专利名称：可再充气动动力源的制作方法
技术领域：
本发明涉及气动操作设备，更具体来说，涉及用来操作这种设备的可再充气动动力源。
背景技术：
气动操作设备在现有技术中已熟知且用于多种用途和领域中。气动发动机也能替代多数电驱动或电池驱动发动机。但是，在现有技术的气动操作设备中存在许多问题例如尺寸限制、简易性和效率，这些由本发明实现和解决。
典型的现有技术气动操作设备例如玩具汽车，至少需要容纳加压流体的贮罐和气动发动机或机构，例如参见Akiyama的第4,329,806号美国专利。但是，现有技术的气动动力源需要在气动发动机和贮罐之间设置复杂的吸气和排气管路，例如参见Kowanacki的第6,006,517号美国专利。另外，一些气动操作设备包括可再充的贮罐，其包括复杂的减压阀来排放贮罐内的过剩压力，同样参见第4,329,806号美国专利。上述种种使气动动力源的制造变得复杂化且增加了因单个部件的损坏而使装置不能工作的可能性。
因此，需要改进现有技术的气动操作设备。通过消除对复杂机构的需要并消除导向和来自单个部件的管或槽，这种改进能简化制造。这种改进还将提供比其他现有技术发动机更小、更轻、紧凑且更便宜的气压动力源。
另外，大多数非连接型气动设备使用塑料瓶(或甚至金属瓶)作为贮罐，气动微粒以某种方式与其连接。通常使用瓶子，这是因为典型的瓶子形状能最好地容纳加压流体。由于发动机外连接于瓶子，气动产品必须大于需要的尺寸，并且更重要的是，如果需要产品尽可能小，瓶子的尺寸和形状会影响产品的样式。因此另一个改进是使气动发动机内连接于贮罐，与放在瓶子末端相反，这允许发动机输出轴可以在任何所需位置伸出贮罐。
另外，产品的尺寸取决于所有的零件。由于本发明的简易性，本发明所实现的好处是可以最小化尺寸同时最大化利用空间，使气动操作设备尺寸极小。但另一个极端是，因为发明的简易性，也极易将根据此处实施方案的气动动力装置制造得更大。因此，本发明可用在例如第6,006,519号美国专利所描述的实际大小的压缩流体驱动发动机中。还应当理解，发动机工作的持续时间取决于发动机的尺寸和贮罐的尺寸。因此，在任何气动操作设备中，为了最大化持续时间，必须使贮罐的形状与设备的形状一致；但是瓶子不能提供这种一致性。在本发明的一些实施方案中，气动发动机是一体的且完全固定于贮罐内，进一步减少了产品的设计限制。
发明内容
根据本发明，提供了一种可再充气动动力源。在第一实施方案中，动力源包括能容纳加压流体的可再充室。该室包含排放口、出口和用来接收并加压流体的入口。动力源还包含通过排放口来减小可再充室内过剩压力的装置。减压装置也完全设在可再充室中；因此，不需要由气动操作设备保留用来容纳减压装置的额外空间。动力源包含通过出口排出可再充室内流体的装置。流体排放装置也设在可再充室内。这消除了将室连接到减压装置或流体排放装置上的任何入口管或出口管的需要。由第一实施方案限定的入口允许连接到外部泵并允许给流体加压，该外部泵可用来给室再充流体(液体或气体)。流体排放装置优选包含控制开口，当按下时，允许室内流体排出。外部气动发动机可连接到流体排放装置，以在排放流体时，使气动发动机利用流体来驱动气动操作设备。
在本发明的第二实施方案中，室还容纳有机载泵。该泵可相对室移动，以在使用者将泵向室外抽离和向室内推压时，使用者可使空气进入室内并加压室内空气。因此，本发明促进了便携气动产品技术，因为不再需要单独和可连接的泵。
在本发明的第三实施方案中，室包含固定在室内并直接与室内部连通的气动发动机。因此气动发动机的入口管与室内加压流体连通，消除了从储罐到气动发动机入口管的复杂入口管或管线和管道的需要。另外，因为气动发动机在室内部，尺寸限制显著减少，因为不再需要容纳与室分离的气动发动机的空间。气动发动机驱动两末端横向伸出室外的轴或在第四实施方案中具有在室的后中心线附近伸出室外的单一末端的轴。
