CN101997398A - 动力产生系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力产生系统及装置。一种动力产生系统，利用一对飞轮的旋转惯性力配合摩擦式驱动装置交叉相互支持驱动。第一飞轮之输出全部经由第一传动装置及与此连动之驱动装置以驱动第二飞轮旋转并放大第二飞轮之转矩以作功，第二飞轮并将部分输出力经由第二传动装置及与此连动之第一驱动装置回馈至第一飞轮。第一飞轮的初始起动是由马达或引擎等动力源驱动，待第一飞轮旋转并驱动第二飞轮转动达到一定转速时，动力源离开系统，二飞轮藉旋转惯性力及各对应之驱动装置之助转而能维持继续旋转并产生动力来做功。当第二飞轮之速度及产生之动力下降至所定值以下时，藉由马达之再启动，以促使飞轮回复至所需之运转后，再停止马达旋转并退离系统。

Description

动力产生系统及装置

技术领域

本发明乃关于新颖之动力产生系统，尤指一种利用一对飞轮的惯性力矩配合致动装置相互交叉支持，以维持飞轮加速持续旋转，并由末端飞轮产生动力输出以作功之动力产生系统及机械。

背景技术

迄今为止，众所周知之传统动力产生机械，不外乎为利用电能来驱动的电动机或马达，利用燃料的燃烧能之内燃机及外燃机，利用气压之气动马达，利用液压之液压马达，利用水力之水车，利用风力之风车等等。上述种种动力产生机械或装置，除了利用自然界之水力及风力做为能源来驱动机械装置作动者之外，其它各种装置在运转期间必需不断消耗所需相当多的能源，如电源、石油、煤碳及其它燃料。利用水力、风力者，虽不必浪费上述能源，却受到地形、位置、天候之限制，且所占用空间甚大，设备费用甚昂贵，因此，用途也受到相当限制。

近来，有利用太阳能，或潮汐或海浪的能量来发电之装置，然而此种装置同样受到地形、天候之限制，所占空间甚大，设备费用昂贵。

此外，上述动力机械中使用石油、煤碳等燃料者，还会造成空气污染、地球暖化等公害问题。

发明内容

是以，提供一种低能源消费且设备费用低廉，更能不受地形、天候、空间限制，复易于控制并能广泛应用的动力产生机械实为此业界所盼望。

本发明之主要目的，在提供一种新颖的动力产生系统，乃为针对消除上述问题而开发，其系利用大小二飞轮所产生旋转惯性力量的力差配合传动及驱动手段交叉相互驱动支持，如此，相辅相乘，以维持飞轮持续加速运转而输出动力以作功者。

本发明之次一目的，在提供一种动力产生机械，只需耗费相当少的外部起动动力以驱动大小二飞轮旋转，待各飞轮旋转达到所需转速以上之后，即可藉经传动装置放大力矩之大飞轮所生之惯性动力经由输出轴之输出来做功之同时，将部分输出回馈给小飞轮之驱动装置，以产生补助驱动力，如此交叉相互支持而得以自力式维持持续之运转。只有当输出之动力及转速因消耗而降低至低于所定值时，方再施加外部起动动力，以回复正常之运转后，停止外部驱动。

本发明之另一目的，在提供一种动力产生机械，其中包含由小至大至少二个飞轮，而前端之至少一个飞轮之输出系藉由至少一组传动装置放大后，输入末端飞轮做为动力，此末端飞轮并将部份输出回馈前端飞轮，以维持整个系统之运转。

本发明之再一目的，在提供一种动力产生机械，飞轮设有离心加重体，以便于飞轮转速达到所定转速以上时，能藉离心力向外移，而增大输出转矩。

本发明之又一目的，在提供一种动力产生机械，其促使飞轮持续运转及加速之驱动轮系采摩擦轮传动方式，且此驱动轮与飞轮之接触点系在连接飞轮与驱动轮之中心轴线对水平中心线向旋转方向偏移一角度之位置。

本发明之又一目的，在提供一种动力产生机械，其构造及装置简单，适于大量生产，复可大量节省能源，且殆无公害问题，并可适用于广泛用途者。

根据上述目的所提供之动力产生系统及机械，基本上系利用大小飞轮之直径及质量差，以及经由传动装置增大之动力差，来行交叉互相驱动而维持二飞轮之持续旋转及保持惯性能量，并经大飞轮之输出轴输出动力，而部分回馈至小飞轮之动力甚小，消耗有限，故可维持系统在所期相当长之时间内运转，此种系统显然是一种前所未有之突破性发明，可能带来革命性之省能代替性动力。

