WO2015039532A1 - 弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法 - Google Patents

弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法 Download PDF

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    • F03G3/08—Other motors, e.g. gravity or inertia motors using flywheels
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage

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 high energy storage density and relatively small size. It is especially suitable for carrying in the field without power supply. Especially for the riders who ride bicycles, it is very necessary to have a laptop, radio, and high-power lighting support. Power flywheel battery. However, the flywheel battery can only drive the motor in the vacuum box to drive the flywheel to rotate, so that the flywheel stores kinetic energy, but there is no power supply in the field to charge the flywheel battery.
  • the flywheel battery must be operated in a vacuum box. It can be input into the motor/generator in the flywheel battery vacuum box with the electric power generated by the elastic force.
  • the motor/generator drives the flywheel to store the kinetic energy.
  • a specific technical solution of the present invention includes: a flywheel battery and a vacuum box thereof; and a flywheel and a motor/generator in the vacuum box, wherein the method further comprises:
  • Elastic drive mechanism the first positioning pile, the second positioning pile, the elastic rope assembly, the index rope, the pressure wheel, the pulley, the governor, the generator; the first end of the elastic rope assembly is connected with the index rope, the elastic rope The second end of the assembly is connected to the second positioning pile fixed to the ground; the first positioning pile is fixed to the ground at a certain distance from the second positioning pile, and is connected with the vacuum box; the pulley is disposed under the vacuum box, the vacuum box Connected to the pulley and the pressure roller through the side plates; the index rope is placed in the groove and pressure of the pulley In the gap between the wheels; the pulley, the governor and the generator are connected in sequence; the ratchet assembly is arranged between the pulley and the input shaft of the governor; the function of the elastic driving mechanism is to use the elastic potential energy to drive the flywheel to rotate;
  • the first positioning pile is spaced apart from the second positioning pile; then the elastic driving device is placed on the ground, and the first positioning pile is connected with the vacuum box of the flywheel battery; The positioning pile is connected with the second end of the elastic rope assembly.
  • the elastic rope is in a freely relaxed state; then the traction rope is pulled, and the first end of the traction elastic rope assembly gradually approaches the pulley against the elastic force of the elastic rope, and the elastic rope is pulled. Long, finally, the elastic rope on the elastic rope assembly is in the maximum tension state;
  • the elastic rope assembly begins to contract by the elastic force of the elastic rope; during the contraction process, the elastic rope assembly drives the pulley to rotate by the traction rope, the governor increases the rotation speed of the pulley, and the governor drives the generator to generate electricity.
  • the motor/generator in the electric drive vacuum box is sent, the motor/generator drives the flywheel to rotate, and the flywheel rotates to store energy;
  • the flywheel battery can simultaneously output power to the external load during the process of supplementing the kinetic energy.
  • Figure 1 is a schematic view of the present invention in a stationary state.
  • Fig. 2 is a schematic view showing the start of operation of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view of the main components of Figure 2.
  • Figure 4 is a partial cross-sectional view taken along line B-B of Figure 3;
  • Figure 5 is a partial cross-sectional view of the A-A of Figure 4 (schematic diagram of the ratchet assembly).
  • the technical solution of the present invention mainly provides an elastic driving mechanism 4 outside the vacuum box 33 of the prior art flywheel battery.
  • the function of the elastic driving mechanism 4 is to drive the flywheel 31 to rotate by using the elastic potential energy (see FIGS. 1 to 4), and the flywheel 31 stores the kinetic energy: it includes the first positioning pile 18, the second positioning pile 19, the elastic rope assembly 11, and the index rope.
  • the first positioning pile 18 is fixed to the ground at a certain distance from the second positioning pile 19, and is connected to the vacuum box 33;
  • the pulley 15 is disposed under the vacuum box 33, and the vacuum box 33 is connected to the pulley 15 through the side plate 26 and
  • the index line 12 is disposed in a gap between the groove 151 of the pulley and the pressure roller 14.
  • the role of the pressure roller 14 The indexing string 12 is pressed into the groove 151 of the pulley 15, and the frictional force is increased to cause the indexing rope 12 to effectively move the pulley 15 to rotate. Bearings (not shown) may be provided in the pressure roller 14 to avoid unnecessary power consumption; the indexing rope 12 is preferably made of a lightweight nylon material. Metal chain sprocket sets are not used here because they reduce the load on the road.
  • the pulley 15, the governor 16, and the generator 17 are sequentially connected; the ratchet assembly 9 is disposed between the pulley 15 and the input shaft 161 of the governor 16 (see Figs. 4 and 5).
  • the elastic cord assembly 11 mainly includes a first end 111, a plurality of elastic ropes 113 and a second end 112.
  • the first end 111 is connected to the second end 112 by the elastic cord 113.
  • the most common material for making the elastic cord 113 is polyester and high elastic yarn. , light texture, easy to carry.
  • the elastic cord assembly 11 does not use a metal spring with a heavy weight, which is also because it reduces the load on the road.
  • the flywheel 31 is rotated accordingly, and the flywheel 31 begins to store kinetic energy.
  • the first positioning pile 18 and the second positioning pile 19 are driven into the ground, and the first positioning pile 18 is spaced apart from the second positioning pile 19; then the elastic driving device is placed on the ground, the first positioning The pile 18 is connected to the vacuum box 33 of the flywheel battery; the second positioning pile 19 is connected to the second end 112 of the elastic cord assembly, at this time, the elastic rope 113 is in a freely relaxed state; then the traction rope 12 is pulled, and the elastic rope assembly is pulled The first end 111 gradually approaches the pulley 15 against the elastic force of the elastic cord 113; since the ratchet assembly 9 (see Figs.
  • the elastic cord 113 When the first end 111 of the elastic cord assembly approaches the pulley 15; the elastic cord 113 is elongated, and the elastic cord 113 on the elastic cord assembly is at the maximum tension state, that is, the elastic potential energy is at a maximum state (see Figs. 1 and 2).
  • the traction rope 12 is released, and the elastic rope assembly 11 starts to gradually contract by the elastic force of the elastic rope 113.
  • the elastic rope assembly 11 drives the pulley 15 to rotate by the traction rope 12, and the governor 16 carries the pulley 15 As the speed increases, the governor 16 drives the generator 17, thereby driving the flywheel 31 to rotate to store energy.
  • the kinetic energy of the flywheel 31 is converted into electric energy by the motor/generator 34, and is output to an external load.

