CN102537256B - 可控弹性能量释放与回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控弹性能量释放与回收系统，它是用一定数量的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)作系统的能量储藏机构，并配备合适的变速器(和换向机构)等辅助装置。在控制系统的控制下，经变速器的变速变矩及换向机构的换向，卷簧不但既能将可回收的能量储藏起来，又能根据需要将储藏的能量释放，完成能量的释放与回收任务；而且还能在卷簧的输出端保持较高转速的同时，既能使卷簧的两端以不同的转速同向转动，降低卷簧的能量释放或回收的速度，又能使卷簧的两端反向转动，提高卷簧的能量释放或回收速度，使系统在卷簧的转矩在较大的变化范围内均能正常运转，更好的完成能量释放与回收任务，提高能量的利用率。

Description

可控弹性能量释放与回收系统

技术所属领域

本发明涉及能量释放与回收系统，具体是一种利用卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)在无级变速器的配合和控制系统的控制下将可回收的能量(主要是机械能)回收后转化成弹性能量储藏起来，又可根据需要将卷簧储藏的能量释放提高能量的使用效率。

技术背景

随着资源的不断枯竭，能源危机己日趋紧张，对经济发展的影响己不断升级，世界各国都在加紧研发新能源和节能技术，包括能量的回收与利用。但在许多有可回收能量的领域还未得到较快的发展，如汽车高速时刹车或从高坡向平地下滑，城市公交车辆的濒繁停车和许多电梯、塔吊、港机等下送重物时以及风口风能和不少中小水系中均有大量的机械能可回收利用，但目前未有理想的机构能将这些能量加以合理的利用，使大量可回收的能量(机械能)以磨擦热等形式浪费，而且还易给机械尤其是刹车系统带来不良影响；另外随着汽车工业的发展，新能源汽车不断涌现，在新能源汽车中的电瓶车由于所能储藏的能量有限尤其是冲电时间过长还得不到较快的发展。

发明内容

本发明是这样完成的：用一个或一个以上的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)作可控弹性能量释放与回收系统中能量储能的弹性机构，并在弹性机构的两端用中间传动机构建立传动关系而将弹性机构的两端连接在一起，并配备合适的无级变速器(和变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器))、锁止机构和换向机构等辅助装置。在控制系统的控制下，经无级变速器(及变速器)的变速变矩、锁止机构的锁止与释放及换向机构的换向，在能量释放与回收阶段，系统不但既能将可回收的能量(以转矩的形式)无级变速变矩后传给卷簧或其它弹性机构储藏起来，又能根据需要将卷簧或其它弹性机构储藏的能量无级变速变矩后释放，完成能量的释放与回收任务；而且还能在卷簧或其它弹性机构的输出端保持较高转速的同时，既能使卷簧或其它弹性机构的两端以不同的转速同向转动，降低卷簧或其它弹性机构的能量释放或回收的速度，又能使卷簧或其它弹性机构的两端反向转动，提高卷簧或其它弹性机构的能量释放或回收速度，使系统在卷簧或其它弹性机构的转矩有较大的变化时，均能正常运转，使系统的性能更好更稳定，更好的完成能量释放与回收任务，提高能量的利用率。无级变速器可以使用行程可变弹性无级变速器或转速控制器(专利申请号200810031679.5)，并将有曲轴参入传动的行程可变弹性无级变速器称为曲轴行程可变弹性无级变速器，其余有卷簧无曲轴传动的行程可变弹性无级变速器称为卷簧行程可变弹性无级变速器；同时也可以使用行星齿轮多路传动无级变速器(专利申请号2007100348024)，或其它能双向转动和传动的无级变速器。

所述能量释放与回收系统是将卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)的一端固定，一端经换向机构与无级变速器相连，在能量释放与回收阶段，控制系统根据控制要求和工作情况的变化去控制换向机构选择合适的转动和传动方向，控制无级变速器选择合适的传动比将卷簧或其它弹性机构储藏的能量不断释放传给后级传动机构加以利用，或将可回收的能量无级变速变矩后传给卷簧或其它弹性机构储藏起来以待利用，提高能量的利用率。

所述能量释放与回收系统是将卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)的一端固定，一端经换向机构、变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器)与无级变速器相连，在能量释放与回收阶段，控制系统根据控制要求和工作情况的变化去控制换向机构选择合适的转动和传动方向，控制变速器选择合适的档位(或传动比)将卷簧的转矩变化分为多个传动区，控制无级变速器选择合适的传动比在变速器选择的传动区域内将卷簧储藏的能量不断释放传给后级传动机构加以利用，或将可回收的能量经无级变速器无级变速变矩后再经变速器和换向机构传给卷簧储藏起来以待利用，提高能量的利用率。通过变速器的变速变矩，既使卷簧的转矩有较大的变化，变速器都能选择合适的传动比将卷簧的转矩变化到无级变速器能接收的范围内实现无级变速变矩，有利于卷簧储藏更多的能量。

所述能量释放与回收系统是将两组(或多组)卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)组成能量储藏组合，并将每组卷簧的一端固定，一端经传动轮、锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)、换向机构(和变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器)) 与无级变速器相连，各锁止机构决定各组卷簧或其它弹性机构在传动过程中是否参入能量释放与回收任务。在能量释放与回收阶段，控制系统根据控制要求和工作情况的变化去控制换向机构选择合适的转动和传动方向(，控制变速器选择合适的档位(或传动比))，控制无级变速器(在变速器选择的传动区域内)选择合适的传动比将卷簧或其它弹性机构储藏的能量不断释放传给后级传动机构，或将可回收的能量经无级变速器无级变速变矩后(再经变速器)传给卷簧或其它弹性机构储藏起来，并且通过控制锁止机构的工作数量和工作方式调整同时参入能量释放或回收的卷簧或其它弹性机构数量，使卷簧或其它弹性机构能量储藏组合对外(即输出轴)的转矩变化始终在经无级变速器变速变矩后还能处在符合传动要求和能量回收的变化范围内，使系统的转矩变化较小易于控制，而能量储藏能力得到倍增，提高系统的性能和能量储藏总量。

