CN111075666A - 一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，包括外壳、弹簧储能单元、纵擒单元、增速耦合单元以及磁浮发电单元；所述弹簧储能单元包括输入轴、棘轮和止回轮；所述弹簧储能单元包括功率弹簧片和一级主动齿轮；所述纵擒单元包括纵擒机构、纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮；所述纵擒机构包括纵擒柄、旋转轴以及纵擒游丝；所述增速耦合单元包括二级主动齿轮、二级从动齿轮、三级主动齿轮以及三级从动齿条；所述磁浮发电单元包括电机轴、电机转子、电机定子、驱动齿轮以及磁轴承。本发明能够在一定时期内进行不间断持续发电，并且发电稳定性更好，安全性更高。

Description

一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机。

背景技术

我国和其它国家特别是发展中国家农村，以及其它如边防单位、野外探险、荒野求生等条件艰苦的情况下，缺乏电力，往往导致夜间照明与通讯成为极大障碍。因此开发微小型、低成本电力，是解决广大农村环境与资源矛盾的一项重要途径，对推动我国和其它国家特别是发展中国家农村信息化与照明、对农村可持续发展和进步具有重要意义。

电池和充电宝能够解决短期电力短缺问题，但电池成本高，用完即止；充电宝的电能用完后还需要二次充电，在条件艰苦的情况下，电池的购买和充电均受到限制。国内外均开发有光伏、风电、水电等项目，但成本较高，携带困难。并且太阳、风力、水能等新能源资源极不稳定，一般这些资源所发出的电力需要进行存储，如充电电池、抽水储能等。但抽水储能成本高；电池充电储能效率极低，而且充电电池也有一定的充电次数寿命，并且不是随时都能用电。

专利201710011983.2给出了一种弹簧发条微型发电器，利用旋钮开关、弹簧发条、多级齿轮、轴承、棘轮、棘爪、USB接口、微型发电机、阻尼齿轮和阻尼片等把人力转化为微电力。但阻尼齿轮和阻尼片的减速作用，将极大的损耗人力输入能量，使得输出电力持续时间不理想。并且各器件，特别是弹簧发条，性能会随季节气温热胀冷缩等因素影响而出现变化，特别是阻尼齿轮和阻尼片的磨损，将导致弹簧的恢复力与后续的摩擦力不平衡，而这种不平衡力可能是极小的，但将严重影响发电能力、稳定性、以及电力持续时间。如果摩擦力稍大于弹簧的恢复力，则连接的微型发电机很可能不旋转也不发电；反之，则微型发电机将出现飞车情况，导致弹簧储能短时高密度释放，威胁发电机及各连接部件安全。

专利200910028774.4给出了一种弹簧发电环保手电筒；利用手柄、扭力弹簧、微型发电机、齿轮变速箱、手柄制动装置、防倒牙装置等，把人力转化为微电力而照明。但该方案如同专利201710011983.2一样，不能按时均匀分配动能于微型发电机。手柄制动装置释放期间，要么扭力弹簧的恢复系数稍大，导致弹簧能量会短时快速大量释放，可能导致微型发电机飞车的危险情况，要么扭力弹簧的恢复系数稍小，弹簧不能驱动电机转动发电；而且由于该专利的各运动部件直接耦合连接，擒的阶段所持续的时间较长，期间微型发电机可能不旋转也不发电，输出电力波动极大。

因此有必要开发一种低成本，能实际应用的安全、稳定的微电力发电装置。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，体积小巧，方便携带，能够在一定时期内进行不间断持续发电，并且发电稳定性更好，安全性更高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，包括外壳、弹簧储能单元、纵擒单元、增速耦合单元以及磁浮发电单元；其特征在于：

