CN103498771B - 依靠重力补充飞轮电池能量的重力充能装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种依靠重力补充飞轮电池能量的重力充能装置及使用方法。其特点是在飞轮电池外设置了重力驱动机构和自动分离机构，并在飞轮电池内增设磁动轮。使用方法：把重力充能装置悬挂于高处；重物袋在下落中，通过牵引绳带动带轮、增速器、两个摩擦轮转动；第二摩擦轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场的耦合，使第二摩擦轮带动真空盒内磁动轮和飞轮转动，飞轮在转动中储存动能；当重物袋下落到接近地面时，自动分离机构使第二摩擦轮自动远离磁动轮，以避免两者的磁铁相互干扰；飞轮在真空盒内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。优点是在无电源场合，利用重力给飞轮电池补充动能。

Description

依靠重力补充飞轮电池能量的重力充能装置及使用方法

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利用重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，将本装置悬挂于高处，利用重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，装置中的具有磁性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：

重力驱动机构：其包括重物袋、索引绳、限位组件、压轮、带轮、增速器、第一摩擦轮、第二摩擦轮；带轮设置在所述飞轮的下方，所述真空盒通过侧板连接于带轮和压轮；索引绳的一端与重物袋连接，另一端与限位组件连接；索引绳设置在带轮的槽和压轮之间的间隙中；带轮、增速器、第一摩擦轮和第二摩擦轮依次连接；第二摩擦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；重力驱动机构的作用在于利用重力势能驱动飞轮转动；

所述真空盒内增设一磁动轮，飞轮的一端与发电机连接，飞轮的另一端与一磁动轮连接，磁动轮沿圆周设有多块磁铁；磁动轮上的磁铁与第二摩擦轮上的磁铁数量相等，且一一对应，并通过磁场耦合；磁动轮与第二摩擦轮同轴心；

自动分离机构：其包括引导螺栓、第一复位弹簧、楔块推杆机构、滑落杆；滑落杆上部与真空盒连接，滑落杆下部与增速器的外壳连接；引导螺栓设置在滑落杆上部；第一复位弹簧设置在引导螺栓内部，引导螺栓外设置第二摩擦轮；自动分离机构的作用在于：当第二摩擦轮驱动磁动轮转动的工作结束后，能自动远离磁动轮；

使用方法：

将第二摩擦轮安装在导引螺栓的光轴上；重物袋置于地面的垫高物上；然后把重力充能装置悬挂于高处；拉动牵引绳，牵引重物袋向上接近带轮；将垫高物移至别处；

放开牵引绳，重物袋开始靠重力下落；重物袋在下落中，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摩擦轮转动，第一摩擦轮带动第二摩擦轮；第二摩擦轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场耦合，使第二摩擦轮带动真空盒内磁动轮和飞轮转动，飞轮在转动中储存动能；

当重物袋下落到接近地面时，牵引绳上的限位组件的撞块与自动分离机构的推杆接触，限位弹簧产生的弹力通过撞块推动推杆，与推杆连接的楔块楔入导引螺栓的斜面，使导引螺栓朝磁动轮方向轴向移动；于是，导引螺栓的螺纹与转动中的第二摩擦轮的螺孔啮合；第二摩擦轮绕导引螺栓的螺纹旋转，最后第二摩擦轮旋转出导引螺栓的螺纹外，滑落在滑落杆上；磁动轮与第二摩擦轮的磁场耦合作用消失；飞轮在真空盒内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，可以利用重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，重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是本发明的整体示意图。

图2是图1运行开始时的立体示意图。

图3是图2的局部剖视图。

图4是图3中的B部放大图。

图5是图4中的C部放大图。

图6是图3的立体示意图（其中删除了第一摩擦轮17和第二摩擦轮18）。

图7是图6中的D部放大图。

图8是本发明运行过程1。

图9是图8中的E部放大图。

图10是本发明运行过程2。

图11是图10中的H部放大图。

图12是本发明的第二摩擦轮18自动分离的状态图。

图13是图3中的A-A局部剖视图（棘轮组件示意图）。

图14是另一种实施方法的示意图。

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的飞轮电池真空盒21外设置了重力驱动机构和自动分离机构，并在飞轮电池的真空盒21内增设了与飞轮22相连的磁动轮23（见图3）。

重力驱动机构的作用在于利用重力势能驱动飞轮22转动（见图1至图3），使飞轮22储存动能：其包括重物袋11、索引绳12、限位组件13、压轮14、带轮15、增速器16、第一摩擦轮17、第二摩擦轮18；带轮15设置在飞轮22的下方，真空盒21通过侧板26连接于带轮15和压轮14；索引绳12的一端与重物袋11连接，另一端与限位组件13连接；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。

