CN2779101Y - 绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种绿色太阳能、风能电源设备中的能量储存器。所述的能量储存器包括一个短型外壳，其中包括前后两个相邻箱体。前箱体中设置有斜齿齿轮组和单向转动控制器组成旋转能量输入部分。由另一组斜齿齿轮和刹车装置组成的旋转能量输出部分。后箱体中设置了由多只涡卷弹簧，并配有托盘轮、中轴组成的涡卷弹簧组合总体来完成旋转能量存储工作和适时输出工作。其中托盘轮是由圆形平盘、空心轴、偏心轴组成，优选这一组合件能确保每一只涡卷弹簧在长期工作中不扭曲、不变形而且串联十分牢固，从而确保能量存储器能长期、可靠工作。该设备不仅适用上述设备作配件，其本身就是一种蓄能式绿色发动机。可作为城市轻轨机车或作为其他机动车的发动机。

Description

绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器

                                技术领域

本实用新型涉及一种能量存储器，具体说，涉及一种绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器。

                                 技术背景

利用太阳能、风能等自然能发电是当今人类的一项最清洁、最经济、最理想的电能。如何充分、高效、廉价利用太阳能、风能等作供电电源是当前人类共同的追求。想利用好太阳能、风能等作电源首先必须解决好这些能或者电能的储存问题，以达到不间断供电问题。数年来，人类不断的努力、研制应用了蓄电池这种储存电能设备，但因其是化学方法储存电能，带来了一些严重的问题，影响了其大规模发展，1990年12月第12期《电子世界》上发表了一篇“实用200W太阳能电源”，该文章所介绍的这套设备存储电能便是应用蓄电池。2002年5月，第五界中国北京国际科技博览会上，许多国内外企业在利用太阳能作为电源方面，都在应用蓄电池作为储能设备，例如中日合资企业北京日佳电能有限公司，在会上大力推荐其生产的太阳能光伏系统专用蓄电池作储能设备。众所周知，蓄电池虽储存电能的特点，但其严重的污染环境，多年来使人类十分无奈！其次是成本高、寿命短、效率低、保养困难等诸多问题！因此大大的防碍了这种设备的推广使用，用这种设备在太阳能、风力发电的储能设备，显然影响了太阳能、风力电源的发展。

                              发明内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术上的缺点，提供一种绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储设备，这种储能设备，不论用在绿色太阳能、风能电源设备或其他需储存电能、动能设备中，都应当具有不污染环境、较低成本、结构精良质量可靠。适用领域广泛等才能满足这些设备的基本要求。

针对前述太阳能、风能电源所配用的蓄电池所带来的诸多问题，所提供的这种能量储存器必须彻底解决蓄电池这种使用化学方法储能所带来的难以解决的问题。经研制只有选用其他原理才能更好的跳出该范围。于是我们选定了应用物理学方法来储能，解决了上述储能问题。其具体采用的技术方案是选用涡卷弹簧这种应用内应力储存旋转能量的方法作为储能基本元件。大家知道，涡卷弹簧在人类钟表行业中的作动力旋转储能已有上百年历史，这种元件有许多优点：清洁卫生、成本低、质量好、结构简单，但是致命的缺点是储能十分有限。为了克服该缺点，设计了一套数十数百涡卷弹簧串联接力的装置使储存能量大大提高从而达到能量储存器预定的目的。这套装置是通过多只适用于串联连接的涡卷弹簧，并配用上专用的，保证涡卷弹簧能合理、可靠串联接力的托盘轮组合及中轴及其他辅助装置而实现的。

现在详细描述本实用新型是如何实现的：

提供一种绿色太阳能、风力电源设备中的能量储存器，它包括：一个矩形封闭外壳，内设有前后二个相邻的箱体，在前箱中，安装两组齿轮组合，其中一组为输入齿轮组合并配有单向旋转控制器，其功能为确保旋转能量输入。另外一组为输出齿轮组合，配有旋转刹车装置，以确保旋转能量输出。在后箱中，安装着由多组串联涡卷弹簧的组合体并排组成，通过传动齿轮啮合组成涡卷弹簧总体，能量储存器由这三部分组成。

