專利名稱：壓縮空氣制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種使用太陽(yáng)能電池的壓縮空氣制造裝置。
背景技術(shù)：
由于太陽(yáng)能電池具有因太陽(yáng)的高度變化、天氣的變動(dòng)，其發(fā)電電力會(huì)劇烈波動(dòng)的特性，故不適合作為需要穩(wěn)定電力供給的交流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(感應(yīng)馬達(dá))的電力源。作為其解決方案，一般而言為如下方法，通過將太陽(yáng)能電池的發(fā)電電能暫時(shí)充電于蓄電池中而使電力得到穩(wěn)定，并供給至交流電動(dòng)機(jī)中。但是，由于該方法需要大容量蓄電池，故變得昂貴，并且在因壽命而造成的更換等保養(yǎng)方面需要巨大的勞力及費(fèi)用。
因此，建議有一種旋轉(zhuǎn)控制裝置(例如專利文獻(xiàn)1)，此種旋轉(zhuǎn)控制裝置是使用太陽(yáng)能電池作為使交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的電力源的控制裝置，其構(gòu)成為，經(jīng)由作為對(duì)交流電力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的逆變器(inverter)而將由該太陽(yáng)能電池所發(fā)電的直流電力供給至該交流電動(dòng)機(jī)，并且，其構(gòu)成為，將交流頻率控制信號(hào)從控制器供給至該逆變器時(shí)，作為該太陽(yáng)能電池負(fù)載的該交流電動(dòng)機(jī)將改變其驅(qū)動(dòng)交流電源的頻率，而供給變?yōu)樽畲箅娏Φ慕涣黝l率控制信號(hào)，由此使該交流電動(dòng)機(jī)始終以最大效率旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)控制裝置中，對(duì)于直流輸出的太陽(yáng)能電池而言，為使需要交流電源的交流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(感應(yīng)馬達(dá))適用，而使用有直流/交流轉(zhuǎn)換裝置(逆變器)。
并且，通過進(jìn)行交流頻率控制而使隨時(shí)間變化的太陽(yáng)能電池的發(fā)電電力始終為最大電力，由此使交流電動(dòng)機(jī)始終以最大效率旋轉(zhuǎn)。
專利文獻(xiàn)日本專利特開2000-270592號(hào)公報(bào)所述旋轉(zhuǎn)控制裝置在日照量超過需要時(shí)，可以僅以太陽(yáng)能電池的輸出進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，而并不通過蓄電池或商用電源等使電力穩(wěn)定。但是，由于日照量不足等原因而使太陽(yáng)能電池的發(fā)電電力沒有達(dá)到必要的最低量時(shí)，為確保交流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，而必須從蓄電池或商用電源供給輔助電力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種壓縮空氣制造裝置，其受天氣變動(dòng)影響較少，故可以高效制造壓縮空氣。
第一發(fā)明的壓縮空氣制造裝置包括太陽(yáng)能電池，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能；多缸型的空氣壓縮機(jī)，包括多個(gè)具有汽缸及活塞，并制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部；驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，通過所述太陽(yáng)能電池的輸出而驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)；以及控制機(jī)構(gòu)，通過所述太陽(yáng)光照度的變化而控制所述空氣壓縮機(jī)，以改變制造壓縮空氣的所述壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)。
第二發(fā)明的壓縮空氣制造裝置，其空氣壓縮機(jī)構(gòu)成為將用于無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的卸荷閥設(shè)置于所述壓縮空氣制造部上，并通過操作卸荷閥而改變制造壓縮空氣的所述壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)。
并且，第三發(fā)明的壓縮空氣制造裝置，其驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為直流馬達(dá)。
并且，第四發(fā)明的壓縮空氣制造裝置，其包括最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置，跟蹤太陽(yáng)能電池輸出的最大點(diǎn)。
并且，第五發(fā)明的壓縮空氣制造裝置，當(dāng)所述太陽(yáng)能電池的輸出超過所述直流馬達(dá)的額定輸出，則其以額定輸出驅(qū)動(dòng)該直流馬達(dá)。
根據(jù)第一發(fā)明的結(jié)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)在例如太陽(yáng)能電池的輸出為小于等于特定值時(shí)，可通過改變制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)以使之減少，而減輕驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的負(fù)載，使驅(qū)動(dòng)持續(xù)穩(wěn)定。另外，如果太陽(yáng)能電池的輸出增加，則可以增加制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)，使日照有效用于壓縮空氣的制造中。
