CN106763607B - 蓄存和释放机械能的机构 - Google Patents

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Abstract

一种将动力传动机构持续输入的较低功率的动力能量存蓄在蓄能机构中，而后,有控制的以较高功率的方式驱动输出的蓄存和释放机械能的机构。包括机架、设置在机架上的支撑主轴、套接在支撑主轴上且绕该支撑主轴转动的主动轮，在主动轮的一侧设有至少一组蓄能放能装置。该蓄存和释放机械能的机构结构简单、可靠，采用轻质结构材料或复合材料可制成轻质高效的驱动机构，其可将许多持续输入的较低功率的动力存蓄起来，通过人为操纵或智能电控将其积蓄下来能量以较高功率的方式释放出来用以驱动需要较高功率才能驱动的设备，或者通过专设的传动机构反馈给原驱动装置作为辅助动能之用。其运转效率高、耗能较小，因此，其蓄能放能效率高。

Description

蓄存和释放机械能的机构
技术领域
本发明涉及一种动力驱动机构，特别涉及一种动力蓄能放能驱动机构。
背景技术
随着经济社会的不断发展，人们对自然资源的消耗越来越大，因此，节约能源已成为国际间日益重视的问题，节能环保的工业和日用产品正不断的开发出来。
目前，对于许多动力驱动装置而言，当其运行时，功率输出并不完全处于可控状态，有时会超出标定范围，若功率输出过大则会增大不必要的能耗，若过小则不能为负载提供必要的驱动力。因此，若能将较小功率的输入或损耗的能量积蓄起来则一直是业界梦想解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将动力传动机构持续输入的较低功率的动力能量存蓄在蓄能机构中，而后,有控制的以较高功率的方式驱动输出的蓄存和释放机械能的机构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的蓄存和释放机械能的机构，包括机架、设置在机架上的支撑主轴、套接在支撑主轴上且绕该支撑主轴转动的主动轮，其特征在于：在所述主动轮的一侧设有至少一组蓄能放能装置，该蓄能放能装置由从动轮、蓄能器、放能轮、主从离合控件和放能控制组件构成，所述主从离合控件设置于主动轮与从动轮之间并可使主动轮与从动轮啮合或脱离；蓄能器与从动轮相接并在从动轮与主动轮啮合且转动方向一致时蓄存能量；放能控制组件在从动轮与主动轮脱离啮合后可控制蓄能器通过与蓄能时反转的从动轮释放能量并带动放能轮与此时的从动轮同向转动；所述蓄能器安装在所述机架上、放能控制组件安装在所述机架、从动轮和放能轮上，所述主从离合控件、从动轮、放能轮和主动轮同轴设置。
所述的主动轮通过包含皮带、链条或齿轮啮合在内的传动机构与外接的驱动部件相接；所述的放能轮通过包含皮带、链条或齿轮啮合在内的传动机构与外接的动力输出部件相接。
所述蓄能器为通过绳索、带或链与该从动轮连接的高弹力螺旋弹簧、高弹力弓形簧带、发条簧或气缸式空气蓄能器。
所述主从离合控件为机械啮合离合器组件、电磁离合器组件、摩擦离合器组件、棘轮式离合器组件。
所述从动轮由转轮、环绕转轮周向分布且临近从动轮正侧面的周向棘齿和离合从动部构成，所述离合从动部设置于沿轴向朝向所述主动轮延伸的柱筒的端面或柱筒的周边上；所述周向棘齿、离合从动部及转轮一体成形；所述离合从动部与套接在所述支撑主轴上且位于所述主动轮侧面上的离合压盘结合部及离合压盘运动控制部构成所述的主从离合控件。
所述放能控制组件包括与所述周向棘齿相接的止回棘爪、设置于所述从动轮背侧面上的主动棘爪和设置在所述放能轮正侧面或圆周面上并与该主动棘爪相接的放轮棘齿。
所述放能控制组件包括与所述周向棘齿相接的止回棘爪和连接在所述从动轮与放能轮之间的单向轴承，该单向轴承可在所述从动轮释放蓄能时使所述放能轮随该从动轮同向转动。
所述放能控制组件包括与所述周向棘齿相接的止回棘爪和连接在所述从动轮与放能轮之间的摩擦式棘轮机构，该摩擦式棘轮机构可在所述从动轮释放蓄能时使所述放能轮随该从动轮同向转动。
所述蓄能放能装置为二组，分别为同轴依次紧邻设置的主蓄能放能装置和副蓄能放能装置，副蓄能放能装置中的主从离合控件设置于主蓄能放能装置中的放能轮与副蓄能放能装置中的从动轮之间并可使该放能轮与该从动轮啮合或脱离。
