CN101408152A - 可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置 - Google Patents

可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，由人力驱动或由其它随机间歇动能，驱动弹簧作逐渐上紧的蓄能，而于弹簧蓄能上升达到设定值时，驱动释能操控装置，以使弹簧击发释能而驱动负载，由此减少随机动能的浪费。

Description

可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置
技术领域
本发明有关于一种可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置设计。
背景技术
传统以人力旋动、扳动、或摇动等驱动的装置，如手摇或脚踏发电机等，或以风力驱动的装置，如微型风力发电机或泵，或由随机动能发电的装置、或由振动发电装置，或以摆轮或动块驱动的装置，如SEIKO所生产的，由摆轮随机动能经加速齿轮直接驱动发电机对电能储存装置(ElectricStorage Device)充电，再以电能储存装置的电能驱动石英手表机蕊的机电动力系统，其缺失为摆轮随机动能呈间歇不连续、或速度太慢或摆轮动能较弱时，虽经加速但所驱动发电机转速仍过慢，发电的电压太低，甚至低于电能储存装置(Electric Storage Device)的电压，例如无法对已有电能但未饱和的可充放电的电能储存装置(Electric Storage Device)充电，此状态形成摆轮随机动能的浪费，此外在不等速驱动发电时，其于较慢速的部份所发电的电压低于电能储存装置(Electric Storage Device)的电压时，也无法充电储能，造成动能的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，由人力驱动或由其它随机间歇动能，驱动弹簧作逐渐上紧的蓄能，而于弹簧蓄能上升达到设定值时，驱动释能操控装置，以使弹簧击发释能驱动负载，以减少随机动能的浪费。
本发明的目的是这样实现的，一种可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，该装置为由人力驱动或由其它随机间歇动能，驱动弹簧作逐渐上紧的蓄能，而于弹簧蓄能上升达到设定值时，驱动释能操控装置，以使弹簧击发释能以驱动负载，所述可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置构成如下：
输入机构(101)：含有由转轴、转轮、或把手或其它可作回转驱动、或往复扳动、或摆动、或振动等供接受人力驱动、机力驱动、或电磁力、或电能马达所驱动、或随机动能所驱动、或自然力作单方向或双方向驱动而产生的单方向位移驱动的动能；
储能传动装置(102)：含有由各种加速、或减速、或等速、或变换运动形态的回转或线性传动装置，如各种传动轮组或轮系或连杆，以供传输输入机构(101)的机械动能驱动弹簧(103)；此项装置可依需要选择设置或不设置；
输出传动装置(102’)：含有由各种加速、或减速、或等速、或变换运动形态的回转或线性传动装置，如各种传动轮组或轮系或连杆，以供传输输入弹簧(103)的机械驱动动能，再驱动负载(105)；此项装置可依需要选择设置或不设置；
弹簧(103)：为供储存来自输入机构(101)的机械能的弹簧装置，弹簧装置包括呈涡卷状、螺旋状、或片状、或其它形状的可储存机械能的弹簧装置所构成；
释能操控离合装置(104)：为由固定、或可设定、或可调整限扭力导致滑动或脱离功能的机械离合装置所构成，或以具有静摩擦值大于动摩擦值的摩擦式离合装置所构成，或由电磁力或流力所操控的限扭力功能离合装置所构成；
释能操控离合装置(104)构成含有供作为储能与释能功能结构的动部及供与动部结构互动的静部结构，静部依需要而选择性设置于机壳，共同构成机壳静部(106)以利于固定；
