的话，其中工作介质 的能量能够长时间积累、储存和传输而没有损耗（相对于电能），长距离的储存和传输不需 要各种形式的额外通讯形式，例如，输电线路。除此以外，如果要求保护的装置的终端用户 要求增加能量消耗时也可以使用。这使得本发明与现有装置相比更加高效。
[0067] 本发明要求保护的结构的另一个优点是它具有一项附加功能，即在不同的加工装 置、系统和设备中将空气和储液池中的过热蒸汽混合物用泵抽出，从而创造并维持真空环 境。而且，它不需要额外的结构变化，交换体积可变的工作室的进料阀和排料阀的作用就足 够了。因此，两个阀门都要进行"反向"操作。利用本发明要求保护的装置，中级真空处理 也会变得简单而经济。装置的这种附加功能的实现拓展了它的技术性能，使它应用更加普 遍。
[0068] 本发明要求保护的装置，操作过程中各种力的分布情况如图6所示，其中使用了 下面指定的字母：
[0069] X，Υ, Z-坐标轴
[0070] R -从动偏心轮4. 1或4. 2的运动路径的半径，即从驱动轴2的转动中心到各个从 动轴6. 1、6. 2转动中心的距离；
[0071] Ω -摆臂相对驱动轴2振荡的角速度，半径等于R ;
[0072] ω -从动偏心轮转动的角速度（配重转动的角频率）；
[0073] r-配重5. 1、5. 2的质心转动半径；
[0074] Fm()t-以频率ω转动时，驱动马达传送给配重的力；
[0075] Fe_f-反作用力；
[0076] F。-离心力；
[0077] Fx_离心力的径向分量；
[0078] M r-配重阻力矩；
[0079] Φ-F。与F之间的夹角。
[0080] 在功率为2. 2千瓦的驱动马达驱动下，298. 8s4 (2850RPM)的角速度被传递到驱动 轴2。此时，固定在驱动轴上的主动轮3具有同样的角速度。由于主动轮与从动偏心轮的传 动比为1 : 1(在所给的例子中假设主动轮与从动偏心轮的直径相等），配备有配重5.1以 及5. 2的从动偏心轮的角速度ω也是298. 8s'偏心体（从动偏心轮）的转动产生离心 力：
[0081] Fc = mX ω2Χτ = 8570N,
[0082] 其中：
[0083] m-每个配重的质量，假设为1600g ;
[0084] r -配重质心到从动轴轴心的距离，假设为30mm ;
[0085] 由于被对称地分布于第二个偏心体上的相似的力所平衡，离心力F。的径向分量Fx 不影响此设备的运行。半径r路径上的瞬时切向值（沿半径R方向的离心力F。的分力F， 作用在从偏心体到可变体积的工作室的轴线S上）等于：
[0086] F = 2XmX ω2Xr X cos ω t,
[0087] 其中：
[0088] 图2显示了多个配重；
[0089] t -转动时间，单位为s。
[0090] 这个力在t = 0时等于：
[0091] F = 8570N
[0092] 配重（沿r和S)的瞬时径向速度等于：
[0093] V = coXrXcoscot。
[0094] 在 t = 0 时，V = 9m/s。
[0095] Μ = 8570X0. 14 = 1200Nm。
[0096] 这样，沿着Z轴转动的主动轮的角速度Ω要比角速度ω明显小很多，所以可以被 忽略。
[0097] 力F在Ζ轴产生的力矩等于：
[0098] M = FXR,
[0099] 其中：
[0100] R - Ζ轴到配重旋转轴的距离，单位为m。
[0101] 所以：
[0102] Μ = 8570X0. 14 = 1200Nm。
[0103] 在此个别案例中，功率等于：
[0104] P = MX c〇b，c〇b = φ/t，
[0105] 其中：
[0106] ω,-摆臂的角速度，单位为rad/s，
[0107] Φ -摆臂转过的角度，等于0. 42rad，
[0108] t -摆臂振动一次的时间，等于0. 02秒。
[0109] 于是：
[0110] c〇b = 〇· 42/0. 02 = 21rad/s，
[0111] 所以，摆臂的理论功率为：
