WO2015039545A1 - 自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

一种自行车行驶中的风力补充飞轮电池（3）能量的装置及使用方法。飞轮电池（3）的真空盒（33）增设一内驱动装置，其包括磁动轮（51）、离心机构（53）和摩擦凹轮（54）。真空盒（33）外设置外驱动装置，其包括叶轮（41）、增速器（42）和含有磁铁（431）的驱动套（43）。飞轮电池（3）的飞轮（31）一端连接一摩擦凸轮（32），摩擦凸轮（32）与摩擦凹轮（54）间断性连接；使用方法：自行车行驶中，叶轮（41）受风转动，使增速器（42）带动驱动套（43）转动，驱动套（43）中的磁铁（431）与磁动轮（51）通过磁场的耦合，带动磁动轮（51）、离心机构（53）和摩擦凹轮（54）一起转动，以此带动飞轮（31）转动储存能量。有益之处是：在无电源场合，可用自行车给飞轮电池输入动能。当叶轮转动到一定转速时，驱动机构自动接近飞轮提供动能。当叶轮停止后，驱动机构自动与飞轮分离，以避免能量损耗。

Description

说 明 书

自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法 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， 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利用自行车行驶中的风力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、 利用自行车行驶中的风力驱动叶轮给飞轮电池补充能量。

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： 包括自行车及固定在自行车的后架上的安装架、 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，

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， 所述磁动轮通过转轴与离心机构连接， 离心机构中的滑动套筒通过连接杆与摩擦凹轮连接， 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； 所述磁动轮上设置多块 说 明 书 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， 该外驱动装置包括叶轮、 增速器和含有多块磁铁的 驱动套， 叶轮通过增速器与驱动套连接； 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； 驱动套中的磁铁与所述磁动轮上的磁铁数量相等， 且一一对应并通过磁场的耦 合.

外驱动装置和真空盒与所述安装架连接；

使用方法： 自行车在行驶期间， 位于自行车的后架上的叶轮受风转动， 驱动增速器将叶 轮的转速提高， 增速器的输出端带动驱动套随之转动， 驱动套中的磁铁与磁动轮上的磁铁通 过磁场的耦合， 使驱动套带动磁动轮、 离心机构和摩檫凹轮一起转动， 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； 当叶轮停止转动， 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， 可以利用自行车的行驶期间的风力给飞轮电池输入动能。而现 有的飞轮电池只能通过充电方式给飞轮电池输入能量。

二、 当叶轮转动时，驱动机构能自动接近飞轮，并向飞轮提供动能。当叶轮停止后， 驱动机构能自动与飞轮分离， 以避免不必要的能量损耗。

三、 叶轮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是本发明的使用状态示意图。

图 2是本发明的立体示意图。

图 3是图 1中的局部剖视图。

图 4是飞轮电池真空盒内的零部件的立体示意图。

图 5是本发明另一实施方式的示意图。

图 6是图 3中的 A-A剖视图。

具体实施方式 说 明 书 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 1至图 4， 本发明主要包括外驱动装置、 内驱动装置和飞轮电池 3 ; 其中内驱动装 置设置在飞轮电池的真空盒 33内。

外驱动装置和真空盒 33通过安装架 11与自行车的后架 71连接。

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。 外驱动装置包括叶轮 41、 增速器 42和驱动套 43， 叶轮 41通过增速器 42与 驱动套 43连接； 驱动套 43沿圆周设有多块磁铁 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沿圆周设有多块磁铁 511 ; 磁动轮上的磁铁 511与驱动套中 的磁铁 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 2和图 3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 4 ) 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。

上述装置的使用方法- 自行车的行驶速度通常可以达到每小时 20公里。也就是在无风的天气，自行车在行驶中， 叶轮 41受到每秒 5.6米的气流流速。 如果是在有风的天气， 自行车受到的是迎面的风力， 那 么叶轮 41将受到更快的气流流速。而现有风力发电机的起动只要每秒 2米风速就可以了。所 以这样的气流速度完全可以使叶轮 41转动，并驱动增速器将叶轮的转速提高，增速器的输出 端带动驱动套 43随之转动，驱动套 43中的磁铁 431与磁动轮 51上的磁铁 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。

自行车停止行驶后， 叶轮 41停止转动， 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。 说 明 书 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。

如果风从自行车的后面吹向前面，并且风速大于自行车的行进速度，叶轮 41会反向转动， 就会影响飞轮的运动。 为此， 本发明在叶轮和增速器之间设置一棘轮机构 9 (详见图 6)。 当 叶轮 41的反向转动时， 棘轮机构 9空转， 就不会影响到飞轮的运动。