所述能量释放与回收系统是将两端都能自由转动的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)的两端分别作输出端和回收端，将无级变速器的两端经换向机构分别与卷簧或其它弹性机构的输出端和回收端相连。无级变速器在控制系统的控制下：在能量释放阶段，既可以在保持输出端的转矩高于阻力转矩时，使回收端以低于输出端的转速同向转动，将输出端输出的多余能量(即转矩)经无级变速器无级变速变矩后传给卷簧或其它弹性机构的回收端重新储藏起来，降低能量释放速度，又可以在输出端的转矩低于阻力转矩时使卷簧或其它弹性机构回收端与输出端以相反的方向转动将更多储藏的能量由回收端经无级变速器无级变速变矩后传给输出端输出，加快能量释放速度提高输出端的驱动能力；在能量回收阶段，既可以使卷簧或其它弹性机构两端反向转动加快能量储藏速度，又可以使卷簧或其它弹性机构两端以不同的速度同向转动降低能量储藏的速度，还可以使两端以不同的转速差始终同向转动而储藏能量。通过卷簧或其它弹性机构的两端既同向又反向转动调整能量储藏和释放速度，使卷簧或其它弹性机构的对外转矩始终符合能量释放与回收的要求，使系统的能量储藏性能和能量储藏总量得到提高，使系统的应用范围更宽。

所述能量释放与回收系统是将两端都能自由转动的卷簧(或其它能发生弹形变的元件或组件)两端分别作输出端和回收端，将卷簧或其它弹性机构的两端经换向机构分别与变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器)(或无级变速器)的两端相连，在卷簧或其它弹性机构的输出端再经无级变速器(或变速器)变速变矩后驱动后级传动机构。控制系统根据控制要求和工作情况的变化不但使变速器选择合适的档位(或传动比)确定传动区、换向机构选择合适的传动(和转动)方向，而且使无级变速器在变速器选择的传动区内，选择合适的传动比使卷簧或其它弹性机构的转矩变化经无级变速变矩后始终处在符合传动要求或能量回收的变化范围之内，满足能量释放与回收的要求：在能量释放阶段，既可以使卷簧或其它弹性机构的两端同向转动又可以使卷簧或其它弹性机构的两端反向转动而调整能量释放速度，来满足后级传动机构的要求；在能量回收阶段，既可以使卷簧或其它弹性机构的两端反向转动加快能量储藏速度，又可以使两端同向转动降低能量储藏的速度；还可以使卷簧或其它弹性机构的两端以不同的转速差始终同向转动而储藏能量。通过变速器的变速和卷簧或其它弹性机构的两端既同向又反向转动调整能量储藏和释放速度，使卷簧或其它弹性机构的对外转矩始终符合能量释放与回收的要求，使系统的性能更好和能量储藏总量更大。

所述能量释放与回收系统是将两组(或多组)两端都能自由转动的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)(一端作回收端，一端作输出端)组成能量储藏组合，将它们的回收端连在一起(或通过合适的锁止机构连接)，将它们的输出端经锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)可分别或同时驱动输出轴(或无级变速器或变速器)，将无级变速器(或变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器))的两端经换向机构分别与卷簧或其它弹性机构的两端连接。在能量释放与回收阶段，控制系统根据控制要求和工作情况的变化，调整无级变速器(或变速器)的传动比和换向机构的转动方向，使参入工作的卷簧或其它弹性机构两端既可以同向转动又可以反方向转动调整能量释放或回收速度；还可以使两端以不同的转速差始终同向转动而储藏能量；同时选择合适数量的锁止机构工作(即适时锁止或释放)使合适数量的卷簧或其它弹性机构同时参入能量释放或回收工作，使各卷簧或其它弹性机构逐步释放或回收能量满足传动要求，并使每组卷簧或其它弹性机构储藏的能量达到一定值或顶点后不再储藏能量，使转矩变化始终处在符合传动要求或能量回收的变化范围之内，使系统的转矩变化较小易于控制，而能量储藏能力得到倍增，提高系统能量储藏性能和能量储藏总量。

所述能量释放与回收系统是在卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)的输出端上安装换向机构用于改变卷簧或其它弹性机构输出端的转动方向使系统在能量回收阶段能更好的将可回收的能量充分回收。在能量释放阶段，控制系统使无级变速器选择合适的传动比，使输出端换向机构同向(或反向)转动，并既可使卷簧或其它弹性机构的两端同向转动又可使卷簧或其它弹性机构的两端反向转动，调整能量释放速度和输出转矩的大小，使输出转矩符合后级传动机构的要求。在能量回收阶段，控制系统使卷簧或其它弹性机构输出端换向机构反向(或同向)转动使卷簧或其它弹性机构输出端直接向高能位旋转，当可回收能量的转矩大于卷簧或其它弹性机构的输出端时，控制系统使输出端与回收端反向转动，提高能量储藏速度；当可回收能量的转矩小于卷簧或其它弹性机构的输出端时，使回收端以低于输出端的转速与输出端同向转动，降低能量回收储藏速度。通过输出端换向机构的换向，加快了能量储藏速度，使系统的能量回收性能更好。

所述能量释放与回收系统是在卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)的输出端上增加传动轮和单向离合器(或锁止机构),在回收端上增加传动轮和锁止机构，使系统在能量回收阶段传动主轴直接驱动回收端向高能位转动储藏能量，使结构和控制更简单。在能量释放阶段，控制系统使无级变速器选择合适的传动比，使卷簧或其它弹性机构的两端既可同向转动又可反向转动，调整能量释放速度和输出转矩的大小，使输出转矩符合后级传动机构的要求。在能量回收阶段，控制系统使卷簧或其它弹性机构回收端直接向高能位旋转，控制系统可使输出端与回收端同向或反向转动，调整能量储藏速度，使系统的能量回收性能更好。

