本發明涉及發動機，尤其涉及一種轉子式氣體能發動機及其工作方法。
背景技術：
1、發動機是一種能夠把其它形式的能轉化為機械能的動力輸出裝置，其主要應用于車輛、飛機、船舶等領域。現有技術中常用的發動機類型包括三角形轉子式內燃發動機以及活塞往復式內燃發動機，其中，三角形轉子式內燃機中，轉子、偏心轉子軸須配置內齒輪傳遞動能，能量轉換有損失，且三角形轉子內燃機低速扭矩較小，難以為大型船舶等高扭矩需求設備提供動力，導致應用范圍受限。
2、關于采用氣體能作為驅動力的發動機，以目前用四沖程活塞式發動機作為空氣能發動機為例，其工作過程分為4個步驟：吸氣、壓縮、做功和排氣，利用壓縮氣體的膨脹壓力推動活塞，將活塞的往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動而輸出動力。然而，該種發動機存在以下問題：（1）發動機結構復雜，包括活塞、曲軸、連桿等往復運動部件，其自身重量大，因此造成能量消耗多；（2）發動機中的曲軸與連桿進行動力輸出時，其部件活塞接近上下止點時的有效力臂很小，因此能量轉化率較低；（3）壓縮過程需要大量的動力來壓縮氣體，其引起的振動噪音較大。
3、有鑒于此，有必要設計一種轉子式氣體能發動機及其工作方法，以解決上述問題。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種能在實現壓縮氣體能量最大化利用的同時有效提高做功效率，滿足低轉速高扭矩以及其他不同轉速和扭矩的需求，實現發動機的平穩運行并有效降低運行噪音的轉子式氣體能發動機及其工作方法。
2、為實現上述發明目的，本發明提供了一種轉子式氣體能發動機，包括：
3、轉子殼，其內部形成有圓柱體形轉子室；
4、轉子，設置在所述轉子室內，包括與所述轉子室同軸設置的轉子軸以及設置在所述轉子軸上的至少一個轉子翼，所述轉子將轉子室分隔成為與轉子翼數量相等的轉子腔；
5、氣流進出通道，包括設置在所述轉子殼兩相對端側面上的數量相等的至少一個進氣道和至少一個排氣道，且所述進氣道和排氣道處分別設置有進氣閥和排氣閥；
6、壓縮氣源機構，與所述進氣道相連，用于向所述轉子室內提供壓縮氣體；
7、電控系統，用于控制所述進氣閥、排氣閥的啟停以及壓縮氣源機構提供的氣體流量大小，以配合轉子轉動，使得經進氣、做功、排氣三個過程完成一個工作循環。
8、作為本發明的進一步改進，根據進氣道和轉子腔數量進行分類，轉子式氣體能發動機包括單進氣道單腔型轉子式氣體能發動機、單進氣道多腔型轉子式氣體能發動機以及多進氣道多腔型轉子式氣體能發動機，其中，所述單進氣道單腔型轉子式氣體能發動機和單進氣道多腔型轉子式氣體能發動機中均設置有一個進氣道和一個排氣道，所述多進氣道多腔型轉子式氣體能發動機中設置有多個數量相等的進氣道和排氣道，且進氣道和排氣道的數量均與轉子翼數量相等。
9、作為本發明的進一步改進，設定相鄰轉子翼法線對應的圓心角的取值為ω，其中ω為360°對應轉子翼數量的平分值；
10、其中，所述單進氣道單腔型轉子式氣體能發動機的轉子腔對應的圓心角為ω/8至ω/4，轉子翼對應的圓心角為（ω－ω/8)至(ω－ω/4)；所述單進氣道多腔型轉子式氣體能發動機的轉子腔對應的圓心角為ω/4至ω/2，轉子翼對應的圓心角為（ω－ω/4)至(ω－ω/2)；
11、所述多進氣道多腔型轉子式氣體能發動機的轉子腔對應的圓心角為ω/4至ω/2，轉子翼對應的圓心角為（ω－ω/4)至(ω－ω/2)。
12、作為本發明的進一步改進，優選的，所述單進氣道單腔型轉子式氣體能發動機的轉子腔對應的圓心角為ω/8，轉子翼對應的圓心角為（ω－ω/8）；所述單進氣道多腔型轉子式氣體能發動機的轉子腔對應的圓心角為ω/4，轉子翼對應的圓心角為（ω－ω/4)；所述多進氣道多腔型轉子式氣體能發動機轉子腔對應的圓心角為ω/4，轉子翼對應的圓心角為（ω－ω/4)。
13、作為本發明的進一步改進，所述單進氣道單腔型轉子式氣體能發動機和單進氣道多腔型轉子式氣體能發動機僅設置有一組氣流進出通道，所述多進氣道多腔型轉子式氣體發動機中設置有與多個轉子腔的數量分別對應的多組氣流進出通道，沿與轉子轉動相反的方向，設定一組氣流進出通道的進氣道和排氣道之間對應的圓心角為θ；
