WO2015039510A1 - 能自动分离的飞轮电池能量的机动补充装置的使用方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of flywheel batteries (or flywheel energy storage devices), and more particularly to a device for replenishing energy of a flywheel battery.
- flywheel battery breaks through the limitations of chemical batteries and uses physical methods to achieve energy storage.
- the flywheel rotates at a certain angular velocity, it has a certain kinetic energy, and the flywheel battery is converted into electric energy by its kinetic energy.
- flywheel batteries are expected to be the most promising energy storage batteries due to their high efficiency, short charging time, small relative size, and clean and pollution-free.
- the working principle of the flywheel battery There is a motor (electric/generator integrated machine) in the flywheel battery.
- the motor runs in the form of a motor, and the externally input electric energy is converted into the kinetic energy of the flywheel by the electric motor, that is, the flywheel battery is charged.
- the motor rotates in the form of a generator, and the kinetic energy of the flywheel is converted into electric energy by the generator, and is output to an external load, that is, the flywheel battery is "discharged".
- the flywheel battery is placed in a vacuum box and uses magnetic suspension bearings to support the rotating parts.
- the flywheel battery has a high energy storage density and a relatively small size. It is especially suitable for carrying in the field without power supply. It can support the laptop, radio, and high-power lighting. However, since the flywheel battery is disposed in the vacuum box, the generator in the vacuum box can only be driven by the power supply to drive the flywheel to rotate, so that the flywheel stores kinetic energy, but there is no power source in the field to charge the flywheel battery.
- the main technical idea of the invention Since the flywheel battery operates in the vacuum box, the rotating shaft for driving the flywheel cannot extend beyond the vacuum box to connect with the external driving device, otherwise it is difficult to ensure that the flywheel battery operates in a vacuum environment. Therefore, the following technical ideas are introduced: an internal driving device capable of connecting a flywheel is added to the vacuum box of the flywheel battery, and a plurality of second magnets are arranged on the device, correspondingly, a plurality of first magnets are disposed outside the vacuum box.
- the driving device drives the external driving device by the engine, and the internal driving device in the vacuum box drives the flywheel to rotate by the magnetic coupling between the magnets, thereby storing the kinetic energy in the flywheel.
- the internal drive must automatically separate from the flywheel in order to avoid consuming unnecessary energy.
- a specific technical solution of the present invention comprises: a vacuum box comprising a flywheel battery; and a flywheel and a generator in the vacuum box, wherein an internal driving device is added in the vacuum box, the internal driving device comprises a magnetic wheel, a centrifugal mechanism and Friction cam, , ⁇ , a sliding spring is arranged between the sliding sleeve and the friction concave wheel, the sliding sleeve can move on the rotating shaft; the magnetic moving wheel is provided with a plurality of second magnets;
- One end of the flywheel is connected to the generator, and the other end is connected to a friction cam, and the friction cam is intermittently connected with the friction concave wheel;
- An outer driving device is disposed outside the vacuum box, the outer driving device includes a driving sleeve including a plurality of the first magnets, and a driving wheel, wherein the driving wheel is connected to the driving sleeve through the intermediate shaft; the driving sleeve is disposed on the a periphery of the vacuum box of the flywheel battery, and being concentric with the magnetic wheel; the first magnet in the driving sleeve and the second magnet on the magnetic wheel are equal in number, and are in one-to-one correspondence and coupled by a magnetic field; Said drive wheel is connected to the engine;
- the engine drives the driving wheel and the driving sleeve to rotate, the first magnet in the driving sleeve and the second magnet on the magnetic moving wheel are coupled by a magnetic field, so that the driving sleeve drives the magnetic moving wheel, the centrifugal mechanism and the friction concave The wheel rotates together.
- the rotation of the centrifugal mechanism reaches a certain speed, under the action of the centrifugal force, the sliding sleeve in the centrifugal mechanism moves against the elastic force of the compression spring toward the friction cam, thereby causing the friction concave wheel connected with the sliding sleeve.
- the engine can be used to input kinetic energy to the flywheel battery.
- the drive mechanism can automatically approach the flywheel and provide kinetic energy to the flywheel.
- the drive mechanism can be automatically separated from the flywheel to avoid unnecessary energy loss.
- the engine and drive mechanism do not need to leave the flywheel battery, so that it can quickly and again provide kinetic energy to the flywheel battery.
- the flywheel battery can simultaneously output electrical energy to the external load.