采用上述原理和结构后，由太阳能、风能转变而来的旋转能量全部储存于涡卷弹簧中，完全废弃了使用化学方法储能，这是一种完全新颖的绿色储能设备。可以很好作太阳能、风能电源设备中的储能装置，并确保其绿色产品之性能。

                               附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型绿色太阳能电源设备中的能量储存器作进一步详细描述：

图1：是能量储存器安装及内部结构示意透视图：

图2：是涡卷弹簧组合接力安装示意透视图：

图3：是托盘轮、空心轴结构安装及局部放大示意图和涡卷弹簧结构、内心圆展开、外尾部圆筒结构放大示意图：

                              具体实施方式：

首先参看图1，该能量存储器包括：一个矩形的外壳，其中包括前后二个相邻的箱体，前箱体中设置有专门接收旋转能量输入的装置，它包括斜齿齿轮(7 9 10 11 13 14 16 17)，这些齿轮安装在轴(6 8 12 15 18)上，其中齿轮(7 9)、(10 11)、(13 14)、(16 17)为相互啮合齿轮，设置这些齿轮的目的是接收输入旋转能量，优选斜齿齿轮的目的是降低燥声。输入采用降速是为了增大输入力距。优选设置滑健轮(19)、滑健(20)、滑健弹簧(21)的目的是控制单向转动，因齿轮(1617)为啮合齿轮，又因齿轮(17)与滑健轮(19)为同设置于轴(18)上的固定轮，此时输入旋转能量只能向第一级涡卷弹簧旋紧方向旋转，这是因为滑健(20)在滑健弹簧的弹力压制下限制滑健轮(19)转向所为，这正是我们优选设置该装置的目的，以确保旋转能量输入后不会丢失。旋转能量通过上述装置传递后已到达空心轴(18)上。空心轴(18)是我们设置的第一级托盘轮的中心轴，它垂直固定在圆形平盘的中心，空心轴(18)的前半轴上装有齿轮(17)和滑健轮(19)，后半轴穿过支撑固定板上相应的轴承孔直伸到后箱体中，涡卷弹簧(23)的中心圆套在轴(18)上，两突起安装涡卷弹簧(23)中圆的两孔中，该涡卷弹簧(23)的未尾圆套套在偏心轴(24)上，托盘轮组合的结构组成示意图请参看图2。图2：又是其余托盘轮与涡卷弹簧组成结构示意图。第二只托盘轮的由圆形平盘(26)和两个不相同的轴(27)和轴(24)组成的，圆形平盘二面平整光滑，其直径大于松弛状态下涡卷弹簧的最大直径，两个轴设置固定于平盘(26)正中心，该轴外圆上在轴向线上设有两个突起，其形状从轴向上看类似直角三角形，正面看为矩形高度大于涡卷弹簧厚度其下部并略凹进。轴(24)垂直固定于平盘(26)反面距平盘圆心以松弛状态下涡卷弹簧最大外圆半径的圆上正对空心轴(27)两突起的放射线上，并配有活动轴套，为涡卷弹簧未尾套筒而设置的，于是涡卷弹簧(23)外圆未尾套筒套装于偏心轴(24)轴套上。空心轴(18)上装有固定齿轮(17)及滑健轮(19)其伸入后箱体部分已装进涡卷弹簧(23)之内圆中，其内圆上二孔已牢牢套在空心轴(18)的两突起上，由于空心轴(18)受滑健轮(19)的控制，只能向滑健弹簧(23)旋转方向旋转，于是涡卷弹簧(23)逐渐旋紧，也就是随着该涡卷弹簧的旋紧，其内部产生一种反弹力，这种反弹力便是一种内应力，这种内应力，由于受到滑健轮(19)的阻止无法反转，于是这种内应力便拖动偏心轴(24)转动，又因偏心轴(24)是固定于圆盘(26)上的一根轴，于是空心轴(27)也开始旋转，又因涡卷弹簧(28)的内圆套固在空心轴(27)上，其内圆二孔已装入轴(27)二突起上。于是涡卷弹簧(28)也随之旋转，这样涡卷弹簧(23)通过由圆形平盘(26)和空心轴(27)、偏心轴(24)组成的托盘轮组合的连接把涡卷弹簧(23)的旋转能量，从其未尾，传递到涡卷弹簧(28)的旋转圆心上，完成了前后二只涡卷弹簧的串联接力。从上述所讲我们十分清楚的看到，串联接力所优选的两个相邻的托盘轮组合成一对平行的圆形平盘，又起到了限制两只相邻涡卷弹簧在旋转时的扭曲变形和相互影响的作用，从而确保涡卷弹簧存储器、旋转能量时，能正常的工作。因此所优选的由空心轴、偏心轴和圆形平盘所组成托盘轮组合的这一目的就很清楚了。以下的涡卷弹簧(28 32 36 49 53 57 61)全部依上所述进行连接，只有涡卷弹簧(36)与(49)的连接需要由斜齿齿轮(41 42 43)啮合后连接，齿轮(41)固定在空心轴(39)上，空心轴(39)垂直固定于圆形平盘(38)圆心上，齿轮(43)的圆心上装有空心轴(47)于是输入旋转能量从涡卷弹簧(36)通过其未尾套在偏心轴(37)、圆平盘(38)及其圆心上的空心轴(39)，在通过该轴上齿轮(41)及其啮合齿轮(42)、(43)及空心轴(47)传递到涡卷弹簧(49)于是依前所述的情形，涡卷弹簧(49)通过由圆形平盘(50)、偏心轴(51)、空心轴(52)与涡卷弹簧(53)所组成的涡卷弹簧组合体，把旋转能量依次继续下传到由涡卷弹簧(57)与圆形平盘(58)、空心轴(59)、偏心轴(60)和由涡卷弹簧(61)、圆形平盘(62)、偏心轴(77)、空心轴(63)的涡卷弹簧组合体上，这样由涡卷弹簧(23 28 32 36 49 53 57 61)所组成由串联接力方法所组成的涡卷弹簧后体便完成了储存旋转能量的目的(注：本实用新型以8只涡卷弹簧组合为例，进行原理说明，真正设备将随用途来决定用量)。同时又进一步的说明，储存旋转能量的多少完全取于决涡卷弹簧弹簧总体中每只涡卷弹簧的应力容量及串联涡卷弹簧的数量。因空心轴(63)通过支持固定板(22)上设置的轴承孔其一部分又回到前箱体中，在这个位置上设置了一套控制旋转能量输出的装置，它包括斜齿齿轮(64 65 66 67 6869)及刹车轮(71)，其中齿轮(64 65)、(66 67)、(68 69)为相互啮合齿轮，齿轮(64)固定于空心轴(63)前箱体中部分，其余齿轮(65 67 66 69)分别固定于轴(82 83)上，齿轮(68)与刹车轮(71)固定于轴(74)上，并与刹车瓦(72)手柄(73)组成刹车装置，其目的是控制旋转能量输出。采用上述结构的能量存储器，在刹车装置关闭时，其输出部分将全部停止转动，于是这种制动力便通过输出装置最后反传到空心轴(63)上，使其停止转动，涡卷弹簧(61)未尾停止不动了。因前述多级涡卷弹簧的反弹力均小于输入的转动力，于是从输入部分输出的旋转能量仍然不断的以大于反弹力的旋转力继续不断输入旋转能量直到让涡卷弹簧(23 28 32 36 49 53 57 61)以反弹力(内应力)型式储存于这些涡卷弹簧之内，到达最大值，当需用旋转能量时只要开启刹车装置，旋转能量可随时从轴(74)输出。