所述能量释放与回收系统是用上述可控弹性能量释放与回收系统与其它动力驱动系统 (如内燃机、电动机等)组成混合动力系统，在其它动力系统的驱动力小于后级阻力时，弹性能量释放与回收系统释放能量，提高混合动力系统的驱动力；在其它动力系统的驱动力大于后级阻力时，或有可回收的能量回收时，弹性能量释放与回收系统回收能量，降低混合动力系统的驱动力或机械能，提高能量使用效率。

本发明的有益效果是

1、它能有效的回收可回收的能量(主要是机械能)并储藏起来，在需要时再释放出来加以利用，提高能量的利用率。

2、它的能量回收(或储藏)速度快又易匹配，既可以与可回收的能量的大小同步将可回收的能量全部回收，也可以用大转矩使其快速储藏能量，而且还可将多组卷簧通过一定的辅助装置组合在一起组成能量储藏组合，使其能量储藏的能力得到倍增，满足不同用途的需要。

3、它是新一代环保产品，除控制系统可用部分电子产品外，其余基本上都是可直接回收利用的环保产品，而且它的使用可直接降低燃油对大气的影响，有利于环境保护。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明

图1是本发明实施例1的结构示意图

图2是本发明实施例2的结构示意图

图3是本发明实施例3的结构示意图

图4是本发明实施例4的结构示意图

图5是本发明实施例5的结构示意图

图6是本发明实施例6的结构示意图

图7是本发明实施例7的结构示意图

图8是本发明实施例8的结构示意图

图9是本发明实施例9的结构示意图

图10是本发明实施例10的结构示意图

图11、15、16是本发明实施例11的结构示意图

图12是本发明实施例12的结构示意图

图13、17是本发明实施例13的结构示意图

图14是本发明实施例14的结构示意图

具体实施方式

能量释放与回收系统是根据弹性元件或组件在受到力(或转矩)的作用发生弹性形变时能吸收并储藏能量，在作用力消失或减小时又能恢复原状并将相应的储藏能量释放的弹性形变原理，将一组或多组卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)作能量储藏机构，在控制系统的控制下，经无级变速器、变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器)及合适辅助装置的配合，在能量释放与回收阶段，卷簧储藏的能量可直接从输出端以转矩的形式输出，可回收的能量可驱动卷簧直接向高能位旋转储藏能量；也可使卷簧的两端既同向转动又反向转动调整能量释放与回收速度，使系统的性能更好、储能范围更宽；而且控制系统可使装有变速器的能量释放与回收系统的变速器选择合适的档位(或传动比)确定合适的传动区，使无级变速器在变速器确定的传动区内无级变速变矩，使能量释放与回收系统更好的完成能量释放与回收任务，使系统有更宽的能量储藏范围。

实施例1：结合图1，将卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)2的一端固定并安装压力传感器1，一端安装在驱动轮3上作自由端，驱动轮3固定在传动轴4上，用差速器的一锥齿轮15固定在传动轴4上作驱动锥齿轮，另一锥齿轮10作输出锥齿轮并经传动轴13与能双向转动和传动的变速器11连接；锥齿轮15和10、行星轮9、行星架14、制动盘8及锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)6和7在系统要求传动和转动方向发生改变时作换向机构；压力传感器1为控制系统提供卷簧2的压力信号使控制系统准确执行控制任务；锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)5在系统不工作时锁止，防止能量流失，工作时释放使系统顺利工作。在能量释放阶段，控制系统使锁止机构6(或7)锁止、7(或6)释放，卷簧2储藏的能量经驱动轮3、传动轴4 再经差速器同向(或反向)传给变速器11，再经输出轴12传给后级传动机构，控制系统根据控制要求和工作情况的变化使变速器11选择合适的传动比将卷簧2储藏的能量变速变矩后释放：当卷簧2处于高能位或后级阻力转矩较小时，选择较小的传动比或减小传动比；当卷簧2处于低能位或后级传动阻力转矩较大时，选择较大的传动比或增大传动比，使卷簧2储藏的能量经变速器11输出后始终符合控制要求去驱动后级传动机构。在能量回收阶段，控制系统使锁止机构7(或6)锁止、6(或7)释放，可回收的能量经输出轴12传给变速器11后经差速器反向(或同向)使卷簧2向高能位旋转储藏能量，控制系统使变速器11选择合适的传动比：当卷簧2处于高能位或可回收能量的转矩较小时，选择较大的传动比或增大传动比；当卷簧2处于低能位或可回收能量的转矩较大时，选择较小的传动比或减小传动比，使可回收能量的转矩经变速器11输出后始终能驱动卷簧2尽快向高能位旋转储藏能量。通过能双向转动和传动的变速器11的变速变矩和双向传动及差速型换向机构的换向，使系统能顺利的完成能量释放与回收任务，提高了能量的利用率。