在各实施方案中，室包括完全设在室内且固定在室上的减压装置。减压装置还与室内部和排放口连通，以在室内压力大于由减压装置设置的预定最佳压力时，使室内流体排放到大气中。在详细描述中，提供了减压装置的更多细节，因为它还可用在任何加压室或贮罐中。
还可以假定，由各实施方案提供的不同概念可单独或一起采用来形成新的实施方案，这也被认为是在本发明的覆盖之下。通过下面本发明及其实施方案的详细描述、权利要求书和附图，本发明的许多其它优点和特点变得很容易理解。
附图简要说明通过参考附图，可以更充分地理解上述内容，其中
图1是本发明第一实施方案的透视图，示出了具有将流体排向外部发动机的控制开口的可再充气动组件，其用来操作气动操作设备；图2是图1中组件的截面透视图；图3是图1中组件的透视图，还示出了用来充填和再充组件的外部手动泵，并示出了连接于控制开口的外部气动发动机；图4是本发明第二实施方案的局部截面图，示出了包括机载泵的组件；图5是本发明第三实施方案的透视图，示出了包括室内气动发电机的气动动力源装置，还示出了用来再充动力源装置的外部泵；图6是图5所示气动动力源装置的透视截面图；图7是图5中气动动力源装置的分解图；图8是与底盘连接的图5所示气动动力源装置的透视图，该底盘包括一对轮胎齿轮，当动力源装置与底盘连接时，该轮胎齿轮与一对装配齿轮啮合，其中，当动力源装置被充填并转动装配齿轮时，固定于底盘上轮胎齿轮的该对轮胎转动；图9是本发明第四实施方案的透视图，示出了气动动力源装置，包括室内气动发动机并包括伸出室后中心线的单一驱动轴；图10是图9所示动力源的截面图；图11a是减压阀的截面图，这时减压阀处于关闭位置；图11b是减压阀的截面图，这时减压阀处于打开位置；和图12是由减压阀形成的阀外壳的透视图，示出了通过其底部内腔的槽。
实施方案的详细描述虽然本发明允许多种不同形式的实施方案，但在附图中示出且在此详细描述的是本发明的优选实施方案。但是，应当理解，该公开内容被认为是对本发明原理的举例说明，并非意图限制本发明和/或所示实施方案权利要求的精神或范围。
如上所述，本发明涉及气动操作设备并用于多种用途。气动操作设备利用压缩流体来操作驱动或操作设备的气动发动机或机构。虽然一些设备连接外部压缩流体源，但另一些设备包含了使用者可用压缩流体再充填的机载可再充贮罐。用压缩流体连续再充填贮罐的方法可通过手动泵实现或通过机械泵自动实现。因此这些气动操作设备包括“气动动力源”，其在此被定义为包含与气动发动机连通的室。此外，在本发明的一些实施方案中，示出了“气动动力源组件”，在此定义为与气动发动机连通的室。鉴于附图和下面的进一步说明，这些定义将会变得更清楚。
现在参见图1和2，示出了气动动力源组件10。组件10包含存储或容纳加压流体的室12。室12的形状对本发明并不重要，但可预先设定为具体的气动操作设备或空间要求。另外，如上所述，根据组件10的应用或使用，室12的尺寸可以极小或极大。仅为示例目的，如果组件用来操作玩具汽车或飞机，室12的尺寸可以非常小。但是，如果组件操作实际大小的汽车，为产生操作实际大小的汽车所必需的气动动力，室12的尺寸可以很大。
室12优选为上下两件的外壳，分别为14和16，被气体密封在一起。上下两件的优选为注射模制的室允许气动操作设备具有任何的样式且仍能最有效地利用由气动操作设备提供的空间。因此，在保持气动操作设备样式的同时，可以提供最大可能的空气室。
密封垫18置于两外壳14和16之间，且两外壳通过多个螺钉19相互固定。但是，可以使用任何类型的紧固件，甚至是粘接剂。室12包括流体接收装置20、减压装置40和控制室内流体排放的控制排出装置60。