并且，根據(jù)第二發(fā)明的結(jié)構(gòu)，打開卸荷閥后的壓縮空氣制造部將成為無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，因此無需單獨(dú)停止活塞的運(yùn)轉(zhuǎn)等，便可以減輕驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的負(fù)載。
并且，根據(jù)第三發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于可以將作為太陽(yáng)能電池輸出的直流電力直接供給至直流馬達(dá)，故無需直流/交流轉(zhuǎn)換，因而并無因轉(zhuǎn)換所造成的損耗。
并且，根據(jù)第四發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以通過對(duì)因日照而變化的太陽(yáng)能電池的輸出，跟蹤最大電力點(diǎn)，而使太陽(yáng)能電池的輸出保持最大。
并且，根據(jù)第五發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以通過以額定輸出驅(qū)動(dòng)直流馬達(dá)，而防止超過額定輸出時(shí)的直流馬達(dá)過度發(fā)熱等，而且，超出額定輸出的部分，可以用于充電等。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的裝置的整體方塊圖。
圖2是所述裝置主要部分的方塊圖。
圖3是表示所述裝置的太陽(yáng)能電池中電壓與電流的關(guān)系的圖表。
圖4是表示所述裝置的直流馬達(dá)的輸出與日照強(qiáng)度的關(guān)系的圖表。
圖5是所述裝置的空氣壓縮機(jī)的正面圖。
圖6是表示所述裝置中對(duì)應(yīng)在日照強(qiáng)度的空氣壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法的說明圖。
圖7是所述裝置的曲柄裝置基本構(gòu)造的正面剖面圖。
圖8是所述裝置的曲柄裝置基本構(gòu)造的側(cè)面剖面圖。
圖9是對(duì)所述裝置的曲柄裝置基本構(gòu)造中各結(jié)構(gòu)部件的尺寸關(guān)系進(jìn)行說明的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖10是對(duì)所述裝置的曲柄裝置基本構(gòu)造中各結(jié)構(gòu)部件的質(zhì)量分布進(jìn)行說明的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖11是表示所述裝置的曲柄裝置基本構(gòu)造中曲柄軸的旋轉(zhuǎn)角度與活塞沖程的關(guān)系的曲線圖。
1 壓縮空氣制造裝置2 太陽(yáng)能電池2A 電力檢測(cè)機(jī)構(gòu)3 最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置4 輸入電壓固定控制機(jī)構(gòu)5 直流馬達(dá)(驅(qū)動(dòng)馬達(dá))6 空氣壓縮機(jī)7 控制機(jī)構(gòu)8 照度傳感器11 電壓控制機(jī)構(gòu)12 運(yùn)算機(jī)構(gòu)13 誤差電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)14 卸荷閥控制機(jī)構(gòu)15 卸荷閥驅(qū)動(dòng)部21 汽缸21a 圓筒內(nèi)面22 活塞23 壓縮空氣控制部24 吸入部25 氣筒26 排出部27 卸荷閥101 曲柄裝置102 曲柄軸103 連桿103a連桿一端103b連桿另一端
104行星機(jī)構(gòu)110主軸111曲柄臂112曲柄銷113，125 軸承114曲柄箱120固定內(nèi)齒輪120a 中心齒輪121行星齒輪124齒輪銷130，131 衡重具體實(shí)施方式
就本發(fā)明中適當(dāng)?shù)膶?shí)施形態(tài)，參照隨附圖式，加以詳細(xì)說明。再者，以下所說明的實(shí)施形態(tài)并非限定權(quán)利要求書中所揭示的本發(fā)明的內(nèi)容。而且，并非限定以下所說明的全部結(jié)構(gòu)為本發(fā)明的必須要件。在各實(shí)施例中，可以通過采用與公知不同的新型壓縮空氣制造裝置，而獲得附加有公知所不具備的功能的壓縮空氣制造裝置，并對(duì)所述的壓縮空氣制造裝置分別加以敘述。
以下，參照隨付圖式對(duì)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖1～圖11表示本發(fā)明的實(shí)施例1。如圖1所示，壓縮空氣制造裝置1包括太陽(yáng)能電池2，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置3(MPPTMaximum Power PointTracker，最大功率點(diǎn)跟蹤裝置)，通過控制使該太陽(yáng)能電池2的輸出電力〔電壓×電流〕始終為最大狀態(tài)；輸入電壓固定控制機(jī)構(gòu)4；直流馬達(dá)5，即為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；以及空氣壓縮機(jī)6，通過該直流馬達(dá)5而得到驅(qū)動(dòng)。在太陽(yáng)能電池2的輸出電力超過空氣壓縮機(jī)6的直流馬達(dá)5的額定輸出時(shí)，輸入電壓固定控制機(jī)構(gòu)4進(jìn)行控制以使輸向直流馬達(dá)5的直流電壓維持為與額定輸出相對(duì)應(yīng)的固定電壓。
如圖2所示，壓縮空氣制造裝置1包括控制機(jī)構(gòu)7，此控制機(jī)構(gòu)7通過所述太陽(yáng)能電池2的輸出而驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)6。該控制機(jī)構(gòu)7包括所述最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置3以及所述輸入電壓固定控制機(jī)構(gòu)4。
如圖3所示，太陽(yáng)能電池2具有如下性質(zhì)，因日照強(qiáng)度而輸出產(chǎn)生變化，且即使日照充分，所獲得的電流、電壓若不適當(dāng)，則無法獲得充分輸出。因此，本實(shí)施形態(tài)中使用有最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置3。