负载装置(105)：含有各种以弹簧(103)驱动的回转式或线性驱动的负载，尤指供直接或经增速或减速的输出传动装置(102’)驱动泵浦以泵动流体，或驱动风扇，或驱动其它机械性负载；或直接或经增速或减速的输出传动装置(102’)驱动发电机，由发电机电能直接作发电输出驱动负载，或由发电电能对可充放电装置充电，再由可充放电装置的电能供手表或怀表以电能驱动的石英机芯或其它以电能驱动的机芯，或对携带式的通讯、或视讯、或信息、或影音播录装置、或相机、或摄录像机、或发光装置等负载提供电能；
单向传动装置(107)：为由供作单向驱动的棘齿棘轮结构，或其它单向传动装置所构成，供设置于弹簧(103)输入端与机壳静部(106)之间，上述弹簧(103)输入端，是指由输入机构(101)，经储能传动装置(102)至弹簧(103)输入端间的任何回转机件。
由上所述，本发明主要是将不连续动能、或转速较低的动能、或不稳定的随机动能，通过传动装置而逐渐上紧弹簧以储存动能，而于弹簧储能上升到设定值时，驱动释放操控装置以使弹簧击发释能，输出动能驱动负载，直到动能释放至与负载侧平衡的状态，周而复始，由此项发明可将离散动能累积于弹簧，再作较大功率的输出，或作较高转速驱动负载，由此减少随机动能的浪费。
附图说明
图1：为本发明组成结构示意图一。
图2：为本发明组成结构示意图二。
图3：为本发明组成结构示意图三。
图4：为本发明组成结构示意图四。
图5：为弹簧储能值与减速比运作关系示意图。
具体实施方式
传统以人力驱动或不连续的随机驱动、或转速较低、或不稳定的随机动能，通常无法有效驱动负载，例如人力驱动的发电机因较难作均速驱动，其输出电压随速度不稳定而呈脉动，或转速较低时，发电电压不足，脚踏发电机也有此缺失，此外，以不平衡的摆轮或动块随机驱动时，其转速常呈偏低或不稳定，以风力或波浪能驱动负载时其缺点也如此，若由上述动能驱动发电机，常因转速过低，或因不等速运动造成低速段发电电压太低，导致发电的电压太低而无法有效运用，造成能量的浪费，例如当用以充电时，若其发电的电压低于可充放电的电能储存装置(Energy StorageDevice；ESD)的电压，或用以驱动电能发光元件，而其电压未达发光元件动作电压，例如未达LED的动作电压时，或用以驱动机械位移装置，其电能产生的驱动力未能克服机构间的静摩擦时，将使所输入较弱的随机动能成为无效功率而损失能量。
本发明为可由将不连续、或转速较慢、或不稳定的随机动能，经传动装置驱动弹簧以储存动能，而在弹簧储能上升达到输出设定值时，驱动释能操控装置以使弹簧作击发释能的较大功率输出，或作较高转速驱动负载；如图1所示，为本发明组成结构示意图一，其主要构成如下：
——输入机构101：含由转轴、转轮、或把手或其它可作回转驱动、或往复扳动、或摆动、或振动等供接受人力驱动、机力驱动、或电磁力、或电能马达所驱动、或随机动能所驱动、或自然力作单向或双向驱动而产生的单向位移驱动能；
——储能传动装置102：含由各种加速、或减速、或等速、或变换运动形态的回转或线性传动装置，如各种传动轮组或轮系或连杆，以供传输输入机构101的机械动能驱动弹簧103；此项装置可依需要选择设置或不设置；
——输出传动装置102’：含由各种加速、或减速、或等速、或变换运动形态的回转或线性传动装置，如各种传动轮组或轮系或连杆，以供传输输入弹簧103的机械驱动动能，再驱动负载105；此项装置可依需要选择设置或不设置；
——弹簧103：为供储存来自输入机构101的机械能的弹簧装置，弹簧装置包括呈涡卷状、螺旋状、或片状、或其它形状的可储存机械能的弹簧装置所构成；
——释能操控离合装置104：为由固定、或可设定、或可调整限扭力导致滑动或脱离功能的机械离合装置所构成，或以具有静摩擦值大于动摩擦值的摩擦式离合装置所构成，或由电磁力或流力所操控的限扭力功能离合装置所构成；
释能操控离合装置104构成含有供作为储能与释能功能结构的动部及供与动部结构互动的静部结构，静部可依需要而选择性设置于机壳，共同构成机壳静部106以利于固定；
上述释能操控离合装置104的设置方式可依需要选择如下：