[0112] P = 1200X21 = 25200 (W) = 25. 2kW。
[0113] 由此得出，摆臂驱动驱动轴转动的理论功率（25. 2kW)超过其驱动马达的初始功 率（2. 2kW)的 10 倍。
[0114] 要求保护的装置中，偏心体的大小和重量根据驱动轴在预先设定的额定速度下使 摆臂7偏离，按预定的振幅产生摆动设计，通过连接组件8. 1以及8. 2传递给偏心体作用于 可变容积的工作室的力F。同时，可变容积的工作室内的运动元件随着摆臂的振荡运动。
[0115] S卩：在要求保护的装置中，只有力F压缩可变容积工作室内的工作介质至高压。因 此，直接用于升高工作室中工作介质压强的马达驱动能量没有升高。
[0116] 并且，在以上的计算中显示，由要求保护的装置产生并传输至终端部件压缩介质 的能量远远（多于10倍的）超过了驱动该设备的电机的能量，这表明设备整体的高效率 性。
[0117] 要求保护的装置与已知以压缩介质的形式产生能量的设备（特别是往复式压缩 机）工作效果的估计比较如下：
[0118] 以下计算基于以下比对设备：
[0119] -标准往复式压缩机，通过曲柄机构将工作马达的能量直接传给活塞组（由4个汽 缸组成）；
[0120] -要求保护的装置，其中驱动电机与活塞组（如所选的一种可变容积的工作室设 计形式）之间的运动机构由4个不关联在一起的汽缸组成。
[0121] 以下为对装置的假设：
[0122] d-活塞的直径等于80mm;
[0123] S -活塞的面积等于 π d2/4 = 0· 005024m2 ;
[0124] 在已知设备中：
[0125] 计算一个汽缸在注入和抽吸周期中压缩介质的加载响应：
[0126] Fresponse = PXS = 5. OkN ；
[0127] 计算活塞组中一个汽缸的滑动机械阻力（环的摩擦）。
[0128] Fresistance = 0. 3kN ；
[0129] 在要求保护的装置中：
[0130] 计算一个汽缸在注入和抽吸周期中压缩介质的加载响应：
[01 31 ] Fresponse = P X S = 5. OkN ；
[0132] 计算活塞组中一个汽缸的滑动机械阻力（环的摩擦）。
[0133] Fresistance = 0· 3kN。
[0134] 综上，已知设备中两个汽缸（两个汽缸同时处于抽吸状态，其余两个处于注入状 态）瞬时需要克服的阻力等于：
[0135] F = 2X (Fresponse+Fresistance) = 10. 6kN。
[0136] 由于在要求保护的方案中活塞组没有直接与运动机构连接，电机功率用以下方式 计算：
[0137] 预估配重旋转所需的功率是它们在角速度为2850RPM时将产生10. 6kN的可用力。
[0138] 在所给（运转）的模式中，驱动电机的功率仅用来克服轴承以及齿轮中的摩擦力。
[0139] 通过以下公式计算轴承的功率损失：
[0140] CL = l，047Xl(T3XMfrXn，Mfr = 〇· 5XkXFbXd，
[0141] 其中：
[0142] Mfr -摩擦力的力矩（N · sm);
[0143] η -转动频率，等于2, 850RPM ;
[0144] k -摩擦系数，等于0· 001 ;
[0145] Fb -所有轴承的负载等于2. 65kN，定义为Fb = F/4,由于负载分布在四个轴承上；
[0146] d -轴承内孔的直径，等于2. 5sm。
[0147] 摩擦力力矩等于：
[0148] Mfr = 0. 5 X 0. 001 X 2650 X 2. 5 ^ 3. 3N · sm,
[0149] 因此功率损失等于：
[0150] CL = 1. 047 X 10_3 X 3. 3 X 2850 ?12. 0W。
[0151] 由于轴承总数为4个，功率总损失为：48W。
[0152] 驱动齿轮的能量损失大概为400W。
[0153] 总损失约为：0. 5kW。
[0154] 为使该装置运行,可使用功率为2. 2kW的电机。