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Abstract

一种弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，该弹力势能装置包括飞轮电池及其真空盒（33）、设置于所述真空盒（33）内的飞轮（31）、与所述飞轮（31）连接的电动机/发电机（34）以及设置于真空盒（33）之外的弹力驱动机构。该弹力势能装置利用弹力势能发电并输电于飞轮电池中，以驱动飞轮电池中的飞轮转动并储存动能。在野外使用时，通过打桩的方式将弹力驱动装置安装在地面上，以利用弹力驱动装置中弹力绳的弹力势能给飞轮电池补充动能。充能后的飞轮电池可在宿营时和次日旅途中供电使用。

Description

说 明 书 弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法 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， 特别是 对于骑自行车旅行的车友， 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利用弹力势能给飞轮电池补充动能的装置及使用方法。
本发明主要技术思路：
1、 旅行者在野外宿营时， 将本装置安装在地面上， 利用弹力给飞轮电池补充动能， 使飞 轮电池在宿营时和次日旅途中可供电使用。
2、 飞轮电池必须是在真空盒内运作， 可以用弹力发的电输入到飞轮电池真空盒内的电动 机 /发电机， 用电动机 /发电机驱动飞轮转动储存动能。
本发明的具体技术方案： 包括飞轮电池及其真空盒和真空盒内的飞轮及电动机 /发电机， 其特征在于， 还包括：
弹力驱动机构： 其包括第一定位桩、 第二定位桩、 弹力绳组件、 索引绳、 压轮、 带轮、 调速器、 发电机； 弹力绳组件的第一端与索引绳连接， 弹力绳组件的第二端与固定于地面的 第二定位桩连接； 第一定位桩相距第二定位桩一定间距固定于地面， 并与所述真空盒连接； 带轮设置在真空盒的下方， 真空盒通过侧板连接于带轮和压轮； 索引绳设置在带轮的槽和压 轮之间的间隙中； 带轮、 调速器、 发电机依次连接； 带轮与调速器的输入轴之间设置棘轮组 件； 弹力驱动机构的作用在于利用弹力势能驱动飞轮转动；
使用方法：
在地面上打入第一定位桩和第二定位桩， 第一定位桩相距第二定位桩一定间距； 然后把 弹力驱动装置安放在地面， 第一定位桩与飞轮电池的真空盒连接； 第二定位桩与弹力绳组件 的第二端连接， 此时， 弹力绳处于自由松驰状态； 然后拉动牵引绳， 牵引弹力绳组件的第一 端克服弹力绳的弹力逐渐接近带轮， 弹力绳被拉长， 最后， 弹力绳组件上的弹力绳处于最大 张紧状态；
然后放开牵引绳， 弹力绳组件开始靠弹力绳的弹力收缩； 弹力绳组件在收缩过程中， 通 过牵引绳带动带轮转动， 调速器将带轮的转速提高， 调速器带动发电机发电， 发出的电驱动 真空盒内的电动机 /发电机， 电动机 /发电机驱动飞轮转动， 飞轮转动储存能量；
当弹力绳的收缩弹力逐渐减小， 弹力绳逐渐缩短， 最终弹力绳的收缩弹力无法拉动牵引 绳， 牵引绳停止运动， 使得带轮、 调速器、 发电机停止转动， 飞轮依靠储存的动能在真空盒 内继续转动； 当外界需要电能时， 飞轮的动能通过电动机 /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：
1、 在无电源场合， 可以利用弹力给飞轮电池补充动能。 使飞轮电池在宿营时和次日旅途 中可供电使用。
2、 飞轮电池在补充动能过程中， 可以同时向外部负载输出电能。
附图说明
图 1是本发明的静止状态时的示意图。
图 2是本发明的开始运行时的示意图。
图 3是图 2中主要零部件的立体示意图。
图 4是图 3中的 B-B局部剖视图。
图 5是图 4中的 A-A局部剖视图 （棘轮组件示意图）。