并且，如圖2所示，在太陽(yáng)能電池2與直流馬達(dá)5之間設(shè)置有電壓控制機(jī)構(gòu)11，其用以將來自太陽(yáng)能電池2的輸出電壓供給至所述直流馬達(dá)5的直流電路部分。另外，太陽(yáng)能電池2與控制機(jī)構(gòu)7之間設(shè)置有檢測(cè)太陽(yáng)能電池2的輸出電力的電力檢測(cè)機(jī)構(gòu)2A。最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置3包括運(yùn)算機(jī)構(gòu)12，其根據(jù)通過電力檢測(cè)機(jī)構(gòu)2A所求得的太陽(yáng)能電池2的輸出電壓以及輸出電流，運(yùn)算出使其輸出電力成為最大的控制電壓。當(dāng)太陽(yáng)能電池2的輸出電壓小于等于以直流馬達(dá)5的額定輸出為依據(jù)的基準(zhǔn)電壓時(shí)，則通過運(yùn)算機(jī)構(gòu)12進(jìn)行控制(跟蹤控制)使太陽(yáng)能電池2的輸出電壓成為最大。
另外，輸入電壓固定控制機(jī)構(gòu)4包括誤差電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)13，其檢測(cè)基準(zhǔn)電壓與電壓控制機(jī)構(gòu)11的輸出電壓的誤差電壓。當(dāng)太陽(yáng)能電池2的輸出電壓超過根據(jù)直流馬達(dá)5的額定輸出的基準(zhǔn)電壓之時(shí)，進(jìn)行控制(恒壓控制)，以根據(jù)從誤差電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)13所輸出的誤差電壓大小，通過額定輸出驅(qū)動(dòng)直流馬達(dá)5。超過額定輸出的剩余電力使用于控制機(jī)構(gòu)7的電池充電或其他蓄電等。
另外，控制機(jī)構(gòu)7在直流馬達(dá)5等產(chǎn)生異常時(shí)，其進(jìn)行控制使直流馬達(dá)5停止。例如，如果壓縮空氣制造裝置1中產(chǎn)生過載電流、或直流馬達(dá)5中產(chǎn)生異常旋轉(zhuǎn)，則控制機(jī)構(gòu)7將使直流馬達(dá)5停止。并且，所述實(shí)施形態(tài)中包括對(duì)控制機(jī)構(gòu)7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的控制用電源電池(未圖示)。而且，可以將電壓/電流的各自輸入(input)進(jìn)行模擬/數(shù)字(analog/digital)轉(zhuǎn)換后，通過電腦以軟件(software)處理而進(jìn)行所述各控制。
在本實(shí)施形態(tài)中，空氣壓縮機(jī)6是多缸的雙缸水平對(duì)向型空氣壓縮機(jī)，其為將直流馬達(dá)5作為驅(qū)動(dòng)源并通過旋轉(zhuǎn)速度使空氣排出量產(chǎn)生變化的旋轉(zhuǎn)軸輸入活塞形式。如圖5所示，空氣壓縮機(jī)6包括多個(gè)(2個(gè))壓縮空氣制造部23，每個(gè)壓縮空氣制造部23包括汽缸21(cylinder)以及活塞22(piston)。進(jìn)而，壓縮空氣制造部23分別包括吸入部24，通過活塞22在汽缸21內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)并經(jīng)由吸入閥而將空氣吸入至汽缸21內(nèi)；排出部26，經(jīng)由排出閥將壓縮空氣排出至氣筒25(air tank)等；卸荷閥27(unload valve)，連通汽缸21內(nèi)部與外部，使活塞22的往復(fù)運(yùn)動(dòng)為無負(fù)載狀態(tài)，以停止制造壓縮空氣制造部23中的壓縮空氣。
此外，控制機(jī)構(gòu)7包括卸荷閥控制機(jī)構(gòu)14。如果日照變小導(dǎo)致太陽(yáng)能電池2的輸出電壓低于預(yù)先設(shè)定的直流馬達(dá)5的設(shè)定輸出，則該卸荷閥控制機(jī)構(gòu)14將通過卸荷閥驅(qū)動(dòng)部15打開其中之一的壓縮空氣制造部23的卸荷閥27，并使此壓縮空氣制造部23為無負(fù)載狀態(tài)。而且，如果在該狀態(tài)以后，日照變大導(dǎo)致太陽(yáng)能電池2的輸出電壓超過直流馬達(dá)5的所述設(shè)定輸出，則對(duì)空氣壓縮機(jī)6進(jìn)行控制，通過卸荷閥驅(qū)動(dòng)部15關(guān)閉卸荷閥27，并再次在2個(gè)壓縮空氣制造部23中制造壓縮空氣。預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電力可以和額定電力大致相同，也可以小于等于額定電力。
另外，在此實(shí)施形態(tài)中，控制機(jī)構(gòu)7上設(shè)置有照度傳感器8，用以檢測(cè)太陽(yáng)能電池2中太陽(yáng)光的照度。如果通過該照度傳感器8所檢測(cè)的照度變得小于等于特定值以下，則控制機(jī)構(gòu)7將打開其中之一的壓縮空氣制造部23的卸荷閥27，并使此壓縮空氣制造部23為無負(fù)載狀態(tài)，而且，如果在該狀態(tài)以后，照度超過特定值，則進(jìn)行控制使所述卸荷閥27打開，并在2個(gè)壓縮空氣制造部23中再次制造壓縮空氣。
通過直流馬達(dá)5所獲得的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將通過曲柄裝置101(crank device)而轉(zhuǎn)換為活塞22的往復(fù)動(dòng)作。曲柄裝置101包括曲柄軸102；連桿(Connecting rod)103；以及插入安裝于曲柄軸102與連桿103之間的行星機(jī)構(gòu)104。連桿103連結(jié)于壓縮空氣制造部23。此外，在圖7～圖11中，僅揭示機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的概略結(jié)構(gòu)，而其他的外圍結(jié)構(gòu)，例如吸入排氣系統(tǒng)的活動(dòng)閥機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)則省略圖示。