所述支撑主轴向所述主动轮的另一侧延伸，在该延伸的支撑主轴上依次设有所述的主蓄能放能装置和副蓄能放能装置。
本发明的蓄放能机构结构简单、可靠，如采用轻质结构材料或复合材料可制成轻质高效的驱动机构，其可将许多持续输入的较低功率的动力，如人力驱动的能量或动力驱动装置中过多的能量存蓄起来，通过人为操纵或智能电控将其积蓄下来能量以较高功率的方式释放出来用以驱动需要较高功率才能驱动的设备，或者通过专设的传动机构反馈给原驱动装置作为辅助动能之用。
该蓄放能机构中的各组成部分衔接紧凑、运转时效率高、耗能较小，因此，其蓄能放能效率高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步地详细说明：
图1是本发明的俯视示意图。
图2是图1中B－B向剖视图。
图3是图2的A向侧视视图。
图4是图1中C－C向剖视图(即从动轮、蓄能器和放能控制组件配合示意图)。
图5是图1中的从动轮示意图。
图6是图5中D－D向剖视图。
图7是从动轮周向棘齿的局部剖视图。
图8是放能轮40与主动棘爪63为摩擦式棘轮结构时的示意图。
图9是从动轮与蓄能器为发条簧时的配合示意图。
图10是从动轮与蓄能器为气缸式空气蓄能器时的配合示意图。
图11是本发明的单侧多组蓄放能机构的结构示意图。
图12是本发明的双侧多组蓄放能机构的结构示意图。
附图标记如下：
机架10、支撑主轴11、从动轮20、柱筒21、转轮22、周向棘齿23、蓄能器30、柔性介质31、放能轮40、放轮棘齿41、摩擦式棘轮机构42、主从离合控件50、离合从动部51、离合压盘结合部52、离合压盘运动控制部53、离合控制拨杆54、拨杆支轴55、放能控制组件60、止回棘爪61、棘爪支轴62、主动棘爪63、蓄放能机构100、主动轮101、蓄能放能装置102、主蓄能放能装置1021、副蓄能放能装置1022、单组蓄放能机构103、单侧多组蓄放能机构104、双侧多组蓄放能机构105、驱动力部件106、外接的负载107、
具体实施方式
本发明的蓄存和释放机械能的机构(以下可简称蓄放能机构100)，可将小功率持续驱动的动力，如人力的持续驱动、持续运转的小功率电机、也可将机械动力机器、装置、车载发动机或人力车等设备或机车中的驱动机构产生的过剩能量蓄存起来，需要时，又可将蓄存起来的能量以较高功率的方式释放出来应用于再驱动或辅助驱动。
该蓄存和释放机械能的机构包括受驱动力控制的主动轮101和蓄能放能装置102，其可独立应用于所述的驱动机构中(见图1所示，简称单组蓄放能机构103)，也可将二组以上的所述蓄能放能装置102并列设置于所述主动轮101单侧使用(如图11所示，简称单侧多组蓄放能机构104)，还可在所述主动轮101的两侧分别设置二组以上的蓄能放能装置102(如图12所示，简称双侧多组蓄放能机构105)。
具体采用单组蓄放能机构103、单侧多组蓄放能机构104或双侧多组蓄放能机构105视所述驱动机构的尺寸和输出功率大小而定。另外，控制本发明的蓄放能机构100何时蓄能、何时放能视所需而定，放能时，既可采用手工控制放能，也可采用智能监控的电控装置进行自动化控制放能。
如图1－6所示，所述的蓄能放能机构由机架10、架设在机架10上的支撑主轴11、套接在支撑主轴11上且可绕该支撑主轴11转动的主动轮101和蓄能放能装置102组成，蓄能放能装置102由从动轮20、蓄能器30、放能轮40、主从离合控件50和放能控制组件60构成。
所述主动轮101、从动轮20、放能轮40同轴设置且依次相连，主动轮101通过主从离合控件50与从动轮20联动(主动轮101与从动轮20通过啮合、咬合或吸合进行联动)或分离，联动时，主动轮101驱使从动轮20与其同向旋转并使所述蓄能器30积蓄能量；分离后，若需要释放积蓄于蓄能器30中的能量时，可通过所述的放能控制组件60，使从动轮20反向转动(与其蓄能时的转动方向相反)带动放能轮40与其同向转动并通过放能轮40驱动其它部件转动，或者通过常规的传动机构将这部能量反馈给所述主动轮101为之驱动的负载设备。
一、机架10、支撑主轴11
为广义的机架10，其可为驱动机构的外壳，也可为专门设计的固定支架，在其上有安装所述支撑主轴11的固定支撑。
