CN103496425A - 自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置及使用方法。其特别之处是本发明设有重力离合装置和动力总成，重力离合装置是根据自行车行驶的状况自动控制是否给飞轮电池补充能量。动力总成是接受自行车后轮的传动力给飞轮电池补充能量。有益之处是在无电源场合，可以用自行车给飞轮电池补充动能。利用重力和自锁机构自动控制给飞轮电池补充能量的时间，以减轻人力负载。即当自行车下坡时，装置与自行车自动结合，向飞轮提供动能。当自行车上坡或平地行驶时，装置与自行车自动分离，以减轻人力负载。利用离心力原理，使得驱动机构停止驱动后，能自动与飞轮分离，以避免飞轮不必要的能量损耗。

Description

自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置及使用方法

技术领域

本发明是关于飞轮电池（或称飞轮储能装置）领域，特别是涉及一种飞轮电池补充能量的装置。

背景技术

在众多储能装置中，飞轮电池突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当飞轮以一定角速度旋转时，就具有一定的动能，飞轮电池以其动能转换成电能。飞轮电池与化学电池相比，以其高效率，充电时间短、相对尺寸小、清洁无污染等突出优势有望成为最具前景的储能电池。

飞轮电池的工作原理：飞轮电池中有一个电机（电动/发电一体机），充电时，该电机以电动机形式运转，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮的动能储存起来，即飞轮电池“充电”；当外界需要电能时，该电机以发电机形式转动，通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出给外部负载，即飞轮电池“放电”。 为了减少风阻损耗，摩擦等能量损失，飞轮电池设置在真空盒内，并使用磁悬浮轴承支撑转动部件。 

飞轮电池的储能密度大、相对尺寸小的特点，尤其适合携带于野外无电源场合，特别是对于骑自行车旅行的车友，在野外宿营时，非常需要有一个能给手提电脑、收音机，较大功率的灯光支持电力的飞轮电池。然而，飞轮电池目前只能用通电的方式驱动真空盒内的发电机带动飞轮转动，使飞轮储存动能，而在野外却没有可以给飞轮电池充电的电源。

发明内容

本发明的目的是提供一种在自行车行驶中，利用自行车轮的转动给飞轮电池补充动能的装置及方法。

本发明主要技术思路：

1、为减少人力负载，装置最好是在自行车下坡时自动给飞轮电池补充能量。而在上地坡时，装置自动与自行车分离。

2、飞轮电池必须是在真空盒内运作，可以用磁动的方法驱动真空盒内的飞轮。

3、当装置停止给飞轮电池补充能量后，装置须自动与飞轮分离，以避免飞轮不必要的能量消耗。

本发明的具体技术方案：包括自行车及其后架和后轮、飞轮电池及其真空盒和真空盒内的飞轮及发电机，其特征在于，还包括：

重力离合装置：其包括安装架及夹子、自锁机构、顶杆和重锤杆；所述安装架通过夹子与自行车的后架固连；自锁机构固定于安装架上；所述顶杆的一端与自锁机构间断性接触，另一端与重锤杆间断性接触；所述重锤杆与安装架上的第二支轴铰接；

动力总成：其包括支架、外驱动装置、内驱动装置和飞轮电池；

其中外驱动装置设置在所述真空盒外，它包括摩擦轮、增速器和驱动套，摩擦轮通过增速器与驱动套连接；摩擦轮与自行车的后轮间断性接触；所述驱动套沿圆周设有多块磁铁；

其中内驱动装置设置在所述真空盒内，它包括磁动轮、转轴、离心机构和摩擦凹轮，所述磁动轮与外驱动装置的驱动套同轴心，磁动轮沿圆周设有多块磁铁；磁动轮上的磁铁与驱动套中的磁铁数量相等，且一一对应并通过磁场的耦合；磁动轮通过转轴与离心机构连接；离心机构包括滑动套和连接杆，其中的滑动套筒通过连接杆与所述摩擦凹轮连接，滑动套筒和摩擦凹轮之间设置压缩弹簧，滑动套筒能在转轴上移动；