所述弹簧储能单元包括输入轴、棘轮和止回轮；所述输入轴的一端伸入外壳内，并与棘轮固定连接，且通过输入轴能够带动棘轮同步转动，所述棘轮上具有绕其一周分布的数个棘爪，且所述棘爪的倾斜方向相同；所述止回轮位于棘轮的一侧，并通过支撑轴与外壳转动连接，其靠近棘轮的一侧具有一止回爪，该止回爪的倾斜方向与棘轮靠近止回轮一侧的棘爪的倾斜方向相反，并伸入相邻两棘爪之间；该止回轮背离棘轮的一侧具有一挡爪，所述挡爪的倾斜方向与止回爪的倾斜方向相同，在挡爪倾斜方向一侧设有一止回挡块，在挡爪背离倾斜方向的一侧设有一弹簧座，在弹簧座与挡爪之间设有一止回弹簧，所述止回弹簧的两端分别与弹簧座和挡爪相连，在止回弹簧的作用下，挡爪与止回挡块紧贴在一起；

所述弹簧储能单元包括功率弹簧片和一级主动齿轮，所述一级主动齿轮通过一级齿轮轴与外壳转动连接，该一级齿轮轴与输入轴的轴心线重合，其靠近输入轴的一端与输入轴之间具有间距；所述一级主动齿轮安装在一级齿轮轴上，并能够与一级齿轮轴同步转动；所述功率弹簧片位于一级主动齿轮与棘轮之间，并绕设在一级齿轮轴上，其里端与一级齿轮轴固定连接；在棘轮靠近一级主动齿轮的一侧设有一弹簧连接柱，所述功率弹簧片的外端与该弹簧连接柱固定连接；

所述纵擒单元包括纵擒机构、纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮；所述纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮通过纵擒齿轮轴与外壳转动连接，该纵擒齿轮轴的轴心线与输入轴的轴心线平行，纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮均能够与纵擒齿轮轴同步转动；所述纵擒主动齿轮与一级主动齿轮啮合，所述纵擒从动齿轮位于纵擒主动齿轮背离棘轮的一侧，在纵擒从动齿轮背离纵擒主动齿轮的一侧靠近边缘处，绕其一周均匀分布有数根纵擒柱，且所述纵擒柱垂直于纵擒从动齿轮；所述纵擒机构包括纵擒柄、旋转轴以及纵擒游丝，所述纵擒柄位于纵擒从动齿轮背离纵擒主动齿轮的一侧，其一端通过旋转轴与外壳相连，另一端具有两支臂，使纵擒柄整体呈Y型，其中，一支臂的长度大于另一支臂的长度，且一支臂的端部位于纵擒柱所在圆的外侧，另一支臂的端部位于纵擒柱所在圆的内侧；在两支臂的端部分别连有一纵擒爪，所述纵擒爪一端与支臂相连，另一端朝相向的方向延伸并延伸至相邻两纵擒柱之间且形成错位；所述纵擒爪远离支臂的一端为斜面，且该斜面朝向旋转轴方向，初始状态时，擒柱与短支臂上的纵擒爪的斜面接触或与长支臂上的纵擒爪的斜面接触，或者纵擒柱处于两个纵擒爪斜面组成的四边形内部；所述纵擒游丝绕设在旋转轴上，其里端与旋转轴固定连接；在旋转轴的一侧设有一固定桩，所述纵擒游丝的外端与该固定桩固定连接；

所述增速耦合单元包括二级主动齿轮、二级从动齿轮、三级主动齿轮以及三级从动齿条；所述二级主动齿轮和二级从动齿轮通过二级齿轮轴与外壳转动连接，且二级主动齿轮和二级从动齿轮能够与二级齿轮轴同步转动，其中，所述二级主动齿轮与纵擒从动齿轮啮合；所述三级主动齿轮通过三级齿轮轴与外壳转动连接，且三级主动齿轮能够与三级齿轮轴同步转动，该三级主动齿轮与二级从动齿轮啮合，所述三级从动齿条呈圆弧形，且与三级齿轮轴同轴心线设置，其一端通过连接杆与三级齿轮轴相连，其中，该连接杆的一端与三级从动齿条相连，另一端通过单向轴承与三级齿轮轴相连；

