阅读说明：本技术 一种利用风力进行驱动的动力设备 (Power equipment driven by wind power ) 是由 许水电 李延福 许涛 于 2018-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种利用风力进行驱动的动力设备,包括能够将动能转化为机械动作的动作执行机构以及能够将风能转化为动能的驱动机构,所述驱动机构包括气体动力装置,所述气体动力装置包括：包括外圈和芯体,芯体的外环面的喷口和排口之间设有至少一阶以上的次冲流道,空气流从进气通道进入,通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出,作用于外圈周向上的至少二驱动凹部,对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功,实现动力输出,最后,空气流通过芯体的排口经排气通道排出,所述外圈驱动连接动作执行机构执行动作。无需采用电源或燃油驱动的结构,在一定程度上能够替代或辅助电源或燃油驱动的动力设备,实现清洁能源的利用。(The invention provides a power device driven by wind power, which comprises an action execution mechanism capable of converting kinetic energy into mechanical action and a driving mechanism capable of converting wind energy into kinetic energy, wherein the driving mechanism comprises a gas power device, and the gas power device comprises: the air flow enters from an air inlet channel, is sprayed out step by step through the nozzles of the core body and the secondary flushing flow channels, acts on at least two driving concave parts on the periphery of the outer ring, generates thrust on the driving concave parts to push the outer ring to rotate to do work, achieves power output, and finally is discharged through the exhaust channel through the exhaust port of the core body, and the outer ring is connected with an action executing mechanism in a driving mode to execute actions. The structure driven by a power supply or fuel oil is not needed, and the power supply or fuel oil driven power equipment can be replaced or assisted to a certain extent, so that the utilization of clean energy is realized.)

一种利用风力进行驱动的动力设备

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及一种利用风力进行驱动的动力设备。

背景技术

现有的机械设备，如农工设备、渔业设备等，多为采用燃油或电能作为驱动能源进行驱动运行，燃油设备通过燃烧汽油或柴油产生动能驱动发动机转动，进而驱动够将动能转化为机械动作的动作执行机构进行运作，燃油设备的缺点是燃烧后会产生二氧化碳尾气，此是全球变暖的源头；而采用电能驱动，较大型的耗电大，且现有的蓄电池容量有限，持续时间不长，想要长时间作业，需要事先备多个蓄电池轮流更换，操作繁琐，存在一定的用电安全隐患，且电费支出也不低。

发明内容

为此，本发明提供一种利用风力进行驱动的动力设备，该驱动机构利用大自然的风流产生动能，并作用于能够将动能转化为机械动作的动作执行机构进行运行，无需采用燃油或电能驱动，做到清洁能源。

为实现上述目的，本发明提供的一种利用风力进行驱动的动力设备，包括能够将动能转化为机械动作的动作执行机构以及能够将风能转化为动能的驱动机构，其特征在于：所述驱动机构包括气体动力装置，所述气体动力装置包括：

一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；

一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；

至少一进气通道，其连通至少一喷口；以及

至少一排气通道，其连通至少一排口；

空气流从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，空气流通过芯体的排口经排气通道排出；

所述外圈驱动连接所述动作执行机构，以驱动动作执行机构执行机械动作。

进一步的，至少一进气通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排气通道形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。

进一步的，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。

进一步的，进气通道和排气通道形成于芯体内。

再进一步的，芯体上包括：

进气通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；

次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数；

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成空气流能量递减的多阶冲程结构。

进一步的，次冲流道包括回程道和相通的冲程道，回程道与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道与另一驱动凹部连通。

再进一步的，芯体进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。

再进一步的，芯体上设有进气通道，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进气通道对数螺旋线的走向大致相同。

进一步的，该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上。

再进一步的，该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出气轴道分别连通至芯体的进气通道和排气通道。

再进一步的，轴内进、出气轴道形成进气口和出气口，进、出气轴道为不连通结构。

再进一步的，外圈通过侧板配合于轴上形成一个封闭空间，芯体设置于封闭空间内并与轴连接固定。

再进一步的，独立做功单元中进气通道、喷口、驱动凹部、次冲流道、排口和排气通道构成空气流流动路径。

再进一步的，该气体动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。

再进一步的，外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。

进一步的，还包括风力增压装置，所述风力增压装置的出口连通进气通道，以实现将增压的空气流从进气通道进入。

进一步的，所述动作执行机构包括而不限于收网机构、螺旋桨机构或搅拌机构。

通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

本方案提供的利用风力进行驱动的动力设备，通过气体动力装置替代现有中电能或燃油的动力装置，该气体动力装置的芯体设置的多阶流道，即进气通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，空气流由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至空气流从排气通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、空气流利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。

