太阳能动力机的制作方法

本发明涉及，具体涉及一种利用太阳光热辐射直接产生机械能的动力机。

背景技术：

太阳能是一种最清洁、取之不尽用之不绝的能源，利用太阳能来直接产生机械能是很有意义的。例如，利用太阳能直接产生机械能来驱动水泵，进行水利灌溉。

专利申请号为cn96240203.6的实用新型专利公开了一种板式太阳光兼小温差热幅射动力机，提供了利用太阳能直接产生机械能的技术方案。该实用新型专利的技术方案是：一个具有主轴档和偏心轴档组合的曲轴或凸轮轴组，偏心轴档由机架定位不转动，在主轴档上装置有一个能转动的刚性旋转架，旋转架外表面上铺设有多块条形的承热薄板，该板的固定端与旋转架刚性定位，另一端作为施力点牵拉一根或一组支点固定于旋转架上的，总力臂小于总阻力臂的杠杆或杠杆组，其阻力点通过连杆与曲轴的偏心轴档活动配合，或者其阻力点通过一个滚轮与凸轮轴的凸轮面相贴合滚动。该动力机的工作原理是：承热薄板跟随旋转架在主轴档上转动，转至承热薄板在阳光或热源直射方位，因为板很薄，即刻整板升温，产生热膨胀，转至非直射方位时，承热薄板向空中散热，产生冷收缩，一胀一缩使承热薄板产生线向伸长和缩短的变化，这个很微量的变化经过杠杆的放大，达到与曲轴或凸轮轴的偏心量近似等量。转动的旋转架和承热薄板相对于不动的偏心轴产生逐次牵拉或推压作用，从而使旋转架不断得力而转动输出动力。

从专利申请号为cn96240203.6的专利的技术方案以及工作原理可以看出，将承热薄板产生的微量伸缩转变成旋转架转动而输出动力，需要经过多根杠杆组成的连杆机构以及凸轮机构的传动才能实现，因而传动环节多。传动环节多会导致传动间隙多，这样会消耗掉承热薄板产生的微量伸缩变形，所以会降低该动力机的能量转换效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种传动间隙少、能利用太阳能来直接产生机械能的太阳能动力机。

本发明的太阳能动力机的技术方案如下。

一种太阳能动力机，包括：机架、主轴、支承轴、转筒、大齿轮、输出轴、小齿轮、伸缩机构和敞口式的聚热罩；

所述机架为敞开式，在敞开式的机架的相对的两壁上，以悬臂的形式分别设有所述主轴与所述支承轴，主轴的悬空端与支承轴的悬空端相对，支承轴的轴线与主轴的轴线平行且错开；

所述转筒为筒形，转筒转动支承于主轴上，在转筒的远离支承轴的一端设置有适于输出动力的所述大齿轮，大齿轮的轴线与转筒的转动轴线同轴线；

所述输出轴转动支承于所述机架上，输出轴的一端固定有所述小齿轮，小齿轮与所述大齿轮啮合传动；

所述伸缩机构包括滑轮架、滑轮轴、滑轮、末滑轮、承力环和弹力丝，在所述转筒的靠近所述支承轴的一端的外柱面上以及靠近所述大齿轮处的且位于大齿轮朝向支承轴一侧的外柱面上，均固定有所述滑轮架，所述滑轮架上设有所述滑轮轴，所述滑轮轴的轴线与转筒的转动轴线垂直交叉，靠近支承轴的滑轮架上以及靠近大齿轮的滑轮架上各设有三根或三根以上滑轮轴，且滑轮架上的滑轮轴绕转筒的转动轴线环形阵列布置，靠近支承轴的滑轮架上的滑轮轴的数量等于靠近大齿轮的滑轮架上的滑轮轴的数量，靠近大齿轮的滑轮架上的一根滑轮轴上转动支承有一个或一个以上所述滑轮，靠近支承轴的滑轮架上的一根滑轮轴上转动支承有一个所述末滑轮，或者一个末滑轮和一个或一个以上滑轮，所述滑轮与末滑轮都是对称的回转体且滑轮与末滑轮的外圆柱面上都开有适于所述弹力丝缠绕的环形沟槽，所述承力环通过所述支承轴转动支承于所述机架上，所述弹力丝用可弹性伸缩变形及弯曲变形的材料制造，弹力丝的数量为三根或三根以上，弹力丝绕过滑轮与末滑轮或弹力丝仅绕过末滑轮，且弹力丝的两端分别连接于滑轮架上以及承力环上，并给予弹力丝以适量的拉伸弹性变形，从而使弹力丝有适宜的预紧拉力，弹力丝连接于承力环上的连接点围绕承力环的转动轴线环形阵列分布于承力环上；

