CN1281948A - 机械蓄能装置 - Google Patents

Abstract

机械蓄能装置涉及一种将人体发出的机械能储存,并经微电机转化为电能对外输出做功的机械装置。本发明所特有的结构可使单位体积内储存更多的机械能,并可随时将储存的机械能以相对平稳的力矩传输给微电机对外发电。本发明具有结构紧凑,使用简便,不受时间和地点的限制,可用做移动电话、收音机、家电摇控器和手电筒等电器的电源,还可应用于全自动手表、玩具和定时器等机械蓄能装置。

Description

机械蓄能装置

机械蓄能装置涉及一种将人体发出的机械能储存、释放，并经微电机转化为电能对外输出做功的机构装置，特别涉及利用平面涡卷弹簧--发条储存、释放能量的机械装置。该装置将人体发出的不连续的动能转化为弹性势能储存起来，当需要时，可随时将弹性势能以相对平稳的力矩传输给微电机发电，对外输出电能做功。

目前，我们使用的可移动微型电源主要是化学能电池，可分为充电电池和一次性电池两种，充电电池的使用受到时间、地点等条件的限制，一次性电池的使用不仅成本高，而且在制造、使用过程中对环境造成一定程度的污染，有时化学溶液渗漏损坏电器，而且不能长期存放。

手动电筒问世多年，它是利用人的手力作动力，驱动微型发电机发电，寿命很长，尤其适合于农村和野外作业的使用，但由于手的节拍不恒定，无法产生稳定的光线，更无法产生可供大多数电器所需的稳定电能。(参阅《家用微电机》第180页～183页，陈道达主编，国防工业出版社1986年4月第1版)

成人的手力做功大约为2瓦／秒，要想利用这种不连续的能量，则需借助于中介装置，通常有两种方法：第一种方法是利用蓄电池，即需经过手动做功--电能--化学能--电能三次能量转化，例如最近报道日本厂商发明的可为手机充电的“手动式发电机”。(参阅1998年10月7日大连日报复印件)另一种方法是借助于平面涡卷弹簧--发条进行能量的储存、释放，即经过手动做功--机械能--电能两次能量转化，显而易见，后一种方法的能量转化效率高于前一种方法的转化效率。发条已广泛用于钟表、玩具及各种仪器仪表中，但发条做为储能元件存在两个难题：第一个难题是由于其结构特点和使用空间限制了它的径向尺寸，从而限制了其单位体积内的蓄能密度；第二个难题是由于自身的结构特性决定了发条具有大的力矩与小的力矩变动率之间的矛盾，即它的输出力矩变动率较大，无法实现相对稳定的力矩输出。这两个难题限制了发条做为蓄能元件的使用范围，本发明提出的技术方案解决了这两个难题。

现结合附图详细阐述本发明的具体方案：

图1是微型发电装置的系统工作原理图；

图2是能量储存机构中发条支承体的对称半剖视图；

图3是机械蓄能装置中能量储存机构的主剖视图；

图4是图3中的A-A剖视图；

图5是能量储存机构的力矩曲线图；

如图1所示，微型发电装置由力矩输入机构、能量储存机构、轮系变速机构、微电机发电及控制机构五部分组成，除能量储存机构外，其余四部分：力矩输入机构、轮系变速机构、微电机发电及控制机构用现有的常规方法很容易实现，这里不再赘述，本发明围绕能量储存机构进行详细阐述。

如图2所示，能量储存机构中的发条支承体是由空心条轴(1)和条盒(3)通过条盒端面(2)结合为一体的特殊支承体，可一次成型，也可分体组装。空心条轴(1)和条盒(3)均开有凹槽，用来安装支承发条。

如图3所示，将若干个图2所示的发条支承体装在同一转轴(4)上，每个支承体均可围转轴自由转动，再将每个发条(5)的两端分别安装在相邻的两个支承体的条盒(3)和条轴(1)的凹槽内，通过发条将每个支承体连成一个整体装置，力矩将沿转轴方向从转轴(4)一端的支承体传递到另一端的支承体，而且，在任何瞬间，每个支承体所传递的力矩是相等的，这种结构形成特殊的力矩曲线。

图4是图3中A-A剖视图，从图4可更清楚地看出每个发条在两个相邻支承内的安装方法，发条的外端采用V型固定法。

图5是根据本发明构成的能量储存机构的力矩曲线图，图中曲线P表示单个发条形成的力矩曲线，曲线Q表示由三个支承体及发条依据本发明构成的能量储存机构的力矩曲线图，设发条的特性值均相同，则力矩值不变，但放松圈数增加了两倍，即放松转数是单个发条的三倍，曲线R表示由N个支承体及发条构成的能量储存机构，当N→∞时，输出的力矩趋于水平，即可形成恒力矩。

综上所述，本发明的能量储存机构是将若干个特性相同的平面涡卷弹簧--发条沿轴向排列组装，在不增大径向尺寸的条件下，合理有效利用空间，提高单位体积内的蓄能密度，而且能量储存机构输出的力矩趋于平稳，经过轮系变速后驱动微电机发出相对稳定的电能，可直接供用电器使用，本发明在应用中具有以下优势：

1、根据本发明构成的微型发电装置，是一种无污染、不受时间、地点限制，即用即发的微型电源，可为移动电话、家电摇控器、收音机、手电筒等用电器提供经济环保型移动电源。

2、将本发明应用于机械蓄能装置，可充分利用有限的空间，储存更多的能量，并可输出相对稳定的力矩，可使全自动手表走时更长，精度更高；可使回力玩具车跑的距离更长，速度更平稳；可使音乐盒发出时间更长，节奏更均匀的乐曲。

在本发明的具体实施过程中可采取以下措施：

1、构成发条支承体的空心条轴(1)和条盒(3)及条盒端面(2)可以一次注塑成型为一个整体，也可以选用不同材料分件加工后组装。

2、可根据具体使用空间，采用一根或多根转轴(4)的结构，当采多根转轴的结构时，各转轴之间的发条支承体靠齿轮连成一个传动整体。

3、为进一步减少能量储存机构的体积，发条可选用镍铬钼合金材料。

4、为提高发条工作效率，发条外端采用V型固定法。

参考文献：

1《机械计时仪器》第147～167页，天津大学精仪系编1980年11月天津科学技术出版社出版。

2、《机械弹簧》第158～166页(美)A．M沃尔著，国防工业出版社1981年3月出版。

3、《弹簧设计手册》第354～366页，上海科学技术文献出版社1986年7月出版。

Claims (1)

1. 机械蓄能装置涉及一种平面涡卷弹簧--发条进行储存、释放能量的机械装置，适用于微型发电和机械蓄能等装置，其特征在于：

   1、用于支承平面涡卷弹簧--发条的支承体是由空心条轴(1)和条盒(3)通过条盒端面(2)结合为一体的特殊支承体；将若干这种特殊支承体装在同一转轴(4)上，并可自由转动，再将每个发条(6)的两端分别安装在相邻的两个支承体的条盒(3)和条轴(1)中，连成一个整体装置。