同时，芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，芯体上进气流道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率，具有风流利用率高，扭矩大，转速高，传递效率高等特点。利用风力进行驱动的动力设备，无需采用电源或燃油驱动的结构，在一定程度上能够替代或辅助电源或燃油驱动的动力设备，实现清洁能源的利用，为未来清洁能源的利用打下基础。

附图说明

图1是实施例一中动力设备的结构示意图。

图2是实施例一中气体动力装置的示意图。

图3是实施例一中气体动力装置的轴A向侧视图。

图4是实施例一中气体动力装置的轴B向侧视图。

图5是实施例一中气体动力装置的一剖视图。

图6是实施例一中气体动力装置的另一布局图。

图7是实施例一中气体动力装置的驱动连接示意图。

图8是实施例一中气体动力装置的气流收集组件的结构示意图。

图9是实施例二中气体动力装置的示意图。

图10是实施例二中气体动力装置的轴C向侧视图。

图11是实施例二中气体动力装置的轴D向侧视图。

图12是实施例二中气体动力装置的径向剖视图。

图13是实施例二中动力设备的结构示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一

本实施例提供的一种利用风力进行驱动的动力设备，具体为渔业领域的收网设备，包括能够将动能转化为机械动作的动作执行机构以及提供动能的驱动机构，具体的，动作执行机构只是为能够将动能转化为机械动作的机构，并非是如发电机那样将机械能转换成动能的机构。

参照图1所示，所述收网设备的收网机构为动作执行机构，所述收网机构包括收卷轮51及导向轮52，所述导向轮52设置在渔船甲板的上方位置，所述收卷轮51和驱动机构均设置在甲板上，渔网53的收网线绕过导向轮52固定连接在收卷轮51上。

继续参照图2至图5所示，所述驱动机构包括气体动力装置，所述气体动力装置包括：一外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体3的外环面设有至少一喷口301、至少一排口302、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道300；

至少一进气通道31，其连通至少一喷口301；以及

至少一排气通道310，其连通至少一排口302；

空气流从进气通道31进入，通过芯体3的喷口301及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈1周向上的至少二驱动凹部11，对这些驱动凹部11产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力连续输出，最后，空气流通过芯体3的排口经排气通道排出。该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上。

如图4所示，进气通道31和排气通道310形成于芯体3内，芯体3上的喷口301及次冲流道300，与外圈1对应的驱动凹部11连通，其中次冲流道300与对应的驱动凹部11交错布设依次连通，次冲流道300沿芯体或外圈周向设置。

如图5，芯体3上包括：进气通道31，其在芯体周面形成喷口31，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口301与外圈对应的驱动凹部11连通，形成第1阶流道；

次冲流道300，其走向为芯体3边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道300与外圈1对应的前后两驱动凹部11连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数。需要说明的是：这里如果是2阶流道则包括第1阶流道(进气通道)和第2阶流道(一次冲流道)；如果是3阶流道包括第1阶流道(进气通道)、第2阶流道(一次冲流道)、第3阶流道(另一次冲流道)，……

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成空气流能量递减的多阶冲程结构。

根据负载的要求，可以对气体动力装置进行设计，其中的芯体3设置可以是2阶流道、3阶流道、或更多阶进气流道，每阶循环做功，能量充分利用，最大程度地提高使用效率，以满足输出扭矩和转速的需求。

如图6是4阶流道示意图，压缩空气流从第1阶流道311进入后，经第2、3、4阶流道312、313、314，并喷出作用在对应的驱动凹部11，最后体通过排气流道310输出；图5是5阶进气流道示意图，工作过程同图6示意类似。如图6，次冲流道300包括回程道和相通的冲程道，如图6中的第3阶流道中的回程道3131和相通的冲程道3132，回程道3131与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道3132与另一驱动凹部连通。

请参阅图2，该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上，该轴2上开设有进、出气轴道21、210分别连通至芯体3的进气通道31和排气通道310。轴内进、出气轴道形成进口和出口，进、出气轴道为不连通结构。外圈1通过侧板41、42配合于轴2上形成一个封闭空间，芯体3设置于封闭空间内并与轴2连接固定。本方案中芯体3设有至少2阶流道，每一阶流道与外圈对应的驱动凹部连通，最后由排气流道排出空气流。

请参阅图2，本方案中芯体3可以是由左、右芯体配合而成，左、右芯体配合面设有进气通道31和排气通道310，芯体3也可以是整体铸造而成。

请参阅图2、图5，本实施例是一级驱动结构，芯体3上沿周向设置1条空气通道形成一级驱动结构，空气通道也称为独立做功单元，芯体3和外圈1上一进气通道31、一喷口301、至少二驱动凹部11、至少一次冲流道300、一排口302和一排气通道310形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。独立做功单元中进气通道31、喷口301、驱动凹部11、次冲流道300、排口302和排气通道310构成空气流流动路径。