支撑主轴11，架设在机架10上，其长短视安装的蓄放能机构100是单组蓄放能机构103、单侧多组蓄放能机构104还是双侧多组蓄放能机构105而定。
二、主动轮101
在本发明的蓄放能机构100中，只有一个主动轮101，该主动轮101通过轴承套接在所述的支撑主轴11上，其受驱动力驱使转动，主动轮101可通过皮带、链条或齿轮啮合在内的传动机构与外接的驱动力部件106相接，该驱动力可来自电机驱动、蒸汽驱动、内燃驱动或人力驱动，其可通过常规的传动机构为负载设备提供驱动力。
三、从动轮20
所述从动轮20采用以下优选结构：其由一体成形的转轮22、周向棘齿23和离合从动部51构成。
所述转轮22通过轴承套接在支撑主轴11上，在其正侧面(与主动轮101相近的侧面为正侧面，远离主动轮101的侧面为背侧面，下同)上设有向主动轮101延伸的柱筒21。
所述周向棘齿23设置于转轮22的正侧面并沿圆周方向均匀布设，或者为环绕转轮22周壁均匀布设(如图7所示)。
所述离合从动部51设置于所述柱筒21的端面或柱筒21的圆周壁上，该离合从动部51与套接在所述支撑主轴11上且位于所述主动轮101侧面上随主动轮101一起转动的离合压盘结合部52及离合压盘运动控制部53构成所述的主从离合控件50。
四、蓄能器30
如图9、10所示，所述蓄能器30可为高弹力螺旋弹簧、高弹力弓形簧带、发条簧或气缸式空气蓄能器30。蓄能器30可通过绳索、带或链等柔性介质31与所述从动轮20连接，该柔性介质31的一端固接在蓄能器30上，另一端绕缠在所述从动轮20上。当从动轮20随所述主动轮101旋转蓄能时，柔性介质31拉动蓄能器30变形蓄能；当从动轮20脱离与主动轮101的联动并在放能控制组件60的控制下释放能量时，蓄能器30牵动柔性介质31驱使从动轮20反向转动(即与蓄能时从动轮20的转动方向相反)将蓄能器30积蓄的能量通过驱使放能轮40工作而释放。
蓄能器30也可以是电能蓄能器。
五、放能轮40
如图1－6所示，放能轮40与主动轮101的功能相似，其通过轴承套接在所述的支撑主轴11上，其在放能控制组件60的控制下可与所述从动轮20联动并随从动轮20同向转动。其可通过皮带、链条或齿轮啮合在内的传动机构向外接的负载107输出驱动力。也可通过常规的传动机构将蓄能器30中积蓄的能量反馈给主动轮101为之服务的负载设备。
六、主从离合控件50
如图1－6所示，主从离合控件50包括设置于所述从动轮20上的离合从动部51和设置在主动轮101侧面随其一起转动的离合压盘结合部52及安装在机架10上的离合压盘运动控制部53构成。
所述主从离合控件50可以为机械啮合离合器组件、电磁离合器组件、摩擦离合器组件、棘轮式离合器组件。
所述离合压盘运动控制部53包括离合控制拨杆54，该离合控制拨杆54通过拨杆支轴55安装在机架10上，离合控制拨杆54的内端与离合压盘结合部52相接并可拨动该离合压盘结合部52与所述离合从动部51联动或分离，离合控制拨杆54的外端与人工或智能电控操纵部件相接。
七、放能控制组件60
如图1－6所示，放能控制组件60在从动轮20与主动轮101分离后，用来控制蓄能器30是否向放能轮40释放该蓄能器30积蓄的能量。
本发明的放能控制组件60有以下几种结构：
1)放能控制组件60由与所述周向棘齿23相接的止回棘爪61、设置于所述从动轮20背侧面上的主动棘爪63和设置在所述放能轮40正侧面或圆周面上并与该主动棘爪63相接的放轮棘齿41组成。
止回棘爪61通过棘爪支轴62安装在机架10上，当从动轮20蓄能时，该止回棘爪61的爪部在周向棘齿23的齿背上滑动；当主动轮101与从动轮20脱离联动时，在所蓄能量的作用下，从动轮20有反向转动的趋势，此时，该止回棘爪61的爪部卡接在周向棘齿23的齿槽中，由此，阻止了从动轮20反向转动，防止其随意释放所积蓄的能量；需要放能时，通过人工或智能电控操纵将止回棘爪61的爪部脱离与周向棘齿23的接触，此时，从动轮20在所述柔性介质31的牵引下反向转动放能。
主动棘爪63安装在从动轮20的背侧面或临近背侧面的圆周壁上，当从动轮20蓄能时，该主动棘爪63的爪部在放轮棘齿41的齿背上滑动；当从动轮20反向转动放能时，该主动棘爪63的爪部卡接在放轮棘齿41的齿槽中并随从动轮20的转动驱使放能轮40转动。