所述磁浮发电单元包括电机轴、电机转子、电机定子、驱动齿轮以及磁轴承，所述电机轴的两端分别通过一磁轴承与外壳相连，所述电机转子与电机轴固定连接，其包括转子支架和安装于转子支架上的永磁块，当永磁块数量为两块或者两块以上的奇数块时,所有永磁块充磁方向相同,当永磁块数量为四块或四块以上的偶数块时,所有永磁块充磁方向相同或者相邻两块永磁快的充磁方向相反；所述电机定子包括绕组线圈，绕组线圈绕电机轴一周均匀分布并通过定子支架与外壳固定连接，且当电机转子随电机轴转动过程中，绕组线圈能够与永磁块形成正对；所述驱动齿轮安装在电机轴上，并能够与电机轴同步转动，该驱动齿轮与三级从动齿条啮合在一起或者当三级从动齿条转动后能够与驱动齿轮啮合。

进一步地，所述输出轴位于外壳外的一端与一摇柄相连，通过该摇柄能够带动输入轴转动。

进一步地，所述棘轮、一级主动齿轮、纵擒主动齿轮、纵擒从动齿轮、二级主动齿轮、二级从动齿轮、三级主动齿轮以及三级从动齿条均位于竖直平面；所述纵擒柄竖向设置，其上端通过旋转轴与外壳相连。

进一步地，所述纵擒柄位于一级齿轮轴与纵擒齿轮轴之间，且其延长线与纵擒柱所在圆相切。

进一步地，所述长支臂延伸至纵擒从动齿轮的中部，该长支臂对应纵擒柱的位置向背离纵擒从动齿轮隆起，形成供纵擒柱通过的让位槽。

进一步地，所述三级从动齿条和驱动齿轮上的齿均为斜齿，且三级从动齿条和驱动齿轮的啮合位置处,三级从动齿条上的斜齿与驱动齿轮上的斜齿的倾斜方向相反。

进一步地，所述三级从动齿条所对应的中心角的角度大于等于270°。

进一步地，所述电机定子与电机转子间隙配合。

进一步地，在外壳内侧，对应磁轴承的位置设置有轴承座，所述磁轴承安装于轴承座内。

进一步地，所述纵擒游丝为弹簧丝，通过该纵擒游丝能够带动纵擒臂及纵擒抓绕旋转轴的轴心线往复转动。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：结构简单，体积小巧，方便携带；磁浮发电单元采用径向磁轴承，使整个发电机的摩擦损耗非常小；工作过程中，转速稳定，安全性更高；通过功率簧片能够进行弹性储能，并利用纵擒机构的特性，对功率弹簧片所存储的机械能进行缓慢有序间歇释放，并在径向磁轴承的配合下，发电机转子利用其摩擦小的特点，起到飞轮功能，达到动能储能的目的，从而能将输入的较大短时功率，转换形成长时稳定的释放较小功率电力，进行不间断持续发电，并且发电稳定性更好，适合偏远无电山区等场合用于照明、短时通讯等。

附图说明

图1为本实施例立体结构示意正面视图；

图2为图1的侧视图；

图3为本实施例中弹簧储能单元的结构示意图；

图4为本实施例中纵擒单元的结构示意图；

图5为本实施例中磁浮发电单元的结构示意图。

图中：1—输入轴，2—棘轮，3—止回轮，4—支撑轴，5—止回爪，6—挡爪，7—止回挡块，8—弹簧座，9—止回弹簧，10—功率弹簧片，11—一级主动轮，12—一级齿轮轴，13—弹簧连接柱，14—纵擒主动齿轮，15—纵擒从动齿轮，16—纵擒齿轮轴，17—纵擒柱，18—纵擒柄，19—旋转轴，20—纵擒游丝，21—纵擒爪，22—固定桩，23—二级主动齿轮，24—二级从动齿轮，25—三级主动齿轮，26—三级从动齿条，27—二级齿轮轴，28—三级齿轮轴，29—电机轴，30—电机转子，31—电机定子，32—驱动齿轮，33—磁轴承，34—轴承座，35—摇柄。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1至图5，一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，包括外壳、弹簧储能单元、纵擒单元、增速耦合单元以及磁浮发电单元。