其中所述真空盒内，所述飞轮的一端与发电机连接，飞轮的另一端设置一摩擦凸轮；摩擦凸轮与内驱动装置中的摩擦凹轮间断性的接触；

其中所述支架上部与安装架上的第一支轴铰接；支架下部的一部分与外驱动装置的增速器固连，支架下部另一部分与真空盒固连；支架还与自锁机构连接；

使用方法：

当自行车进行上坡行驶期间，动力总成在重力作用下自由垂直，其支架与安装架的夹子的夹角大于90°，其摩擦轮与自行车的后轮处于分离状态；

当自行车进行下坡行驶期间，动力总成在重力作用下绕第一支轴转动，其支架与安装架的夹子的夹角小于90°，其摩擦轮与自行车的后轮接触，并被自行车的后轮带动；当自行车的后轮行驶中产生抖动时，与支架连接的自锁机构自动锁住支架，阻止摩擦轮与自行车的后轮分离；增速器将摩擦轮的转速提高，增速器的输出端带动驱动套转动，驱动套中的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场的耦合，使驱动套带动磁动轮、离心机构和摩擦凹轮一起转动，当离心机构的转动达到一定速度时，在离心力的作用下，离心机构中的滑动套筒克服压缩弹簧的弹力朝摩擦凸轮方向移动，由此使得与滑动套筒连接的摩擦凹轮与摩擦凸轮接合，以此驱动飞轮转动储存能量；

当自行车进行平地行驶时，重锤杆在重力作用下，绕第二支轴朝后轮的相反方向转动，重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状，重锤杆的上部推动顶杆，顶杆推动自锁机构，使自锁机构释放支架，于是支架在重力作用下，绕第一支轴朝后轮的相反方向转动，支架与安装架的夹子的夹角呈直角状，动力总成的摩擦轮与自行车的后轮分离，这样摩擦轮、增速器、驱动套、磁动轮、离心机构和摩擦凹轮也因此停止转动；离心机构的离心力消失，压缩弹簧的弹力推动滑动套筒，使得与滑动套筒连接的摩擦凹轮离开摩擦凸轮；飞轮依靠储存的动能继续转动；

当外界需要电能时，飞轮的动能通过发电机转化为电能，输出给外部负载。

本发明与现有技术相比的特点是：

一、 在无电源场合，可以用自行车给飞轮电池补充动能。

二、利用重力和自锁机构自动控制给飞轮电池补充能量的时间，以减轻人力负载。即当自行车下坡时，装置与自行车自动结合，向飞轮提供动能。当自行车上坡或平地行驶时，装置与自行车自动分离，以减轻人力负载。

三、 利用离心力原理，使得驱动机构停止驱动后，能自动与飞轮分离，以避免飞轮不必要的能量损耗。

四、 给飞轮电池输入动能过程中，飞轮电池可以同时向外部负载输出电能。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是图1另一个角度的立体示意图。

图3是图2的部分零件的分解图。

图4是本发明上坡时的示意图。

图5是图4的A部放大视图。

图6是本发明下坡时的示意图。

图7是图6中B部放大视图。

图8是图4中的D-D剖视图。

图9是飞轮电池真空盒内的零部件的立体示意图。

图10是本发明在平地时的示意图。

图11是图10中的C部放大视图。

图12是另一实施方法的示意图。

图13是本发明的另一结构型式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

重力离合装置：（参见图1至图6）该装置主要是根据自行车行驶的状况自动控制是否给飞轮电池补充能量。其包括安装架11及夹子111、自锁机构12、顶杆13和重锤杆14；夹子111与自行车的后架71固连；

自锁机构12固定于安装架11上（参见图6和图7）；其包括滑块121、钢球122和弹簧123。图示状态，滑块121只能向左移动。这是由于钢球122将滑块121压紧在楔缝129上，所以滑块121不能向右移动，从而形成了自锁状态。但如果顶杆13的一端将钢球朝弹簧123方向推动，钢球122就不再压紧滑块121，滑块121才可以向右移动。而顶杆13的移动是由重锤杆14控制的。重锤杆14铰接于安装架11上的第二支轴19，重锤杆14上部与顶杆13有间断性接触。

参见图1、图3和图8，动力总成2包括支架21、外驱动装置、内驱动装置和飞轮电池3；

外驱动装置设置在真空盒33外，该装置主要利用磁场来驱动真空盒33内的内驱动装置中的磁动轮51。外驱动装置包括摩擦轮41、增速器42和驱动套43，摩擦轮41通过增速器42与驱动套43连接；需要时，摩擦轮41与自行车的后轮72接触，从而用自行车的后轮72带动摩擦轮41、增速器42和驱动套43运转；驱动套43沿圆周设有多块磁铁431；

