WO2015039530A1 - 自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置 - Google Patents

Abstract

一种自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置，该自行车设有重力离合装置和动力总成（2），重力离合装置是根据自行车行驶的状况自动控制是否给飞轮电池（3）补充能量。动力总成是接受自行车后轮（72）的传动力给飞轮电池补充能量。有益之处是在无电源场合，可以用自行车给飞轮电池补充动能。利用重力和自锁机构（12）自动控制给飞轮电池补充能量的时间，以减轻人力负载。即当自行车下坡时，装置与自行车自动结合，向飞轮（31）提供动能。当自行车上坡或平地行驶时，装置与自行车自动分离，以减轻人力负载。利用离心力原理，使得驱动机构停止驱动后，能自动与飞轮分离，以避免飞轮不必要的能量损耗。

Description

. 自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置 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， 特别是 对于骑自行车旅行的车友， 在野外宿营时， 非常需要有一个能给手提电脑、 收音机， 较大功 率的灯光支持电力的飞轮电池。 然而， 飞轮电池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自行车行驶中， 利用自行车轮的转动给飞轮电池补充动能的 装置及方法。

本发明主要技术思路：

1、 为减少人力负载， 装置最好是在自行车下坡时自动给飞轮电池补充能量。 而在上地坡 时， 装置自动与自行车分离。

2、 飞轮电池必须是在真空盒内运作， 可以用磁动的方法驱动真空盒内的飞轮。

3、 当装置停止给飞轮电池补充能量后， 装置须自动与飞轮分离， 以避免飞轮不必要的能 量消耗。

本发明的具体技术方案： 包括自行车及其后架和后轮、 飞轮电池及其真空盒和真空盒内 的飞轮及发电机， 其特征在于， 还包括：

重力离合装置： 其包括安装架及夹子、 自锁机构、 顶杆和重锤杆； 所述安装架通过夹子 与自行车的后架固连； 自锁机构固定于安装架上； 所述顶杆的一端与自锁机构间断性接触， ―

另一端与重锤杆间断性接触； 所述重锤杆与安装架上的第二支轴铰接；

动力总成： 其包括支架、 外驱动装置、 内驱动装置和飞轮电池；

其中外驱动装置设置在所述真空盒外， 它包括摩擦轮、 增速器和驱动套， 摩擦轮通过增 速器与驱动套连接； 摩擦轮与自行车的后轮间断性接触； 所述驱动套沿圆周设有多块第一磁 铁；

其中内驱动装置设置在所述真空盒内， 它包括磁动轮、 转轴、 离心机构和摩擦凹轮， 所 述磁动轮与外驱动装置的驱动套同轴心， 磁动轮沿圆周设有多块第二磁铁； 磁动轮上的第二 磁铁与驱动套中的第一磁铁数量相等， 且一一对应并通过磁场的耦合； 磁动轮通过转轴与离 心机构连接； 离心机构包括滑动套和连接杆， 其中的滑动套筒通过连接杆与所述摩擦凹轮连 接， 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；

其中所述真空盒内， 所述飞轮的一端与发电机连接， 飞轮的另一端设置一摩擦凸轮； 摩 擦凸轮与内驱动装置中的摩擦凹轮间断性的接触；

其中所述支架上部与安装架上的第一支轴铰接； 支架下部的一部分与外驱动装置的增速 器固连， 支架下部另一部分与真空盒固连； 支架还与自锁机构连接；

使用方法：

当自行车进行上坡行驶期间， 动力总成在重力作用下自由垂直， 其支架与安装架的夹子 的夹角大于 90° ， 其摩擦轮与自行车的后轮处于分离状态；

当自行车进行下坡行驶期间， 动力总成在重力作用下绕第一支轴转动， 其支架与安装架 的夹子的夹角小于 90° ， 其摩擦轮与自行车的后轮接触， 并被自行车的后轮带动； 当自行车 的后轮行驶中产生抖动时， 与支架连接的自锁机构自动锁住支架， 阻止摩擦轮与自行车的后 轮分离； 增速器将摩擦轮的转速提高， 增速器的输出端带动驱动套转动， 驱动套中的第一磁 铁与真空盒内的磁动轮上的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；