- Figure 1 is a perspective view of the present invention.
- Figure 2 is a cross-sectional view of Figure 1.
- Figure 3 is a left side view of Figure 1.
- Figure 4 is an internal schematic view of the present invention.
- Figure 5 is a partial cross-sectional view of Figure 4.
- Figure 6 is a schematic view of the vertical state of the present invention.
- the present invention in order to drive the flywheel 31 in the vacuum box 33 of the flywheel battery 3, and the drive mechanism is automatically disengaged from the flywheel 31 after the flywheel 31 obtains a certain kinetic energy, the present invention adds such an internal drive device to the vacuum box 33 of the flywheel battery.
- the inner drive unit includes a magnetic wheel 11 and a centrifugal mechanism 12 and a friction cam 13 .
- the magnetic wheel 11 is connected to the centrifugal mechanism 12 via a rotating shaft 121.
- the sliding sleeve 125 of the centrifugal mechanism 12 is connected to the friction concave wheel 13 via a connecting rod 127.
- a compression spring 126 is disposed between the sliding sleeve 125 and the frictional concave wheel 13, and the sliding sleeve is provided.
- the cylinder 125 can move on the rotating shaft 121; the magnetic moving wheel 11 is provided with a plurality of second magnets 111;
- the centrifugal mechanism 12 is a mechanical automatic control device based on the principle of centrifugal motion.
- the structure is as shown in Fig. 2, Fig. 4 and Fig. 5:
- the two first pull rods 122 are respectively provided with two weights 123.
- the first pull rod 122 is swingable about the pin shaft 129 in a vertical plane.
- the flying hammer 123 When the rotating shaft 121 rotates, the flying hammer 123 generates a centrifugal movement tendency, the first pulling rod 122 is opened at a certain angle, and the sliding sleeve 125 sleeved on the rotating shaft 121 is moved by the second pulling rod 124 to the friction cam 32 for a distance.
- the friction cam 32 is coupled to the flywheel 31, and the other end of the flywheel 31 is coupled to the generator 34.
- the friction cam 32 approaches and engages with the flywheel 31, and the flywheel 31 begins to store kinetic energy.
- the external driving device 2 is disposed outside the vacuum box 33.
- the external driving device 2 includes a driving sleeve 21 including a plurality of first magnets 23, and a driving wheel 22, and the driving wheel 22 is connected to the driving sleeve 21 through the intermediate shaft 29;
- the driving sleeve 21 Provided on the periphery of the vacuum box 33 of the flywheel battery 3, and concentric with the magnetic wheel 11;
- the first magnet 23 in the drive sleeve 21 and the second magnet 111 on the magnetic wheel 11 are equal in number, and One-to-one correspondence and coupling by a magnetic field;
- the driving wheel 22 is coupled to an engine (not shown) via a belt 4 or other means;
- the driving method of the above device is as follows: the engine drives the driving wheel 22 and the driving sleeve 21 to rotate, and the first magnet 23 in the driving sleeve 21 and the second magnet 111 on the magnetic wheel 11 are coupled by a magnetic field, so that the driving sleeve 21 drives the magnetic pole.
- the moving wheel 11, the centrifugal mechanism 12 and the friction concave wheel 13 rotate together.
- the sliding sleeve 125 in the centrifugal mechanism 12 overcomes the elastic force of the compression spring 126 toward the friction cam.