实施例2：结合图2，它是在实施例1的基础上，变速器11使用曲轴行程可变弹性无级变速器11，结合行程可变弹性无级变速器的实施例1、2、5、6、7、9、14、15等，传动方式既可以选择能压缩的弹性元件或组件作弹性连杆传动转矩，也可以选择刚性连杆驱动能转动的卷簧传动转矩；曲轴行程可变弹性无级变速器11的弹性元件或组件16可以使用有一定起始压力或起始压力(或能量)和弹性系数可改变的弹性元件或组件或组合；传动轮8和15及10、回收轮6、和锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)7、9、13、14在系统改变能量释放与回收任务时用于改变传动方向。虽曲轴行程可变弹性无级变速器11只能单向传动，但曲轴既使双向转动输出轴的转向也不会改变，因此只要匹配合适的辅助装置就可以实现换向功能，使系统顺利完成能量释放与回收任务。在能量释放阶段，控制系统使锁止机构7、13锁止，锁止机构9、14释放，卷簧2储藏的能量经传动轴4、锁止机构7传给曲轴行程可变弹性无级变速器11再经锁止机构13、传动轮8、输出轴12传给后级传动机构，控制系统根据控制要求和工作情况的变化使曲轴行程可变弹性无级变速器11选择合适的传动比将卷簧2储藏的能量无级变速变矩后释放：当卷簧2处于高能位或后级阻力转矩较小时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)增大，使弹性元件或组件16的行程能提高，传动比减小；当卷簧2处于低能位或后级阻力转矩较大时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)减小，使弹性元件或组件16的行程能降低，传动比增大，使卷簧2储藏的能量始终符合控制要求，去驱动后级传动机构。在能量回收阶段，控制系统使锁止机构9、14锁止，锁止机构7、13释放，可回收的能量经输出轴12、传动轮8和10、锁止机构9传给曲轴行程可变弹性无级变速器11，再经锁止机构14、传动轮15、回收轮6 传给卷簧2，使卷簧2向高能位旋转储藏能量，控制系统根据控制要求和工作情况的变化使曲轴行程可变弹性无级变速器11选择合适的传动比将可回收的能量无级变速变矩后回收：当卷簧2处于高能位或可回收能量的转矩较小时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)减小，使弹性元件或组件16的行程能降低，传动比增大；当卷簧2处于低能位或可回收能量的转矩较大时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)增大，使弹性元件或组件16的行程能提高，传动比减小，使可回收的能量始终能驱动卷簧2尽快向高能位旋转充分回收能量。在换向辅助装置配合下，通过适时调整曲轴行程可变弹性无级变速器11的弹性元件或组件16的弹性系数或起始压力(或能量)，使弹性元件或组件在传动过程中的行程可连续发生改变，达到无级变速变矩的目的，使系统能顺利的完成能量释放与回收任务，提高了能量的利用率。

实施例3：结合图3，它是在实施例2的基础上，结合行程可变弹性无级变速器的实施例3、4、8、10、11、12、13、16等，无级变速器使用卷簧行程可变弹性无级变速器11，由于卷簧类弹性元件或组件不能双向转动和传动，在卷簧2与卷簧弹性无级变速器11之间需匹配合适的换向机构20才能使系统顺利完成能量释放与回收任务。卷簧行程可变弹性无级变速器11的传动方式主要用能转动的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件) 传动转矩，卷簧弹性无级变速器11的弹性元件或组件既可以使用有一定起始压力或弹性系数的或起始压力(或能量)或弹性系数可改变的弹性元件或组件或组合，又可以使用传动周期或占空比可调的卷簧弹性无级变速器。在能量释放阶段，控制系统使锁止机构7、13锁止，锁止机构9、14释放，卷簧2储藏的能量经传动轴4后又经换向机构20 同向(或反向)再经锁止机构7传给卷簧行程可变弹性无级变速器11，经锁止机构13、传动轮8、输出轴12传给后级传动机构，控制系统根据控制要求和工作情况的变化使卷簧行程可变弹性无级变速器11选择合适的传动比将卷簧2储藏的能量无级变速变矩后释放：当卷簧2处于高能位或后级阻力转矩较小时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)增大，或减少无级变速器11内部锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)22的工作数使卷簧弹性无级变速器11的传动周期缩短，或增大变速器内部锁止机构22的锁止与释放之间的比例即锁止占空比，或任选前述几种方式同时进行等灵活的方式使弹性元件或组件16的行程能提高，使卷簧弹性无级变速器11的传动比减小；当卷簧2处于低能位或后级阻力转矩较大时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量 (或压力)减小，或者增加卷簧弹性无级变速器11内部锁止机构22的工作数使卷簧弹性无级变速器11的传动周期延长，或减小变速器内部锁止机构22的锁止占空比，或任选前述几种方式同时进行等灵活的方式使弹性元件或组件16的行程能降低，传动比增大，使卷簧2储藏的能量经卷簧弹性无级变速器11输出后始终符合控制要求，去驱动后级传动机构。在能量回收阶段，控制系统使锁止机构9、14锁止，锁止机构7、13释放，可回收的能量经输出轴12、传动轮8和10、锁止机构9传给卷簧弹性无级变速器11，再经锁止机构14、传动轮15、回收轮6后又经换向机构20反向(或同向)传给卷簧2，使卷簧2向高能位旋转储藏能量，当卷簧2处于高能位或可回收能量的转矩较小时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)减小，或者增加卷簧弹性无级变速器11内部锁止机构22的工作数使卷簧行程可变弹性无级变速器11的传动周期延长，或减小卷簧弹性无级变速器11内部锁止机构22的锁止占空比，或任选前述几种方式同时进行等灵活的方式增大传动比；当卷簧2处于低能位或可回收能量的转矩较大时，使弹性元件或组件16的弹性系数或起始能量(或压力)增大，或者减少卷簧弹性无级变速器11内部锁止机构22的工作数使卷簧弹性无级变速器11的传动周期缩短，或增大变速器内部锁止机构22的锁止占空比，或任选前述几种方式同时进行等灵活的方式减小传动比，使可回收能量的转矩经卷簧弹性无级变速器11输出后始终能驱动卷簧2 尽快向高能位旋转充分回收能量。在换向机构20的配合下，通过适时调整卷簧行程可变弹性无级变速器11弹性元件或组件的弹性系数或起始压力(或能量)，或者灵活的调整卷簧行程可变弹性无级变速器11的传动周期或变速器内部锁止机构的锁止与释放之间的比例即锁止占空比，使弹性元件或组件在传动过程中的行程可连续发生改变，达到无级变速变矩的目的，使系统能顺利的完成能量释放与回收任务，使可回收的能量经卷簧2回收后又能释放得到充分的利用，提高了能量的利用率。