[0155] 计算数据证实：在相同的性能和压力参数下，必须使用比要求保护的装置多几倍 的功率驱动已知设备（典型的是曲柄机构）压缩介质。
[0156] 这样，要求保护的技术方案允许接受、积累、贮存、传输（特别是在密封的容器中） 和运送任何距离的廉价、环保能源（压缩介质）。由于整个装置节省了任何能量消耗而没有 减少，所以能量的生产成本减少了数倍。
【权利要求】
1. 产生能量的装置，包括： 机壳，内部装有可转动的驱动轴； 主驱动单元，包括传输旋转机构，传输旋转机构通过一个刚性连接在驱动轴上的驱动 轮将驱动轴的转动传送给具有配重的质量不均衡部件； 传动链，设置在主驱动单元与终端部件之间，包括用于传送工作力矩的工作节点； 其特征在于，所述传输旋转机构包括至少两个从动偏心轮，从动偏心轮与驱动轮匹配 连接，每个从动偏心轮转动设置在不旋转的从动轴上，从动轴与驱动轴平行设置，两根从动 轴的端部固定连接在一起； 摆臂，其中心转动设置在驱动轴上，每个从动轴上设有附加连杆，附加连杆的一端与驱 动轴连接，另一端与体积可变的工作室内的活动元件连接，工作室包括进料阀和出料阀，进 料阀用于注入工作介质，出料阀通过接收器连接终端部件。
2. 根据权利要求1所述的产生能量的装置，其特征在于，所述传输旋转机构中的所述 从动偏心轮的直径大体相同。
3. 根据权利要求1-2所述的产生能量的装置，其特征在于，所述摆臂被制成以下几何 形状，其两个末端与从动轴连接，且两个末端与从动轴的枢接点到摆臂与驱动轴的枢接点 的距离相等，即两个末端与从动轴的枢接点位于一个圆或一个正多边形（正方形、等边三 角形），或十字形上。
4. 如权利要求1-3所述的产生能量的装置，其特征在于，将驱动轴的转动传递给质量 不均衡部件的所述传输旋转机构，基于摩擦轮、齿轮、传送带、链条或蜗轮将转动从驱动轮 传递给从动偏心轮。
5. 如权利要求1-4所述的产生能量的装置，其特征在于，所述配重固定在从动偏心轮 的外表面上。
6. 如权利要求1-4所述的产生能量的装置，其特征在于，每个偏心轮具有呈辐射状的 轨道，配重安装于轨道内，并可通过配重驱动装置驱动其沿轨道径向运动。
7. 如权利要求6所述的产生能量的装置，其特征在于，辐射状的轨道呈直线形、弧形或 与偏心轮的转动轴同心的螺旋形。
8. 如权利要求6或7所述的产生能量的装置，其特征在于，配重驱动装置被设计为机械 操纵（弹簧或杠杆）、电动操纵（电磁铁或马达）、电子操纵、液压操纵或气动操纵。
9. 如权利要求1-8所述的产生能量的装置，其特征在于，所述传输旋转机构包括附加 主动轮，依次串联在驱动轴上，用于与相应的从动偏心轮匹配连接。
10. 如权利要求1-9所述的产生能量的装置，其特征在于，还包括附加从动偏心轮，与 相应的主动轮匹配连接，每个附加从动偏心轮与已有的从动偏心轮同步转动，所有连接从 动偏心轮的从动轴都刚性附接在相同的摆臂上，摆臂的中心转动设置在驱动轴上。
11. 如权利要求1-10所述的产生能量的装置，其特征在于，所述产生能量的装置还包 括附加工作室，设置在每个从动轴上并与所述工作室相对形成工作室组。
12. 如权利要求1-11所述的产生能量的装置，其特征在于，所述产生能量的装置包括 设置在每个从动轴上的附加工作室或两个工作室。
13. 如权利要求1-12所述的产生能量的装置，其特征在于，体积可以改变的工作室用 以下形式实现：圆柱形的活塞副、风箱组件、带柔性隔板的密闭工作室或气囊。
【文档编号】F04B9/06GK104067026SQ201180074925
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2011年12月2日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】特鲁比诺夫·尤里·瓦伦汀维奇, 麦洛西尼申科·德米特罗·耶夫基诺夫维奇 申请人:乌克兰新能源集团有限公司
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