（见图3至图5）带轮15、增速器16、第一摩擦轮17和第二摩擦轮18依次连接；第二摩擦轮18沿圆周设有多块磁铁181；

重物袋11内最好可以装在野外很容易找到的石块，泥土，或水作为重力。所以重物袋11优先采用轻质的不透水的材料制成，以便当就近找不到沉重固体时，可在重物袋内装水，或泥土，或石头，以此作为重力。

带轮15与增速器16的输入轴之间设置棘轮组件9（见图3和图13）。

见图2，限位组件13包括撞块131、限位弹簧132和固定块133。撞块131可以在牵引绳12上滑动，固定块133则固定在牵引绳12上。撞块131与固定块133之间设置限位弹簧132。

见图3和图4，所述飞轮电池的真空盒21内，飞轮22与一磁动轮23连接，磁动轮23沿圆周设有多块磁铁231；磁动轮23上的磁铁231与第二摩擦轮18上的磁铁181数量相等，且一一对应，并通过磁场耦合；为减少摩擦消耗，在第二摩擦轮的端面设置了多个滚球182，见图5，相对应，在真空盒外，设置了供滚球182运行的滑槽211；磁动轮23与第二摩擦轮18同轴心；需要说明的是接近磁动轮23和第二摩擦轮18的零部件都应该是不易被磁化的无磁性材料制作，以避免磁动轮23和第二摩擦轮18的运行受到干扰。

（见图4至图7）自动分离机构的作用在于：第二摩擦轮18驱动磁动轮23转动的工作结束后，能自动远离磁动轮23，否则第二摩擦轮18上的磁铁181对转动中的磁动轮23产生阻力，将会消耗飞轮22的动能。自动分离机构包括引导螺栓31、第一复位弹簧32、楔块推杆机构33、滑落杆34；滑落杆34上部与真空盒21连接，滑落杆34下部与增速器16的外壳连接；引导螺栓31设置在滑落杆34上部；第一复位弹簧32设置在引导螺栓31内部，其作用是当外力使引导螺栓31向磁动轮23方向移动时，第一复位弹簧32受压，当作用于引导螺栓31的外力消失后，第一复位弹簧32使引导螺栓31复位。引导螺栓31外设置第二摩擦轮18。引导螺栓31包括了斜面311，光轴312和螺纹313。斜面311是供楔块333楔入而设置的（见图7）。光轴312是供第二摩擦轮18的螺孔183的小径在光轴312上转动。当引导螺栓31的螺纹313进入到旋转中的第二摩擦轮18的螺孔183后，第二摩擦轮就可以绕螺纹313旋转，直至旋转出螺纹313外，滑落到滑落杆34上。

见图6、图7，楔块推杆机构33主要包括第二复位弹簧331、推杆332、楔块333。当限位组件13的撞块131推动推杆332（此时，第二复位弹簧331受压），与推杆332连接的楔块333楔入引导螺栓的斜面311，迫使引导螺栓31朝磁动轮23方向移动；当撞块131离开推杆332后，第二复位弹簧331使推杆332恢复到被推动之前的位置。

使用方法：

方法1、见图1和图3，将第二摩擦轮18经引导螺栓31的螺纹313旋转进入，安装在导引螺栓31的光轴312上；然后把重力充能装置悬挂于高处。在野外，往往可以将重力充能装置悬挂在树上，或者在陡峭的山壁上打桩悬挂。这时候，重物袋11最好是在地面的垫高物8上的（当重物袋11牵引到高处后，垫高物8须移至别处，这样，重物袋11下落到接近地面时，牵引绳上的限位组件13才会有效地撞到自动分离机构的推杆332，使自动分离机构自动工作）。

然后拉动牵引绳12，牵引重物袋11向上接近带轮15；由于带轮15与增速器16之间设置了棘轮组件9（见图3和图13），所以将重物袋11牵引向上时，带轮15处于空转状态，拉动并不费力；而当重物袋11下降时，带轮15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。

重物袋11升高后，放开牵引绳12，重物袋11开始靠重力下落，重物袋11在下落过程中，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带动第一摩擦轮17转动，第一摩擦轮17带动第二摩擦轮18，第二摩擦轮18上的磁铁181与真空盒21内的磁动轮23上的磁铁231通过磁场的耦合，使第二摩擦轮18带动磁动轮23和飞轮22转动，飞轮22在转动中储存动能；

