CN105378272B - 补充飞轮电池能量的弹力充能装置 - Google Patents

Abstract

一种补充飞轮电池能量的弹力充能装置，包括真空盒(21)、弹力驱动机构和自动分离机构，真空盒(21)内设置有飞轮(22)和发电机(25)，飞轮(22)一端与磁动轮(23)连接，磁动轮(23)沿圆周设有多块第二磁铁(231)，弹力驱动机构包括第一定位桩(18)、第二定位桩(19)、弹力绳组件(11)、索引绳(12)、限位组件(13)、带轮(15)、第一摩擦轮(17)和第二摩擦轮(43)，第二摩擦轮(43)沿圆周设有多块第一磁铁(431)，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)和滑落杆(34)，该装置利用弹力驱动机构驱动磁动轮(23)使飞轮(22)储存动能，自动分离机构能自动将驱动部件与飞轮(22)分离，避免飞轮(22)的动能损耗，在无电源场合，可利用弹力给飞轮电池补充动能。

Description

补充飞轮电池能量的弹力充能装置

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、旅行者在无电源的野外宿营时，可以利用弹力绳的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：

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、限位组件、压轮、带轮、增速器、第一摩擦轮、第二摩擦轮；索引绳的一端与弹力绳组件的第一端连接，另一端与限位组件连接；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，所述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、第一摩擦轮和第二摩擦轮依次连接；第二摩擦轮设置在真空盒外的滑落杆上部；第二摩擦轮沿圆周设有多块第一磁铁；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；

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第二磁铁；磁动轮上的第二磁铁与第二摩擦轮上的第一磁铁数量相等，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；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：

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；将第二摩擦轮安装在导引螺栓的光轴上；此时，弹力绳处于最小张紧状态；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；

当弹力绳的收缩弹力逐渐减小，弹力绳逐渐缩短，最后，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，从滑落杆滑落至地面上；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，弹力驱动机构中的具有磁性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是本发明静止状态时的整体示意图。

图2是本发明开始运行时的整体示意图。

图3是本发明的局部立体视图。

图4是本发明运行到最后阶段，零件分离时的示意图。

图5是图4中的F-F剖视图。

图6是图5中的B部放大图。

图7是图6中的C部放大图。

图8是图3中删除了第一摩擦轮17和第二摩擦轮43的局部示意图。

图9是图8中的D部放大图。

图10是本发明运行过程1。

图11是图10中的E部放大图。

图12是本发明运行过程2。

图13是图12中的H部放大图。

图14是图5中的A-A局部剖视图(棘轮组件示意图)。

图15是另一种实施方法的示意图。

图16是图2中的J部放大图。

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：

方法1、本发明技术方案主要是在现有技术的飞轮电池真空盒21外设置了弹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)。

弹力驱动机构的作用在于利用弹力势能驱动飞轮22转动(见图1至图5)，使飞轮22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、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21连接；带轮15设置在真空盒21的下方(见图5)，真空盒21通过侧板26连接于带轮15和压轮14；索引绳12的一端与弹力绳组件11的第一端111连接，另一端与限位组件13连接(见图1和图2)；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。

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至图7)所述带轮15、增速器16、第一摩擦轮17和第二摩擦轮43依次连接；第二摩擦轮43设置在真空盒21外的滑落杆34上部；第二摩擦轮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14)。

见图1和图16，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5和图6，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沿圆周设有多块第二磁铁231；磁动轮23上的第二磁铁231与第二摩擦轮43上的第一磁铁431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7，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43同轴心；需要说明的是接近磁动轮23和第二摩擦轮43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43的运行受到干扰。

(见图3至图9)自动分离机构的作用在于：第二摩擦轮43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43上的第一磁铁431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(见图9)、滑落杆34；滑落杆34上部与真空盒21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43。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和图9)。光轴312是供第二摩擦轮43的螺孔183的小径在光轴312上转动。当引导螺栓31的螺纹313进入到转动中第二摩擦轮43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，从滑落杆34滑落至地面上。

见图8、图9，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5至图7，将第二摩擦轮43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；(参见图1)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21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处于最小张紧状态；然后拉动牵引绳12，牵引弹力绳组件11的第一端111克服弹力绳113的弹力逐渐接近带轮15(见图2)；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14)，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带动第一摩擦轮17转动，第一摩擦轮17带动第二摩擦轮43，第二摩擦轮43上的第一磁铁431与真空盒21内的磁动轮23上的第二磁铁231通过磁场耦合，使第二摩擦轮43带动磁动轮23和飞轮22转动，飞轮22在转动中储存动能。