请参阅图2、图5或图6，本方案中外圈1的内环面上设置有2个以上驱动凹部11，每一驱动凹部具有一轮廓底面111以及驱动面112，轮廓底面111的轮廓线可以是普通弧形线或螺旋线，当轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在轴上，每一驱动凹部11同时与相邻阶流道相通以使前一阶流道进入的空气流由下一阶流道输出。

本方案中芯体3进气通道即第1阶流道走向可以是普通弧形线或螺旋线，各次冲流道即第N阶流道中冲程道的走向也可以是普通弧形线或螺旋线。

如图5及图6，本方案芯体3上设有进气通道31，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道300的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进气通道对数螺旋线的走向大致相同。芯体3进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°，角度越小，流道越长，损耗越多；角度越大，驱动外圈的切向分力越小。

请参阅图2、图3及图4，本方案轴2内进、出气轴道21、210形成进口和出口，进、出气轴道为不连通结构。轴的进口和出口可以设置在轴一端或轴两端，进气轴道21与芯体的进气通道31相通，轴的出气口轴向延伸形成出气轴道210，出气轴道与芯体的排气通道310相通。

所述外圈驱动连接所述收卷轮51，所述外圈的旋转做功驱动收卷轮51旋转，收卷轮51旋转对渔网53的收网线进行收卷，进而实现渔网的收网动作。进一步的，参照图2所示，本实施例中，所述外圈的周侧上开设有多个装配孔，再参照图6所示，螺栓60穿过装配孔固定螺接于一转轴60上，该转轴60连接发电机的转子，实现外圈与发动机的转子的驱动连接。当然的，在其他实施例中，外圈与发动机的转子的驱动连接也可以是通过齿轮传动机构实现，如在外圈设置外齿，以利于通过齿轮传动的方式输出动能；又例如外圈具有皮带槽，以通过皮带传动的方式输出动能；再例如外圈具有安装法兰盘，可以方便地安装联轴器以输出动能；等等。

再进一步的，参照图8所示，为增大轴2的进气轴道21的进风量，还提供一气流收集组件，所述气流收集组件包括采集口71及导风增压流道72，所述导风增压流道72的一端连接采集口71，另一端连接气体动力装置的进气通道，所述采集口71对应风流方向并采集风流，采集的风流经导风增压流道72的导向导至气体动力装置的进气通道。

进一步的，该采集口71为喇叭口的结构，所述采集口71的大喇叭口对应风流方向，其小喇叭口连接导风增压流道72。

当然的，在其他实施例中，若渔船处于弱风的地区或时段，也可以采用事先预备的高压气源，如罐装的压缩空气流作为风源，高压气源的出气口连接气体动力装置的进气通道，高压气源直接进入芯体3进行驱动外圈1旋转。

本申请案所涉气体动力装置是指能够将空气流能转换成机械转动的装置，其中该装置除必要的外圈、芯体及其相应凹部结构或流道结构设计外，还可以额外包括其他部件；例如，可以额外包括有提供外保护的壳体和密封结构等，又如可以额外包括有提供转矩传递的联轴器等。芯体和外圈的材质为硬质材料制成，不限于金属、金属合金、塑料、复合材质，芯体和外圈的凹部结构或流道结构的加工方式可以采用一切已知的生产手段实现，包括而不限于压铸、锻造、挤压、3D打印等等。

图2和图5中需要说明的是，芯体的进气通道31和排气通道310及进气轴道21、出气轴道210，按制图规则虽然不对应，但为了形象说明，图2中芯体的进气通道和排气通道就是指进气通道和排气通道，实施例二中图9和图12与此类似的示意图示。

实施例二

本实施例提供一种利用风力进行驱动的动力设备，参照图13所示，具体为无人机设备8，动作执行机构为螺旋桨机构，包括螺旋桨81及带动螺旋桨81旋转的转轴82，所述气体动力装置设置在无人机设备8内部，如图13中的气体动力装置801，所述无人机设备8的前端开设有一收集气流的采集口，该采集口采集的风流经导风增压流道83导流至气体动力装置801的进气通道。