当重物袋11下落到接近地面时，牵引绳11上的限位组件的撞块131与推杆332接触（见图 1、图2、图6、图7）。这时候，真空盒21内的飞轮22已经储存了足够的动能，飞轮22实际上已经可以通过磁动轮23带动第二摩擦轮18转动。所以，重物袋11的重力足以使撞块131后面的限位弹簧132逐渐受压缩，限位弹簧132产生的弹力通过撞块131推动推杆332，与推杆332连接的楔块333楔入导引螺栓的斜面311，使导引螺栓31朝磁动轮23方向轴向移动，见图5（平键39 使得导引螺栓31只允许轴向移动）；于是，导引螺栓的螺纹313与转动中的第二摩擦轮18的螺孔183啮合，见图9和图11。这时候，第二摩擦轮18的被转动力主要来自被飞轮22带动的磁动轮23，磁动轮23通过与第二摩擦轮18的磁场耦合，带动第二摩擦轮18转动。于是，第二摩擦轮18继续旋转，而这时第二摩擦轮18的旋转是绕导引螺栓的螺纹313旋转的，所以最后第二摩擦轮18可以旋转出导引螺栓的螺纹313外，滑落在滑落杆34上；从而使第二摩擦轮18远离磁动轮23（见图12），其磁铁181的磁力不再对磁动轮23产生阻力。于是飞轮22可以在真空盒21内的真空中依靠储存的动能继续转动；

当外界需要电能时，飞轮22的动能通过发电机25转化为电能，输出给外部负载。

方法2、当飞轮22还有剩余动能时，用止动磁铁27插入真空盒上的止动槽28（见图14），真空盒中的磁动轮23中的磁铁231受止动磁铁27磁力，使磁动轮23和飞轮22逐渐停止转动；然后将第二摩擦轮18安装在导引螺栓的光轴213上；重物袋11置于地面的垫高物8上；然后把重力充能装置悬挂于高处；拉动牵引绳12，牵引重物袋11向上接近带轮15；将垫高物移至别处；放开牵引绳，重物袋开始靠重力下落；重物袋11在下落中，通过牵引绳12带动带轮15转动，其余与方法1相同。

Claims (1)

1.一种依靠重力补充飞轮电池能量的重力充能装置的使用方法，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：

重力驱动机构：其包括重物袋、索引绳、限位组件、压轮、带轮、增速器、第一摩擦轮、第二摩擦轮；带轮设置在所述飞轮的下方，所述真空盒通过侧板连接于带轮和压轮；索引绳的一端与重物袋连接，另一端与限位组件连接；索引绳设置在带轮的槽和压轮之间的间隙中；带轮、增速器、第一摩擦轮和第二摩擦轮依次连接；第二摩擦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；重力驱动机构的作用在于利用重力势能驱动飞轮转动；

所述真空盒内增设一磁动轮，飞轮的一端与发电机连接，飞轮的另一端与一磁动轮连接，磁动轮沿圆周设有多块磁铁；磁动轮上的磁铁与第二摩擦轮上的磁铁数量相等，且一一对应，并通过磁场耦合；磁动轮与第二摩擦轮同轴心；

自动分离机构：其包括引导螺栓、第一复位弹簧、楔块推杆机构、滑落杆；滑落杆上部与真空盒连接，滑落杆下部与增速器的外壳连接；引导螺栓设置在滑落杆上部；第一复位弹簧设置在引导螺栓内部，引导螺栓外设置第二摩擦轮；自动分离机构的作用在于：当第二摩擦轮驱动磁动轮转动的工作结束后，能自动远离磁动轮；

使用方法：

将第二摩擦轮安装在导引螺栓的光轴上；重物袋置于地面的垫高物上；然后把重力充能装置悬挂于高处；拉动牵引绳，牵引重物袋向上接近带轮；将垫高物移至别处；

放开牵引绳，重物袋开始靠重力下落；重物袋在下落中，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摩擦轮转动，第一摩擦轮带动第二摩擦轮；第二摩擦轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮上的磁铁通过磁场耦合，使第二摩擦轮带动真空盒内磁动轮和飞轮转动，飞轮在转动中储存动能；

当重物袋下落到接近地面时，牵引绳上的限位组件的撞块与自动分离机构的推杆接触，限位弹簧产生的弹力通过撞块推动推杆，与推杆连接的楔块楔入导引螺栓的斜面，使导引螺栓朝磁动轮方向轴向移动；于是，导引螺栓的螺纹与转动中的第二摩擦轮的螺孔啮合；第二摩擦轮绕导引螺栓的螺纹旋转，最后第二摩擦轮旋转出导引螺栓的螺纹外，滑落在滑落杆上；磁动轮与第二摩擦轮的磁场耦合作用消失；飞轮在真空盒内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。