CN103498767A - 飞轮电池补充能量的自动离合弹力驱动装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞轮电池补充能量的自动离合弹力驱动装置及使用方法。其特点是在真空盒外增设弹力驱动机构，利用弹力势能驱动飞轮转动，其中包括一含有磁铁的皮带轮；在真空盒内增设内驱动机构，其包括磁动轮、离心机构和摩擦凹轮。所述皮带轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮通过磁场耦合，使皮带轮带动真空盒内的磁动轮和飞轮转动，飞轮储存动能。使用方法：旅行者在野外宿营时，用打桩的方式将弹力驱动装置安装在地面，利用弹力驱动装置中弹力绳的弹力势能给飞轮电池补充动能。充能结束后，离心机构能自动将驱动部件与飞轮分离，避免飞轮的动能损耗。充能后的飞轮电池可在宿营时和次日旅途中供电使用。

Description

飞轮电池补充能量的自动离合弹力驱动装置及使用方法

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，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利用弹力势能给飞轮电池补充动能的装置及使用方法。

本发明主要技术思路：

1、旅行者在野外宿营时，将本装置安装在地面上，利用弹力给飞轮电池补充动能，使飞轮电池在宿营时和次日旅途中可供电使用。

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，装置中的驱动部件须自动与飞轮分离，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：

弹力驱动机构：其包括第一定位桩、第二定位桩、弹力绳组件、索引绳、压轮、带轮、增速器、第一皮带轮、皮带和第二皮带轮；弹力绳组件的第一端与索引绳连接，弹力绳组件的第二端与固定于地面的第二定位桩连接；第一定位桩相距第二定位桩一定间距固定于地面，并与所述真空盒连接；带轮设置在真空盒的下方，真空盒通过侧板连接于带轮和压轮；索引绳设置在带轮的槽和压轮之间的间隙中；带轮、增速器、第一皮带轮、皮带和第二皮带轮依次连接；第二皮带轮设置在真空盒外的中心轴上；第二皮带轮沿圆周设有多块磁铁；带轮与增速器的输入轴之间设置棘轮组件；弹力驱动机构的作用在于利用弹力势能驱动飞轮转动；

在所述真空盒内增设一内驱动机构，该内驱动机构包括磁动轮、离心机构和摩擦凹轮，所述磁动轮通过转轴与离心机构连接，离心机构中的滑动套筒通过连接杆与摩擦凹轮连接，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；所述磁动轮沿圆周设置多块磁铁；磁动轮上的磁铁与所述第二皮带轮中的磁铁数量相等，且一一对应并通过磁场耦合；磁动轮与第二皮带轮同轴心；

所述飞轮的一端连接发电机，另一端连接一摩擦凸轮，摩擦凸轮与所述内驱动机构中的摩擦凹轮间断性连接；

使用方法：

在地面上打入第一定位桩和第二定位桩，第一定位桩相距第二定位桩一定间距；然后把弹力驱动装置安放在地面，第一定位桩与飞轮电池的真空盒连接；第二定位桩与弹力绳组件的第二端连接，此时，弹力绳处于自由松驰状态；然后拉动牵引绳，牵引弹力绳组件的第一端克服弹力绳的弹力逐渐接近带轮，弹力绳被拉长，最后，弹力绳组件上的弹力绳处于最大张紧状态；

然后放开牵引绳，弹力绳组件开始靠弹力绳的弹力收缩；弹力绳组件在收缩过程中，通过牵引绳带动带轮转动，增速器将带轮的转速提高，增速器的输出端带动第一皮带轮转动，第一皮带轮通过皮带带动第二皮带轮；第二皮带轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场耦合，使第二皮带轮带动真空盒内磁动轮、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；

当弹力绳的收缩弹力逐渐减小，弹力绳逐渐缩短，最终弹力绳的收缩弹力无法拉动牵引绳，牵引绳停止运动，使得带轮、增速器、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮、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：

