CN105378273A - 能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

一种能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在于真空盒(33)外增设重力驱动机构，作用在于利用重力势能驱动飞轮(31)转动，其中包括一含有磁铁的皮带轮(43)；在真空盒(33)内增设内驱动机构，其包括磁动轮(51)、离心机构(53)和摩擦凹轮(54)。所述皮带轮(43)上的磁铁与真空盒(33)内的磁动轮(51)通过磁场耦合，使皮带轮(43)带动真空盒(33)内的磁动轮(51)和飞轮(31)转动，从而飞轮(31)储存动能。使用方法：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。充能结束后，离心机构(53)能自动将驱动部件与飞轮(31)分离，避免飞轮(31)的动能损耗。

Description

说 明 书

能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法 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、 压轮、 带轮、 增速器、 第一皮带轮、 皮带和第 二皮带轮； 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； 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 说 明 书 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 周设有多块第一磁铁； 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；

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 多块第二磁铁； 磁动轮上的第二磁铁与所述第二皮带轮中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：

将重物袋置于地面； 然后把重力驱动装置悬挂于高处； 拉动牵引绳， 牵引重物袋向上接 近带轮；

然后放开牵引绳， 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； 第二皮带轮上的第一磁铁与真空盒内的磁动轮上的第二磁铁通过磁场耦合， 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； 当重物袋下落到地面后， 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 1中的 C-C局部剖视图。

图 4是图 3中的 B部放大图。 说 明 书 图 5是真空盒内部结构示意图。

图 6是图 3中的 A-A局部剖视图 （棘轮组件示意图）。

图 Ί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飞轮电池的真空盒 33外设置了重力驱动机构 4， 在飞 轮电池的真空盒 33内增设了内驱动机构 5 (见图 3 )。

重力驱动机构 4的作用在于利用重力势能驱动飞轮 31转动 （见图 1至图 3)， 使飞轮 31 储存动能： 其包括重物袋 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 ; 带轮 15设置在飞轮 31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； 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， 增加摩檫力， 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 )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。

所述重物袋 11内最好可以容纳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。

所述带轮 15与增速器 16的输入轴之间设置棘轮组件 9 (见图 3和图 6)。

见图 4， 内驱动机构 5设置在真空盒 33内， 该装置主要接收重力驱动机构磁力， 根据重 力驱动机构转动而转动。 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， 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 ; 磁动轮上的第二磁铁 511与第二皮带轮中的第一磁铁 431数量相等， 且一一对应并通过磁场 鋰 A

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 4和图 5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， 说 明 书 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 5 ) 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：

方法 1、 见图 1至图 3， 把重力驱动装置悬挂于高处。在野外， 往往可以将重力驱动装置 悬挂在树上， 或者在陡峭的山壁上打桩悬挂。

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 6)， 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 （见图 2和图 3)， 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中的第一磁铁 431与磁动轮 51上的第二磁铁 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。

当重物袋 11下落到地面后， 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 7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 (8)

1. 权 利 要 求 书

   1、 一种能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法， 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， 所述真空盒的外侧设有一侧板；

   重力驱动机构： 其包括重物袋、 索引绳、 带轮、 第一皮带轮、 皮带和第二皮带轮； 所述 带轮设置在所述飞轮的下方， 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， 所述索引绳的一端与所述重物袋连接； 所述索引绳的另一端设置在所述带轮的槽； 所述 带轮、 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， 该内驱动机构包括磁动轮、 转轴， 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， 所述离心机构中与摩擦凹轮连接， 所 述磁动轮沿圆周设置多块第二磁铁； 所述磁动轮上的第二磁铁与所述第二皮带轮中的第一磁 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；

   该使用方法包括如下步骤- 将所述重物袋置于地面； 然后把所述能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置悬挂于高 处； 拉动所述牵引绳， 牵引所述重物袋向上接近所述带轮；

   然后放开所述牵引绳， 所述重物袋开始靠重力下落； 所述重物袋在下落中， 通过所述牵 引绳带动所述带轮转动， 所述带轮带动第一皮带轮转动， 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，

   当所述离心机构的转动达到一定速度时， 在离心力的作用下， 所述摩擦凹轮朝所述摩擦 凸轮方向移动， 使得所述摩擦凹轮与所述摩擦凸轮接合， 以此驱动所述飞轮转动储存能量。
2. 2、 如权利要求 1所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于， 所述重物袋在下落中， 通过所述牵引绳带动所述带轮转动， 所述带轮带动第一皮带轮转 动的步骤包括- 所述重力驱动机构还包括一增速器， 所述增速器分别与所述带轮连接， 与所述第一皮带 轮连接；

   所述牵引绳带动所述带轮转动， 所述增速器提高所述带轮的转速， 并驱动所述第一皮带 轮转动。
3. 3、 如权利要求 2所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于， 所述拉动所述牵引绳， 牵引所述重物袋向上接近所述带轮的步骤包括：

   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； 权 利 要 求 书

   拉动所述牵引绳，牵引所述重物袋向上接近所述带轮时，所述棘轮组件使得所述带轮处于 空转的状态， 以致拉动省力。
4. 4、如权利要求 2所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于，

   当所述重物袋下落到地面后， 所述牵引绳停止运动， 使得所述带轮、 所述增速器、 所述 第一皮带轮、 所述皮带、 所述第二皮带轮、 所述磁动轮、 所述离心机构和所述摩擦凹轮也因 此停止转动； 所述离心机构的离心力消失， 使得所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸轮； 所述飞轮 依靠储存的动能继续转动。
5. 5、如权利要求 1所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于，

   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。
6. 6、如权利要求 1所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于，

   所述重力驱动机构还包括一压轮， 所述压轮设置于所述侧板上， 且处于所述真空盒与所 述带轮之间， 所述压轮用于将所述索引绳压紧至所述带轮的槽中， 以致增大摩擦系数， 使得 所述索引绳有效的带动所述带轮转动。
7. 7、如权利要求 6所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于，

   所述压轮设置轴承， 所述轴承用于避免不必要的动力消耗。
8. 8、 如权利要求 1所述的能自动离合的飞轮电池补能重力驱动装置的使用方法，其特征在 于， 所述离心机构包括两个第一拉杆， 滑动套筒、 两个第二拉杆、 压缩弹簧、 销轴， 所述销 轴与所述第一拉杆连接， 所述压缩弹簧设置于所述滑动套筒与所述销轴之间， 所述滑动套筒 通过所述第二拉杆与所述第一拉杆连接， 所述第一拉杆上设有一飞锤。