(1)释能操控离合装置104两互动端，其中一端联结于弹簧103的输出端及经输出传动装置102’联结于负载装置105输入端，另一端联结于机壳静部106，而于承受弹簧103的弹力增大至临界值时，释能操控离合装置104转为释放，而使弹簧103的蓄能输出经输出传动装置102’驱动负载装置105，而于弹簧103停止输出时，释能操控离合装置104恢复闭合；如图1所示；
(2)释能操控离合装置104两互动端，设置于负载装置105动部与机壳静部106之间，而于承受弹簧103的弹力增大至临界值时，释能操控离合装置104转为释放，而使负载装置105接受弹簧103的驱动，而于弹簧103停止输出时，释能操控离合装置104恢复闭合；如图2所示；
(3)释能操控离合装置104两互动端，其中一端供联结于负载装置105动部的联结结构，以及经输出传动装置102’联结于弹簧103，另一端设置于机壳静部106，而于承受弹簧103的弹力增大至临界值时，释能操控离合装置104转为释放，而使弹簧103的蓄能输出驱动负载装置105，而于弹簧103停止输出时，释能操控离合装置104恢复闭合；如图3所示；
(4)以具有静摩擦与动摩擦差值的负载装置105作为阻尼，弹簧103的输入端与储能传动装置102输出端联结，以接受输入机构101作储能驱动，弹簧103的输出端则供驱动负载装置105，而释能操控离合装置104可不使用，而负载装置105本身的静摩擦大于动摩擦值，具有类似释能操控离合装置104的功能，于弹簧103的累积扭力到达静摩擦的临界值时，负载装置105由停止的静摩擦状态转为驱动的动摩擦状态，弹簧103释放动能驱动负载，直到弹簧103的动能与负载动摩擦值平衡时，负载恢复为停止的静摩擦状态；如图4所示；
——负载装置105：含有各种以弹簧103驱动的回转式或线性驱动的负载，尤指供直接或经增速或减速的输出传动装置102’驱动泵浦以泵动流体，或驱动风扇，或驱动其它机械性负载；或直接或经增速或减速的输出传动装置102’驱动发电机，由发电机电能直接作发电输出驱动负载，或由发电电能对可充放电装置充电，再由可充放电装置的电能供手表或怀表以电能驱动的石英机芯或其它以电能驱动的机芯，或对携带式的通讯、或视讯、或信息、或影音播录装置、或相机、或摄录像机、或发光装置等负载提供电能；
——单向传动装置107：为由供作单向驱动的棘齿棘轮结构，或其它单向传动装置所构成，供设置于弹簧103输入端与机壳静部106之间，上述弹簧103输入端，为指由输入机构101，经储能传动装置102至弹簧103输入端间的任何回转机件。
此项可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，若储能传动装置102本身为具不可逆传动的功能时，或已加设具不可逆功能的传动装置(如不可逆传动的蜗杆蜗轮组)时，则上述弹簧103输入端与机壳静部106间的单向传动装置107，可省略不设置。
为提升蓄能效率，前述储能传动装置102，也可由随扭力而改变速比特性的传动装置所构成，此项随扭力变速比的传动装置，可在弹簧103蓄能较低时，由输入机构101经随扭力变速比的储能传动装置102，对弹簧103作转矩较小而较快的上紧驱动，而随弹簧103蓄能增加而逐渐改变速比，而成为可将输入机构101经随扭力变速比的储能传动装置102，对弹簧103作转矩增大而较慢的上紧驱动。
如图5所示，为弹簧储能值与减速比运作关系示意图，图中a为弹簧103储能值，b为由输入机构101输入转速对弹簧103输入端驱动转速的减速比；此项随扭力变速比的传动装置可为无段、或有段变速功能，其操作方式包括手动、或自动变速比等各种已知变速装置所构成。
此项可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，为由人力驱动或由其它间歇动能，驱动弹簧作逐渐上紧的蓄能，而于弹簧蓄能上升达到输出设定值时，驱动释能操控装置，以使弹簧作击发释能以驱动负载，可有效累积不连续动能、或转速较低的动能、或不稳定的随机动能，再于到达输出设定值时，驱动释能操控装置，以使弹簧击发释能作大功率较高转速的输出。