实施例4：结合图4，它是在实施例1、2、3等的基础上，在变速器11前(或后)增加一个适合匹配的变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器)21。在能量释放与回收期间，控制系统根据控制要求和工作情况的变化可使变速器21选择合适的档位或传动比，将卷簧2的转矩变化分为多个传动区，在换向机构的配合下，使变速器11在变速器21选择的传动区内再将转矩无级变速变矩后(也可以使变速器11将卷簧2的转矩先无级变速变矩后再经变速器21变速变矩后)输出释放能量，或者可以将可回收的能量经变速器11变速变矩后再经变速器21变速变矩后(也可以将可回收的能量经变速器21 变速变矩后再经变速器11无级变速变矩后)驱动卷簧2向高能位旋转储藏能量。这样既使卷簧2转矩有很大的变化，在变速器21的变速变矩的协助下，变速器11都能将卷簧2储藏的能量无级变速变矩后始终符合后级传动机构的需要，或将可回收的能量无级变速变矩后能驱动卷簧2尽快向高能位旋转将能量充分回收储藏，提高系统的能量储藏和释放性能。

实施例5：结合图5，它是在实施例1、2、3、4等的基础上，再增加一组或多组卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)2，并在所有卷簧2的自由端与驱动轮3之间增加带锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)19的传动轮17，在传动轮17和驱动轮3之间增加锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)18。在能量释放阶段，当各卷簧2处于高能位或后级阻力转矩较小时，控制系统使一组或少数几组卷簧2的锁止机构18 锁止、锁止机构19释放，其余的锁止机构19锁止、锁止机构18释放，减少卷簧2的工作数使传动轴4的转矩不会过大而超出无级变速器11的变速变矩范围；当各卷簧2 处于低能位或后级阻力转矩较大时，在较少卷簧2工作时传动轴4的转矩经无级变速器11无级变速变矩后仍不能驱动后级传动机构时，控制系统适时增加卷簧2的工作数(即适时使其它卷簧2的锁止机构18锁止、锁止机构19释放)使传动轴4的转矩增大，达到能经无级变速器11无级变速变矩后能驱动后级传动机构的范围；在能量释放过程中，当一组卷簧2储藏的能量释放完时，其匹配的锁止机构18释放避免对整个系统的影响。在能量回收阶段，当各卷簧2处于高能位或可回收能量的转矩较小时，控制系统使一组或少数几组卷簧2上的锁止机构18锁止、锁止机构19释放，其余的锁止机构19锁止、锁止机构18释放，减少卷簧2的工作数使传动轴4的转矩不会过大而超出可回收的能量经无级变速器11无级变速变矩后能驱动卷簧2向高能位旋转的范围；当各卷簧2处于低能位或可回收能量的转矩较大时，在较少卷簧2工作时可回收能量的转矩经无级变速器11变速变矩后仍不能将可回收的能量全部回收时，控制系统适时增加卷簧2的工作数 (即适时使其它卷簧2的锁止机构18锁止、锁止机构19释放)使传动轴4的转矩增大，达到能将可回收的能量经无级变速器11变速变矩后能全部回收的范围；在能量回收过程中当一组卷簧2储能达到顶点后，其锁止机构19锁止、18释放不再储藏能量，避免对整个系统的影响。通过将多组卷簧2组合在一起并采取灵活的控制方式和方法去适时控制卷簧2的工作数量使系统的转矩的变化范围较小易于控制，而能量储藏能力得到倍增，使系统的性能更好更完善，应用领域更宽。

实施例6：结合图6，它是将两端能转动的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件) 3的一端作输出端直接与后级传动机构连接；另一端作回收端，在控制系统的控制下，通过换向机构9的配合和能双向转动和传动的无级变速器11无级变速变矩协助输出端完成能量释放与回收任务；传动轴8、10、12及传动轮7、13和回收轮1、驱动轮5作中间传动机构将弹性机构3的两端连接在一起；压力传感器2为控制系统提供卷簧3的压力信号使控制系统准确执行控制任务；锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)4 在系统不工作时锁止防止能量损失，工作时释放使系统顺利工作。在能量释放阶段，当卷簧3输出端的转矩高于后级阻力转矩时，控制系统使能双向转动和传动的无级变速器11 选择合适的传动比，将驱动轮5多余的转矩无级变速变矩后经换向机构9同向(或反向)再经传动轴12、传动轮13驱动回收轮1以低于驱动轮5的转速同向转动而回收多余的能量，使输出轴6既能高速转动而又不浪费能量；当卷簧3输出端的转矩低于后级阻力转矩时，控制系统使换向机构9换向，回收轮1与驱动轮5反向转动，将卷簧3 储藏的能量更多的从回收端输出并经无级变速器11无级变速变矩后经传动轴8、传动轮7等驱动驱动轮5，增加输出轴6的转矩，达到能驱动后级传动机构的要求。在能量回收阶段，控制系统根据可回收能量的转矩大小和卷簧3的能量储藏状况使能双向转动和传动的无级变速器11选择合适的传动比，使回收轮1始终以不同程度的高于驱动轮5的转速同向转动，使卷簧3始终向高能位旋转储藏能量，将可回收的能量充分回收并储藏。通过卷簧3的两端既同向转动又反向转动，更好的调整能量释放与回收速度，使系统的转矩变化范围更宽，更好的完成能量释放与回收任务，使系统的使用范围更宽。

