CN105358823A - 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

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。其特点是真空盒(33)外增设弹力驱动机构(4)，利用弹力势能驱动飞轮(31)转动，其中包括一含有磁铁的皮带轮；在真空盒(33)内增设内驱动机构(5)，其包括磁动轮(51)、离心机构(53)和摩擦凹轮(54)。使用方法：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。充电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。

所述带轮 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沿圆周设有多块第一磁铁 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 周设有多块第二磁铁 511 ;磁动轮上的所述第二磁铁 511与第二皮带轮中的所述第一磁铁 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—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. 权 利 要 求 书

   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， 其特征在于， 包括弹力 驱动装置、 内驱动机构、 飞轮电池和真空盒； 所述飞轮电池包括飞轮和发电机， 并设置于所 述真空盒内；

   所述弹力驱动机构包括第一定位桩、 第二定位桩、 弹力绳组件、 侧板、 索引绳、 压轮、 带轮、 增速器、 第一皮带轮、 皮带和第二皮带轮； 所述弹力绳组件的第一端与所述索引绳连 接， 所述弹力绳组件的第二端与固定于地面的第二定位桩连接； 所述真空盒与固定于地面的 所述第一定位桩连接， 所述带轮设置在所述真空盒的下方， 所述真空盒通过所述侧板连接于 所述带轮和所述压轮； 所述索引绳设置在所述带轮的槽和所述压轮之间的间隙中； 所述带轮、 所述增速器、 所述第一皮带轮、 所述皮带和所述第二皮带轮依次连接； 所述第二皮带轮设置 在所述真空盒外的中心轴上； 所述第二皮带轮沿圆周设有多块第一磁铁；

   在所述真空盒内增设一内驱动机构， 所述内驱动机构包括磁动轮、 离心机构和摩擦凹轮， 所述磁动轮通过所述转轴与所述离心机构连接， 所述离心机构中的滑动套筒通过连接杆与所 述摩擦凹轮连接， 所述滑动套筒和所述摩擦凹轮之间设置压缩弹簧， 所述磁动轮沿圆周设置 多块第二磁铁； 磁动轮上的所述第二磁铁与所述第二皮带轮中的所述第一磁铁数量相等， 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所述发电机， 另一端连接一摩擦凸轮， 所述摩擦凸轮与所述内驱动 机构中的所述摩擦凹轮间断性连接；

   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：

   弹力绳组件的所述弹力绳收缩牵引绳带动所述带轮转动， 所述增速器将所述带轮的转速 提高， 所述增速器的输出端带动所述第一皮带轮转动， 所述第一皮带轮通过所述皮带带动所 述第二皮带轮； 所述第二皮带轮上的所述第一磁铁与所述真空盒内的所述磁动轮上的所述第 二磁铁通过磁场耦合， 使所述第二皮带轮带动所述真空盒内所述磁动轮、 所述离心机构和所 述摩擦凹轮一起转动， 所述摩擦凹轮与摩擦凸轮接合， 所述驱动飞轮转动储存能量；

   当所述弹力绳的收缩弹力逐渐减小， 弹力绳的收缩弹力无法拉动所述牵引绳， 所述牵引 绳停止运动， 所述离心机构和所述摩擦凹轮停止转动； 所述离心机构的离心力消失， 所述压 缩弹簧的弹力推动所述滑动套筒， 使得与所述滑动套筒连接的所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸 轮。

   2、 根据权利要求 1所述的使用方法， 其特征在于， 所述的所述摩擦凹轮与摩擦凸轮接合 的具体方法包括：

   在离心力的作用下， 所述离心机构中的所述滑动套筒克服所述压缩弹簧的弹力朝所述摩 擦凸轮方向移动。

   3、 根据权利要求 1所述的使用方法， 其特征在于， 所述的所述弹力绳组件的所述弹力绳 收缩， 所述牵引绳带动所述带轮转动之前， 所述使用方法包括：

   所述牵引绳被拉动， 所述牵引弹力绳组件的第一端克服所述弹力绳的弹力逐渐接近所述 带轮， 所述弹力绳被拉长， 所述弹力绳组件上的所述弹力绳处于张紧状态。

   4、 根据权利要求 1所述的使用方法， 其特征在于， 所述的所述弹力绳被拉长， 所述弹力 绳组件上的所述弹力绳处于张紧状态之前， 所述使用方法包括：

   在地面上打入所述第一定位桩和所述第二定位桩， 所述第一定位桩与所述第二定位桩之 间具有间隔距离； 所述弹力驱动装置安放在地面。

   5、 根据权利要求 1所述的使用方法， 其特征在于， 所述的所述摩擦凹轮离开摩擦凸轮之 后， 所述使用方法包括：

   所述飞轮依靠储存的动能继续转动。

   6、 根据权利要求 1-5任一所述的使用方法， 其特征在于， 所述的使用方法还包括： 当外界需要电能时， 所述飞轮的动能通过所述发电机转化为电能， 输出给外部负载。