此外，此项可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，在应用时，可选择设置减速形态的输入的储能传动装置102，以利于输入时使微小动能可以驱动弹簧103作上紧储能；或选择设置加速型输出传动装置102’，以在输出时使发电机或泵浦或风扇或其它机械负载的转速加快；或选择设置减速型输出传动装置102’，以在输出时作较大扭力的慢速输出以驱动负载。

Claims (12)

1.一种可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，该装置为由人力驱动或由其它随机间歇动能，驱动弹簧作逐渐上紧的蓄能，而于弹簧蓄能上升达到设定值时，驱动释能操控装置，以使弹簧击发释能以驱动负载，其特征在于，所述可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置构成如下：
输入机构(101)：含有由转轴、转轮、或把手或其它可作回转驱动、或往复扳动、或摆动、或振动等供接受人力驱动、机力驱动、或电磁力、或电能马达所驱动、或随机动能所驱动、或自然力作单方向或双方向驱动而产生的单方向位移驱动的动能；
储能传动装置(102)：含有由各种加速、或减速、或等速、或变换运动形态的回转或线性传动装置，如各种传动轮组或轮系或连杆，以供传输输入机构(101)的机械动能驱动弹簧(103)；此项装置可依需要选择设置或不设置；
输出传动装置(102’)：含有由各种加速、或减速、或等速、或变换运动形态的回转或线性传动装置，如各种传动轮组或轮系或连杆，以供传输输入弹簧(103)的机械驱动动能，再驱动负载(105)；此项装置可依需要选择设置或不设置；
弹簧(103)：为供储存来自输入机构(101)的机械能的弹簧装置，弹簧装置包括呈涡卷状、螺旋状、或片状、或其它形状的可储存机械能的弹簧装置所构成；
释能操控离合装置(104)：为由固定、或可设定、或可调整限扭力导致滑动或脱离功能的机械离合装置所构成，或以具有静摩擦值大于动摩擦值的摩擦式离合装置所构成，或由电磁力或流力所操控的限扭力功能离合装置所构成；
释能操控离合装置(104)构成含有供作为储能与释能功能结构的动部及供与动部结构互动的静部结构，静部依需要而选择性设置于机壳，共同构成机壳静部(106)以利于固定；
负载装置(105)：含有各种以弹簧(103)驱动的回转式或线性驱动的负载，尤指供直接或经增速或减速的输出传动装置(102’)驱动泵浦以泵动流体，或驱动风扇，或驱动其它机械性负载；或直接或经增速或减速的输出传动装置(102’)驱动发电机，由发电机电能直接作发电输出驱动负载，或由发电电能对可充放电装置充电，再由可充放电装置的电能供手表或怀表以电能驱动的石英机芯或其它以电能驱动的机芯，或对携带式的通讯、或视讯、或信息、或影音播录装置、或相机、或摄录像机、或发光装置等负载提供电能；
单向传动装置(107)：为由供作单向驱动的棘齿棘轮结构，或其它单向传动装置所构成，供设置于弹簧(103)输入端与机壳静部(106)之间，上述弹簧(103)输入端，是指由输入机构(101)，经储能传动装置(102)至弹簧(103)输入端间的任何回转机件。
2.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：释能操控离合装置(104)的设置方式为：释能操控离合装置(104)两互动端，其中一端联结于弹簧(103)的输出端及经输出传动装置(102’)联结于负载装置(105)输入端，另一端联结于机壳静部(106)，而于承受弹簧(103)的弹力增大至临界值时，释能操控离合装置(104)转为释放，而使弹簧(103)的蓄能输出经输出传动装置(102’)驱动负载装置(105)，而于弹簧(103)停止输出时，释能操控离合装置(104)恢复闭合。
3.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：释能操控离合装置(104)的设置方式为：释能操控离合装置(104)两互动端，为设置于负载装置(105)动部与机壳静部(106)之间，而于承受弹簧(103)的弹力增大至临界值时，释能操控离合装置(104)转为释放，而使负载装置(105)接受弹簧(103)的驱动，而于弹簧(103)停止输出时，释能操控离合装置(104)恢复闭合。