图 5是本发明的另一实施形式。 其特点是将真空盒内外的零部件采用竖向设置。

Claims

权 利 要 求 书

1、 一种自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法， 其特征在于， 包括自 行车及固定在自行车的后架上的安装架、 飞轮电池的真空盒、 设置于真空盒内的飞轮以及发 电机，

所述飞轮的一端连接所述发电机， 另一端连接一摩擦凸轮；

所述真空盒外设置一外驱动装置， 所述外驱动装置通过所述安装架与所述自行车的后架 连接； 所述外驱动装置包括叶轮和驱动套， 所述叶轮与所述驱动套连接， 所述驱动套设置在 所述真空盒的外围， 所述驱动套沿周边设有多块磁铁；

所述真空盒内设有一内驱动装置， 所述内驱动装置包括磁动轮、 转轴、 离心机构和一与 所述摩擦凸轮匹配的摩擦凹轮， 所述磁动轮与所述驱动套同轴心， 所述磁动轮上设有与所述 驱动套数量相等的磁铁， 且所述磁动轮与所述驱动套上的磁铁一一对应并通过磁场耦合； 所 述磁动轮通过所述转轴与所述离心机构连接， 所述离心机构与所述摩擦凹轮连接， 所述离心 机构用于使得所述摩擦凹轮沿着转轴方向运动， 以致所述摩擦凹轮与所述摩擦凸轮间断性连 接；

该使用方法包括如下步骤：

自行车在行驶期间， 位于自行车的所述后架上的所述叶轮受风转动以致带动所述驱动套 随之转动，

所述驱动套中的磁铁与所述磁动轮上的磁铁通过磁场的耦合， 使所述驱动套带动所述磁 动轮、 所述离心机构和所述摩擦凹轮一起转动，

当所述离心机构的转动达到一定速度时， 在离心力的作用下， 所述离心机构中使得所述 摩擦凹轮向所述摩擦凸轮方向移动， 以致摩擦凹轮与摩擦凸轮接合， 以此驱动飞轮转动储存 能量。

2、如权利要求 1所述的自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法，其特 征在于， 所述位于自行车的所述后架上的所述叶轮受风转动以致带动所述驱动套随之转动的 步骤包括：

所述外驱动装置还包括一增速器， 所述增速器设置于所述叶轮与所述驱动套之间， 所述 叶轮受风转动， 所述增速器将所述叶轮的转速提高， 并带动所述驱动套随之转动。

3、如权利要求 2所述的自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法，其特 征在于， 所述使用方法还包括以下步骤：

所述叶轮与所述增速器之间设有一棘轮机构， 当叶轮反向转动时， 所述棘轮机构空转， 以致不影响到飞轮的转动。

4、如权利要求 1所述的自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法，其特 征在于， 当所述离心机构的转动达到一定速度时， 在离心力的作用下， 所述离心机构中使得 所述摩擦凹轮向所述摩擦凸轮方向移动， 以致摩擦凹轮与摩擦凸轮接合的步骤包括： 权 利 要 求 书 所述离心机构包括两个第一拉杆、 两个第二拉杆， 一滑动套筒、 一压缩弹簧， 所述第一 拉杆、 所述滑动套筒、 所述压缩弹簧套设在所述转轴上， 所述压缩弹簧设置于所述第一拉杆 与所述滑动套筒之间， 所述滑动套筒通过所述第二拉杆与所述第一拉杆连接， 所述第一拉杆 上设有一飞锤；

所述转轴带动所述离心机构旋转时， 所述飞锤产生离心运动倾向， 以致所述第一拉杆张 开一定角度， 并通过所述第二拉杆使得套在所述转轴上的所述滑动套筒向所述摩擦凸轮方向 移动， 当所述转轴的转速越大， 以致所述第一拉杆的张角越大， 所述滑动套筒克服所述压缩 弹簧的阻力后移的距离越大， 以致所述摩擦凹轮与摩擦凸轮接合。

5、 如权利要求 1、 2或 4所述的自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方 法， 其特征在于， 所述使用方法还包括以下步骤- 当所述叶轮停止转动， 所述增速器、 所述驱动套、 所述磁动轮、 所述离心机构和所述摩 擦凹轮也因此停止转动； 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， 使得与所述滑动套筒连接的所述摩擦凹轮离开所述摩擦凸轮； 所述飞轮依靠储存的动能 继续转动。

6、如权利要求 1所述的自行车行驶中的风力补充飞轮电池能量的装置的使用方法，其特 征在于， 所述使用方法还包括以下步骤：

当外界需要电能时， 所述飞轮的动能通过所述发电机转化为电能， 输出给外部负载。