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，牵引绳11上的限位组件的撞块131与推杆332接触(见图1、图4、图8、图9和图16)。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43转动。所以，弹力绳113很小的收缩弹力就可以使撞块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7(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43的螺孔183啮合，见图11和图13。这时候，第二摩擦轮43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43的磁场耦合，带动第二摩擦轮43转动。于是，第二摩擦轮43继续旋转，而这时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43可以旋转出导引螺栓的螺纹313外，从滑落杆34滑落到地面上；从而第二摩擦轮43远离磁动轮23(见图4中虚线部分)，其第一磁铁431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，可以用止动磁铁27插入真空盒上的止动槽28(见图15)，真空盒中的磁动轮23中的第二磁铁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43安装在导引螺栓的光轴213上；其余与方法1相同。

Claims (10)

1.一种补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，包括飞轮电池的真空盒和设置于所述真空盒内的飞轮及发电机，所述真空盒的外部设有一侧板；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、限位组件、带轮、第一摩擦轮、第二摩擦轮；所述索引绳的一端与所述弹力绳组件的第一端连接，另一端与所述限位组件连接；所述弹力绳组件的第二端与固定于地面的所述第二定位桩连接；所述第一定位桩相距所述第二定位桩一定间距固定于地面，并与所述真空盒连接；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；所述带轮上设有一槽，所述索引绳设置在所述带轮的槽中；所述带轮、所述第一摩擦轮和所述第二摩擦轮依次连接；所述第二摩擦轮设置在所述真空盒外的滑落杆上部；所述第二摩擦轮沿圆周设有多块第一磁铁；所述真空盒内增设一磁动轮，所述飞轮的一端与所述发电机连接，所述飞轮的另一端与所述磁动轮连接，所述磁动轮沿圆周设有多块第二磁铁；所述磁动轮上的所述第二磁铁与所述第二摩擦轮上的所述第一磁铁数量相等，且一一对应，并通过磁场耦合；所述磁动轮与所述第二摩擦轮同轴心；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；所述滑落杆上部与所述真空盒连接；所述引导螺栓设置在所述滑落杆上部；所述第一复位弹簧设置在所述引导螺栓内部，所述引导螺栓外设置所述第二摩擦轮；所述自动分离机构的用于当所述第二摩擦轮驱动所述磁动轮转动的工作结束后，自动远离所述磁动轮。

2.如权利要求1所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述弹力驱动机构还包括一压轮，所述压轮设置于所述侧板上，且设置于所述带轮与所述真空盒之间，所述压轮用于将所述索引绳压紧在所述带轮的槽中，增加摩擦力，使所述索引绳有效地带动所述带轮转动。

3.如权利要求2所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述压轮内设有一轴承，所述轴承用于避免不必要的动力消耗。

4.如权利要求1所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述弹力绳组件包括第一端、多条弹力绳和第二端，所述第一端通过所述弹力绳与第二端连接。

5.如权利要求1所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述弹力驱动机构还包括一增速器，所述增速器一端与所述带轮连接，所述增速器另一端与所述第一摩擦轮连接，所述增速器用于提高所述带轮的转速，并驱动所述第一摩擦轮转动。

6.如权利要求5所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述增速器包括一输入轴，所述的带轮与所述增速器的输入轴之间设有一棘轮组件，所述棘轮组件用于当拉动所述索引绳，牵引所述弹力绳组件的第一端接近所述带轮，所述带轮处于空转的状态，以致拉动省力。

7.如权利要求1所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述限位组件包括撞块、限位弹簧和固定块，所述固定块设置于所述索引绳上，所述限位弹簧设置于所述撞块与所述固定块之间，所述撞块滑动设置于所述索引绳上。

8.如权利要求7所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述楔块推杆机构包括第二复位弹簧、推杆、楔块，所述推杆与所述撞块间接性连接，所述第二复位弹簧与所述推杆连接，所述推杆与所述楔块连接，所述楔块与所述引导螺栓连接。

9.如权利要求8所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述引导螺栓包括斜面，光轴和螺纹，所述斜面与所述楔块连接，所述光轴与所述斜面连接，所述光轴与所述螺纹连接。

10.如权利要求1所述的补充飞轮电池能量的弹力充能装置，其特征在于，所述第二摩擦轮的端面上设置了多个滚球，所述真空盒上设有与所述滚球对应的滑槽，所述滚球用于减少摩擦消耗。

Images