所述弹簧储能单元包括输入轴1、棘轮2和止回轮3。所述输入轴1的一端伸入外壳内，并与棘轮2固定连接，且通过输入轴1能够带动棘轮2同步转动；具体实施时，所述输入轴1通过轴承与外壳相连，以保证输入轴1的稳定性；该输出轴位于外壳外的一端与一摇柄35相连，通过该摇柄35能够带动输入轴1转动，从而通过摇柄35带动输入轴1转动，以进行机械能（动能）的输入。具体使用过程中，可使用人力或者其它低速大扭矩等驱动摇柄35单向转动。所述棘轮2上具有绕其一周分布的数个棘爪，且所述棘爪的倾斜方向相同。所述止回轮3位于棘轮2的一侧，并通过支撑轴4与外壳转动连接，其靠近棘轮2的一侧具有一止回爪5，该止回爪5的倾斜方向与棘轮2靠近止回轮3一侧的棘爪的倾斜方向相反，并伸入相邻两棘爪之间。该止回轮3背离棘轮2的一侧具有一挡爪6，所述挡爪6的倾斜方向与止回爪5的倾斜方向相同；在挡爪6倾斜方向一侧设有一止回挡块7，在挡爪6背离倾斜方向的一侧设有一弹簧座8，在弹簧座8与挡爪6之间设有一止回弹簧9，所述止回弹簧9的两端分别与弹簧座8和挡爪6相连，在止回弹簧9的作用下，挡爪6与止回挡块7紧贴在一起。通过设置止回轮3后，使得棘轮2只能单向旋转，即棘轮2正向转动过程中，棘轮2上的棘爪与止回轮3上的止回爪5产生挤压后，能够带动挡爪6压缩弹簧，从而止回轮3转动，直至棘爪与止回爪5分离后，止回轮3复位；当棘轮2反向转动过程中，由于挡爪6与止回挡块7紧贴，并由止回挡块7限位，因此棘轮2上的棘爪与止回轮3上的止回爪5产生挤压后，无法转动， 从而实现输入轴1和棘轮2的单向转动，即机械能（动能）的单向输入。

所述弹簧储能单元包括功率弹簧片10和一级主动齿轮11，所述一级主动齿轮11通过一级齿轮轴与外壳转动连接；该一级齿轮轴与输入轴1的轴心线重合，其靠近输入轴1的一端与输入轴1之间具有间距（或间隙）；装配时，一级齿轮轴远离输入轴1的一端通过轴承与外壳相连。所述一级主动齿轮11安装在一级齿轮轴上，并能够与一级齿轮轴同步转动。所述功率弹簧片10位于一级主动齿轮11与棘轮2之间，并绕设在一级齿轮轴上，其里端与一级齿轮轴固定连接。在棘轮2靠近一级主动齿轮11的一侧设有一弹簧连接柱13，所述功率弹簧片10的外端与该弹簧连接柱13固定连接。这样，当棘轮2转动过程中，能够带动功率弹簧片10绕一级齿轮轴转动，由于功率弹簧片10与以及齿轮轴12固定连接，因此，在功率弹簧片10转动过程中，能够对输入的机械能（动能）进行存储。