曲柄軸102通過連結(jié)于旋轉(zhuǎn)側(cè)的部分，而一體構(gòu)成有主軸110、曲柄臂111(crank arm)以及曲柄銷112(crank pin)，并且主軸110是經(jīng)由軸承113而可旋轉(zhuǎn)地支撐于曲柄箱114(crank case)上，且該主軸110與曲柄銷112的軸心被設(shè)為平行。并且，所述的主軸110通過所述的直流馬達(dá)5而旋轉(zhuǎn)。2個(gè)壓縮空氣制造部23、23中分別設(shè)置有曲柄裝置101、101，且這2個(gè)曲柄裝置101、101通過共通的所述主軸110的旋轉(zhuǎn)而得到驅(qū)動(dòng)。
連桿103通過和作為往復(fù)運(yùn)動(dòng)側(cè)的所述壓縮空氣制造部23的所述活塞22連接的部分，成形為具體而言與該活塞22成為整體。連桿103如圖所示為整個(gè)長(zhǎng)度上粗細(xì)大致相同的細(xì)棒狀，并且也使活塞22為厚度較薄的圓板狀，并且由于沒有先前一般眾所周知的構(gòu)造中的裙部(skirt)，因此實(shí)現(xiàn)這些往復(fù)運(yùn)動(dòng)部的輕量化。
此外，連桿103與活塞22的一體構(gòu)造如下所述，可以在連桿103進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造中加以運(yùn)用。當(dāng)然，就像公知的活塞桿(piston rod)那樣，出于抵消各結(jié)構(gòu)部件的加工誤差或裝配誤差等目的，也可以使連桿103與活塞22經(jīng)由活塞銷(piston pin)(省略圖示)而得到樞軸支撐連結(jié)并可自由搖動(dòng)。
行星機(jī)構(gòu)104是連結(jié)曲柄軸102與連桿103的部分，其包括作為中心構(gòu)件的圓環(huán)狀的固定內(nèi)齒輪120；行星齒輪121，作為嚙合于該固定內(nèi)齒輪120的行星構(gòu)件。
固定內(nèi)齒輪120固定設(shè)置在曲柄箱114上，并且配置為其圓筒內(nèi)周的中心齒輪120a與曲柄軸102的主軸110呈同心狀。
行星齒輪121嚙合于中心齒輪120a，且設(shè)置為可圍繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)。在該行星齒輪121一個(gè)側(cè)面的旋轉(zhuǎn)中心上，如圖8所示，曲柄軸102的曲柄銷112經(jīng)由軸承125而得到樞軸支撐連結(jié)并可旋轉(zhuǎn)。另外，在行星齒輪121的外周部其他側(cè)面上突設(shè)有齒輪銷124，且在該齒輪銷124上，連桿103的一端103a經(jīng)由軸承125而得到樞軸支撐連結(jié)并可自由旋轉(zhuǎn)。
各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸關(guān)系如圖9所示，首先，將行星齒輪121的外徑(節(jié)圓直徑)D1設(shè)為中心齒輪120a的內(nèi)徑(節(jié)圓直徑)D2的1/2。換言之，將行星齒輪121的外周長(zhǎng)設(shè)為中心齒輪120a的外周長(zhǎng)的1/2。
另外，將所述曲柄軸102的曲柄臂111的長(zhǎng)度L1(從主軸110的軸心到曲柄銷112的軸心為止的距離)，與從行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)中心O21(曲柄銷112的軸心)到所述連桿103的連結(jié)點(diǎn)O3為止(齒輪銷124的軸心)的距離L2設(shè)為相等。此外，在圖示的實(shí)施例中，所述連結(jié)點(diǎn)O3配置于行星齒輪121的節(jié)圓(pitch circle)之上。
由此，設(shè)為行星齒輪121旋轉(zhuǎn)2圈，中心齒輪120a轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，并且所述連結(jié)點(diǎn)O3隨著該行星齒輪121的轉(zhuǎn)動(dòng)，而往復(fù)移動(dòng)于穿過曲柄軸102旋轉(zhuǎn)中心O2(主軸110的軸心)的直線上。
另外，在本實(shí)施例中，因連桿103的其他端103b固定連結(jié)于活塞22的底面中心位置的緣故，活塞22的軸心X(與汽缸21的圓筒內(nèi)面21a的軸心一致)穿過曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2。而且，行星齒輪121與中心齒輪120a的周向嚙合位置，也設(shè)為使連結(jié)點(diǎn)O3的移動(dòng)軌跡和活塞22的軸心X保持一致。由此，隨著行星齒輪121的轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿103與活塞22完全成為一體，故可進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)在直線X上，即穿過曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2的直線上擺動(dòng)(橫向擺動(dòng))。另一方面，曲柄軸102也隨著所述行星齒輪121的轉(zhuǎn)動(dòng)而圍繞旋轉(zhuǎn)中心O2旋轉(zhuǎn)。
該曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)角度φ與所述活塞22的沖程S(stroke)的關(guān)系，通過如圖11的實(shí)線所示的正弦曲線(sin curve)的基本形來表示(虛線表示曲柄的運(yùn)動(dòng))。
而且，構(gòu)成曲柄裝置101的所述各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量分布，考慮到以曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2作為中心的動(dòng)態(tài)平衡，而設(shè)為可以取得往復(fù)運(yùn)動(dòng)部與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，優(yōu)選設(shè)為將設(shè)在各結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的全部衡重用作旋轉(zhuǎn)慣性力。
在圖示的實(shí)施例中，在圖10中設(shè)為使以行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)中心O21為中心的兩側(cè)質(zhì)量分布相等，另外使以曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2為中心的兩側(cè)質(zhì)量分布相等。