实施例7：结合图7，它是在实施例6的基础上，无级变速器11使用曲轴弹性无级变速器11；在输出轴6的一端增加传动轮14，在传动轮7的两边分别增加传动轮19、22和锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)20、21，在传动轮13的两边分别增加传动轮15、18和锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)16、17代替换向机构9。在能量释放阶段，当卷簧3输出端的转矩高于后级阻力转矩时，控制系统使锁止机构21和17锁止，使锁止机构20和16释放，使驱动轮5将多余的转矩经传动轮22、7传给无级变速器11无级变速变矩后经传动轴12、传动轮13和18驱动回收轮1以低于驱动轮5的转速同向转动而回收；当卷簧3输出端的转矩低于后级阻力转矩时，控制系统使锁止机构20和16锁止，使锁止机构21和17释放，将卷簧3储藏的能量更多的从回收端输出并经传动轮19、7传给曲轴弹性无级变速器11无级变速变矩后经传动轴12、传动轮13和15驱动传动轮14，增加输出轴6的转矩提高输出轴6 的驱动能力，达到能驱动后级传动机构的要求。在能量回收阶段，控制系统始终使锁止机构21和17锁止，使锁止机构20和16释放，并根据可回收能量的转矩的大小和卷簧3的能量储藏状况使曲轴弹性无级变速器11选择合适的传动比，使回收轮1始终以不同程度的高于驱动轮5的转速同向转动，使卷簧3向高能位旋转储藏能量。通过曲轴弹性无级变速器11的无级变速变矩和辅助装置的协助，使系统能顺利完成能量释放与回收任务。

实施例8：结合图8，它是在实施例6的基础上，无级变速器11使用卷簧弹性无级变速器11；在传动轮7的两边分别增加传动轮18、21和锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)19、20，在输出轴6与传动轴12之间增加锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)17，在传动轮13与回收轮1之间增加传动轮15，在传动轮13与15之间增加锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)14，在传动轮15与回收轮1之间增加反向轮16代替换向机构9。在能量释放阶段，当卷簧3输出端的转矩高于后级阻力转矩要求时，控制系统使锁止机构17和19锁止，使锁止机构14、20释放，将输出端多余的转矩传给卷簧弹性无级变速器11无级变速变矩后经传动轴8、传动轮7和18驱动回收轮1以低于输出轴6的转速同向转动而回收；当卷簧3输出端的转矩低于后级阻力转矩要求时，控制系统使锁止机构19、17释放，锁止机构14、20锁止，将卷簧3储藏的能量更多的从回收端输出并经反向轮16反向后经传动轮15、13传给卷簧弹性无级变速器11无级变速变矩后经传动轴8、传动轮7和21驱动驱动轮5，增加输出轴6的转矩，提高输出轴6的驱动能力，达到能驱动后级传动机构的要求。在能量回收阶段，控制系统始终使锁止机构17和19锁止，使锁止机构14、20释放，并根据可回收能量的转矩的大小和卷簧3的能量储藏状况使卷簧弹性无级变速器11选择合适的传动比，使回收轮1始终以不同程度的高于输出轴6的转速同向转动，使卷簧3向高能位旋转储藏能量。通过卷簧弹性无级变速器11无级变速变矩和辅助装置的协助，使系统能顺利的完成能量释放与回收任务。

实施例9：结合图9，它是在实施例6、7、8、10等的基础上，在输出轴6上再增加一个适合匹配的变速器(如齿轮档位变速器或合适的无级变速器)28，或将变速器28 与原无级变速器11位置交换。在能量释放与回收期间，控制系统根据控制要求和工作情况的变化使变速器28选择合适的档位或传动比，将卷簧3的转矩变化分为多个传动区，这样既使卷簧3转矩变化很大，经过变速器28的变速变矩后，无级变速器11都能在变速器28选择的传动区内将卷簧3储藏的能量无级变速变矩后仍能符合后级传动机构的需要，或无级变速器11将可回收的能量无级变速变矩后在变速器28选择的传动区内驱动卷簧3向高能位旋转将能量充分储藏，提高系统的能量储藏和释放性能，使系统的能量储藏能力更大，应用领域更宽。

实施例10：结合图10，它是在实施例6、7、8、9等的基础上，再增加一组或多组两端能转动的卷簧(或其它能发生弹性形变的元件或组件)3，将所有的回收轮1直接(或通过锁止机构间接)连接在一起，并在所有卷簧3的输出端与驱动轮5之间增加传动轮26和锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)27。在能量释放阶段，当各卷簧3处于高能位或后级阻力转矩较小时，控制系统使一组或少数几组卷簧3的锁止机构27锁止、4释放，其余的锁止机构4锁止、27释放，减少卷簧3的工作数使输出轴6的转矩不会过大而超出无级变速器11的无级变速变矩范围；当工作的卷簧3处于低能位或后级阻力转矩较大时，即在较少卷簧3工作时转矩经无级变速器11无级变速变矩后输出轴6 的转矩仍不能驱动后级传动机构时，控制系统适时增加卷簧3的工作数(即适时使其它卷簧3的锁止机构27锁止、4释放)使输出轴6的转矩增大，达到能经无级变速器11 无级变速变矩后能驱动后级传动机构的范围；在能量释放过程中，当一组卷簧3储藏的能量释放完时，其匹配的锁止机构27释放避免对整个系统的影响。在能量回收阶段，当各卷簧3处于高能位或可回收能量的转矩较小时，控制系统使一组或少数几组卷簧3的锁止机构27锁止、4释放，其余的锁止机构4锁止、27释放，减少卷簧3的工作数使输出轴6的转矩不会过大而超出可回收的能量能驱动卷簧3的范围；当各卷簧3处于低能位或可回收能量的转矩较大时，在较少卷簧3工作时经无级变速器11无级变速变矩后仍不能将可回收的能量充分回收时，控制系统适时增加卷簧3的工作数(即适时使其它卷簧3的锁止机构27锁止、4释放)使输出轴6的转矩增大，达到能使可回收的能量充分回收的范围；在能量回收过程中当一组卷簧3储能达到顶点后，其锁止机构4锁止、27释放不再储藏能量，避免对整个系统的影响。通过将多组卷簧3组合在一起并可采取灵活的控制方式和方法去适时控制卷簧3的工作数量使系统的转矩的变化范围较小易于控制而能量储藏能力得到倍增，使系统的性能更好，应用领域更宽。