附图说明

图1表示本发明动力产生系统之方块图；

图2表示依本发明动力产生系统构成之装置之一实施例示意图；

图3表示图2之装置之侧视示意图；

图4(A)及图4(B)表示依本发明之飞轮之一变形例之正视图及侧视图；

图5表示设有离心加重体之飞轮之一实施例示意图；

图6表示飞轮之轮圈所用摩擦片之剖视图；

图7表示本发明动力产生系统之另一实施例之方块图。

主要组件符号说明

M       马达

10      第一驱动轮

20      第一飞轮

30      第一传动装置

40      第二驱动轮

50      第二飞轮

60      负载部

70      第二传动装置

80      第三飞轮

90      第三传动装置

100     第三驱动轮

21，51  摩擦片

22，52  凹沟

22，52  轮辐部

23，53      导槽

24，54      弹簧

25，55      环形凹槽

26，56      螺纹孔

27，57      凹槽

28，58      突部

29，59      贯通孔

31，32，36，37，71，72，76，77    皮带轮

33，38，73，78                  传动皮带

34，35，74，75                    齿轮

C1，C2                            离合器

S，S1～S8                         轴

a    箭头方向               d，d’距离

θ  角度                      g  间隙

W    加重体

具体实施方式

本发明之其它目的、功效及特点，可由以下实施例之详细构造说明配合附图而可获进一步之了解：

图1表示本发明动力产生系统之方块图；

图2表示依本发明动力产生系统构成之装置之一实施例示意图；

图3表示图2之装置之侧视示意图；

图4(A)及图4(B)表示依本发明之飞轮之一变形例之正视图及侧视图；

图5表示设有离心加重体之飞轮之一实施例示意图；

图6表示飞轮之轮圈所用摩擦片之剖视图；

图7表示本发明动力产生系统之另一实施例之方块图。

基本原理说明：

按图1表示本发明动力产生系统之流程方块图。此系统主要系由：一起动马达M，第一驱动装置10，第一飞轮20，第一传动装置30，第二驱动装置40，第二飞轮50，负载部60，及第二传动装置70所构成。在此，驱动装置10，20有时也称为“致动装置”。

在此系统中，马达M系藉由适当的离合手段C1可分离地与用来驱动第一飞轮20的第一驱动装置10机械连结，因此马达M所产生之输出力矩T经由离合路C1及第一驱动装置10以驱动第一飞轮20旋转。飞轮20旋转后，其输出力矩T1经由第一传动装置30传达至用来驱动第二飞轮50的第二驱动装置40，以驱动第二飞轮50旋转。由于第二飞轮50之直径较第一飞轮20大，所产生惯性力矩也较第一飞轮20大。此第二飞轮50的主要输出力矩T2系输至负载部60来做功。负载部60可为例如工作母机之传动装置、帮浦、发电机或其它各种机械装置，第二飞轮50也分出小部份力矩T3经由第二传动装置70回馈至第一驱动装置10，以促使第一飞轮20维持持续旋转。在此系统中，马达M与第一驱动装置10之间及第一驱动装置10与第二传动装置70之间分别设有离合器C1、C2，以便在起动时使用，容后说明。

动力产生系统起动时，是先开启马达M以将输出力T经由离合器C1驱动第一驱动装置10旋转，于是第一驱动装置10带动第一飞轮20旋转。第一飞轮20旋转即将其输出力T1传经第一传动装置30以驱动第二驱动装置40旋转，于是第二驱动装置40带动第二飞轮50旋转。当第二飞轮50旋转时，将大部份输出力T2输出至负载部60以做功；另一方面，第二飞轮50也分出一部份输出力T3传经第二传动装置70回馈至第一驱动装置10，以便继续驱动第一飞轮20旋转。当二飞轮20、50皆正常旋转且达所需转速及惯性力矩之后，藉离合手段C1使马达M离开系统(即，脱离第一驱动装置10)并关闭电源使马达M暂时停止。此时飞轮20、50藉其本身之惯性力持续旋转，因为做功消耗能量而有渐渐减速之趋势，然而大飞轮(第二飞轮)50所输出之大惯性力矩因部份释放给第一驱动装置10以产生驱动力来维持小飞轮(第一飞轮)20持续旋转以保持其惯性力，飞轮20乃得以持续旋转，并将输出力及转速经第一传动装置30放大之后输入第二驱动装置40来促使大飞轮50在所需转速下继续运转，并藉其大径所蓄之大于飞轮20数倍(视二飞轮20之直径及重量与转速比之大小而定)之大惯性动力来驱动负载部60以便做功。在上述系统中，有一原则，即在同转速之下，第二飞轮50所产生的惯性力矩至少应为第一飞轮20之一倍以上。换言之，第二飞轮50之直径及质量至少为第一飞轮20之二倍以上。