从上述说明可以理解，这项实用新型由于应用物理学物体内应力原理制作的一种储能设备，该设备在储存能量、输出能量方面，均不会产生任何废弃物，因此是绝对不会污染环境，是一种绿色设备，又因使用的主要原材料是我国有丰富资源的钢材，是适合我国国情的，改革开放以来，为了提高人民生活质量，仅首都北京在改善自然环境方面，已投入了数百亿元巨资，可见党和政府对我们改善环境的决心！本设备是一件使用广泛的环保产品，这套设备虽然是为绿色太阳能、风能而发明的配用设备，但我们进一步分析，这个设备完全是一件绿色蓄能式发动机，把它用于城市轻轨机车作发动机完全解决了轻轨电车所存在的诸多问题，解决了钢轨带高压电不安全问题，在需要蓄能时，可由车站随时蓄能，由于其不排污、不发热、无燥声其环保效果非常好，优于清洁燃料发动机，可作为城市地铁、短途列车，城市公交车的绿色发动机。经逐步完善完全可制成太阳能、蓄能混合式汽车等或其他短途机动车的发动机。这种设备一旦大型化，可为制造大型太阳能发电厂，风能发电厂解决储存电能等关键问题。为我国西部地区，甚至争取为2008年奥运会制造出绿色太阳能电源设备。同时也可以为我国大型水力发电、核能发电提供储存剩余电能的设备，