具体的，本实施例中，气体动力装置801与实施例一中的气体动力装置结构大致相同，不同之处在于：请参阅图9至图12，气体动力装置中包括2独立做功单元形成二级驱动结构，即芯体3上沿周向设置2条空气通道，每条空气通道包括1阶以上的进气通道31和次冲流道300并沿芯体3周向布设及排气流道。气体动力装置包括外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有2组喷口、排口、以及每组喷口和排口之间设有至少一次冲流道；芯体上设有2进气通道31、32，其对应连通喷口；以及2排气通道310、320，其对应连通排口；两股空气流从分别从芯体的2进气通道进入，通过芯体3的喷口及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈周向上相应的驱动凹部11，对这些驱动凹部产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力输出，最后，空气流通过芯体的排口经排气通道排出。上述的一进气通道、一喷口、相应数量的驱动凹部及对应的次冲流道、排口和一排气通道形成独立做功单元。

该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴上，该轴2上开设有进气轴道21、22及出气轴道210、220分别连通至芯体的进气通道31、32和排气通道310、320。轴2上设有与空气通道对应的两进气口和两出气口；压缩空气流从轴2的两进气口进入，通过芯体3进气通道喷出作用在外圈1的驱动凹部11，产生推力推动外圈1旋转做功，最后压缩空气流通过芯体3的排气通道回到相应的出气口，实现动力的连续输出。

该采集口采集的风流经导风增压流道83导流至气体动力装置的进气通道，进而驱动外圈1旋转，外圈1驱动连接所述转轴82，进而驱动转轴82旋转。

进一步的，本实施例中，气体动力装置801的驱动结构作为该无人机设备的辅助的驱动机构。主驱动机构为电力驱动机构，即常规通过蓄电池作为能源，驱动电机旋转，电机通过转轴82驱动螺旋桨81旋转；该主驱动机构为现有常规的结构，就不再详细展开描述。气体动力装置801的驱动结构作为该无人机设备的辅助驱动机构，在无人机设备飞行时，风流通过采集口进入至气体动力装置801，进行驱动气体动力装置801的运行，气体动力装置801提供辅助动力给转轴82。增加该辅助的驱动机构，能够将无人机设备正面的阻力转化成动力源，有效的降低了无人机设备的能耗。

本实施例将气体动力装置运用于无人机设备，作为该无人机设备的辅助的驱动机构为例，当然的，在其他实施例中，该气体动力装置还可以设置在高速运行的飞行器、高铁等设备上，将正面的阻力转化成辅助动力或备用能源。

实施例三

本实施例提供的利用风力进行驱动的动力设备，具体为地下通道的通风设备，包括通风扇及驱动机构，通风扇作为动作执行机构，驱动机构包括气体动力装置，该气体动力装置的结构与实施例一中的气体动力装置的结构相同，气体动力装置的外圈驱动连接通风扇，以驱动通风扇旋转，实现通风。

进一步的，在铁路沿线设置的地下通道的通风系统，气体动力装置的进气通道设置在轨道两侧，当高铁高速通过时形成的高速空气流从进气通道流入气体动力装置的芯体，进而驱动外圈旋转，实现驱动通风扇旋转，能够有效的利用高铁高速行走产生的空气流。

当然的，该动力设备也不局限于通风设备，也可以是其它动力设备，在此不再一一列出。

实施例四

本实施例提供的利用风力进行驱动的动力设备，具体为搅拌机，包括搅拌机构及驱动机构，该搅拌机的搅拌机构作为动作执行机构，驱动机构包括气体动力装置，该气体动力装置的结构与实施例一中的气体动力装置的结构相同，所述气体动力装置的外圈1连接搅拌机构的搅拌轴，以驱动该搅拌轴转动，进而进行搅拌。

该动力设备中需要将空气流导入至进气通道，并最好经过风力增压后导入进气通道，可以采用一切已知技术实现，例如经过流体力学设计的导风增压流道(实现出口的风力增压)，如实施例一的导风增压流道72和实施例二的导风增压流道83，涡轮增压器等等。

实施例一、实施例二、实施例三及实施例四分别通过不同的动力设备作为说明，但并不局限于上述结构。还可以是如传送机构、磨粉机构等动作执行机构的动力设备，只要能够将本案的气体动力装置进行替换原有驱动机构的动力设备均可。

通过上述实施例提供的利用风力进行驱动的动力设备，通过气体动力装置替代现有中电能或燃油的动力装置，气体动力装置的芯体设置的多阶流道，即进气通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，空气流由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至空气流从排气通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、空气流利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。

同时，芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，芯体上进气流道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率，具有风流利用率高，扭矩大，转速高，传递效率高等特点。该动力设备利用风力进行驱动，无需采用电源或燃油驱动的结构，在一定程度上能够替代或辅助电源或燃油驱动的动力设备，实现清洁能源的利用，为未来清洁能源的利用打下基础。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。