同样参见图3，流体接收装置20被限定为其中一个外壳(优选外壳14)上的入口22。入口22与室12内部连通，其允许使用者为其连接外部泵24来向室12内泵送流体(如空气)。此外，连续泵送将使室12内的气体增压。但是，连续的加压流体源例如外部罐也可以与入口22相连。流体接收装置20还包括从室内部关闭入口22的密封装置26，以防止室12内的流体排出室12。再次参见图2，密封装置26被限定为柔性挡板28，其靠在形成于入口22上的入口孔32上并与室12内部连通。部件30在内部从上下两件外壳中的另一件(优选外壳16)伸向入口孔32并使柔性挡板28靠在入口孔32上。
操作时，当流体进入入口22时，它推动并弯曲柔性挡板28，使流体进入室12内，同时，部件30保持柔性挡板28相对于入口孔32的相对位置。进入室12内的流体可以预先增压或者可使用上述的泵装置在室12内加压。当入口22内的流体减弱时，室12内的流体试图排出室12而推动柔性挡板28(当室外压力低于室内压力时)。然后，柔性挡板28将推向并密封入口孔32，关闭入口22，从而防止室12内的流体排出室12。虽然可以使用其他类型的单向阀(现有技术已知的)，但本发明的流体接收装置20简化了工艺。
减压装置40被限定为完全设置于室12内的减压阀42。虽然减压阀通常置于室或贮罐外，但是本发明的减压阀42完全置于室12自身内。这减小了动力源组件需要保留的以容纳设于室外的减压阀和容纳将两者连接在一起的管的空间。根据本发明的减压阀42包括与室12内部连通的孔44；还包括与空气连通来排出过剩压力的排放口46。下面将参照图11-12来更详细地描述减压阀42。操作时，当室内流体压力增加时，加压流体进入孔44并推压减压阀42。当室12内的流体压力大于减压阀42设置的预定最佳压力时，减压阀42打开，允许过剩压力通过排放口46排出。
再次参见图3，控制排出装置60完全设在室12内，并且当气动发动机70与室12可动连通或与室12远距离连通时为优选。如图3所示，气动发动机70通过管72外连接于控制排出装置60。因此可以想象，如果气动发动机70操作了具体的气动操作设备，就可以移去管72并替换为连接不同气动发动机的第二管，该不同的气动发动机操作不同的气动设备。室12也可包括多个分别与不同气动操作设备相连的释放装置。
为了使加压流体进入控制排出装置60，控制排出装置60包括与室12内部连通的孔(未示出)。可在室12外部操作的按钮62允许使用者来机械打开正常情况下在关闭位置的控制排出装置60。当打开时，控制排出装置60允许室12内的加压流体通过出口64排出。如上所述，控制排出装置60可以是任何熟知的通过按压按钮打开的机械阀。每次按下按钮时，控制排出装置60可在打开和关闭位置之间切换，或者只要按住它就可以保持在一个位置。
现在参看图4，在本发明的第二实施方案中，组件100(类似于第一实施方案)包括流体接收装置20、减压装置40和控制排出装置60。但是，根据第二实施方案的组件包括与流体接收装置20一体的并可相对室102可移动的泵110。使一体化泵置入组件内还能提供更便携和非连接型的气动操作设备，因为不再需要单独和可连接的泵。
泵110包括在气缸114内滑动的细长活塞112。活塞112的末端113包括接收密封垫122的槽120并具有横穿槽120的缺口124。当活塞112被拉离室102时，密封垫122移动，允许空气漏过缺口124并进入限定在活塞112的末端113和流体接收装置20(更具体为流体接收装置20的入口22)之间的汽缸114的区域116内。随后，当推入气缸114时，密封垫122移向缺口124，防止空气从区域116逃逸。因此，当活塞112推向室102时，区域116内的空气将被推过入口22、绕过柔性挡板28并进入室102内。反复将空气泵入室102内将增加容纳于此的流体压力。当将流体泵入室102内并增加其内的流体压力时，泵110还优选包括使用者握持的手柄126。