具體而言，將往復(fù)運(yùn)動(dòng)部(活塞22、連桿103、齒輪銷124)的質(zhì)量設(shè)為W1，將對(duì)于該往復(fù)運(yùn)動(dòng)部的衡重(counter balancer)130的質(zhì)量設(shè)為W2，將從行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)中心O21到齒輪銷124以及衡重130的安裝位置為止的各自距離設(shè)為A、B，而且，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部(所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)部、行星齒輪121、衡重130)的質(zhì)量設(shè)為W3，將對(duì)于該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部的衡重131的質(zhì)量設(shè)為W4，將從曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2到行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)中心O21以及衡重(counter balancer)131的安裝位置為止的各自距離設(shè)為C、D，則W1×A＝W2×B(1)W3×C＝W4×D(2)設(shè)為使所述(1)式以及(2)式的關(guān)系成立。此時(shí)，使曲柄臂111等相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心O2預(yù)先取得兩側(cè)質(zhì)量平衡。
然而，如上構(gòu)成的包括曲柄裝置101以及壓縮空氣制造部23的空氣壓縮機(jī)6中，通過直流馬達(dá)5使主軸110旋轉(zhuǎn)時(shí)，則行星機(jī)構(gòu)4進(jìn)行行星運(yùn)動(dòng)且將動(dòng)力轉(zhuǎn)換為活塞22的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此在汽缸21內(nèi)進(jìn)行壓縮空氣的制造。
此時(shí)，由于采取所述的結(jié)構(gòu)，連桿103幾乎不會(huì)向左右橫向搖動(dòng)，而與活塞22完全成為一體，且可在穿過曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2的直線X(活塞22的軸心)上進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡得到確保。
通過該連桿103在直線X上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于活塞22的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向的傾斜度θ＝0)，而完全不會(huì)產(chǎn)生如公知的曲柄裝置那樣的偏載，因此在活塞22中，公知的曲柄裝置中的推力(thrust force)將完全不起作用。因此，理論上，不會(huì)產(chǎn)生采用公知曲柄裝置的機(jī)械裝置中的活塞敲缸(pistonslap)，因此作用于汽缸21的圓筒內(nèi)面21a上的力將僅變?yōu)榕c活塞22的摩擦力。由此，將可以期望使振動(dòng)·噪音、空穴現(xiàn)象(cavitation)·摩擦損耗等障礙大幅減少，也使動(dòng)力傳遞效率與先前相比有大幅提高。
另外，配置為行星齒輪121由中心齒輪120a所包圍，因此可以通過中心齒輪120a可靠接受行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)慣性力。因此，齒輪效率較高，也由于這個(gè)原因，可以確保穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡。而且，通過行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)慣性力，也可以獲得行星齒輪121與中心齒輪120a的緊密嚙合狀態(tài)，因此動(dòng)力傳動(dòng)效率也較高。
此外，在該實(shí)施形態(tài)中，如上所述，曲柄裝置101的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量分布，其是通過考慮到以曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O2為中心的動(dòng)態(tài)平衡而設(shè)定。尤其，在圖式的實(shí)施例中，由于設(shè)為使設(shè)在各結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的全部衡重130，131等作為旋轉(zhuǎn)慣性力而發(fā)揮作用，故從低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域到高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域?yàn)橹?，均勻且穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)可以得到確保。
另外，在所述曲柄裝置101中，也可以進(jìn)行如以下所列舉的各種設(shè)計(jì)變更。
(1)可以通過適當(dāng)調(diào)整從行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)中心O21到連桿103的連結(jié)點(diǎn)O3為止的距離L2，而調(diào)整與曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)角度φ相對(duì)的活塞22的沖程S，并將圖11的正弦曲線設(shè)為對(duì)于作為對(duì)象的機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)特性等最為合適的形狀。此時(shí)，連桿103與活塞22經(jīng)由活塞銷(省略圖示)而得到樞軸支撐連結(jié)并可自由搖動(dòng)，故連桿103的運(yùn)動(dòng)軌跡也并非如圖所示的實(shí)施例那樣的直線，而成為穿過該直線附近的的橢圓等。