所述纵擒单元包括纵擒机构、纵擒主动齿轮14和纵擒从动齿轮15。所述纵擒主动齿轮14和纵擒从动齿轮15通过纵擒齿轮轴16与外壳转动连接，该纵擒齿轮轴16的轴心线与输入轴1的轴心线平行，纵擒主动齿轮14和纵擒从动齿轮15均能够与纵擒齿轮轴16同步转动。所述纵擒主动齿轮14与一级主动齿轮11啮合，所述纵擒从动齿轮15位于纵擒主动齿轮14背离棘轮2的一侧。在纵擒从动齿轮15背离纵擒主动齿轮14的一侧靠近边缘处，绕其一周均匀分布有数根纵擒柱17，且所述纵擒柱17垂直于纵擒从动齿轮15，并位于与纵擒从动齿轮15同心的圆上。所述纵擒机构包括纵擒柄18、旋转轴19以及纵擒游丝20；所述纵擒柄18位于纵擒从动齿轮15背离纵擒主动齿轮14的一侧，其一端通过旋转轴19与外壳相连，另一端具有两支臂，使纵擒柄18整体呈Y型；其中，一支臂的长度大于另一支臂的长度，且一支臂的端部位于纵擒柱17所在圆的外侧，另一支臂的端部位于纵擒柱17所在圆的内侧。实际加工过程中，所述纵擒柄18位于一级齿轮轴与纵擒齿轮轴16之间，且其延长线与纵擒柱17所在圆相切；这样更便于纵擒机构对纵擒柱17的限制。其中，所述长支臂延伸至纵擒从动齿轮15的中部，该长支臂对应纵擒柱17的位置向背离纵擒从动齿轮15隆起，形成供纵擒柱17通过的让位槽；从而避免支臂与纵擒柱17之间产生干涉，进而能够保证整个发电机的正常运转。在两支臂的端部分别连有一纵擒爪21，所述纵擒爪21一端与支臂相连，另一端朝相向的方向延伸并延伸至相邻两纵擒柱17之间且形成错位；其中，两纵擒抓之间的间距为相邻两纵擒柱17之间的间距的一半，并且，当纵擒柱17推动短支臂上的纵擒爪21移动后，纵擒柄18开始摆动，纵擒柄18摆动到最大幅度后往回摆动，同时，纵擒柱17继续转动，当纵擒柄18回到初始位置时，该纵擒柱17转动至与长支臂上的纵擒爪21的斜面接触，进而推动该纵擒爪21移动，使纵擒柄18向相反的方向摆动；当纵擒柄18摆动后，再次回复到初始位置时，后一纵擒柱17转动至与短支臂上的纵擒爪21的斜面接触，从而实现循环工作；这样，能够保证纵擒柄18摆动的幅度及频率一致，从而使发电稳定性更好。所述纵擒爪21远离支臂的一端为斜面，且该斜面朝向旋转轴19方向，初始状态时(即功率弹簧片10无储能时)，纵擒柱17与短支臂上的纵擒爪21的斜面接触或与长支臂上的纵擒爪21的斜面接触，或者纵擒柱17处于两个纵擒爪21斜面组成的四边形内部（以确保纵擒机构能自动起振）；当功率弹簧片10带动一级主动齿轮11转动，一级主动齿轮11经纵擒主动齿轮14带动纵擒从动齿轮15转动时，纵擒柱17挤压纵擒爪21，由于纵擒柱17与纵擒爪21的接触面为斜面，因此通过纵擒柱17能够推动纵擒爪21移动，进而带动纵擒柄18摆动，实现起振。所述纵擒游丝20绕设在旋转轴19上，其里端与旋转轴19固定连接；实施时，所述纵擒游丝20为弹簧丝，通过该纵擒游丝20能够带动纵擒臂及纵擒抓绕旋转轴19的轴心线(游丝的旋转中心线)往复转动。在旋转轴19的一侧设有一固定桩22，所述纵擒游丝20的外端与该固定桩22固定连接；当纵擒柄18转动后，带动旋转轴19转动，之后，在纵擒游丝20的作用下，能够使旋转轴19及纵擒柄18以一固定的频率及幅度摆动，从而缓慢有序地间歇释放机械能（动能）。机械能（动能）释放快慢由纵擒柄18旋转轴19）与纵擒柄18的长度或者距离、纵擒柄18转动惯量、纵擒抓游丝的弹性系数、纵擒柱17圆周分布密度，以及其中的摩擦力等因素决定。纵擒柄18转动惯量、纵擒柄18长度、摩擦力、纵擒齿圆周分布密度等越大，则能量释放速度越慢，纵擒抓游丝弹性系数越小，则能量释放速度也越慢。