现在参看图5至7，在本发明的第三实施方案中，气动动力源装置150包括第一外壳152和第二外壳154，当装配时形成室156。室156还形成有流体接收装置20和减压装置40，二者与上述限定类似。
第一外壳152包括发动机接收室158，设计为用来容纳气动发动机160并包括穿过第一外壳152的开口(未示出)。气动发动机160包括发动机外壳162，其形成有塞子164，摩擦装入发动机接收室158内，在室156的内部和穿过第一外壳152的开口之间形成密封。气动发动机160还包括形成在气动发动机160上部的流体入口166。当气动发动机160置于发动机接收室158内时，流体入口166直接与室156内部连通。在塞子164下的开口中，气动发动机160包括暴露于室156外部的发动机齿轮168。由气动发动机旋转的发动机齿轮168驱动轴齿轮170和轴172。外壳板174与发动机接收室158下的第一外壳152连接，将轴和轴齿轮固定到位并覆盖开口。
运转的气动发动机160使来自室156内部的加压流体通过流体入口166来驱动发动机齿轮168。气动发动机160用过的加压流体由塞子下的气动发动机160通过发动机接收室158排出并通过外壳板174内的发动机排放口176排出。当室156包括加压流体时，气动发动机160可自动启动，或者可需要手动启动，一旦启动，将连续运转，直至室内的加压流体不能再运转气动发动机160。为了再充填气动动力源装置150的室156，外部泵24连接于流体接收装置20。
本发明实现的好处之一是气动动力源装置150能以多种方式操作多种气动操作设备。不需要不断地改变室的形状来容纳不同的设备。仅为示例目的，如第三实施方案限定的气动动力源装置150可以简单固定在图8中示出的预制底盘180上。相同的气动动力源装置150能够非常容易地拆卸并用于不同的气动操作设备中，而不必像现有技术的动力源装置所需要的那样来拆卸整个动力源装置。
继续参见图8，轴172伸出室156外且驱动一对齿轮182，齿轮182与底盘齿轮184啮合，转动第一对轮186。底盘180包括第二对自由转动的轮188。从本发明中还可预料到，室156可包括多个一体置入室156内部的气动发动机，以使第二轴可伸出室外来转动第二对轮188。另外，由于各气动发动机在同一室中运转，与平均加压多个室以从各气动发动机获得相似功率比相关的问题得以消除。
气动动力源装置150还可包括独立控制排出装置，因为可能需要可拆除地与第二气动发动机连接。因此，这将使气动动力源装置150同时操作多个气动操作设备或在设备之间切换。
现在参看图9和10，在本发明的第四实施方案中，示出了与第三实施方案中的气动动力源装置150结构类似的气动动力源装置200。但是，气动动力源装置200(在第四实施方案中)包括中心线驱动轴202，其仅有一端204伸出室206外。如截面图10所更清楚地显示，气动发动机160设有直接与室206内部连通的流体入口166。气动发动机160驱动暴露于室206外的发动机齿轮168。发动机齿轮168与固定于并驱动驱动轴202的轴齿轮170啮合。
现在参看图11至12，如上所述，各室都包括减压装置40，该减压装置优选限定为完全设在室120内的减压阀42。这减小了气动操作设备需要保留的以容纳设于室外的减压阀的空间，还消除了连接减压阀与室的装置以及供应流体的泵。减压阀42包括完全设在室210内且固定于其内部的阀外壳220。优选阀外壳220包括基座222，其安装于室210的部分212上来环绕排放口46。但是，可以使用任何固定装置。然而该安装必须在室210内部和阀外壳220之间提供气体密封，以使室210内的流体不能漏下阀外壳220并漏出排放口46。阀外壳220包括通向室210内部的孔44。形成在阀外壳220内的第一内腔224与孔44和第二内腔226连通，第二内腔226与第一内腔224和排放口46连通。沿第二内腔226的壁有多个内槽228。