内驱动装置设置在真空盒33内，该装置主要接收外驱动装置磁力，根据外驱动装置转动而转动。内驱动装置包括磁动轮51、转轴52、离心机构53和摩擦凹轮54，所述磁动轮51与驱动套43同轴心，磁动轮51沿圆周设有多块磁铁511；磁动轮上的磁铁511与驱动套中的磁铁431数量相等，且一一对应并通过磁场的耦合；磁动轮51通过转轴52与离心机构53连接；

离心机构53是一种基于离心运动原理的机械式自动控制装置。其结构如图8和图9所示：在转轴52上，两根第一拉杆531分别装有两个飞锤532。第一拉杆531可在垂直平面内绕销轴533摆动。在转轴52旋转时，飞锤532产生离心运动倾向，将第一拉杆531张开一定角度，并通过第二拉杆534使套在转轴52上的滑动套筒535向摩擦凸轮32方向移动一段距离，该摩擦凸轮32与飞轮31连接，而飞轮31的另一端连接发电机34。转轴52转速越大，第一拉杆531张角越大，滑动套筒535克服压缩弹簧536阻力后移得距离越大，滑动套筒535通过连接杆537（见图9）连接摩擦凹轮54，摩擦凹轮54向摩擦凸轮32靠近并与之接合，使飞轮31随之转动，于是飞轮31开始储存动能。

动力总成2的支架21上部与安装架11上的第一支轴28铰接（参见图1、图2和图9）；支架21下部的一部分与外驱动装置的增速器42固连，支架21下部另一部分与真空盒33固连；也就是动力总成2的零部件都安装在支架21上，支架21绕安装架11上的第一支轴28转动，动力总成2也随之转动。

支架21还与自锁机构12连接；这样，自锁机构12就可以通过控制支架21来控制动力总成2。支架21上设置一滑槽211（见图3），自锁机构12的滑块121设有一圆销1211，圆销1211位于滑槽211内。当支架21转动时，通过圆销1211带动滑块121移动。或者，滑块121固定时，控制支架21不转动。

上述装置的使用方法：

参见图4、图5，当自行车进行上坡行驶期间，动力总成2和重锤杆14在重力作用下自由垂直，动力总成的支架21与安装架的夹子111的夹角大于90°，其摩擦轮41与自行车的后轮72处于分离状态；

参见图6、图7，当自行车进行下坡行驶期间，动力总成2在重力作用下，绕第一支轴28转动，其支架21与安装架的夹子111的夹角小于90°，其摩擦轮41与自行车的后轮72接触，并被自行车的后轮72带动；当自行车的后轮72行驶中产生抖动时，摩擦轮41就有离开后轮72的倾向。这时候自锁机构12就会阻止摩擦轮41与后轮72分离，也就是支架21通过圆销1211要拨动滑块121向右移动，但由于滑块121被钢球122压紧在楔缝129中，从而锁住支架21不能转动，这样，摩擦轮41继续保持与后轮72接触，被后轮72带动。

增速器42将摩擦轮41的转速提高，增速器42的输出端带动驱动套43转动，驱动套43中的磁铁431与磁动轮51上的磁铁511通过磁场的耦合，使驱动套43带动磁动轮51、离心机构53和摩擦凹轮54一起转动，当离心机构53的转动达到一定速度时，在离心力的作用下，离心机构53中的滑动套筒535克服压缩弹簧536的弹力朝摩擦凸轮32方向移动，由此使得与滑动套筒535连接的摩擦凹轮54与摩擦凸轮32接合，以此驱动飞轮31转动储存能量；

参见图10、图11当自行车进行平地行驶时，重锤杆14在重力作用下，绕第二支轴19朝后轮72的相反方向转动，重锤杆14与安装架的夹子111的夹角呈直角状，重锤杆14的上部推动顶杆13，顶杆13推动自锁机构12中的钢球122，使自锁机构12中的滑块121不再被压紧，滑块121和支架21一起被释放，于是支架21在重力作用下，绕第一支轴28朝后轮72的相反方向转动，支架21与安装架的夹子111的夹角呈直角状，动力总成2的摩擦轮41与后轮72分离，这样，摩擦轮41、增速器42、驱动套43、磁动轮51、离心机构53和摩擦凹轮54也因此停止转动；离心机构53的离心力消失，压缩弹簧536的弹力推动滑动套筒535，使得与滑动套筒535连接的摩擦凹轮54离开摩擦凸轮32；飞轮31依靠储存的动能继续转动；