所述增速耦合单元包括二级主动齿轮23、二级从动齿轮24、三级主动齿轮25以及三级从动齿条26。所述二级主动齿轮23和二级从动齿轮24通过二级齿轮轴27与外壳转动连接，且二级主动齿轮23和二级从动齿轮24能够与二级齿轮轴27同步转动，其中，所述二级主动齿轮23与纵擒从动齿轮15啮合。所述三级主动齿轮25通过三级齿轮轴28与外壳转动连接，且三级主动齿轮25能够与三级齿轮轴28同步转动，该三级主动齿轮25与二级从动齿轮24啮合，所述三级从动齿条26呈圆弧形，且与三级齿轮轴28同轴心线设置，其一端通过连接杆与三级齿轮轴28相连，其中，该连接杆的一端与三级从动齿条26相连，另一端通过单向轴承与三级齿轮轴28相连。作为一种优选实施方式，所述棘轮2、一级主动齿轮11、纵擒主动齿轮14、纵擒从动齿轮15、二级主动齿轮23、二级从动齿轮24、三级主动齿轮25以及三级从动齿条26均位于竖直平面；所述纵擒柄18竖向设置，其上端通过旋转轴19与外壳相连。这样，纵擒机构的起振及纵、擒稳定性更好。具体实施时，所述纵擒从动齿轮15，二级从动齿轮24，三级从动齿条26的传动比满足：纵擒单元每纵擒一次，三级从动齿条26刚好旋转一周；这样，能够保证发电机的持续发电。

所述磁浮发电单元包括电机轴29、电机转子30、电机定子31、驱动齿轮32以及磁轴承33。所述电机轴29的两端分别通过一磁轴承33与外壳相连，加工时，在外壳内侧，对应磁轴承33的位置设置有轴承座34，所述磁轴承33安装于轴承座34内，从而使磁轴承33的安装稳定性更好。其中，所述磁轴承33为成熟的现有产品，其包括永磁外环和永磁内环，所述永磁外环与轴承座34固定连接；永磁内环位于永磁外环内侧，并与永磁外环之间具有间隙，且永磁外环和永磁内环相邻一侧的极性相同，使永磁外环和永磁内环相互排斥，从而使永磁外环和永磁内环之间始终保持间隙，形成悬浮状态，大大降低轴承的摩擦力。所述电机转子30与电机轴29固定连接，其包括转子支架和安装于转子支架上的永磁块；当永磁块数量为两块或者两块以上的奇数块时,所有永磁块充磁方向相同,当永磁块数量为四块或四块以上的偶数块时,所有永磁块充磁方向相同或者相邻两块永磁快的充磁方向相反。所述电机定子31包括绕组线圈，绕组线圈绕电机轴29一周均匀分布并通过定子支架与外壳固定连接，且当电机转子30随电机轴29转动过程中，绕组线圈能够与永磁块形成正对；且所述电机定子31与电机转子30间隙配合，从而使穿过电机定子31的磁感线更多，发电效率更高。具体实施时，所述绕组线圈的数量与永磁快的数量之比为1:1,2:3或3:2，从而能够形成单相电机或三相电机，并使发电效率最大化。在加工过程中，在外壳上设有供电接口，所述绕组线圈与该供电接口相连，以进行供电输出。所述驱动齿轮32安装在电机轴29上，并能够与电机轴29同步转动，该驱动齿轮32与三级从动齿条26啮合在一起或者当三级从动齿条26转动后能够与驱动齿轮32啮合（即驱动齿轮32处于三级从动齿条26的缺口处时）。加工过程中，所述三级从动齿条26和驱动齿轮32上的齿均为斜齿，且三级从动齿条26和驱动齿轮32的啮合位置处,三级从动齿条26上的斜齿与驱动齿轮32上的斜齿的倾斜方向相反；从而能够更为顺畅地实现三级从动齿条26与驱动齿轮32的啮合与分离。具体实施过程中，二级主动齿轮23、二级从动齿轮24、三级主动齿轮25以及三级从动齿条26的增速传动过程中，当纵擒柱17自由转动过程中，即纵的过程中，三级从动齿条26与驱动齿轮32啮合，从而带动驱动齿轮32转动，进行发电；当纵擒柱17与纵擒柱17接触时，即擒的过程中，纵擒从动齿轮15缓慢转动，此时，三级从动齿条26与驱动齿轮32处于分离状态，即驱动齿轮32位于三级从动齿条26的两端之间，驱动齿轮32与三级从动齿条26均在惯性的作用下持续转动，由于电机轴29采用磁轴承33与外壳相连，因此，电机轴29在转动过程中受到的摩擦力极小，从而能够保证发电机的持续发电；当纵擒柱17再次进入自由转动状态时，三级从动齿条26再次与驱动齿轮32啮合，如此循环；使纵擒机构通过间隙式能量释放，实现持续发电输入。作为一种实施方式，所述三级从动齿条26所对应的中心角的角度大于等于270°，以保证整个发电机的正常工作。