减压阀42还包括弹簧230、弹簧套管232和弹性套管帽234，所有这些都置于阀外壳220内。弹簧230一端固定于室210且另一端固定于弹簧套管232。弹簧230具有设置成室210内允许的最佳压力的预定压力。套管帽234固定在弹簧套管232的上部且具有与第一内腔224大致相等的直径，以使通过减压孔44进入第一内腔224的流体不能漏下套管帽234并进入第二内腔226。弹簧套管232包括伸出弹簧套管232的脊部236，其安装在形成于第二内腔226上的一个内槽228内，作为控制弹簧套管232移动的导向体。
当室210内的压力达到并超过由弹簧230预置的压力所限定的预定最佳压力时，推向套管帽234的流体将压缩弹簧230，进一步移动弹簧套管232进入第二内腔226中。当这继续时，弹簧套管232将移动，直至弹簧帽234进入第二内腔226。当弹簧帽234进入第二内腔226时，第一内腔224内的流体将绕弹簧帽234漏下并通过槽228进入第二内腔226。当流体进入第二内腔226时，流体将被允许通过减压排放口46排出，将室210内的压力降至由弹簧230限定的最佳压力以下。然后，弹簧230将弹簧帽234推回内腔226上面来封闭室210。
通过前述内容及如上所述，可以看出，在不脱离本发明新概念的精神和范围下能够产生多种变型和改进。应当理解，可以认为或应当推断出在此示出的具体方法和装置不受到限制。当然，落入权力要求范围内的所有这些改进由所附权利要求来覆盖。
权利要求
1.一种气动动力源组件，包括能容纳加压流体的可再充室，该室包含排放口，出口和接收并加压流体的入口；当室内容纳的流体压力大于预定最佳压力时，通过排放口来减小可再充室内压力的装置，该减压装置完全设在可再充室内；和通过出口来排放可再充室内流体的手动装置，该流体排放装置完全设在可再充室内。
2.权利要求1的组件，还包括可拆卸地连接于入口的外部泵，该泵具有将流体泵入可再充室来加压可再充室内流体的装置。
3.权利要求1的组件，其中流体排放装置包含与可再充室流体连通的开口并与出口流体连通，流体排放装置还包含开关，使用者可从可再充室外部手动操作该开关，以使使用者能控制可再充室内的流体排放。
4.权利要求1的组件，还包括用来操作气动操作设备的外部气动发动机，该外部气动发动机外连接于出口，以在手动操作流体排放装置时，使气动发动机利用可再充室内的加压流体来操作气动操作设备。
5.权利要求1的组件，其中减压装置具有完全设在室内并安装在室上的阀外壳，环绕排放口，阀外壳具有与室内部区域流体连通的孔，阀外壳还包含与孔流体连通的第一内腔和包含与第一内腔及排放口流体连通的第二内腔，第二内腔具有多个槽；弹簧，设在固定于弹簧套管和室之间的阀外壳内；和套管帽，设在弹簧套管上并具有与第一内腔基本相等的尺寸，以防止第一内腔内的流体进入第二内腔，其中，当室内流体压力超过预定最佳压力时，流体压缩弹簧直至套管帽移入第二内腔，其中流体通过排放口经第二内腔中的槽排出室外。
6.权利要求1的组件，还包括与入口一体连接并相对可再充室可移动的泵，该泵具有将流体泵入可再充室来加压可再充室内流体压力的装置。
7.一种气动动力源装置，包括具有能够容纳加压流体的内部的可再充室，该室具有流体接收装置；设在室内并安装在室上的气动发动机，气动发动机具有与室内部流体连通的入口和由所述气动发动机转动并连接于所述气动发动机的齿轮；和轴，固定于齿轮且穿过室连接，以使轴具有一端伸出所述室外。
8.权利要求7的气动动力源装置，其中流体接收装置还包含通向室内部的流体入口，和完全设在室内部且压住入口的柔性挡板，以使流体外部源能通过所述入口泵入室内，但是所述流体不能通过入口排出室外。