1、在无电源场合，可以利用弹力绳的弹力给飞轮电池补充动能。

2、飞轮电池在补充动能过程中，可以同时向外部负载输出电能。

3、当装置停止给飞轮电池补充能量后，弹力驱动机构中的驱动部件能自动与飞轮电池分离，以避免飞轮不必要的能量消耗。

附图说明

图1是本发明的静止状态示意图。

图2是本发明的开始运行时的示意图。

图3是图2的侧面的局部视图。

图4是图3的立体示意图。

图5是图3中的C-C局部剖视图。

图6是图5中的B部放大图。

图7是真空盒内部结构示意图。

图8是图5中的A-A局部剖视图（棘轮组件示意图）。

图9是另一种实施型式的示意图。

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：

本发明技术方案主要是在现有技术飞轮电池的真空盒33外设置了弹力驱动机构4，在飞轮电池的真空盒33内增设了内驱动机构5（见图5）。

弹力驱动机构4的作用在于利用弹力势能驱动飞轮31转动（见图1至图5），使飞轮31储存动能：其包括第一定位桩18、第二定位桩19、弹力绳组件11、索引绳12、压轮14、带轮15、增速器16、第一皮带轮17、皮带13和第二皮带轮43；弹力绳组件11的第一端111与索引绳12连接，第二端112与固定于地面的第二定位桩19连接；第一定位桩18相距第二定位桩19一定间距固定于地面，并与所述真空盒33连接；带轮15设置在真空盒33的下方，真空盒33通过侧板26连接于带轮15和压轮14；索引绳12设置在带轮的槽151和压轮14之间的间隙中。压轮14的作用在于将索引绳12压紧在带轮15的槽151中，增加摩擦力，使索引绳12有效地带动带轮15转动。压轮14中可设置轴承（未画出），以避免不必要的动力消耗；索引绳12优先采用轻质的尼龙材料。在这里不采用金属的链条链轮副，原因在于可减少旅途中的负载。

带轮15、增速器16、第一皮带轮17、皮带13和第二皮带轮43依次连接；第二皮带轮43设置在真空盒外的中心轴432上；第二皮带轮43沿圆周设有多块磁铁431；带轮15与增速器16的输入轴161之间设置棘轮组件9（见图5和图8）；

弹力绳组件11主要包括第一端111、多条弹力绳113和第二端112，第一端111通过弹力绳113与第二端112连接，制作弹力绳113最常用材料是涤纶、高弹纱，质地轻，便于携带。弹力绳组件11不采用质地重的金属弹簧，原因也在于可减少旅途中的负载。

见图5，内驱动机构5设置在真空盒33内，该机构主要接收弹力驱动机构的磁力，根据弹力驱动机构转动而转动。参见图6，内驱动机构包括磁动轮51、转轴52、离心机构53和摩擦凹轮54，磁动轮51通过转轴52与离心机构53连接；离心机构3中的滑动套筒535通过连接杆537与摩擦凹轮54连接（见图7），滑动套筒535和摩擦凹轮54之间设置压缩弹簧536，滑动套筒535能在转轴52上移动；磁动轮51与第二皮带轮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与第二皮带轮中的磁铁431数量相等，且一一对应并通过磁场耦合；

所述飞轮31的一端连接发电机34，另一端连接一摩擦凸轮32，摩擦凸轮32与所述内驱动机构5中的摩擦凹轮54间断性连接；

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6、图7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7）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。

使用方法：

见图1至图6，在地面上打入第一定位桩18和第二定位桩19，第一定位桩18相距第二定位桩19一定间距；然后把弹力驱动装置安放在地面，第一定位桩18与飞轮电池的真空盒33连接；第二定位桩19与弹力绳组件的第二端112连接，此时，弹力绳113处于自由松驰状态；然后拉动牵引绳12，牵引弹力绳组件的第一端111克服弹力绳113的弹力逐渐接近带轮15，达到图1所示状态；由于带轮15与增速器16之间设置了棘轮组件9（见图5和图8），所以将弹力绳组件11的一端牵引向上时，带轮15处于空转状态，拉动并不费力；而当弹力绳组件11靠弹力绳113的弹力收缩时，带轮15反向转动作用于棘轮组件9，棘轮组件9与增速器16的输入轴161啮合，带动增速器16和相关连接部件转动。