Abstract
一种能自动分离的飞轮电池（3）能量的机动补充装置的使用方法。飞轮电池（3）的真空盒（33）内增设一个含有磁铁和离心机构（12）的内驱动装置，在真空盒（33）外设置一含有磁铁的外驱动装置，两者的磁铁通过磁场耦合。发动机带动外驱动装置（2）转动，通过磁场的耦合，使内驱动装置中的离心机构（12）转动，当离心机构（12）的转动达到一定速度时，在离心力的作用下，离心机构（12）驱动飞轮（31）转动储存能量；当发动机停止后，离心机构（12）自动离开飞轮（31）。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。在无电源场合，可以用发动机给飞轮电池（3）输入动能。其中的离心机构（12）能自动与飞轮（31）分合，以避免不必要的能量损耗。
Description
能自动分离的飞轮电池能量的机动补充装置的使用方法 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， 可以给 手提电脑、 收音机， 较大功率的灯光支持电力。 但由于飞轮电池设置在真空盒内， 目前只能 用通电的方式驱动真空盒内的发电机带动飞轮转动， 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在野外， 或者在无电源的场合， 用发动机给飞轮电池补充动能 的装置及方法。
本发明主要技术思路： 由于飞轮电池是在真空盒内运作的， 所以驱动飞轮转动的转动轴 不能伸出真空盒外与外界的驱动装置连接， 否则很难保证飞轮电池在真空环境下运行。 由此 推出如下技术思路： 在飞轮电池的真空盒内增设一个可连接飞轮的内驱动装置， 该装置上设 置多块第二磁铁， 相对应在真空盒外设置一个含有多块第一磁铁的外驱动装置， 利用发动机 带动外驱动装置， 依靠磁铁间的磁力耦合， 使真空盒内的内驱动装置带动飞轮转动， 以此在 飞轮中储存动能。 当飞轮储存了足够的能量后， 为避免消耗不必要的能量， 内驱动装置必须 自动与飞轮自动分离。
本发明的具体技术方案： 包括飞轮电池的真空盒以及真空盒内的飞轮和发电机， 其特征 是， 在所述真空盒内增设一内驱动装置， 该内驱动装置包括磁动轮、 离心机构和摩擦凹轮，
， κ ， 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； 所述磁动轮上设置多块 第二磁铁；
所述飞轮的一端连接发电机， 另一端连接一摩擦凸轮， 所述摩擦凸轮与摩擦凹轮间断性 连接；
在所述真空盒外设置一外驱动装置，该外驱动装置包括含有多块所述第一磁铁的驱动套、 主动轮， 所述主动轮通过中间轴与驱动套连接； 驱动套设置在所述飞轮电池的真空盒外围， 且与磁动轮同轴心； 驱动套中的所述第一磁铁与所述磁动轮上的所述第二磁铁数量相等， 且 一一对应并通过磁场的耦合； 所述主动轮与发动机连接；
上述装置使用方法： 发动机带动主动轮和驱动套转动， 驱动套中的所述第一磁铁与磁动 轮上的所述第二磁铁通过磁场的耦合， 使驱动套带动磁动轮、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； 当飞轮达到一定的转速， 停止发动机的转动， 主动轮、 驱动套、 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：
一、 在无电源场合， 可以用发动机给飞轮电池输入动能。
二、 当发动机转动时， 驱动机构能自动接近飞轮， 并向飞轮提供动能。 当发动机停 止后， 驱动机构能自动与飞轮分离， 以避免不必要的能量损耗。
三、 发动机和驱动机构无需离开飞轮电池，从而便于能快捷地再次向飞轮电池提供 动能。
四、 给飞轮电池输入动能过程中， 飞轮电池可以同时向外部负载输出电能。
附图说明
图 1是本发明的立体示意图。
图 2是图 1的剖视图。
图 3是图 1的左视示意图。
图 4是本发明的内部示意图。
图 5是图 4的局部剖视图。
图 6是本发明立式状态示意图。
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：
参见图 2， 为了驱动飞轮电池 3的真空盒 33中的飞轮 31， 又为了飞轮 31获得一定动能 后驱动机构自动与飞轮 31脱离， 本发明在飞轮电池的真空盒 33内增设这样的内驱动装置： 该内驱动装置包括磁动轮 11和离心机构 12和摩擦凹轮 13。 磁动轮 11通过转轴 121与离心 机构 12连接， 离心机构 12中的滑动套筒 125通过连接杆 127与摩擦凹轮 13连接， 滑动套筒 125和摩擦凹轮 13之间设置压缩弹簧 126， 滑动套筒 125能在转轴 121上移动； 所述磁动轮 11上设置多块第二磁铁 111 ;