总之其有益效果比较明显。

本实用新型不限于上述实施方式，不论在其形状或结构上作任何变化，凡是利用涡卷弹簧及其变形物，使用托盘轮原理及其变形物的多级连接，接力形式加大容量及应用物质内应力原理储存能量的，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器，它包括一个由前后两相邻箱体组成的矩形箱体，单向转动功能的输入旋转动力的齿轮组合体、多支涡卷弹簧与相应的托盘轮装配的组合体用中心轴串联而构成的可存储旋转动能的涡卷弹簧总体组合和具有控制输出旋转动力功能的齿轮组合体，顺序进行旋转动力连接，其特征是：具有单向转动功能的输入旋转动力的齿轮组合体与涡卷弹簧组合体的连接是通过该组合体的旋转动力输出级的齿轮与第一只涡卷弹簧的内圆装配在同一只空心轴上形成连接的，而涡卷弹簧总体组合中的各只涡卷弹簧是通过托盘轮进行旋转动力连接的，托盘轮具有把前一只涡卷弹簧的末尾与下一只涡卷弹簧内圆进行旋转动力连接的元件，于是各只独立的涡卷弹簧在托盘轮的配合下，形成了多只涡卷弹簧首尾串联之结构，多级结构连接组成总体组合，该总体组合的旋转动力输出是通过其末级空心轴上的齿轮把旋转动力送到具有刹车装置的齿轮组合体，由刹车装置控制旋转动力输出。

2.根据权利要求1所述的绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器，其特征是：具有单向转动功能的输入旋转动力齿轮组合是由四级降速斜齿齿轮组成，单向转动控制装置是由滑健轮、滑健和滑健弹簧组成，由于滑健轮在滑健与滑健弹簧的压力配合，使滑健轮只能单向旋转，滑健轮与旋转能量的输入齿轮组合最后一只齿轮同时固定在一个空心轴上。

3.根据权利要求1所述的绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器，其特征是：涡卷弹簧总体组合是由多只相同涡卷弹簧首尾串联组成的，每一只涡卷弹簧先装配在相应的托盘轮上组成组合件，几件这样的组合件用中心轴穿入其空心轴中，组合件上的涡卷弹簧末尾套装在下一只托盘轮组合的偏心轴上，于是形成了这几只涡卷弹簧首尾串联结构，两组相同结构的这种组合体通过三只互相啮合的齿轮把上述两组组合体连成旋转动力连接，组成涡卷弹簧总体组合。

4.根据权利要求1所述的绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器，其特征是：具有刹车功能的输出旋转动力齿轮组合是由三级升速斜齿齿轮组成，刹车装置是由刹车轮、刹车瓦和手柄组成，刹车轮与刹车瓦进行配合并受手柄的控制，刹车轮与旋转能量的输出齿轮的最后一只齿轮共同固定在同一轴上。

5.根据权利要求3所述的绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器，其特征是：涡卷弹簧总体组合的托盘轮是件光滑、平整的圆形平盘，其圆心垂直牢固安装一只空心轴，该空心轴外表面轴线上设有两个矩形突起，两突起侧视近似于直角三角形，在圆形平盘的背面上相应位置上牢固的安装着一只垂直于平面的偏心轴，该轴上配轴套。

6.根据权利要求3所述的绿色太阳能、风能电源设备中的能量存储器，其特征是：涡卷弹簧总体组合的涡卷弹簧是用弹簧钢带由小圆到大圆卷成螺旋体，其内端卷成圆筒，在圆筒轴线上设有配用空心轴上两矩形突起的两矩形透孔，涡卷弹簧末尾卷成圆筒，用以配装在托盘轮偏心轴上。

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