当自行车进行平地行驶时， 重锤杆在重力作用下， 绕第二支轴朝后轮的相反方向转动， 重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状， 重锤杆的上部推动顶杆， 顶杆推动自锁机构， 使自 锁机构释放支架， 于是支架在重力作用下， 绕第一支轴朝后轮的相反方向转动， 支架与安装 架的夹子的夹角呈直角状， 动力总成的摩擦轮与自行车的后轮分离， 这样摩擦轮、 增速器、 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， 可以用自行车给飞轮电池补充动能。

二、 利用重力和自锁机构自动控制给飞轮电池补充能量的时间， 以减轻人力负载。

即当自行车下坡时， 装置与自行车自动结合， 向飞轮提供动能。 当自行车上坡 或平地行驶时， 装置与自行车自动分离， 以减轻人力负载。

三、 利用离心力原理， 使得驱动机构停止驱动后， 能自动与飞轮分离， 以避免飞轮 不必要的能量损耗。

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另一个角度的立体示意图。

图 3是图 2的部分零件的分解图。

图 4是本发明上坡时的示意图。

图 5是图 4的 A部放大视图。

图 6是本发明下坡时的示意图。

图 7是图 6中 B部放大视图。

图 8是图 4中的 D-D剖视图。

图 9是飞轮电池真空盒内的零部件的立体示意图。

图 10是本发明在平地时的示意图。

图 11是图 10中的 C部放大视图。

图 12是另一实施方法的示意图。

图 13是本发明的另一结构型式。

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：

重力离合装置： （参见图 1至图 6)该装置主要是根据自行车行驶的状况自动控制是否给 飞轮电池补充能量。 其包括安装架 11及夹子 111、 自锁机构 12、 顶杆 13和重锤杆 14; 夹子 111与自行车的后架 71固连；

自锁机构 12固定于安装架 11上 （参见图 6和图 7); 其包括滑块 121、 钢球 122和弹簧 123。 图示状态， 滑块 121只能向左移动。 这是由于钢球 122将滑块 121压紧在楔缝 129上， 所以滑块 121不能向右移动， 从而形成了自锁状态。 但如果顶杆 13的一端将钢球朝弹簧 123 方向推动， 钢球 122就不再压紧滑块 121， 滑块 121才可以向右移动。 而顶杆 13的移动是由 重锤杆 14控制的。 重锤杆 14铰接于安装架 11上的第二支轴 19， 重锤杆 14上部与顶杆 13 有间断性接触。

参见图 1、 图 3和图 8，动力总成 2包括支架 21、外驱动装置、 内驱动装置和飞轮电池 3; ―

外驱动装置设置在真空盒 33外， 该装置主要利用磁场来驱动真空盒 33内的内驱动装置 中的磁动轮 51。 外驱动装置包括摩擦轮 41、 增速器 42和驱动套 43， 摩擦轮 41通过增速器 42与驱动套 43连接； 需要时， 摩擦轮 41与自行车的后轮 72接触， 从而用自行车的后轮 72 带动摩擦轮 41、 增速器 42和驱动套 43运转； 驱动套 43沿圆周设有多块第一磁铁 431。

内驱动装置设置在真空盒 33内， 该装置主要接收外驱动装置磁力， 根据外驱动装置转动 而转动。 内驱动装置包括磁动轮 51、 转轴 52、 离心机构 53和摩擦凹轮 54， 所述磁动轮 51 与驱动套 43同轴心， 磁动轮 51沿圆周设有多块第二磁铁 511 ; 磁动轮上的第二磁铁 511与 驱动套中的第一磁铁 431数量相等， 且一一对应并通过磁场的耦合； 磁动轮 51通过转轴 52 与离心机构 53连接。