图2及图3表示本发明之动力产生装置之一具体实施例之示意图，此装置具有一马达M，其轴S藉由离合器C1连结做为飞轮驱动装置之第一驱动轮10，此驱动轮10系与第一飞轮20接触而藉摩擦力以驱动飞轮20旋转。第一飞轮20之轴S1之一端设有将其转矩传至第二驱动轮40之一组第一传动装置30。在本实施例中，第一传动装置30系采用皮带轮及齿轮之复合传动系，包括：由旋转轴S1带动之主动皮带轮31，固定在轴S2上之从动皮带轮32，绕挂于皮带轮31与32之间之传动皮带33，固定在同轴S2上之齿轮34，固定在轴S3上且与齿轮34相啮合传动之齿轮35，固定在轴S3上之主动皮带轮36，固定在上述第二驱动轮40之轴S4之从动皮带轮37及绕挂于该二皮带轮36与37之间之传动皮带38所构成。第二驱动轮40系与第二飞轮50接触，而藉摩擦力以驱动第二飞轮50旋转。

第二飞轮50之旋转轴S5之一端系连接至负载部60以便做功。负载部60可为例如，工作母机之传动装置、帮浦、发电机或其它各种机械之驱动装置，视用途而定。又，负载部60可直结于S5，亦可经由适当之传动装置(未图标)连结于S5。

另一方面，第二飞轮50之旋转轴S5之另一端设有另一组第二传动装置70，以便将第二飞轮50之输出力之一部份经此传动装置70回馈至前述第一驱动轮10。第二传动装置70在本实施例中系采用皮带轮及齿轮复合传动系，由固定在旋转轴S5之主动皮带轮71，固定在轴S6上之从动皮带轮72，绕挂于皮带轮71与72间之传动皮带73，固定在轴S6上之齿轮74，固定在轴S7上而与齿轮74啮合传动之齿轮75，固定在轴S7上之皮带轮76，固定在上述第一驱动轮10之轴S8，即与马达M之输出轴S相连接之轴上之从动皮带轮77及绕挂于皮带轮76与77之间之传动皮带78所构成。马达M与第一驱动轮10之间及第一驱动轮10与皮带轮77之间之各轴S，S8上各设有一离合器C1及C2，在必要时机可脱离及接合。

又，第一驱动轮10及第二驱动轮40系分别对各对应之第一飞轮20及第二飞轮50可沿如图2所示箭头方向a在不接触与压接于各对应飞轮20、50之位置间(d)移动，藉此以分别调控飞轮20、50之速度及出力。关于使第一驱动轮10(连带轴S8及皮带轮77)及第二驱动轮40(连带轴S4及皮带轮37)对各对应之飞轮20及50径向移动之手段(未图示)因现行技术可应用之装置或手段甚多，为本发明图面之简单化及清楚起见，在此不另图示及说明。由于第一驱动轮10对于第一飞轮20及第二驱动轮40对于第二飞轮50之移动距离d，d’仅仅数毫米(mm)而已，为因应此距离d，d’之变动所伴随之传动皮带38、78之松弛，在传动皮带38、78之中途各设有一皮带张力滚轮39、79，以便调节皮带张力。

在本实施例中、第一及第二传动装置30及70主要系采用皮带及皮带轮传动装置配合齿轮传动装置之复合传动装置，但不限定于此安排，熟习于此技术者显然可了解，传动装置亦可利用全齿轮式或链条链轮式或变速箱传动杆方式或其组合式之适合传动装置。但无论选择使用何种传动装置，必须使驱动轮10、40之旋转速高于各对应之飞轮20、50之旋转速，如此才能维持飞轮20、40之持续旋转。在此例中，传动装置30及70系配置在二飞轮20与50之间，但不限于此安排，显然可知，将二传动装置30、70中之任一或两者安排于对应之飞轮之外侧亦无不可。此外，传动装置30、70之安排不限于图3所示之安排，该图只是为说明其传动情形之用，事实上可做种种之适合安排，只要能将飞轮之运转依所定目的传达至各驱动轮为原则。又，驱动轮10与飞轮20及驱动轮40与飞轮50之接触位置最好系如图3所示，驱动轮10、40之轴心与对应之飞轮20、50之轴心之联机在通过飞轮20、50之轴心之水平线下顺着飞轮20、50之旋转方向倾斜一角度θ间之任何位置。该角度θ为在0°～45°之间，但是以10°～30°为佳。