4.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：释能操控离合装置(104)的设置方式为：释能操控离合装置(104)两互动端，其中一端供联结于负载装置(105)动部的联结结构，以及经输出传动装置(102’)联结于弹簧(103)，另一端设置于机壳静部(106)，而于承受弹簧(103)的弹力增大至临界值时，释能操控离合装置(104)转为释放，而使弹簧(103)的蓄能输出驱动负载装置(105)，而于弹簧(103)停止输出时，释能操控离合装置(104)恢复闭合。
5.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：释能操控离合装置(104)的设置方式为：以具有静摩擦与动摩擦差值的负载装置(105)作为阻尼，弹簧(103)的输入端与储能传动装置(102)输出端联结，以接受输入机构(101)作储能驱动，弹簧(103)的输出端则供驱动负载装置(105)，而释能操控离合装置(104)可选择使用或不使用，于不使用时，由于负载装置(105)本身的静摩擦大于动摩擦值，具有释能操控离合装置(104)的阻尼变化功能，于弹簧(103)的累积扭力到达静摩擦的临界值时，负载装置(105)由停止的静摩擦状态转为驱动的动摩擦状态，弹簧(103)释放动能驱动负载，直到弹簧(103)的动能与负载动摩擦值平衡时，负载恢复为停止的静摩擦状态。
6.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：若储能传动装置(102)本身为具不可逆传动的功能时，或已加设具不可逆功能的传动装置(如不可逆传动的蜗杆蜗轮组)时，则上述弹簧(103)输入端与机壳静部(106)间的单向传动装置(107)，可省略不设置。
7.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：其储能传动装置(102)也可由随扭力而改变速比特性的传动装置所构成，此项随扭力变速比的传动装置，在弹簧(103)蓄能较低时，由输入机构(101)经随扭力变速比的储能传动装置(102)，对弹簧(103)作转矩较小而较快的上紧驱动，而随弹簧(103)蓄能增加而逐渐改变速比，而成为可将输入机构(101)经随扭力变速比的储能传动装置(102)，对弹簧(103)作转矩增大而较慢的上紧驱动。
8.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：特别是由选择设置减速形态的输入的储能传动装置(102)，以利于输入时使微小动能可以驱动弹簧(103)作上紧储能。
9.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：特别是由选择设置加速型输出传动装置(102’)，以在输出时使发电机或泵浦或风扇或其它负载转速加快。
10.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：特别是由选择设置减速型输出传动装置(102’)，以在输出时作较大扭力的慢速输出以驱动负载。
11.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：特别是具有由选择设置减速形态的输入的储能传动装置(102)，以利于输入时使微小动能驱动弹簧(103)作上紧储能，以及由选择设置加速型输出传动装置(102’)，以在输出时使发电机或泵浦或风扇或其它负载转速加快。
12.如权利要求1所述的可间歇蓄能及击发释能的弹簧装置，其特征在于：特别是具有由选择设置减速形态的输入的储能传动装置(102)，以利于输入时使微小动能驱动弹簧(103)作上紧储能，以及由选择设置减速型输出传动装置(102’)，以在输出时作较大扭力的慢速输出以驱动负载。
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