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：
本发明技术方案主要是在现有技术飞轮电池的真空盒 33外设置了弹力驱动机构 4。 弹力驱动机构 4的作用在于利用弹力势能驱动飞轮 31转动 （见图 1至图 4)， 使飞轮 31 储存动能： 其包括第一定位桩 18、 第二定位桩 19、 弹力绳组件 11、 索引绳 12、 压轮 14、 带 轮 15、 调速器 16、 发电机 17; 弹力绳组件 11的第一端 111与索引绳 12连接， 第二端 112 与固定于地面的第二定位桩 19连接;第一定位桩 18相距第二定位桩 19一定间距固定于地面， 并与所述真空盒 33连接； 带轮 15设置在真空盒 33的下方， 真空盒 33通过侧板 26连接于带 轮 15和压轮 14; 索引绳 12设置在带轮的槽 151和压轮 14之间的间隙中。 压轮 14的作用在 于将索引绳 12压紧在带轮 15的槽 151中， 增加摩擦力， 使索引绳 12有效地带动带轮 15转 动。 压轮 14中可设置轴承（未画出）， 以避免不必要的动力消耗； 索引绳 12优先采用轻质的 尼龙材料。 在这里不采用金属的链条链轮副， 原因在于可减少旅途中的负载。
带轮 15、 调速器 16、 发电机 17依次连接； 带轮 15与调速器 16的输入轴 161之间设置 棘轮组件 9 (见图 4和图 5)。
弹力绳组件 11主要包括第一端 111、 多条弹力绳 113和第二端 112， 第一端 111通过弹 力绳 113与第二端 112连接， 制作弹力绳 113最常用材料是涤纶、 高弹纱， 质地轻， 便于携 带。 弹力绳组件 11不采用质地重的金属弹簧， 原因也在于可减少旅途中的负载。
使飞轮 31随之转动， 于是飞轮 31开始储存动能。
使用方法：
见图 1至图 4， 在地面上打入第一定位桩 18和第二定位桩 19， 第一定位桩 18相距第二 定位桩 19一定间距； 然后把弹力驱动装置安放在地面， 第一定位桩 18与飞轮电池的真空盒 33连接； 第二定位桩 19与弹力绳组件的第二端 112连接， 此时， 弹力绳 113处于自由松驰 状态； 然后拉动牵引绳 12， 牵引弹力绳组件的第一端 111克服弹力绳 113的弹力逐渐接近带 轮 15; 由于带轮 15与调速器 16之间设置了棘轮组件 9 (见图 4和图 5)， 所以将弹力绳组件 11的一端牵引向上时， 带轮 15处于空转状态， 拉动并不费力； 而当弹力绳组件 11靠弹力绳 113的弹力收缩时， 带轮 15反向转动作用于棘轮组件 9， 棘轮组件 9与调速器 16的输入轴 161啮合， 带动调速器 16和相关连接部件转动。
当弹力绳组件的第一端 111接近带轮 15;弹力绳 113被拉长，弹力绳组件上的弹力绳 113 处于最大张紧状态即弹力势能处于最大状态 （见图 1和图 2)。
然后， 放开牵引绳 12， 弹力绳组件 11开始靠弹力绳 113的弹力逐渐收缩， 弹力绳组件 11在收缩过程中， 通过牵引绳 12带动带轮 15转动， 调速器 16将带轮 15的转速提高， 调速 器 16带动发电机 17， 以此驱动飞轮 31转动储存能量。
当弹力绳组件 11收缩的弹力势能逐渐减小， 弹力绳 113逐渐缩短， 最终弹力绳 113的收 缩弹力无力拉动牵引绳， 牵引绳 12停止运动， 使得带轮 15、 调速器 16、 发电机 17也停止转 动， 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的动能通过电动机 /发电机 34转化为电能，输出给外部负载。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法， 其特征在于， 包括飞轮 电池及其真空盒， 设置于所述真空盒内的飞轮， 与所述飞轮连接的电动机 /发电机， 以及弹力 驱动机构： 所述弹力驱动机构包括第一定位桩、 第二定位桩、 弹力绳组件、 索引绳、 带轮、 发电机； 所述第一定位桩固定于地面上， 且与所述真空盒连接； 所述真空盒上还设有侧板， 所述真空盒通过所述侧板与所述带轮连接， 所述弹力绳组件的第一端与索引绳连接， 所述弹 力绳组件的第二端与固定于地面的第二定位桩连接； 所述带轮上设有一槽， 所述索引绳设置 于所述带轮的槽中， 所述带轮与所述发电机连接， 所述发电机与所述电动机 /发电机连接；； 该使用方法包括如下步骤：