所述敞口式的聚热罩用透光材料制成，聚热罩固定于所述机架上并使聚热罩位于所述主轴的上方，聚热罩的敞口朝向主轴。

进一步的，所述机架呈u形，所述主轴与所述支承轴以悬臂的形式分别设于u形机架的相对的两壁上，支承轴的轴线位于主轴的轴线的右侧或左侧。

进一步的，所述太阳能动力机还包括隔热筒，所述隔热筒围绕所述转筒设置且隔热筒固定于所述滑轮架上或固定于转筒上。

进一步的，所述太阳能动力机还包括变向轮，所述变向轮是对称的回转体且其外圆柱面上开有适于所述弹力丝缠绕的环形沟槽，变向轮转动支承于靠近支承轴的滑轮架上并保持变向轮的轴线与转筒的转动轴线平行，变向轮两两组对并列设置于所述末滑轮与所述承力环之间并使组对的两只变向轮镜像对称于末滑轮的径向对称面，组对的两只变向轮的径向对称面为同一个平面且轮与轮之间保持较近距离。

进一步的，所述太阳能动力机还包括转向机构，所述转向机构包括转向轴和转向架，所述转向轴固定于所述机架上并使转向轴与所述输出轴同轴线，所述转向架设有适于支撑于地面的底座，转向架上分别设有与输出轴转动铰接以及与转向轴转动铰接的孔。

太阳能动力机的优点：本发明所述的太阳能动力机的传动主要依靠弹力丝的线传动，故太阳能动力机的传动结构简单。另外，弹力丝存在预紧拉力，预紧拉力可以消除滑轮与滑轮轴之间、变向轮与变向轮轴之间、承力环与支承轴之间的传动间隙，故太阳能动力机的传动间隙少。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及附图中的标记作简要说明：

图1是本发明所述的太阳能动力机的主视图；

图2是图1的a—a剖视图，示出了支承轴位于主轴的右侧、承力环通过支承轴转动支承于机架上、弹力丝的一端连接于承力环的结构，还示出了在转筒的靠近支承轴的一端的外圆柱面上固定有滑轮架，为简明表达，图中没有画出螺母、隔热筒、机架等结构；

图3是图1的c—c剖视图，示出了转筒上的大齿轮与输出轴上的小齿轮啮合的结构，为简明表达，图中没有画出聚热罩；

图4是图1的b—b剖视图，示出了滑轮通过滑轮轴转动支承于滑轮架的结构、弹力丝绕过滑轮的结构、隔热筒的结构，还示出了转筒的靠近大齿轮处的且位于大齿轮朝向支承轴一侧的外圆柱面上，固定有滑轮架，为简明表达，图中没有画出机架等结构；

图5是图1的d向局部视图，示出了本发明的太阳能动力机的伸缩机构的结构，为简明表达，图中没有画出聚热罩、隔热筒、转筒、机架等结构；

图6是在图2示出的太阳能动力机的基础上，增加了变向轮等结构，为简明表达，图中没有画出隔热筒、机架等结构；

图7是在图1示出的太阳能动力机的基础上，增加了转向架、转向轴等结构；

图8是图7的e向视图，示出了聚热罩、机架、转向架、输出轴等结构。

附图中的标记为：机架1、主轴2、支承轴3、转筒4、轴承5、螺母6、大齿轮7、输出轴8、小齿轮9、聚热罩10、隔热筒11、滑轮架12、滑轮轴13、滑轮14、末滑轮15、承力环16、弹力丝17、变向轮18、转向轴19、转向架20。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1、图2、图3、图4、图5，本实施例所述的太阳能动力机，包括：机架1、主轴2、支承轴3、转筒4、轴承5、螺母6、大齿轮7、输出轴8、小齿轮9、伸缩机构和敞口式的聚热罩10。