当弹力绳组件的第一端111接近带轮15；弹力绳113被拉长，弹力绳组件上的弹力绳113处于最大张紧状态即弹力势能处于最大状态（见图1和图2）；

然后，放开牵引绳12，弹力绳组件11开始靠弹力绳113的弹力逐渐收缩，弹力绳组件11在收缩过程中，通过牵引绳12带动带轮15转动，增速器16将带轮15的转速提高，增速器16的输出端163带动第一皮带轮17转动，第一皮带轮17通过皮带13带动第二皮带轮43，第二皮带轮43中的磁铁431与真空盒33内的磁动轮51上的磁铁511通过磁场耦合，使第二皮带轮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；

当弹力绳组件11收缩的弹力势能逐渐减小，弹力绳113逐渐缩短，最终弹力绳113的收缩弹力无力拉动牵引绳，牵引绳12停止运动，使得带轮15、增速器16、第一皮带轮17、皮带13、第二皮带轮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9是本发明的另一实施型式。其特点是将真空盒内外的零部件采用竖向设置。

Claims (1)

1. 一种飞轮电池补充能量的自动离合弹力驱动装置的使用方法，包括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：

弹力驱动机构：其包括第一定位桩、第二定位桩、弹力绳组件、索引绳、压轮、带轮、增速器、第一皮带轮、皮带和第二皮带轮；弹力绳组件的第一端与索引绳连接，弹力绳组件的第二端与固定于地面的第二定位桩连接；第一定位桩相距第二定位桩一定间距固定于地面，并与所述真空盒连接；带轮设置在真空盒的下方，真空盒通过侧板连接于带轮和压轮；索引绳设置在带轮的槽和压轮之间的间隙中；带轮、增速器、第一皮带轮、皮带和第二皮带轮依次连接；第二皮带轮设置在真空盒外的中心轴上；第二皮带轮沿圆周设有多块磁铁；带轮与增速器的输入轴之间设置棘轮组件；弹力驱动机构的作用在于利用弹力势能驱动飞轮转动；

在所述真空盒内增设一内驱动机构，该内驱动机构包括磁动轮、离心机构和摩擦凹轮，所述磁动轮通过转轴与离心机构连接，离心机构中的滑动套筒通过连接杆与摩擦凹轮连接，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；所述磁动轮沿圆周设置多块磁铁；磁动轮上的磁铁与所述第二皮带轮中的磁铁数量相等，且一一对应并通过磁场耦合；磁动轮与第二皮带轮同轴心；

所述飞轮的一端连接发电机，另一端连接一摩擦凸轮，摩擦凸轮与所述内驱动机构中的摩擦凹轮间断性连接；

使用方法：

在地面上打入第一定位桩和第二定位桩，第一定位桩相距第二定位桩一定间距；然后把弹力驱动装置安放在地面，第一定位桩与飞轮电池的真空盒连接；第二定位桩与弹力绳组件的第二端连接，此时，弹力绳处于自由松驰状态；然后拉动牵引绳，牵引弹力绳组件的第一端克服弹力绳的弹力逐渐接近带轮，弹力绳被拉长，最后，弹力绳组件上的弹力绳处于最大张紧状态；

然后放开牵引绳，弹力绳组件开始靠弹力绳的弹力收缩；弹力绳组件在收缩过程中，通过牵引绳带动带轮转动，增速器将带轮的转速提高，增速器的输出端带动第一皮带轮转动，第一皮带轮通过皮带带动第二皮带轮；第二皮带轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场耦合，使第二皮带轮带动真空盒内磁动轮、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；

当弹力绳的收缩弹力逐渐减小，弹力绳逐渐缩短，最终弹力绳的收缩弹力无法拉动牵引绳，牵引绳停止运动，使得带轮、增速器、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮、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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