离心机构 12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 2、 图 4和图 5所示： 在转轴 121上， 两根第一拉杆 122分别装有两个重锤 123。 第一拉杆 122可在垂直平 面内绕销轴 129摆动。 在转轴 121旋转时， 飞锤 123产生离心运动倾向， 将第一拉杆 122张 开一定角度，并通过第二拉杆 124使套在转轴 121上的滑动套筒 125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 121转 速越大， 第一拉杆 122张角越大， 滑动套筒 125克服压缩弹簧 126阻力后移得距离越大， 滑 动套筒 125通过连接杆 127连接摩擦凹轮 13， 摩擦凹轮 13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。
在真空盒 33外设置一外驱动装置 2， 该外驱动装置 2包括含有多块第一磁铁 23的驱动 套 21、 主动轮 22， 主动轮 22通过中间轴 29与驱动套 21连接； 驱动套 21设置在飞轮电池 3 的真空盒 33的外围， 且与磁动轮 11同轴心； 驱动套 21中的所述第一磁铁 23与所述磁动轮 11上的所述第二磁铁 111数量相等，且一一对应并通过磁场的耦合；所述主动轮 22与发动机 (未画出） 通过皮带 4或其它方式连接；
上述装置使用方法： 发动机带动主动轮 22和驱动套 21转动， 驱动套 21中的所述第一磁 铁 23与磁动轮 11上的所述第二磁铁 111通过磁场的耦合，使驱动套 21带动磁动轮 11、离心 机构 12和摩擦凹轮 13—起转动，当离心机构 12的转动达到一定速度时，在离心力的作用下， 离心机构 12中的滑动套筒 125克服压缩弹簧 126的弹力朝摩擦凸轮 32方向移动， 由此使得 与滑动套筒 125连接的摩擦凹轮 13与摩擦凸轮 32接合， 以此驱动飞轮 31转动储存能量； 当 飞轮 31达到一定的转速， 停止发动机的转动， 主动轮 22、 驱动套 21、 磁动轮 11、 离心机构 12和摩擦凹轮 13也因此停止转动； 离心机构 12的离心力消失， 压缩弹簧 126的弹力推动滑 动套筒 125， 使得与滑动套筒 125连接的摩擦凹轮 13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。
Claims
1、 一种能自动分离的飞轮电池能量的机动补充装置的使用方法， 其特征在于， 包括飞轮 电池的真空盒以及真空盒内的飞轮和发电机， 在所述真空盒内增设一内驱动装置， 该所述内 驱动装置包括磁动轮、 离心机构、 摩擦凹轮和转轴， 所述磁动轮通过所述转轴与所述离心机 构连接， 所述离心机构中的所述滑动套筒通过所述连接杆与所述摩擦凹轮连接， 所述滑动套 筒和所述摩擦凹轮之间设置压缩弹簧， 所述滑动套筒能在转轴上移动； 所述磁动轮上设置多 块第二磁铁；
所述飞轮的一端连接发电机， 另一端连接一摩擦凸轮， 所述摩擦凸轮与所述摩擦凹轮间 断性连接；
在所述真空盒外设置一外驱动装置， 所述外驱动装置包括含有多块第一磁铁的所述驱动 套、 所述主动轮和中间轴所述主动轮通过中间轴与所述驱动套连接； 所述驱动套设置在所述 飞轮电池的真空盒外围， 且与所述磁动轮同轴心； 所述驱动套中的所述第一磁铁与所述磁动 轮上的所述第二磁铁数量相等， 且一一对应并通过磁场的耦合； 所述主动轮与所述发动机连 接；
能自动分离的飞轮电池能量的机动补充装置的使用方法包括：
所述发动机带动所述主动轮和所述驱动套转动， 驱动套中的所述第一磁铁与磁动轮上的 所述第二磁铁通过磁场的耦合， 使驱动套带动磁动轮、 离心机构和摩擦凹轮一起转动， 滑动 套筒连接的摩擦凹轮与摩擦凸轮接合， 驱动飞轮转动储存能量；
停止发动机的转动， 主动轮、 驱动套、 磁动轮、 离心机构和摩擦凹轮也因此停止转动； 所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸轮。
2、 根据权利要求 1所述的使用方法， 其特征在于， 所述滑动套筒连接的所述摩擦凹轮与 所述摩擦凸轮接合的具体方法包括：
在离心力的作用下， 所述离心机构中的所述滑动套筒克服所述压缩弹簧的弹力朝所述摩 擦凸轮方向移动， 所述滑动套筒连接的所述摩擦凹轮与所述摩擦凸轮接合。
3、 根据权利要求 1所述的使用方法， 其特征在于， 所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸轮的具 体方法包括：
所述离心机构的离心力消失， 所述压缩弹簧的弹力推动所述滑动套筒， 使与所述滑动套 筒连接的所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸轮。
4、根据权利要求 1所述的使用方法，其特征在于，所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸轮之后， 所述使用方法包括：
所述飞轮依靠储存的动能继续转动。
5、 根据权利要求 1-4所述的使用方法， 其特征在于， 所述使用方法还包括：
当外界需要电能时， 所述飞轮的动能通过发电机转化为电能， 输出给外部负载。
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2014
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