为保证本装置能及时发电，要求纵擒齿轮（纵擒主动齿轮14和纵擒从动齿轮15）、增速齿轮（二级主动齿轮23、二级从动齿轮24、三级主动齿轮25以及三级从动齿条26）、发电机转子30等的综合转动惯量较小，发电机负载也要求较小；使得在功率弹簧作用下，纵擒机构的纵和擒两个阶段转换时间间隔内，增速齿条能高速旋转若干整周期，最少能顺利旋转一周。

本方案结构简单，体积小巧，方便携带；磁浮发电单元采用径向磁轴承33，使整个发电机的摩擦损耗非常小；工作过程中，转速稳定，安全性更高；通过功率簧片能够进行弹性储能，并利用纵擒机构的特性，对功率弹簧片10所存储的机械能进行缓慢有序间歇释放，并在径向磁轴承33的配合下，发电机转子30利用其摩擦小的特点，起到飞轮功能，达到动能储能的目的，从而能将输入的较大短时功率，转换形成长时稳定的释放较小功率电力，进行不间断持续发电，并且发电稳定性更好，适合偏远无电山区等场合用于照明、短时通讯等。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，包括外壳、弹簧储能单元、纵擒单元、增速耦合单元以及磁浮发电单元；其特征在于：

所述弹簧储能单元包括输入轴、棘轮和止回轮；所述输入轴的一端伸入外壳内，并与棘轮固定连接，且通过输入轴能够带动棘轮同步转动，所述棘轮上具有绕其一周分布的数个棘爪，且所述棘爪的倾斜方向相同；所述止回轮位于棘轮的一侧，并通过支撑轴与外壳转动连接，其靠近棘轮的一侧具有一止回爪，该止回爪的倾斜方向与棘轮靠近止回轮一侧的棘爪的倾斜方向相反，并伸入相邻两棘爪之间；该止回轮背离棘轮的一侧具有一挡爪，所述挡爪的倾斜方向与止回爪的倾斜方向相同，在挡爪倾斜方向一侧设有一止回挡块，在挡爪背离倾斜方向的一侧设有一弹簧座，在弹簧座与挡爪之间设有一止回弹簧，所述止回弹簧的两端分别与弹簧座和挡爪相连，在止回弹簧的作用下，挡爪与止回挡块紧贴在一起；

所述弹簧储能单元包括功率弹簧片和一级主动齿轮，所述一级主动齿轮通过一级齿轮轴与外壳转动连接，该一级齿轮轴与输入轴的轴心线重合，其靠近输入轴的一端与输入轴之间具有间距；所述一级主动齿轮安装在一级齿轮轴上，并能够与一级齿轮轴同步转动；所述功率弹簧片位于一级主动齿轮与棘轮之间，并绕设在一级齿轮轴上，其里端与一级齿轮轴固定连接；在棘轮靠近一级主动齿轮的一侧设有一弹簧连接柱，所述功率弹簧片的外端与该弹簧连接柱固定连接；