例如，通過增大距離L2，正弦曲線的峰部與谷部升高成為陡峭的曲線(參照?qǐng)D11的點(diǎn)劃線)，相反，也可以通過增大距離L1，而使正弦曲線的峰部與谷部降低，變?yōu)槠椒€(wěn)的曲線(省略圖示)。
(2)使行星齒輪121與中心齒輪120a的周向扣合位置可進(jìn)行調(diào)整，因此也可以使活塞22的沖程S可進(jìn)行變化。
具體而言，例如，將固定內(nèi)齒輪120設(shè)在曲柄箱114上且在周向上可以調(diào)整旋轉(zhuǎn)，故中心齒輪120a的周向位置可以適當(dāng)加以調(diào)整，由此可以相對(duì)調(diào)整中心齒輪120a與行星齒輪121的嚙合位置。此時(shí)，也與所述(1)相同，連桿103與活塞22經(jīng)由活塞銷(省略圖示)而得到樞軸支撐連結(jié)并可自由搖動(dòng)。
(3)在圖示的實(shí)施例中，以最簡(jiǎn)單構(gòu)造而獲得較大的動(dòng)力傳遞及較高的傳遞效率，且行星機(jī)構(gòu)104包括固定內(nèi)齒輪120以及行星齒輪121。但是，并不僅限于此，也可以采用具備同樣嚙合功能的其他構(gòu)造。
雖未圖示，但例如可以采用在圓環(huán)狀構(gòu)件的圓筒內(nèi)周面的整個(gè)周面上設(shè)有齒鏈(chain)的中心構(gòu)件，與作為嚙合于所述齒鏈的行星構(gòu)件的鏈輪(sprocket wheel)的組合；或者，采用在圓環(huán)狀構(gòu)件的圓筒內(nèi)周面的整個(gè)周面上設(shè)有齒型皮帶的中心構(gòu)件，與作為嚙合于所述齒型皮帶(同步帶，timing belt)的行星構(gòu)件的皮帶輪(pulley)的組合等。
(4)此外，除如所述(3)，將中心構(gòu)件的圓筒內(nèi)周與行星構(gòu)件的圓筒外周的扣合改為嚙合以外，也可以將中心構(gòu)件的圓筒內(nèi)周與行星構(gòu)件的圓筒外周的扣合改為相互不打滑的摩擦扣合。此構(gòu)造尤其對(duì)輕負(fù)載的動(dòng)力傳遞有效。具體而言，例如，可以將中心構(gòu)件與行星構(gòu)件兩者或其扣合面部改為橡膠制，以采用橡膠彼此的摩擦扣合。
并且，在本實(shí)施例中，因?yàn)樵诳諝鈮嚎s機(jī)6中使用直流馬達(dá)5，故將作為來自太陽(yáng)電池2的輸出的直流電力直接用作電源。因此，由于無需直流/交流轉(zhuǎn)換，故不存在轉(zhuǎn)換損耗。而且，可以通過對(duì)隨時(shí)間變化的日照量，跟蹤最大電力點(diǎn)，而使太陽(yáng)能電池2的發(fā)電電力始終為最大，并使直流馬達(dá)5的輸出為最大。而且，由于太陽(yáng)能電池2的輸出與直流馬達(dá)5的輸出為成比例的關(guān)系，因而在運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)太陽(yáng)光的太陽(yáng)能上升時(shí)，直流馬達(dá)5的輸出也會(huì)變大。而當(dāng)超過直流馬達(dá)5的額定輸出時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)直流馬達(dá)5的發(fā)熱過度的危險(xiǎn)狀態(tài)。本實(shí)施例為了避免運(yùn)轉(zhuǎn)中的出現(xiàn)如此狀態(tài)，而對(duì)輸向直流馬達(dá)5的輸入電壓進(jìn)行恒壓控制，由此當(dāng)太陽(yáng)光的太陽(yáng)能出現(xiàn)過度時(shí)，則進(jìn)行控制以使直流馬達(dá)5的額定輸出維持為固定。而且，在本實(shí)施例中，采用多缸型空氣壓縮機(jī)6作為制造壓縮空氣的機(jī)構(gòu)。可以通過該空氣壓縮機(jī)6的負(fù)載控制，而相對(duì)于太陽(yáng)光的太陽(yáng)能變動(dòng)，在較大范圍內(nèi)持續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)太陽(yáng)光的太陽(yáng)能變小時(shí)，即，直流馬達(dá)5的輸出電流變小時(shí)，將無法獲得使空氣壓縮機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的旋轉(zhuǎn)力(扭矩，torque)而使旋轉(zhuǎn)速度下降，甚至?xí)?dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)停止，但可通過打開其中一個(gè)卸荷閥27以減輕旋轉(zhuǎn)負(fù)載，而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并維持壓縮空氣的制造。相反，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)中太陽(yáng)光的太陽(yáng)能變大時(shí)，可以關(guān)閉已打開的卸荷閥27而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，當(dāng)太陽(yáng)光的太陽(yáng)能較大，并因輸入電壓固定控制而產(chǎn)生多余能量時(shí)，則可以將多余能量(電力)用作其他動(dòng)力源。
存儲(chǔ)如此制造的壓縮空氣，并在緊急情況時(shí)可以使之作為空氣渦輪(turbine)等動(dòng)力源而加以有效利用，或者可以作為組合風(fēng)力發(fā)電或/及水力發(fā)電等的混合型(hybrid)動(dòng)力源而加以使用。