请参阅图1，在敞开式的所述机架1的相对的两壁上，以悬臂的形式分别设有所述主轴2与所述支承轴3，主轴2的悬空端与支承轴3的悬空端相对，本实施例的机架1呈u形，主轴2与支承轴3以悬臂的形式分别设于u形机架1的相对的两壁上，主轴2设于机架1的形式以固定形式为佳。请参阅图2，支承轴3的轴线与主轴2的轴线平行且错开，支承轴3的轴线位于主轴2的轴线的右侧或左侧，本实施例的支承轴3的轴线位于主轴2的轴线的右侧。所述主轴2为阶梯轴。

请参阅图1、图2，所述转筒4为筒形，本实施例的转筒4为圆筒形(但不限于圆筒形，棱柱筒也可以)，转筒4的通孔是适于与所述主轴2及所述轴承5装配的阶梯孔，转筒4通过轴承5(本实施例使用滚动轴承，但不限于滚动轴承)转动支承于主轴2上，转动支承于主轴2上的转筒4使用所述螺母6定位。

请参阅图1、图3，在转筒4的远离支承轴3的一端固定有适于输出动力的所述大齿轮7，大齿轮7的轴线与转筒4的转动轴线同轴线。

请参阅图1、图3，所述输出轴8转动支承于所述机架1上，输出轴8的一端固定有所述小齿轮9，小齿轮9与所述大齿轮7啮合传动。

请参阅图1、图2、图4、图5，所述伸缩机构包括滑轮架12、滑轮轴13、滑轮14、末滑轮15、承力环16、弹力丝17。

请参阅图1、图2、图4，在所述转筒4的靠近所述支承轴3的一端的外圆柱面上以及靠近所述大齿轮7处的且位于大齿轮7朝向支承轴3一侧的外圆柱面上，各分别固定有所述滑轮架12。靠近支承轴3的滑轮架12以及靠近大齿轮7的滑轮架12可以是一个整体的，也可以是几个零件拼起来的。

请参阅图1、图4、图5，所述滑轮架12上设有所述滑轮轴13，所述滑轮轴13的轴线与所述转筒4的转动轴线垂直交叉，换句话说就是：所述滑轮轴13的轴线与所述转筒4的转动轴线垂直，但由于滑轮轴13的轴线与转筒4的转动轴线不在同一个平面内，故该两根轴线只能在空间中交叉(两线交叉没有交点)而不能相交(两线相交有交点)。靠近支承轴3的滑轮架12上以及靠近大齿轮7的滑轮架12上各设有三根或三根以上滑轮轴13且滑轮架12上的滑轮轴13绕转筒4的转动轴线环形阵列布置，靠近支承轴3的滑轮架12上的滑轮轴13的数量等于靠近大齿轮7的滑轮架12上的滑轮轴13的数量。靠近大齿轮7的滑轮架12上的一根滑轮轴13上转动支承有一个或一个以上所述滑轮14，靠近支承轴3的滑轮架12上的一根滑轮轴13上转动支承有一个所述末滑轮15，或者一个末滑轮15和一个或一个以上滑轮14。所述滑轮14与末滑轮15都是对称的回转体且滑轮14与末滑轮15的外圆柱面上都开有适于所述弹力丝17缠绕的环形沟槽。本实施例的靠近大齿轮7的滑轮架12上设有八根滑轮轴13，每一根滑轮轴13上转动支承有三个滑轮14，靠近支承轴3的滑轮架12上设有八根滑轮轴13，每一根滑轮轴13上转动支承有一个末滑轮15和两个滑轮14。

请参阅图1、图2，所述承力环16通过所述支承轴3转动支承于所述机架1上，使承力环16能相对于机架1转动。本实施例的承力环16是回转体，承力环16的孔与支承轴3转动配合，当然，承力环16的孔也可以通过轴承与支承轴3转动配合。另外，支承轴3可以被转动支承于机架1上，而承力环16固定于支承轴3上，同样能使承力环16相对于机架1转动。