在地面上打入所述第一定位桩和所述第二定位桩， 所述第一定位桩相距所述第二定位桩 一定间距； 将所述第一定位桩与所述真空盒连接； 并将所述第二定位桩与所述弹力绳组件的 第二端连接， 此时， 所述弹力绳组件处于自由松驰状态；
然后拉动所述牵引绳， 牵引所述弹力绳组件的第一端克服所述弹力绳组件的弹力逐渐接 近所述带轮， 所述弹力绳组件被拉长， 最后， 所述弹力绳组件处于最大张紧状态；
然后放开所述牵引绳， 所述弹力绳组件弹力收缩； 所述弹力绳组件在收缩过程中， 通过 所述牵引绳带动所述带轮转动， 以致带动发电机发电， 发出的电驱动所述电动机 /发电机， 所 述电动机 /发电机驱动所述飞轮转动， 所述飞轮转动储存能量。
2、 如权利要求 1所述的弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，其特征 在于， 所述弹力绳组件在收缩过程中， 通过所述牵引绳带动所述带轮转动， 以致带动发电机 发电的步骤包括：
所述带轮与所述发电机之间设有调速器， 所述弹力绳组件在收缩过程中， 通过所述牵引 绳带动所述带轮转动， 所述调速器将所述带轮的转速提高， 并带动所述发电机发电。
3、 如权利要求 2所述的弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，其特征 在于， 所述拉动所述牵引绳， 牵引所述弹力绳组件的第一端克服所述弹力绳组件的弹力逐渐 接近所述带轮的步骤包括：
所述调速器包括一输入轴， 所述输入轴与所述带轮连接， 所述输入轴与所述带轮之间设 有棘轮组件， 拉动所述所述牵引绳， 牵引所述弹力绳组件逐渐接近所述带轮的过程中， 所述 棘轮组件使得所述带轮处于空转状态， 以致拉动省力。
4、 如权利要求 1所述的弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，其特征 在于， 所述弹力绳组件在收缩过程中， 通过所述牵引绳带动所述带轮转动的步骤包括： 所述弹力驱动机构还包括一压轮， 所述的压轮设置于所述侧板上， 并设置于所述真空盒 与所述带轮之间， 所述弹力绳组件在收缩过程中， 所述压轮将所述索引绳压紧在所述带轮的 槽中， 以致增加摩擦力， 使索引绳有效地带动带轮转动。
5、 如权利要求 1所述的弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，其特征 在于， 所述压轮中设有轴承， 所述轴承用于减少动力消耗。
6、 如权利要求 1所述的弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，其特征 在于， 所述弹力绳组件还包括多条弹力绳， 所述弹力绳分别于所述第一端、 所述第二端连接。
7、 如权利要求 1所述的弹力发电补充飞轮电池能量的弹力势能装置的使用方法，其特征 在于， 该使用方法还包括以下步骤：
当所述弹力绳组件的收缩弹力逐渐减小， 最终所述弹力绳组件的收缩弹力无法拉动所述 牵引绳， 所述牵引绳停止运动， 使得所述带轮、 所述发电机停止转动， 所述飞轮依靠储存的 动能在所述真空盒内继续转动； 当外界需要电能时， 所述飞轮的动能通过所述电动机 /发电机 转化为电能， 输出给外部负载。
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