這樣，在本實(shí)施例中，壓縮空氣制造裝置包括太陽(yáng)能電池2，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能；空氣壓縮機(jī)6，通過包括汽缸21以及活塞22的壓縮空氣制造部23而制造出壓縮空氣；直流馬達(dá)5，用作通過太陽(yáng)能電池2的輸出而得到驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)6的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；以及控制機(jī)構(gòu)7，對(duì)空氣壓縮機(jī)6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，而在此壓縮空氣制造裝置中，空氣壓縮機(jī)6是包括多個(gè)壓縮空氣制造部23的多缸型空氣壓縮機(jī)，而控制機(jī)構(gòu)7根據(jù)太陽(yáng)光照度的變化，例如當(dāng)太陽(yáng)能電池2的輸出小于等于特定值時(shí)而進(jìn)行控制，以改變制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部23的個(gè)數(shù)?？刂茩C(jī)構(gòu)7在例如太陽(yáng)能電池2的輸出小于等于特定值時(shí)，可以通過使制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部23的個(gè)數(shù)變得減少，而減輕直流馬達(dá)5的負(fù)載，使驅(qū)動(dòng)持續(xù)穩(wěn)定。因此，當(dāng)太陽(yáng)光的日照變小、照度降低時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生如下不良情況太陽(yáng)能電池2的輸出電流下降，導(dǎo)致無法獲得驅(qū)動(dòng)直流馬達(dá)5所必需的電力。此外，如果太陽(yáng)能電池2的輸出增加并超過所述特定值時(shí)，則可以增加制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部23的個(gè)數(shù)，將日照有效用于壓縮空氣的制造中。
另外，在本實(shí)施例中，壓縮空氣制造部23包括用于無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的卸荷閥27，并通過打開卸荷閥27而改變制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部23的個(gè)數(shù)。由此，打開卸荷閥27的壓縮空氣制造部23將成為無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可以無須個(gè)別停止活塞22的動(dòng)作而減輕直流馬達(dá)5的負(fù)載。
另外，在本實(shí)施例中，由于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為直流馬達(dá)5，因此可以將作為太陽(yáng)能電池2的輸出的直流電力直接供給至直流馬達(dá)5。因此，無需直流/交流轉(zhuǎn)換，因而不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換所導(dǎo)致的損耗。
另外，在本實(shí)施例中，由于包括跟蹤太陽(yáng)能電池2的輸出最大點(diǎn)的最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置3，因此可以對(duì)因日照而變化的太陽(yáng)能電池2的輸出，利用跟蹤最大電力點(diǎn)的方式，而將太陽(yáng)能電池2的輸出維持為最大。
另外，在本實(shí)施例中，如果太陽(yáng)能電池2的輸出超過直流馬達(dá)5的額定輸出，則將以額定輸出驅(qū)動(dòng)該直流馬達(dá)5。由此，可以通過以額定輸出驅(qū)動(dòng)直流馬達(dá)5，而防止超過額定輸出時(shí)直流馬達(dá)5的過度發(fā)熱等，另外，超過額定輸出的部分可以用于充電等。
另外，至于實(shí)施例方面的效果，用于空氣壓縮機(jī)6中的曲柄裝置101適用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換部分，并且曲柄裝置101包括曲柄軸102，連結(jié)于旋轉(zhuǎn)側(cè)；連桿103，連結(jié)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)側(cè)；以及行星機(jī)構(gòu)104，插入安裝于曲柄軸102以及連桿103之間。行星機(jī)構(gòu)104包括固定內(nèi)齒輪120，作為配設(shè)為與曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心O21呈同心狀且可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的中心構(gòu)件；以及行星齒輪121，作為沿該固定內(nèi)齒輪120內(nèi)周轉(zhuǎn)動(dòng)的行星構(gòu)件。該行星齒輪121的外徑D1設(shè)置為固定內(nèi)齒輪120內(nèi)徑D2的1/2。另外，在行星齒輪121一側(cè)面的旋轉(zhuǎn)中心O21上，曲柄軸102的曲柄銷112得到樞軸支撐連結(jié)且可以旋轉(zhuǎn)，并且在行星齒輪121外周部其他側(cè)面上，連桿103的一端103a經(jīng)由銷(pin)得到樞軸支撐連結(jié)且可以旋轉(zhuǎn)。該連桿103一端103a的往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)為橫切曲柄銷112的圓形旋轉(zhuǎn)軌跡。所述各結(jié)構(gòu)部分的質(zhì)量分布設(shè)為可以取得往復(fù)運(yùn)動(dòng)部與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部的動(dòng)態(tài)平衡，并且根據(jù)需要而設(shè)為使行星齒輪121與固定內(nèi)齒輪120的周向扣合位置，其可以通過固定內(nèi)齒輪120的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)而得到調(diào)整。因此，連桿103幾乎不會(huì)向左右橫向擺動(dòng)，而向活塞22的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與活塞22一起進(jìn)行大致直線運(yùn)動(dòng)，使穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡得到確保。
尤其將曲柄軸102的曲柄臂111的長(zhǎng)度L1與從行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)中心O21到連桿103的連結(jié)點(diǎn)為止的距離L2設(shè)為相等，且將該連結(jié)點(diǎn)設(shè)為隨著行星齒輪121的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)于穿過曲柄軸102旋轉(zhuǎn)中心O2的直線上。由此，由于完全消除連桿103的擺動(dòng)且沒有橫向晃動(dòng)，因此活塞22的推力完全消失。