离心机构 53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 8和图 9所示： 在转轴 52上， 两根第一拉杆 531分别装有两个飞锤 532。 第一拉杆 531可在垂直平面内绕销 轴 533摆动。在转轴 52旋转时，飞锤 532产生离心运动倾向，将第一拉杆 531张开一定角度， 并通过第二拉杆 534使套在转轴 52上的滑动套筒 535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 52转速越大， 第一拉 杆 531张角越大， 滑动套筒 535克服压缩弹簧 536阻力后移得距离越大， 滑动套筒 535通过 连接杆 537 (见图 9) 连接摩擦凹轮 54， 摩擦凹轮 54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。

动力总成 2的支架 21上部与安装架 11上的第一支轴 28铰接 （参见图 1、 图 2和图 9); 支架 21下部的一部分与外驱动装置的增速器 42固连， 支架 21下部另一部分与真空盒 33固 连； 也就是动力总成 2的零部件都安装在支架 21上， 支架 21绕安装架 11上的第一支轴 28 转动， 动力总成 2也随之转动。

支架 21还与自锁机构 12连接； 这样， 自锁机构 12就可以通过控制支架 21来控制动力 总成 2。 支架 21上设置一滑槽 211 (见图 3 )， 自锁机构 12的滑块 121设有一圆销 1211， 圆 销 1211位于滑槽 211内。 当支架 21转动时， 通过圆销 1211带动滑块 121移动。 或者， 滑块 121固定时， 控制支架 21不转动。

上述装置的使用方法- 参见图 4、 图 5， 当自行车进行上坡行驶期间， 动力总成 2和重锤杆 14在重力作用下自 由垂直， 动力总成的支架 21与安装架的夹子 111的夹角大于 90° ， 其摩擦轮 41与自行车的 后轮 72处于分离状态。

参见图 6、 图 7， 当自行车进行下坡行驶期间， 动力总成 2在重力作用下， 绕第一支轴 28转动， 其支架 21与安装架的夹子 111的夹角小于 90° ， 其摩擦轮 41与自行车的后轮 72 接触， 并被自行车的后轮 72带动； 当自行车的后轮 72行驶中产生抖动时， 摩擦轮 41就有离 开后轮 72的倾向。这时候自锁机构 12就会阻止摩擦轮 41与后轮 72分离， 也就是支架 21通 过圆销 1211要拨动滑块 121向右移动， 但由于滑块 121被钢球 122压紧在楔缝 129中， 从而 ―

锁住支架 21不能转动， 这样， 摩擦轮 41继续保持与后轮 72接触， 被后轮 72带动。

增速器 42将摩擦轮 41的转速提高， 增速器 42的输出端带动驱动套 43转动， 驱动套 43 中的第一磁铁 431与磁动轮 51上的第二磁铁 511通过磁场的耦合， 使驱动套 43带动磁动轮 51、 离心机构 53和摩擦凹轮 54—起转动， 当离心机构 53的转动达到一定速度时， 在离心力 的作用下，离心机构 53中的滑动套筒 535克服压缩弹簧 536的弹力朝摩擦凸轮 32方向移动， 由此使得与滑动套筒 535连接的摩擦凹轮 54与摩擦凸轮 32接合，以此驱动飞轮 31转动储存 能量。

参见图 10、 图 11 当自行车进行平地行驶时， 重锤杆 14在重力作用下， 绕第二支轴 19 朝后轮 72的相反方向转动， 重锤杆 14与安装架的夹子 111的夹角呈直角状， 重锤杆 14的上 部推动顶杆 13， 顶杆 13推动自锁机构 12中的钢球 122， 使自锁机构 12中的滑块 121不再被 压紧， 滑块 121和支架 21—起被释放， 于是支架 21在重力作用下， 绕第一支轴 28朝后轮 72的相反方向转动， 支架 21与安装架的夹子 111的夹角呈直角状， 动力总成 2的摩擦轮 41 与后轮 72分离， 这样， 摩擦轮 41、 增速器 42、 驱动套 43、 磁动轮 51、 离心机构 53和摩擦 凹轮 54也因此停止转动；离心机构 53的离心力消失，压缩弹簧 536的弹力推动滑动套筒 535， 使得与滑动套筒 535连接的摩擦凹轮 54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。