2)放能控制组件60由与所述周向棘齿23相接的止回棘爪61和连接在所述从动轮20与放能轮40之间的单向轴承(图中未示出)，该单向轴承可在所述从动轮20释放蓄能时使所述放能轮40随该从动轮20同向转动。
止回棘爪61通过棘爪支轴62安装在机架10上，当从动轮20蓄能时，该止回棘爪61的爪部在周向棘齿23的齿背上滑动；当主动轮101与从动轮20脱离联动时，在所蓄能量的作用下，从动轮20有反向转动的趋势，此时，该止回棘爪61的爪部卡接在周向棘齿23的齿槽中，由此，阻止了从动轮20反向转动，防止其随意释放所积蓄的能量；需要放能时，通过人工或智能电控操纵将止回棘爪61的爪部脱离与周向棘齿23的接触，此时，从动轮20在所述柔性介质31的牵引下反向转动。
在从动轮20的背侧面设向放能轮40延伸的轴套，所述单向轴承的内圈套接在该轴套上，放能轮40套接在该单向轴承的外圈上，当从动轮20蓄能时，该单向轴承的内圈单向空转；当从动轮20反向转动放能时，该单向轴承的内圈与外圈咬合随从动轮20反转并带动放能轮40转动。
3)放能控制组件60由与所述周向棘齿23相接的止回棘爪61和连接在所述从动轮20与放能轮40之间的摩擦式棘轮机构42构成，该摩擦式棘轮机构42(如图8所示)可在所述从动轮20释放蓄能时使所述放能轮40随该从动轮20同向转动。
八、所述的单侧多组蓄放能机构104
如图11所示，为了提高蓄能容量和消减第一次放能时的冲击峰值，本发明的蓄放能机构100可在主动轮101的单侧采用多组所述的蓄放能装置，即单侧多组蓄放能机构104，如采用二组所述蓄能放能装置102。
二组所述蓄能放能装置102同轴依次紧邻设置，与主动轮101相接的一组蓄能放能装置102称为主蓄能放能装置1021，远离主动轮101的一组蓄能放能装置102称为副蓄能放能装置1022，副蓄能放能装置1022中的主从离合控件50设置于主蓄能放能装置1021中的放能轮40与该副蓄能放能装置1022中的从动轮20之间，该主从离合控件50可使该主蓄能放能装置1021中的放能轮40与副蓄能放能装置1022中的从动轮20啮合或脱离。
所述的单侧多组蓄放能机构104，当蓄能器30在蓄存有较高能量放能时，蓄能器30不仅驱动主蓄能放能装置1021的放能轮40转动驱动外接负荷107，释放能量的一部分还用来驱动付蓄能放能装置1022再次蓄能放能，从而达到不仅消减了高放能时对负荷的冲击峰值，还能增加放能驱动的循环次数。
九、所述的双侧多组蓄放能机构105
如图12所示，与上述“八”点目的相同，为了提高蓄能容量、增加放能的循环次数，本发明的蓄放能机构100可在主动轮101的两侧采用多组所述的蓄放能装置，即在主动轮101两侧各设一套所述的单侧多组蓄放能机构104，如每侧设置二组所述蓄能放能装置102。
设置方式将所述支撑主轴11向所述主动轮101的另一侧延伸加长，在延伸的支撑主轴11上依次设有一套由所述的主蓄能放能装置1021和副蓄能放能装置1022构成的单侧多组蓄放能机构104，置于主动轮101两侧的主从离合控件50可以是左右联动，即一端结合另一端分离，也可以是左右自主操控动作。
主蓄能放能装置1021和副蓄能放能装置1022之间的连接结构和工作原理如上述第“八”点。
所述的双侧多组蓄放能机构105，可以实现当主动轮101右侧的单侧多组蓄放能机构104完成蓄能处于放能运转循环时，主动轮101左侧的单侧多组蓄放能机构104可以在主动轮101的驱动下同时进行蓄能循环运作，如此左右交替往复，使得针对外接负荷107而言，可以有效的缩短每次放能后再次完成蓄能的等待时间，同时可以最大限度的一次存蓄较多的能量。

Claims (9)