其次，就构成如上之动力产生装置之运作情形说明如下：

首先，在启动马达M之前，离合器C1系接合，而离合器C2系脱离。在此状态下，启动马达M，马达M即经由第一驱动轮10驱动第一飞轮20旋转，此飞轮20一旋转，即经由第一传动装置30之皮带轮31→皮带33→皮带轮32→齿轮33→齿轮34→皮带轮35→皮带37→皮带轮36→第二驱动轮40以驱动第二飞轮50旋转。第二飞轮50旋转后，将旋转力输入负载部60以做功。另一方面，第二飞轮50之轴S5之另一端则驱动第二传动装置70旋转，其传动顺序为皮带轮71→皮带73→皮带轮72→齿轮74→齿轮75→皮带轮76→皮带78→皮带轮77→第一驱动轮10以驱动第一飞轮20旋转。

当整个系统顺利运转而飞轮20、50之转速达到所定以上时，飞轮20、50即能以惯性继续旋转，此时，使离合器C1脱离，同时使另一离合器C2接合后，停止马达M之运转，第一驱动轮10即换成由第二飞轮50经第二传动装置70回馈之转矩驱动旋转，而非马达M驱动。藉此，第一驱动轮10乃继续驱动第一飞轮20以维持其持续旋转。上述离合器C1、C2之接合与脱离，及马达M之停止与启动可藉由微处理器或计算机来控制达成，因属习知技艺，在此不另赘述。

当系统正常运作而二飞轮20、50皆各以惯性在旋转时，只要各对应之驱动轮10、40间歇性的轻轻拨动飞轮20、50即能维持其惯性力持续旋转，故驱动轮10、40与对应之飞轮20、50不必常时且全面接触，为此，至少飞轮20、50之与驱动轮10、40接触之周面部可构成非连续之多个摩擦或摩擦片21、51如图4所示，最好是具有同样尺寸且等间隔配置，各相邻之摩擦面段或摩擦片21、51之间形成凹沟21a、51a，因此，在旋转时，此等凹沟22、52不与对应之驱动轮10、40之周面接触。在另一实施例中，虽未图标，驱动轮10、40之与飞轮20、50接触之周面亦可形成如上述构成之非连续摩擦面。

为了使飞轮20、50之转矩能随其旋转速度而比例增加，如图5所示，飞轮20、50之轮辐部22、52可设置至少一对在直径上对称配置之离心加重体W，此离心加重体W可随飞轮20、50旋转时所生离心力而径向移动自如。第一实施例中，加重体W系可沿着轮辐部22、52所设导槽23、53抗着复归弹簧24、54径向滑动自如。弹簧24、54系在飞轮静止时能将加重体W拉回导槽23、53之接近轮轴之一端。在此实施例之说明中，第一及第二飞轮20、50皆设有离心加重体W及相关装置，唯如仅将此离心装置设于其中任一飞轮亦可行。

为了使飞轮20、50之摩擦面摩损之后能更换，同时也使驱动轮10、40对该摩擦面压接时具有较佳之顺应性及压接效果，如图6所示，形成该非连续摩擦面之摩擦片21、51系采用耐磨硬质弹性合成树脂制成而藉适当之固定手段如螺丝S可卸下的固定在飞轮之周面环形凹槽25、55内所设螺纹孔26、56内。为达成上述目的，摩擦片21、51形成对应于飞轮20、50之外周之弧形板片，上面中央具有沿周向延伸之凹槽27、57，下面具有能嵌入上述环形凹槽25、55内之下向突部28、58，凹槽27、57内设有至少两个贯通孔29、59，螺丝S系穿通贯通孔29、59而旋入环形凹槽25、55之螺纹孔26、56内，而将摩擦片21、51固定于飞轮20、50之外周面。摩擦片21、51之与驱动轮10、40接触之外表面虽可为平面，但最好形成如图所示之向中央凹槽呈微微凹下之弧形面或倾斜面。又，摩擦片21、51之突部28、58两侧之底面与飞轮20、50之外周面之间留有微小之间隙g，以容许驱动轮10、40压接于摩擦片21、51时具有若干弹性反作用力，以利驱动轮10、40调节对飞轮20、50之压接力之用。

