[发明专利]一种发条发动机的换能系统

说明书

本发明属于发动机技术领域，公开了一种发条发动机的换能系统，包括机械臂单元，设于换件工位，用于将待充能的发条盒从载具上取下，并将充能后的发条盒安装到载具内；传输单元，用于将待充能的发条盒运送至充能工位，以及将充能后的发条盒运送至换件工位；充能单元，设于充能工位，用于对待充能的发条盒进行充能。本发明所提供的换能系统，通过机械臂单元实现载具上发条发动机的发条盒的更换，取下的发条盒通过充能单元充能后可以为下一载具使用，发条盒的充能时间和发条盒的更换时间互相不影响，对于载具的使用者来说，只需在很短的更换时间内即可完成充能后发条盒的更换，而不需要亲自等待发条盒充能。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种发条发动机的换能系统。

背景技术

自然界中存在着各式各样的能量，大至我们身边流动的空气和水，小至生物体内分子的运动，但是这些能量往往需要转换成相应的势能才能实现存储。如果把风能或者流水转换成电能，进而利用蓄电池转化为化学能进行存储，在需要的时候，则把化学能转化为电能并进一步转换为机械能。显然这种多步能量存储与释放的效率是作常低的。在很多情况下，人们也可以把这些能量是对外界所做的功(机械能)转化为弹性能进而存储起来。例如各种弹簧装置、玩具以及钟表的发条等。这种机械能与弹性能之间的转换是通过弹簧材料内部原子间距的变化来实现的。也就是说，当外力作用到弹簧的时候，弹簧材料的原子间距被拉长或缩短，从而将外力所做的功转换成了弹簧的弹性能；而当弹簧被释放的时候，弹簧材料内部的原子间距则会恢复到原始距离，从而将弹性能释放为对外界所做的功。尽管机械能与弹性能之间的转换可以几乎没有损耗，但是弹性变形的材料所能存储的能是密度相对很低。

随着西安交通大学丁向东等关于纳米弹簧的研究，设计出了以表面能为媒介，高效存储和释放机械能的新装置——纳米弹簧。与块体弹簧不同，纳米弹簧是通过表面原子的重构来实现能量的存储与释放的。该装置在加载和卸载过程中的表现就像手风琴一样：在加载过程中，车孪晶界向表面能高的孪晶取向移动，从而把外力所做的功转换为纳米装置的表面能而存储起来；在卸载的时候，在存储的表面能的驱动下，孪晶界移向表面较低的孪晶取向，从面将存储表面能转换为机械能。这种纳米弹簧具有显著优于块体弹簧的性能，

以截面宽度为2.3nm的纳米弹簧为例，其存储的能量密度超过1000J/cm³。(是钟表发条的1600倍以上)，而且其能量转换效率高达98％，随着弹簧的横截面宽度的增大，装置的能量转换效率虽然有所减小，但是在纳米线的横截面宽度不大于5nm的条件下，其能量转换效率仍然可以保持在95％以上。

因此我们可以展望在不久的将来，纳米弹簧将在能量转换领域发挥巨大的作用，特别是在发动机技术领域，有望取代传统的发动机(如：内燃机、外燃机和电动机等)以及蓄电池，而应用了纳米弹簧的发条发动机，将会应用到汽车等载具上，而针对这样的载具，为了减少发条发动机的充能时间，需要设计专用的换能系统。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种发条发动机的换能系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种发条发动机的换能系统，包括

发条发动机，安装在载具上，发条发动机包括内设有发条的发条盒；

机械臂单元，设于换件工位，用于将待充能的发条盒从载具上取下，并将充能后的发条盒安装到载具内；

传输单元，用于将待充能的发条盒运送至充能工位，以及将充能后的发条盒运送至换件工位；

充能单元，设于充能工位，用于对待充能的发条盒进行充能。

优选地，所述换能系统包括换能室，机械臂单元和换件工位设于换能室内，机械臂单元设于换件工位一侧。

优选地，所述换能系统包括控制器，控制器分别电性连接机械臂单元、传输单元和充能单元。