当外界需要电能时，飞轮31的动能通过发电机34转化为电能，输出给外部负载。

图13是本发明的另一结构型式。其特点是将真空盒内外的零部件采用竖向设置。

另一实施方法：对于体力好的骑者，在平地行驶时，也可以利用本发明对飞轮电池实施补充能量。方法是在平地上（见图12），将摩擦轮41调整到与后轮72接触，然后将夹子111固定在后架71上。这样，自行车在下坡和平地行驶时，都可以给飞轮电池补充能量。而在上坡时，摩擦轮41与后轮72是分离的，不再消耗骑者的体力。

Claims (1)

1. 一种自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置的使用方法，包括自行车及其后架和后轮、飞轮电池及其真空盒和真空盒内的飞轮及发电机，其特征在于，还包括：

重力离合装置：其包括安装架及夹子、自锁机构、顶杆和重锤杆；所述安装架通过夹子与自行车的后架固连；自锁机构固定于安装架上；所述顶杆的一端与自锁机构间断性接触，另一端与重锤杆间断性接触；所述重锤杆与安装架上的第二支轴铰接；

动力总成：其包括支架、外驱动装置、内驱动装置和飞轮电池；

其中外驱动装置设置在所述真空盒外，它包括摩擦轮、增速器和驱动套，摩擦轮通过增速器与驱动套连接；摩擦轮与自行车的后轮间断性接触；所述驱动套沿圆周设有多块磁铁；

其中内驱动装置设置在所述真空盒内，它包括磁动轮、转轴、离心机构和摩擦凹轮，所述磁动轮与外驱动装置的驱动套同轴心，磁动轮沿圆周设有多块磁铁；磁动轮上的磁铁与驱动套中的磁铁数量相等，且一一对应并通过磁场的耦合；磁动轮通过转轴与离心机构连接；离心机构包括滑动套和连接杆，其中的滑动套筒通过连接杆与所述摩擦凹轮连接，滑动套筒和摩擦凹轮之间设置压缩弹簧，滑动套筒能在转轴上移动；

其中所述真空盒内，所述飞轮的一端与发电机连接，飞轮的另一端设置一摩擦凸轮；摩擦凸轮与内驱动装置中的摩擦凹轮间断性的接触；

其中所述支架上部与安装架上的第一支轴铰接；支架下部的一部分与外驱动装置的增速器固连，支架下部另一部分与真空盒固连；支架还与自锁机构连接；

使用方法：

当自行车进行上坡行驶期间，动力总成在重力作用下自由垂直，其支架与安装架的夹子的夹角大于90°，其摩擦轮与自行车的后轮处于分离状态；

当自行车进行下坡行驶期间，动力总成在重力作用下绕第一支轴转动，其支架与安装架的夹子的夹角小于90°，其摩擦轮与自行车的后轮接触，并被自行车的后轮带动；当自行车的后轮行驶中产生抖动时，与支架连接的自锁机构自动锁住支架，阻止摩擦轮与自行车的后轮分离；增速器将摩擦轮的转速提高，增速器的输出端带动驱动套转动，驱动套中的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场的耦合，使驱动套带动磁动轮、离心机构和摩擦凹轮一起转动，当离心机构的转动达到一定速度时，在离心力的作用下，离心机构中的滑动套筒克服压缩弹簧的弹力朝摩擦凸轮方向移动，由此使得与滑动套筒连接的摩擦凹轮与摩擦凸轮接合，以此驱动飞轮转动储存能量；

当自行车进行平地行驶时，重锤杆在重力作用下，绕第二支轴朝后轮的相反方向转动，重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状，重锤杆的上部推动顶杆，顶杆推动自锁机构，使自锁机构释放支架，于是支架在重力作用下，绕第一支轴朝后轮的相反方向转动，支架与安装架的夹子的夹角呈直角状，动力总成的摩擦轮与自行车的后轮分离，这样摩擦轮、增速器、驱动套、磁动轮、离心机构和摩擦凹轮也因此停止转动；离心机构的离心力消失，压缩弹簧的弹力推动滑动套筒，使得与滑动套筒连接的摩擦凹轮离开摩擦凸轮；飞轮依靠储存的动能继续转动；

当外界需要电能时，飞轮的动能通过发电机转化为电能，输出给外部负载。

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