实施例11：结合图11(、15、16)，它是在实施例6、7、8、9、10、12等的基础上，在锁止机构4与驱动轮5之间增加传动轮28，在传动轮28与驱动轮5之间增加换向机构29。在传动轮28作主动轮时(即卷簧3释放能量时)，换向机构29同向(或反向)传动；在驱动轮5作主动轮时(即卷簧3回收能量时)，换向机构29反向(或同向) 传动，使卷簧3的输出端直接向高能位旋转储藏能量，使系统在能量回收阶段能更快的将可回收的能量充分回收。在能量释放阶段，控制系统使无级变速器11选择合适的传动比，使换向机构29同向(或反向)传动，卷簧3的两端既可同向转动又可反向转动，来调整卷簧3的能量释放速度，符合后级传动机构的要求。在能量回收阶段，控制系统使换向机构29换向使传动轮28与驱动轮5反向(或同向)转动，使卷簧3的输出端直接向高能位旋转，当卷簧3处于低能位或可回收能量的转矩较大时，即可回收能量的转矩大于输出端的转矩时，控制系统使换向机构9换向(，如无级变速器使用曲轴弹性无级变速器，结合图14，则锁止机构21和17锁止、锁止机构20和16释放；如用卷簧弹性无级变速器，结合图15，则锁止机构17和19锁止，锁止机构14、20释放，反向轮16不传动转矩；如用行星齿轮多路传动无级变速器，结合图12，则锁止机构17锁止、19释放)，使回收轮1与传动轮28反向转动，并使无级变速器11选择合适的传动比将可回收的能量快速储藏起来提高能量储藏速度；当卷簧3处于高能位或可回收能量的转矩较小时，即可回收能量的转矩低于输出端的转矩时，控制系统使换向机构9换向(，如无级变速器使用曲轴弹性无级变速器，结合图14，则锁止机构21和17释放、锁止机构20和16锁止；如用卷簧弹性无级变速器，结合图15，则锁止机构17和19释放、锁止机构14、20锁止，反向轮16传动转矩；如用行星齿轮多路传动无级变速器，结合图12，则锁止机构19锁止、17释放)，并使无级变速器11选择合适的传动比，使回收轮1 以低于传动轮28的转速与传动轮28同向转动，降低能量储藏速度。通过换向机构29 的换向，尤其是在卷簧3处在低能位和可回收能量的转矩较大时换向，使回收轮1与传动轮28反向转动加快能量储藏速度，使能量释放与回收系统的能量回收性能更好，能顺利的完成能量释放与回收任务。

实施例12：结合图12，它是在实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等的基础上，无级变速器11使用行星齿轮多路传动无级变速器11，行星齿轮多路传动无级变速器11的转速控制器14(可用行程可变弹性无级变速器或转速控制器专利申请号 200810031679.5)的输入端安装固定传动轮18和活动传动轮15和20，在传动轮15、18之间安装锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)17，在传动轮20、18之间安装锁止机构(如离合器、制动器、螯爪等)19，传动轮20与行星齿轮多路传动无级变速器11的一路径齿合，传动轮15经反向轮16与行星齿轮多路传动无级变速器11的另一路径齿合，使传动轮18无论与哪条路径相连，转速控制器14输入端的转向不变，转速控制器14的输出端与行星齿轮多路传动无级变速器11的其它任一个转动部件(行星架)相连。在能量释放阶段，当卷簧3处于高能位或后级阻力转矩较小时，控制系统使锁止机构17锁止，使锁止机构19释放，传动轮18经传动轮15和反向轮16与此时的低速高矩传动路径齿合，并使转速控制器14选择合适的传动比去控制低速高矩传动路径的转速，使行星齿轮多路传动无级变速器11选择合适的传动比，驱动回收轮1以低于输出轴6的转速同向转动而回收多余能量；当卷簧3处于低能位或后级传动阻力较大时，控制系统使锁止机构17释放、锁止机构19锁止，并使换向机构9换向，(因传动方向改变，行星齿轮多路传动无级变速器11的高速低矩传动路径与低速高矩传动路径也相互改变，此时)传动轮18经传动轮20与现低速高矩传动路径(原高速低矩传动路径)齿合，并使转速控制器14选择合适的传动比去控制现低速高矩传动路径的转速，使行星齿轮多路传动无级变速器11选择合适的传动比，将卷簧3储藏的能量更多从回收端输出增加输出轴6的转矩，提高输出轴6的驱动能力，达到能驱动后级传动机构的要求；也可将卷簧3储藏的能量无级变速变矩后直接输出驱动后级传动机构。在能量回收阶段，控制系统始终使锁止机构17锁止，使锁止机构19释放，传动轮18经传动轮15和反向轮16与低速高矩传动路径齿合，使转速控制器14选择合适的传动比去控制低速高矩传动路径的转速，使行星齿轮多路传动无级变速器11选择合适的传动比，使回收轮1始终以不同程度的高于输出轴6的转速同向转动，使卷簧3向高能位旋转储藏能量；也可将可回收的能量无级变速变矩后直接使卷簧3向高能位旋转储藏能量。通过行星齿轮多路传动无级变速器11的无级变速变矩和转速控制器14控制及辅助装置的协助，使系统能顺利的完成能量释放与回收任务，使卷簧3的能量储藏的范围更宽更好的完成能量释放与回收任务，提高能量的利用率。