图7表示本发明动力产生系统之另一实施例。在前述实施例中，动力产生装置系由一对并列之飞轮20、50及相关之传动装置所构成，但显然可知，在第二飞轮50之输出侧亦可增加一直径比第二飞轮50更大之第三飞轮80，第二飞轮50将输出力经由第三传动装置90及第三驱动轮100传达至第三飞轮80，第三飞轮所产生更大之输出力用来驱动负载部60以做功，另将部份输出力经由传动装置70及驱动轮10回馈给第一飞轮20。在未图示之另一实施例中，第三飞轮80系将部份输出力回馈给第一飞轮20。如果必要，再加第四飞轮并依前述原理类推之安排亦无不可。

在此附带说明，本发明之系统及装置并非永动机，而是一种省能机械动力装置，其系以马达等外部驱动源驱动以一对飞轮为主之整个系统后，在该系统足以利用飞轮之惯性能量维持系统运转时，停止马达运转，待该系统因做功能量消耗而不足以维持其工作时，马达方再补助驱动以维持系统之正常运转，故马达是在必要时方启动，因此可节省能量。

本发明因构成如上，而具有节省能源，殆无污染，构造简单，制造容易，成本低廉之动力产生机械，其在工业上用途可期待。

以上系仅就本发明一可取实施例加以说明，而事实上熟娴于此技术领域之人士尚可从本发明之基本构成上做种种之修饰及变更而不脱离本发明之精神，凡此应视为涵盖在本发明申请专利范围之内。

Claims (11)

1.一种动力产生系统，系由下列构成部所构成：

驱动源；

第一驱动装置，藉由离合器可脱离地由驱动源驱动旋转；

第一飞轮，由第一驱动装置驱动旋转；

第二驱动装置，由第一飞轮经由第一传动装置传动而旋转；

第二飞轮，由第二驱动装置驱动旋转，其输出主要用来供给负载部做功，且分出部份输出经由第二传动装置回馈给第一驱动装置以接替驱动源来驱使并维持第一飞轮之惯性旋转；

其特征在于：当整个系统储足惯性能量而能维持所要之运转状态时，驱动源停止供应驱动力而改以第二飞轮回馈之力量维持第一飞轮之持续旋转及做功；当第二飞轮之输出能量降至所定值以下时，驱动源方再启动使系统回复至原来之运转状态后，再退离系统，如此不断循环操作。

2.一种动力产生装置，系由：

做为驱动源之马达；

第一驱动轮，由马达经由离合器驱动旋转；

第一飞轮，由第一驱动轮驱动旋转；

第二驱动轮，由第一飞轮经由第一传动装置传动旋转；

第二飞轮，由第二驱动轮驱动旋转，此飞轮由其旋转轴输出动力至负载部做功，同时输出小部份动力经由第二传动装置回馈至第一驱动轮，以驱动第一飞轮旋转；所构成。

3.根据权利要求2所述之动力产生装置，其中第二飞轮之直径及质量至少为第一飞轮之直径及质量之二倍。

4.根据权利要求2所述之动力产生装置，其中第一传动装置系将第一飞轮之输出力及转速增幅(放大)后输入第二驱动轮以驱动第二飞轮。

5.根据权利要求2所述之动力产生装置，其中第二传动装置系将第二飞轮之部份输出力及转速增幅(放大)后输入第一驱动轮以驱动第一飞轮。

6.根据权利要求2所述之动力产生装置，其中第一驱动轮对第一飞轮之驱动及第二驱动轮对第二飞轮之驱动系采摩擦接触方式。

7.根据权利要求6所述之动力产生装置，其中第一飞轮及第二飞轮之分别与对应之第一驱动轮与第二驱动轮之摩擦接触面系沿各该飞轮之外圆周形成连续之摩擦面。

8.根据权利要求6所述之动力产生装置，其中第一飞轮及第二飞轮之分别与对应之第一驱动轮与第二驱动轮之摩擦接触面系沿各该飞轮之外圆周形成由多段等距配置且各相邻段间具有凹沟之摩擦片构成之非连续之摩擦面。

9.根据权利要求8所述之动力产生装置，其中各该摩擦片系构成可对于飞轮之外圆周可装卸自如以利摩损后更换。

10.根据权利要求2至权利要求9中任一项所述之动力产生装置，其中该第一飞轮及第二飞轮中任一者或两者之轮辐部上设有至少一对在直径上对称配置之离心加重体。

11.根据权利要求2所述之动力产生装置，其中该第二飞轮之下游复设有第三飞轮，由第二飞轮之输出轴藉由第三传动装置及第三驱动轮驱动，此第三飞轮之输出轴用以输出动力作功，并将部份输出力回馈至第一驱动轮以驱动第一飞轮。

Images