9.权利要求7的气动动力源装置，其中室还包括排放口和通过排放口来减小室内过剩压力的装置，所述减压装置完全设在室内。
10.权利要求9的组件，其中减压装置具有完全设在室内并安装在室上的阀外壳，以使阀外壳环绕排放口，阀外壳具有与室内部区域流体连通的孔，阀外壳还包含与孔流体连通的第一内腔和包含与第一内腔及排放口流体连通的第二内腔，第二内腔具有多个槽；弹簧，设在固定于弹簧套管和室之间的阀外壳内；和套管帽，设在弹簧套管上并具有与第一内腔基本相等的尺寸，以防止第一内腔内的流体进入第二内腔，其中，当室内流体压力超过预定最佳压力时，流体压缩弹簧直至套管帽移入第二内腔，以允许流体通过排放口经第二内腔中的槽排出室外，由此减小室内压力。
11.一种气动动力源装置，包括可再充室，具有能容纳加压流体的内部和接收流体的入口；具有入口的气动发动机，完全设在室内以使入口直接与室内部流体连通，气动发动机驱动可旋转连接于所述气动发动机上的齿轮；和轴，穿过室可旋转连接于并固定于齿轮，以在气动发动机转动齿轮时使轴转动，该轴具有横向伸出所述室外的一对末端。
12.权利要求11的气动动力源装置，还包括控制出口来排出可再充室内的流体，控制出口设在可再充室内，控制出口具有控制流体排出的开关，该开关可从所述室外部操作。
13.权利要求11的气动动力源装置，包含底盘，该底盘包含一对轮胎齿轮，当室固定到底盘上时，该轮胎齿轮与固定在轴末端的一对装配齿轮啮合，其中当动力源装置充满加压流体时，气动发动机转动装配齿轮，使底盘上的轮胎转动。
14.权利要求11的气动动力源，其中室可拆卸地固定于底盘上。
15.权利要求11的气动动力源装置，其中室还包含排放口，和通过排放口来减小室内过剩压力的装置，所述减压装置完全设在室内。
16.权利要求15的组件，其中减压装置具有阀外壳，完全设在室内并且具有与室内部区域流体连通的孔，该阀外壳还包含与排放口连通的多个槽；弹簧，设在固定于弹簧套管和室之间的阀外壳内；和套管帽，设在弹簧套管上并具有与阀外壳基本相等的尺寸，以防止流体排出，其中，当室内流体压力超过预定最佳压力时，流体移动套管帽直至所述流体能够通过排放口经槽排出室外。
17.一种气动动力源组件，包括可再充室，具有能容纳加压流体的内部、流体接收入口和排放口；和通过排放口减小室内过剩压力的装置，该减压装置完全设在所述室内。
18.权利要求17的气动动力源组件，其中减压装置包含完全设在室内的阀外壳，阀外壳具有与室内部区域流体连通的孔，该阀外壳还包含与排放口连通的多个槽；弹簧，设在阀外壳内并固定于弹簧套管和室之间；和套管帽，设在弹簧套管上并具有与阀外壳基本相等的尺寸，以防止流体排出，其中，当室内流体压力超过预定最佳压力时，流体移动套管帽直至所述流体能够通过排放口经槽排出室外。
19.权利要求18的组件，还包括外部控制开口，通过由室形成的出口来排放可再充室内的流体，该外部控制开口完全固定于可再充室内，和用来操作气动操作设备的外部气动发动机，该外部气动发动机与出口外连接，以在手动操作控制开口时，使气动发动机利用可再充室内的加压流体来操作气动操作设备。
全文摘要
在一个实施方案中，一种气动动力源装置包含可再充室，该室具有能容纳加压流体的内部、排放口和流体入口。当压力超过预定最佳压力时，室内的压力释放机构允许室内压力排出。气动发动机安装在室内并包括与室内部流体连通的入口。气动发动机利用室内的加压流体来驱动可旋转连接于气动发动机上的齿轮。另外，齿轮转动可旋转连接于室的轴，以在装置连接于气动操作设备时，气动操作设备可使用旋转轴。此外，外部泵连接于流体入口来连续地再充室。
文档编号F16D31/00GK1764789SQ200480007932
公开日2006年4月26日 申请日期2004年2月2日 优先权日2003年2月24日
发明者杰弗里·雷肯博, 查里斯·哈特劳勃, 瑞恩·卡拉兹 申请人:瑞科有限公司