请参阅图1、图2、图4、图5，所述弹力丝17用可弹性伸缩变形及弯曲变形的材料制造，弹力丝17的数量为三根或三根以上，本实施例的弹力丝17的数量为八根，弹力丝17绕过滑轮14与末滑轮15或弹力丝17仅绕过末滑轮15，且弹力丝17的两端分别连接于所述滑轮架12上以及所述承力环16上，并给予弹力丝17以适量的拉伸弹性变形，从而使弹力丝17在常温下有适宜的预紧拉力，弹力丝17连接于承力环16上的连接点围绕承力环16的转动轴线环形阵列分布于承力环16上。本实施例的弹力丝17是以如下结构绕过滑轮14与末滑轮15的，请参阅图1、图5，一端连接于靠近支承轴3的滑轮架12(请参阅图5左侧的滑轮架12)上的弹力丝17，绕过支承于靠近大齿轮7的滑轮架12上的一个滑轮14(请参阅图5右侧的滑轮14)，绕过后返回来的弹力丝17再绕过支承于靠近支承轴3的滑轮架12上的一个滑轮14(请参阅图5左侧的滑轮14)，绕过后返回来的弹力丝17再绕过支承于靠近大齿轮7的滑轮架12上的另一个滑轮14(请参阅图5右侧的另一个滑轮14)，每一个滑轮14只被弹力丝17绕过一次，弹力丝17如此往复循环依次绕过五个滑轮14后再绕过末滑轮15(每一个末滑轮15只被弹力丝17绕过一次)。请参阅图1、图2，当弹力丝17绕过末滑轮15后，弹力丝17沿转筒4的径向面(转筒4的径向面，换句话说，是指垂直于转筒4转动轴线的平面)延伸至承力环16并连接于承力环16上。需要说明的是，弹力丝17不限于依次绕过五个滑轮14加一个末滑轮15，三个滑轮14加一个末滑轮15或四个滑轮14加一个末滑轮15或六个滑轮14加一个末滑轮15或七个滑轮14加一个末滑轮15都可以，甚至一个末滑轮15或超过七个滑轮14加一个末滑轮15也可以。如果弹力丝17依次绕过六个滑轮14加一个末滑轮15，则弹力丝17的一端须连接于靠近大齿轮7的滑轮架12上。

请参阅图1、图2，所述敞口式的聚热罩10用透光材料制成，聚热罩10固定于所述机架1上并使聚热罩10位于所述主轴2的上方，聚热罩10的敞口朝向主轴2。

进一步的，请参阅图1、图4，本实施例所述的太阳能动力机，还包括隔热筒11，所述隔热筒11围绕所述转筒4设置且隔热筒11固定于所述滑轮架12上或固定于转筒4上，隔热筒11较佳的实施方案是用反光的、隔热效果好的材料制成。

进一步的，请参阅图6、图7，本实施例所述的太阳能动力机还包括变向轮18，所述变向轮18是对称的回转体且其外圆柱面上开有适于所述弹力丝17缠绕的环形沟槽，变向轮18转动支承于靠近支承轴3的滑轮架12上并保持变向轮18的轴线与转筒4的转动轴线平行，而且，变向轮18两两组对并列设置于所述末滑轮15与所述承力环16之间并使组对的两只变向轮18镜像对称于末滑轮15的径向对称面(本实施例的末滑轮15是对称的回转体，末滑轮15的径向对称面是指包含末滑轮15轴向的中点且垂直于末滑轮15轴线的平面)，而且，组对的两只变向轮18的径向对称面为同一个平面(变向轮18的径向对称面是指包含变向轮18轴向的中点且垂直于变向轮18轴线的平面)且轮与轮之间保持较近距离。本实施例的变向轮18为八组，共十六只。