1.一种蓄存和释放机械能的机构，包括机架(10)、设置在机架(10)上的支撑主轴(11)、套接在支撑主轴(11)上且绕该支撑主轴(11)转动的主动轮(101)，其特征在于：在所述主动轮(101)的一侧设有至少一组蓄能放能装置(102)，该蓄能放能装置(102)由从动轮(20)、蓄能器(30)、放能轮(40)、主从离合控件(50)和放能控制组件(60)构成，所述主从离合控件(50)设置于主动轮(101)与从动轮(20)之间并可使主动轮(101)与从动轮(20)啮合或脱离；蓄能器(30)与从动轮(20)相接并在从动轮(20)与主动轮(101)啮合且转动方向一致时蓄存能量；放能控制组件(60)在从动轮(20)与主动轮(101)脱离啮合后可控制蓄能器(30)通过与蓄能时反转的从动轮(20)释放能量并带动放能轮(40)与此时的从动轮(20)同向转动；所述蓄能器(30)安装在所述机架(10)上、放能控制组件(60)安装在所述机架(10)、从动轮(20)和放能轮(40)上，所述主从离合控件(50)、从动轮(20)、放能轮(40)和主动轮(101)同轴设置；
所述从动轮(20)由转轮(22)、环绕转轮(22)周向分布且临近从动轮(20)正侧面的周向棘齿(23)和离合从动部(51)构成，所述离合从动部(51)设置于沿轴向朝向所述主动轮(101)延伸的柱筒(21)的端面或柱筒(21)的周边上；所述周向棘齿(23)、离合从动部(51)及转轮(22)一体成形；所述离合从动部(51)与套接在所述支撑主轴(11)上且位于所述主动轮(101)侧面上的离合压盘结合部(52)及离合压盘运动控制部(53)构成所述的主从离合控件(50)。
2.根据权利要求1所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述的主动轮(101)通过包含皮带、链条或齿轮啮合在内的传动机构与外接的驱动部件相接；所述的放能轮(40)通过包含皮带、链条或齿轮啮合在内的传动机构与外接的动力输出部件相接。
3.根据权利要求2所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述蓄能器(30)为通过绳索、带或链与该从动轮(20)连接的高弹力螺旋弹簧、高弹力弓形簧带、发条簧或气缸式空气蓄能器。
4.根据权利要求2所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述主从离合控件(50)为机械啮合离合器组件、电磁离合器组件、摩擦离合器组件、棘轮式离合器组件。
5.根据权利要求4所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述放能控制组件(60)包括与所述周向棘齿(23)相接的止回棘爪(61)、设置于所述从动轮(20)背侧面上的主动棘爪(63)和设置在所述放能轮(40)正侧面或圆周面上并与该主动棘爪(63)相接的放轮棘齿(41)。
6.根据权利要求4所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述放能控制组件(60)包括与所述周向棘齿(23)相接的止回棘爪(61)和连接在所述从动轮(20)与放能轮(40)之间的单向轴承，该单向轴承可在所述从动轮(20)释放蓄能时使所述放能轮(40)随该从动轮(20)同向转动。
7.根据权利要求4所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述放能控制组件(60)包括与所述周向棘齿(23)相接的止回棘爪(61)和连接在所述从动轮(20)与放能轮(40)之间的摩擦式棘轮机构(42)，该摩擦式棘轮机构(42)可在所述从动轮(20)释放蓄能时使所述放能轮(40)随该从动轮(20)同向转动。
8.根据权利要求2－7中任一项所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述蓄能放能装置(102)为二组，分别为同轴依次紧邻设置的主蓄能放能装置(1021)和副蓄能放能装置(1022)，副蓄能放能装置(1022)中的主从离合控件(50)设置于主蓄能放能装置(1021)中的放能轮(40)与副蓄能放能装置(1022)中的从动轮(20)之间并可使该放能轮(40)与该从动轮(20)啮合或脱离。
9.根据权利要求8所述的蓄存和释放机械能的机构，其特征在于：所述支撑主轴(11)向所述主动轮(101)的另一侧延伸，在该延伸的支撑主轴(11)上依次设有所述的主蓄能放能装置(1021)和副蓄能放能装置(1022)。
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