并且，因?qū)⑿行驱X輪121配置為由固定內(nèi)齒輪120包圍，故可以通過固定內(nèi)齒輪120而可靠接受行星齒輪121的旋轉(zhuǎn)慣性力。通過此方面，可以確保穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，并且也可以獲得它們兩者間的緊密性扣合狀態(tài)，使動(dòng)力傳動(dòng)效率也得到提高。
并且，由于各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量分布通過考慮以曲柄軸102的旋轉(zhuǎn)中心為中心的動(dòng)態(tài)平衡而設(shè)定，因此從低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域到高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域?yàn)橹?，均能確保均勻且穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，尤其優(yōu)選將設(shè)在各結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的全部衡重設(shè)為作為旋轉(zhuǎn)慣性力而發(fā)揮作用。
以上，就本發(fā)明的實(shí)施例加以詳細(xì)敘述，但本發(fā)明并非限定于實(shí)施例，可以在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)實(shí)施各種變形。例如，實(shí)施例中，針對(duì)包括2個(gè)空氣壓縮空氣制造部的空氣壓縮機(jī)進(jìn)行說明，但也可以將空氣壓縮空氣制造部設(shè)為大于等于3個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種壓縮空氣制造裝置，其特征在于包括太陽(yáng)能電池，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能；多缸型的空氣壓縮機(jī)，包括多個(gè)具有汽缸及活塞，并制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部；驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，通過所述太陽(yáng)能電池的輸出而驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)；以及控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)所述太陽(yáng)光照度的變化控制所述空氣壓縮機(jī)，以改變制造出壓縮空氣的所述壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮空氣制造裝置，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)成為將用于無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的卸荷閥設(shè)置于所述壓縮空氣制造部上，并通過操作所述卸荷閥而改變制造出所述壓縮空氣的所述壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓縮空氣制造裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為直流馬達(dá)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的壓縮空氣制造裝置，其特征在于，其包括最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置，跟蹤所述太陽(yáng)能電池輸出的最大點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的壓縮空氣制造裝置，其特征在于，其包括最大輸出點(diǎn)跟蹤裝置，跟蹤所述太陽(yáng)能電池輸出的最大點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求3所述的壓縮空氣制造裝置，其特征在于，當(dāng)所述太陽(yáng)能電池的輸出超過所述直流馬達(dá)的額定輸出，則以額定輸出而驅(qū)動(dòng)所述的直流馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓縮空氣制造裝置，其受天氣變動(dòng)的影響較少，并可以高效制造壓縮空氣。本發(fā)明的壓縮空氣制造裝置包括空氣壓縮機(jī)(6)，通過包括汽缸以及活塞的壓縮空氣制造部而制造出壓縮空氣；該空氣壓縮機(jī)(6)的直流馬達(dá)(5)；太陽(yáng)能電池(2)，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能；以及控制機(jī)構(gòu)，通過太陽(yáng)能電池(2)的輸出對(duì)空氣壓縮機(jī)(6)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制?？諝鈮嚎s機(jī)(6)為包括多個(gè)壓縮空氣制造部的多缸型空氣壓縮機(jī)，而當(dāng)太陽(yáng)能電池(2)的輸出小于等于特定值時(shí)，控制機(jī)構(gòu)根據(jù)太陽(yáng)光照度的變化而進(jìn)行控制，以改變制造壓縮空氣的壓縮空氣制造部的個(gè)數(shù)，故可以減輕直流馬達(dá)(5)的負(fù)載，使驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定持續(xù)。
文檔編號(hào)F04B35/04GK1892030SQ200610090340
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
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