实施例13：结合图13、17，它是在实施例1、2、3、4、5…12等的基础上，在只有一端能自由转动的卷簧2的自由端增加传动轮18和锁止机构(或单向离合器)19,在固定端增加传动轮16、锁止机构17和单向离合器20，如图13所示,锁止机构19在自由端释放能量时锁止(或单向离合器19在自由端转速达到或超过传动轮3的转速时才锁止)，单向离合器20只允许固定端向高能位旋转储藏能量；在能量释放阶段，控制系统使锁止机构17和5释放，锁止机构19锁止,无级变速器11选择合适的传动比，使输出转矩符合后级传动机构的要求；在能量回收阶段，控制系统使锁止机构17和5锁止，锁止机构19释放，无级变速器11选择合适的传动比，驱动卷簧2的固定端直接向高能位旋转储藏能量。在两端能自由转动的卷簧3的输出端增加传动轮18、锁止机构19 和20,在回收端增加传动轮16和锁止机构17，如图17所示，锁止机构19在输出端释放能量时锁止，锁止机构20在换向机构9换向时适时锁止，在能量释放阶段，控制系统使锁止机构17、4和20释放，锁止机构19锁止，无级变速器11选择合适的传动比，换向机构9选择合适的传动方向，使输出转矩符合后级传动机构的要求；在能量回收阶段，控制系统使锁止机构17锁止，锁止机构4、19释放，无级变速器11选择合适的传动比，换向机构9选择合适的传动方向，驱动卷簧3的输出端与回收端同向或反向转动，调整能量储藏速度。通过在能量回收阶段传动主轴(即输出轴)直接驱动固定端(或回收端)向高能位转动储藏能量,使系统的结构和控制更简单，系统的能量回收性能更好。

实施例14：结合图14，它是在实施例1、2、3……12等的基础上，用可控弹性能量释放与回收系统与其它(如内燃机、电动机等)动力驱动系统30组成混合动力系统，在其它动力系统30的驱动力小于后级阻力时，弹性能量释放与回收系统释放能量，提高混合动力系统的驱动力；在其它动力系统30的驱动力大于后级阻力或有可回收的能量回收时，弹性能量释放与回收系统回收能量，降低混合动力系统的驱动力或机械能，提高能量使用效率。

Claims (9)

1.一种可控弹性能量释放与回收系统，是利用弹性机构将机械能回收储藏后并可释放做功的能量释放与回收系统，其特征是用一个以上的卷簧、其它能发生弹性形变的元件或组件作可控弹性能量释放与回收系统中能量储藏的弹性机构，并用传动轮、传动轴、锁止机构作中间传动机构在弹性机构的两端建立传动关系而将弹性机构的两端连接在一起，在传动路径中配备第一变速器和第一换向机构，在控制系统的控制下，经所述第一变速器的变速变矩、锁止机构的锁止与释放及所述第一换向机构的换向，系统不但能将可回收的能量储藏在弹性机构中，又能将弹性机构储藏的能量根据需要释放，完成能量的释放与回收任务；而且还能在弹性机构的输出端保持较高转速的同时，既能使弹性机构的输出端和回收端以不同的转速同向转动，降低弹性机构的能量释放或回收的速度，又能使弹性机构的两端反向转动，提高弹性机构的能量释放或回收速度，使系统在弹性机构的转矩在较大的变化范围内，均能正常运转，使系统的性能更好更稳定，更好的完成能量释放与回收任务，提高能量的利用率。

2.根据权利要求1所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是将两端都能自由转动的弹性机构的两端分别作输出端和回收端，所述第一变速器和所述第一换向机构安装在弹性机构的输出端和回收端之间，所述第一变速器在控制系统的控制下，既可以使弹性机构输出端保持较高转速的同时，使回收端以低于输出端的转速同向转动，降低能量释放速度，又可以使弹性机构回收端与输出端以相反的方向转动,加快能量释放速度提高输出端的驱动能力；在能量回收阶段，控制系统始终使回收端比输出端以较快的转速同向转动而储藏能量，使弹性机构的对外转矩始终符合能量释放与回收的要求，提高系统的能量储藏性能和能量储藏总量。

3.根据权利要求1或2所述的可控弹性能量释放与回收系统，其特征是所述第一变速器为无级变速器。

4.根据权利要求1或2所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是所述锁止机构是离合器、制动器。

5.根据权利要求2所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是将两组以上两端都能自由转动的弹性机构组成能量储藏组合，将它们的回收端连在一起或通过锁止机构连接，将它们的输出端经锁止机构可分别或同时驱动输出轴，将所述第一变速器经所述第一换向机构设置于弹性机构的两端之间，在能量释放与回收阶段，控制系统根据控制要求和工作情况的变化，锁止机构适时地锁止或释放使一定数量的弹性机构参入能量的释放或回收工作，并使每组弹性机构储藏的能量达到一定值或顶点后不再储藏能量，使转矩变化始终处在符合传动要求或能量回收的变化范围之内，能量储藏能力得到倍增，提高系统能量储藏性能和能量储藏总量。

6.根据权利要求1或2或5所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是在弹性机构输出端的锁止机构与驱动轮之间增加传动轮，在传动轮与驱动轮之间增加一套第二换向机构，用于适时改变弹性机构输出端的转动方向，在能量释放与回收阶段，在控制系统的控制下，输出端和回收端均能同向和反向转动，加快能量储藏速度，使弹性机构处于低能位时能更快的将可回收的能量充分回收。

7.根据权利要求1或2或5所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是在弹性机构的一端安装传动轮、锁止机构，一端安装传动轮、锁止机构和单向离合器，在能量回收阶段用传动主轴或输出轴直接驱动回收端向高能位转动储藏能量,提高工作效率，并使系统的结构和控制更简单，稳定性能更好，能量回收效率更高。

8.根据权利要求1或2或5所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是当弹性机构的转矩变化很大超出第一变速器的变速变矩范围时，再增加第二变速器，控制系统根据控制要求和工作情况的变化使各变速器选择合适的档位或传动比、第一换向机构选择合适的传动和转动方向，使第一变速器在第二变速器选择的传动区内选择合适的传动比使弹性机构的对外转矩变化经变速变矩后始终处在符合传动要求的变化范围之内，符合能量释放与回收的要求，使系统的稳定性能更好。

9.根据权利要求1所述可控弹性能量释放与回收系统，其特征是用可控弹性能量释放与回收系统与其它动力驱动系统组成混合动力系统，在其它动力系统的驱动力小于后级阻力时，弹性能量释放与回收系统释放能量，提高混合动力系统的驱动力；在其它动力系统的驱动力大于后级阻力时，弹性能量释放与回收系统回收能量，降低混合动力系统的驱动力，提高能量使用效率。