图 13是本发明的另一结构型式。 其特点是将真空盒内外的零部件采用竖向设置。

另一实施方法： 对于体力好的骑者， 在平地行驶时， 也可以利用本发明对飞轮电池实施 补充能量。 方法是在平地上（见图 12)， 将摩擦轮 41调整到与后轮 72接触， 然后将夹子 111 固定在后架 71上。 这样， 自行车在下坡和平地行驶时， 都可以给飞轮电池补充能量。 而在上 坡时， 摩擦轮 41与后轮 72是分离的， 不再消耗骑者的体力。

Claims

权 利 要 求 书 ― WO 2015/039530 PCT/CN2014/085423

1、 一种自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置， 其特征在于， 包括自行车的后架 和后轮、 飞轮电池的真空盒和设置于所述真空盒内的飞轮及发电机，

重力离合装置： 其包括安装架及夹子、 自锁机构、 顶杆和重锤杆； 所述安装架通过所述 夹子与自行车的所述后架固连； 所述自锁机构固定于所述安装架上； 所述顶杆的一端与所述 自锁机构间断性接触， 另一端与所述重锤杆间断性接触； 所述安装架包括一第二支轴， 所述 重锤杆与所述第二支轴铰接；

外驱动装置： 所述外驱动装置设置在所述真空盒外， 包括摩擦轮和驱动套， 所述摩擦轮 与所述驱动套连接； 所述摩擦轮与自行车的所述后轮间断性接触； 所述驱动套沿圆周设有多 块第一磁铁；

内驱动装置： 所述内驱动装置设置在所述真空盒内， 包括磁动轮、 转轴、 离心机构和摩 擦凹轮， 所述磁动轮与所述驱动套同轴心， 所述磁动轮沿圆周设有多块第二磁铁； 所述磁动 轮上的第二磁铁与所述驱动套中的第一磁铁数量相等， 且一一对应并通过磁场的耦合； 所述 磁动轮通过所述转轴与离心机构连接， 所述离心机构与所述摩擦凹轮连接；

所述真空盒内， 所述飞轮的一端与所述发电机连接， 所述飞轮的另一端设置一摩擦凸轮; 所述摩擦凸轮与内驱动装置中的所述摩擦凹轮间断性的接触；

支架： 所述安装架包括一第一支轴， 所述支架上部与所述安装架上的第一支轴铰接； 所 述支架下部的一部分与所述外驱动装置固连， 所述支架下部另一部分与所述真空盒固连； 所 述支架还与所述自锁机构连接。

2、 如权利要求 1所述的自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置， 其特征在于， 所 述外驱动装置还包括一增速器， 所述增速器一端与所述摩檫轮连接， 所述增速器的另一端与 所述驱动套连接， 所述支架下部的一部分与所述增速器固连， 所述增速器用于调高所述摩檫 轮的转速， 并驱动所述驱动套的转动。

3、 如权利要求 1所述的自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置， 其特征在于， 所 述自锁结构包括滑块、 钢球、 弹簧， 所述弹簧与所述钢球连接， 所述钢球与所述滑块连接。

4、 如权利要求 3所述的自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置， 其特征在于， 所 述滑块上设有一圆销， 所述支架上设有一与所述圆销匹配的滑槽， 所述圆销设置于所述滑槽 内。

5、 如权利要求 1所述的自行车在下坡时发电补充飞轮电池能量的装置， 其特征在于， 所 述离心机构包括一设置于所述转轴的销轴、 一滑动套筒、 一设置于所述滑动套筒与所述销轴 之间的压缩弹簧， 两个设置于所述销轴上的第一拉杆， 两个设置于所述滑动套筒的第二拉杆， 所述第二拉杆与所述第一拉杆连接， 所述第一拉杆上分别设有一飞锤。