本发明所述的太阳能动力机的工作原理：伸缩机构中的弹力丝17的长度以及预紧拉力随温度的变化而变化，请参阅图1、图2，太阳光射入太阳能动力机的聚热罩10，聚热罩10内的温度升高，聚热罩10内的弹力丝17被加热引发弹力丝17热伸长而导致弹力丝17预紧拉力减小，聚热罩10外的弹力丝17被环境空气冷却引发弹力丝17冷缩短而导致弹力丝17预紧拉力增大。所述滑轮14与所述末滑轮15的作用是通过滑轮14与末滑轮15的转动，来适应弹力丝17的热伸长与冷缩短，以保证在弹力丝17热伸长或冷缩短的过程中预紧拉力在整根弹力丝17上均匀分布。本发明的太阳能动力机就是利用弹力丝17的预紧拉力随温度的变化而变化的原理来工作的。图2中所标出的弹力丝17绕过末滑轮15后，弹力丝17沿所述转筒4的径向面延伸至所述承力环16并连接于承力环16上，这段沿转筒4的径向面牵连末滑轮15与承力环16的弹力丝17分别给末滑轮15与承力环16施加预紧拉力，施加在末滑轮15上的预紧拉力的方向平行于转筒4的径向面且与绕过末滑轮15的弹力丝17延伸至承力环16的方向一致，而不是方向指向转筒4的转动轴线(转筒4的转动轴线即所述主轴2的轴线，本实施例的承力环16位于主轴2的轴线的右侧，请参阅图2)，因此，施加在末滑轮15上的预紧拉力会对转筒4产生转矩(或者说力矩)，位于聚热罩10内的弹力丝17施加在末滑轮15上的预紧拉力对转筒4产生顺时针转矩，位于聚热罩10外的弹力丝17施加在末滑轮15上的预紧拉力对转筒4产生逆时针转矩。当聚热罩10内外的温度相同时，顺时针转矩与逆时针转矩大小相等，转筒4不会转动。当有太阳光射入聚热罩10时，聚热罩10内的温度升高，聚热罩10内的弹力丝17被加热引发弹力丝17热伸长而导致弹力丝17预紧拉力减小，并导致对转筒4所产生的顺时针转矩也相应减小，转筒4上的顺时针转矩小于逆时针转矩，使转筒4逆时针转动。转筒4转动的动力通过所述大齿轮7与所述小齿轮9啮合传动传递至输出轴8输出。当聚热罩10内的弹力丝17跟随转筒4一起转动而转出聚热罩10后，聚热罩10外的弹力丝17被环境空气冷却引发弹力丝17冷缩短而导致弹力丝17预紧拉力增大，并导致对转筒4所产生的逆时针转矩也相应增大，转筒4上的逆时针转矩大于顺时针转矩，使转筒4逆时针转动。

本发明所述的太阳能动力机的有益效果：本发明的太阳能动力机的传动主要依靠弹力丝17的线传动，故本发明的太阳能动力机的传动结构简单。另外，弹力丝17存在预紧拉力，预紧拉力可以消除滑轮14与滑轮轴13之间、变向轮18与变向轮18轴之间、承力环16与支承轴3之间的传动间隙，故本发明的太阳能动力机的传动间隙少。

设置变向轮18的作用及有益效果：不设所述变向轮18，请参阅图1、图2，绕过所述末滑轮15延伸至所述承力环16的那段弹力丝17相对于末滑轮15的径向对称面是偏斜的，因此该段弹力丝17的预紧拉力的方向也偏斜于末滑轮15的径向对称面，偏斜于末滑轮15的径向对称面的预紧拉力易导致弹力丝17从末滑轮15的环形沟槽内滑出，而且，偏斜于末滑轮15的径向对称面的预紧拉力施加于末滑轮15上，易导致末滑轮15相对于所述滑轮轴13歪斜(即末滑轮15的轴线倾斜于滑轮轴13的轴线)，从而使末滑轮15产生偏磨。设置变向轮18后，请参阅图6、图7，绕过末滑轮15的弹力丝17先延伸至变向轮18，绕过变向轮18后再延伸至承力环16，依靠变向轮18对弹力丝17的纠偏作用，使绕过末滑轮15并延伸至变向轮18的那段弹力丝17位于末滑轮15的径向对称面内，这样，从根本上解决了弹力丝17从末滑轮15的环形沟槽内滑出、末滑轮15产生偏磨的问题。

实施例2：

为了提高太阳能动力机的动力输出，在实施例1所述的太阳能动力机的基础上，还增加转向机构，请参阅图7、图8，转向机构包括：转向轴19和转向架20。

请参阅图7、图8，所述转向轴19固定于所述机架1上并使转向轴19与所述输出轴8同轴线，转向轴19适于连接外部伺服驱动装置，所述转向架20设有适于支撑于地面的底座，转向架20上分别设有与输出轴8转动铰接以及与转向轴19转动铰接的孔。

转向机构的工作原理及有益效果：请参阅图7、图8，为使本发明的太阳能动力机保持较高的动力输出，本发明的太阳能动力机的聚热罩10应始终对着太阳，当太阳光偏转后，太阳光跟踪器发出信号给伺服驱动装置，伺服驱动装置驱动所述转向轴19并带动所述机架1跟随太阳光转动，使聚热罩10始终对着太阳，从而使本发明的太阳能动力机保持较高的动力输出。伺服驱动装置驱动机架1跟随太阳光转动时，本发明的太阳能动力机的输出轴8的位置不会发生改变，这样保证了本发明的太阳能动力机在跟踪太阳光转动时仍然可以连续输出动力。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。