所述纵擒单元包括纵擒机构、纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮；所述纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮通过纵擒齿轮轴与外壳转动连接，该纵擒齿轮轴的轴心线与输入轴的轴心线平行，纵擒主动齿轮和纵擒从动齿轮均能够与纵擒齿轮轴同步转动；所述纵擒主动齿轮与一级主动齿轮啮合，所述纵擒从动齿轮位于纵擒主动齿轮背离棘轮的一侧，在纵擒从动齿轮背离纵擒主动齿轮的一侧靠近边缘处，绕其一周均匀分布有数根纵擒柱，且所述纵擒柱垂直于纵擒从动齿轮；所述纵擒机构包括纵擒柄、旋转轴以及纵擒游丝，所述纵擒柄位于纵擒从动齿轮背离纵擒主动齿轮的一侧，其一端通过旋转轴与外壳相连，另一端具有两支臂，使纵擒柄整体呈Y型，其中，一支臂的长度大于另一支臂的长度，且一支臂的端部位于纵擒柱所在圆的外侧，另一支臂的端部位于纵擒柱所在圆的内侧；在两支臂的端部分别连有一纵擒爪，所述纵擒爪一端与支臂相连，另一端朝相向的方向延伸并延伸至相邻两纵擒柱之间且形成错位；所述纵擒爪远离支臂的一端为斜面，且该斜面朝向旋转轴方向，初始状态时，纵擒柱与短支臂上的纵擒爪的斜面接触或与长支臂上的纵擒爪的斜面接触，或者纵擒柱处于两个纵擒爪斜面组成的四边形内部；所述纵擒游丝绕设在旋转轴上，其里端与旋转轴固定连接；在旋转轴的一侧设有一固定桩，所述纵擒游丝的外端与该固定桩固定连接；

所述增速耦合单元包括二级主动齿轮、二级从动齿轮、三级主动齿轮以及三级从动齿条；所述二级主动齿轮和二级从动齿轮通过二级齿轮轴与外壳转动连接，且二级主动齿轮和二级从动齿轮能够与二级齿轮轴同步转动，其中，所述二级主动齿轮与纵擒从动齿轮啮合；所述三级主动齿轮通过三级齿轮轴与外壳转动连接，且三级主动齿轮能够与三级齿轮轴同步转动，该三级主动齿轮与二级从动齿轮啮合，所述三级从动齿条呈圆弧形，且与三级齿轮轴同轴心线设置，其一端通过连接杆与三级齿轮轴相连，其中，该连接杆的一端与三级从动齿条相连，另一端通过单向轴承与三级齿轮轴相连；

所述磁浮发电单元包括电机轴、电机转子、电机定子、驱动齿轮以及磁轴承，所述电机轴的两端分别通过一磁轴承与外壳相连，所述电机转子与电机轴固定连接，其包括转子支架和安装于转子支架上的永磁块，当永磁块数量为两块或者两块以上的奇数块时,所有永磁块充磁方向相同,当永磁块数量为四块或四块以上的偶数块时,所有永磁块充磁方向相同或者相邻两块永磁快的充磁方向相反；所述电机定子包括绕组线圈，绕组线圈绕电机轴一周均匀分布并通过定子支架与外壳固定连接，且当电机转子随电机轴转动过程中，绕组线圈能够与永磁块形成正对；所述驱动齿轮安装在电机轴上，并能够与电机轴同步转动，该驱动齿轮与三级从动齿条啮合在一起或者当三级从动齿条转动后能够与驱动齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述输出轴位于外壳外的一端与一摇柄相连，通过该摇柄能够带动输入轴转动。

3.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述棘轮、一级主动齿轮、纵擒主动齿轮、纵擒从动齿轮、二级主动齿轮、二级从动齿轮、三级主动齿轮以及三级从动齿条均位于竖直平面；所述纵擒柄竖向设置，其上端通过旋转轴与外壳相连。

4.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述纵擒柄位于一级齿轮轴与纵擒齿轮轴之间，且其延长线与纵擒柱所在圆相切。

5.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述长支臂延伸至纵擒从动齿轮的中部，该长支臂对应纵擒柱的位置向背离纵擒从动齿轮隆起，形成供纵擒柱通过的让位槽。

6.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述三级从动齿条和驱动齿轮上的齿均为斜齿，且三级从动齿条和驱动齿轮的啮合位置处,三级从动齿条上的斜齿与驱动齿轮上的斜齿的倾斜方向相反。

7.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述三级从动齿条所对应的中心角的角度大于等于270°。

8.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述电机定子与电机转子间隙配合。

9.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：在外壳内侧，对应磁轴承的位置设置有轴承座，所述磁轴承安装于轴承座内。

10.根据权利要求1所述的一种带弹簧纵擒机构的动能储能磁浮永磁发电机，其特征在于：所述纵擒游丝为弹簧丝，通过该纵擒游丝能够带动纵擒臂及纵擒抓绕旋转轴的轴心线往复转动。

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