14、其中，所述單進氣道單腔型轉子式氣體能發動機的θ為ω/8至ω/4；所述單進氣道多腔型轉子式氣體能發動機的θ為ω/4至ω/2；所述多進氣道多腔型轉子式氣體能發動機的θ為ω/8至ω/4。
15、作為本發明的進一步改進，轉子進氣和排氣過程中轉動的圓心角均與θ大小相等，轉子做功過程轉動的圓心角q=360°/α－θ－θ，其中，α為氣流進出通道的組數。
16、作為本發明的進一步改進，根據轉子數量分類，轉子式氣體能發動機包括單轉子型轉子式氣體能發動機和多轉子型轉子式氣體能發動機，其中多轉子型轉子式氣體能發動機中的多個轉子軸相平行且相鄰轉子的首尾反向設置，并且兩個相鄰轉子端面的相對位置為鏡像對稱，同時多個轉子軸通過聯動機構依次連接、相鄰的兩個轉子同步反向轉動，以實現扭矩疊加。
17、作為本發明的進一步改進，所述多轉子型轉子式氣體能發動機中的轉子為偶數個；所述聯動機構為人字齒輪。
18、作為本發明的進一步改進，所述壓縮氣源機構中的壓縮氣體包括空氣、氮氣或二氧化碳中任一種。
19、作為本發明的進一步改進，所述轉子軸一端伸至轉子殼外連接有驅動附件用的驅動輪，另一端伸至轉子殼外連接有用于儲存動能的飛輪。
20、作為本發明的進一步改進，所述飛輪上設置有平衡重、與起動機嚙合連接的齒環以及用于監測轉子轉動位置的位置傳感器。
21、作為本發明的進一步改進，所述轉子軸軸心設置有機油道。
22、作為本發明的進一步改進，所述轉子翼內部靠近轉子軸設置有機油腔。
23、本發明還提供了一種轉子式氣體能發動機的工作方法，包括以下步驟：
24、s1、電控系統控制進氣閥開啟，同時控制壓縮氣源機構提供的氣體流量大小，使壓縮氣體進入轉子腔中推動轉子翼轉動，當預定量的壓縮氣體輸送至轉子腔后，電控系統控制進氣閥關閉，進氣完成；
25、s2、在壓縮氣體的膨脹壓力作用下，轉子持續轉動至到達轉子轉動前方排氣道位置，做功完成；
26、s3、電控系統控制排氣閥開啟，轉子腔做功后的廢氣經排氣道排出，排氣完成；
27、s4、電控系統控制排氣閥關閉，循環s1-s3步驟實現發動機的持續運轉。
28、本發明的有益效果是：
29、1.本發明通過壓縮氣源機構向轉子室內提供壓縮氣體，將壓縮過程外置，使發動機的工作步驟僅為進氣、做功、排氣三個過程，可有效增加做功時間，進而提高發動機的做功效率，又可以消除因壓縮過程所產生的振動；同時壓縮過程外置的設置，配合利用轉子翼將轉子室分為一個或多個容積相等的轉子腔的設置，能使得轉子在轉動的過程中轉子腔的容積恒定，實現理想的等容做功，避免出現現有技術的空氣能發動機非等容做功因存在上下止點的限制而影響做功效率的情況，即本發明的轉子式氣體能發動機能通過對轉子翼和轉子腔尺寸的合理設置，增大轉子在做功過程轉動的圓心角，從而增加轉子做功的時間，在實現壓縮氣體能量的最大化利用的同時有效提高做功效率。
30、2.本發明的轉子式氣體能發動機，結構簡單、體積小、重量輕、重心低、運行平穩、振動小、噪聲低，高中低速可選，可滿足不同的工作場所，且當轉子殼上設置多個進氣道、排氣道，同時對應的轉子軸上設置多個轉子翼將轉子室劃分為多個轉子腔時，轉子軸的瞬時輸出扭矩為若干個轉子腔所產生的疊加扭矩，與現有技術的空氣能發動機需克服壓縮沖程相應的阻力、運行振動大，且輸出的瞬時扭矩為若干個汽缸先后產生的單個扭矩相比，本發明的轉子式氣體能發動機的轉子腔數量越多，轉子軸的瞬時輸出扭矩越大，即所述轉子式氣體能發動機可根據使用場景的不同，配置相應數量的進氣道、排氣道和轉子翼，滿足不同轉速和扭矩的需求，具備廣泛的適用性。
31、3.本發明的轉子軸可作為輸出軸直接向外輸出動力，沒有中間傳動機構，傳動效率高，減少了能量損失，又可降低故障率；轉子以轉子軸中心為圓心作圓周轉動，平順性好，轉動振動小；且可并排設置偶數個轉子并將相鄰轉子首尾的擺放反向設置通過聯動機構相連，并且相鄰的兩個轉子端面的相對位置為鏡像對稱，使相鄰兩個轉子做同步反向轉動，在不改變原有單個轉子轉速、不增加發動機高度的基礎上使多個轉子的扭矩疊加，大幅提高發動機的扭矩，同時消除單個轉子轉動所產生的傾覆力矩、減小運行振動、增加平順性，同時還能滿足大扭矩的使用需求。
32、4.本發明利用電控系統靈活調整進氣量，可以隨著載荷變化，相應調整輸出功率、輸出扭矩，響應速度快，能適應頻繁變化的工況，即所述轉子式氣體能發動機適應能力強、用途廣，可作為無人潛航器、應急調峰電站、抽水蓄能電站、船舶工程機械等的動力。