動力產生系統及裝置的製作方法

2023-09-18 09:00:50 2

專利名稱：動力產生系統及裝置的製作方法
技術領域：
本發明乃關於新穎之動力產生系統，尤指一種利用一對飛輪的慣性力矩配合致動 裝置相互交叉支持，以維持飛輪加速持續旋轉，並由末端飛輪產生動力輸出以作功之動力 產生系統及機械。
背景技術：
迄今為止，眾所周知之傳統動力產生機械，不外乎為利用電能來驅動的電動機或 馬達，利用燃料的燃燒能之內燃機及外燃機，利用氣壓之氣動馬達，利用液壓之液壓馬達， 利用水力之水車，利用風力之風車等等。上述種種動力產生機械或裝置，除了利用自然界之 水力及風力做為能源來驅動機械裝置作動者之外，其它各種裝置在運轉期間必需不斷消耗 所需相當多的能源，如電源、石油、煤碳及其它燃料。利用水力、風力者，雖不必浪費上述能 源，卻受到地形、位置、天候之限制，且所佔用空間甚大，設備費用甚昂貴，因此，用途也受到 相當限制。近來，有利用太陽能，或潮汐或海浪的能量來發電之裝置，然而此種裝置同樣受到 地形、天候之限制，所佔空間甚大，設備費用昂貴。此外，上述動力機械中使用石油、煤碳等燃料者，還會造成空氣汙染、地球暖化等 公害問題。

發明內容
是以，提供一種低能源消費且設備費用低廉，更能不受地形、天候、空間限制，復易 於控制並能廣泛應用的動力產生機械實為此業界所盼望。本發明之主要目的，在提供一種新穎的動力產生系統，乃為針對消除上述問題而 開發，其系利用大小二飛輪所產生旋轉慣性力量的力差配合傳動及驅動手段交叉相互驅動 支持，如此，相輔相乘，以維持飛輪持續加速運轉而輸出動力以作功者。本發明之次一目的，在提供一種動力產生機械，只需耗費相當少的外部起動動力 以驅動大小二飛輪旋轉，待各飛輪旋轉達到所需轉速以上之後，即可藉經傳動裝置放大力 矩之大飛輪所生之慣性動力經由輸出軸之輸出來做功之同時，將部分輸出回饋給小飛輪之 驅動裝置，以產生補助驅動力，如此交叉相互支持而得以自力式維持持續之運轉。只有當輸 出之動力及轉速因消耗而降低至低於所定值時，方再施加外部起動動力，以回復正常之運 轉後，停止外部驅動。本發明之另一目的，在提供一種動力產生機械，其中包含由小至大至少二個飛輪， 而前端之至少一個飛輪之輸出系藉由至少一組傳動裝置放大後，輸入末端飛輪做為動力， 此末端飛輪並將部份輸出回饋前端飛輪，以維持整個系統之運轉。本發明之再一目的，在提供一種動力產生機械，飛輪設有離心加重體，以便於飛輪 轉速達到所定轉速以上時，能藉離心力向外移，而增大輸出轉矩。本發明之又一目的，在提供一種動力產生機械，其促使飛輪持續運轉及加速之驅動輪系採摩擦輪傳動方式，且此驅動輪與飛輪之接觸點系在連接飛輪與驅動輪之中心軸線 對水平中心線向旋轉方向偏移一角度之位置。本發明之又一目的，在提供一種動力產生機械，其構造及裝置簡單，適於大量生 產，復可大量節省能源，且殆無公害問題，並可適用於廣泛用途者。根據上述目的所提供之動力產生系統及機械，基本上系利用大小飛輪之直徑及質 量差，以及經由傳動裝置增大之動力差，來行交叉互相驅動而維持二飛輪之持續旋轉及保 持慣性能量，並經大飛輪之輸出軸輸出動力，而部分回饋至小飛輪之動力甚小，消耗有限， 故可維持系統在所期相當長之時間內運轉，此種系統顯然是一種前所未有之突破性發明， 可能帶來革命性之省能代替性動力。


圖1表示本發明動力產生系統之方塊圖；
圖2表示依本發明動力產生系統構成之裝置之一實施例示意圖；
圖3表示圖2之裝置之側視示意圖；圖4(A)及圖4(B)表示依本發明之飛輪之一變形例之正視圖及側視圖；圖5表示設有離心加重體之飛輪之一實施例示意圖；圖6表示飛輪之輪圈所用摩擦片之剖視圖；圖7表示本發明動力產生系統之另一實施例之方塊圖。主要組件符號說明M馬達10 第一驅動輪20 第一飛輪30 第一傳動裝置40 第二驅動輪50 第二飛輪60 負載部70 第二傳動裝置80 第三飛輪90 第三傳動裝置100 第三驅動輪21,51 摩擦片22，52 凹溝22，52輪輻部23，53 導槽24，54 彈簧25，55 環形凹槽26，56 螺紋孔27，57 凹槽28，58 突部
29，59貫通孔31，32，36，37，71，72，76，7733，38，73，7834，35，74，75C1，C2S，SI S8a 箭頭方向0 角度
皮帶輪 傳動皮帶 齒輪
畝A典 閒1=1研
軸
d，d，距離 g間隙ff 加重體
具體實施例方式本發明之其它目的、功效及特點，可由以下實施例之詳細構造說明配合附圖而可 獲進一步之了解圖1表示本發明動力產生系統之方塊圖；圖2表示依本發明動力產生系統構成之裝置之一實施例示意圖；圖3表示圖2之裝置之側視示意圖；圖4(A)及圖4(B)表示依本發明之飛輪之一變形例之正視圖及側視圖；圖5表示設有離心加重體之飛輪之一實施例示意圖；圖6表示飛輪之輪圈所用摩擦片之剖視圖；圖7表示本發明動力產生系統之另一實施例之方塊圖。基本原理說明按圖1表示本發明動力產生系統之流程方塊圖。此系統主要系由一起動馬達M， 第一驅動裝置10，第一飛輪20，第一傳動裝置30，第二驅動裝置40，第二飛輪50，負載部 60，及第二傳動裝置70所構成。在此，驅動裝置10，20有時也稱為「致動裝置」。在此系統中，馬達M系藉由適當的離合手段C1可分離地與用來驅動第一飛輪20 的第一驅動裝置10機械連結，因此馬達M所產生之輸出力矩T經由離合路C1及第一驅動 裝置10以驅動第一飛輪20旋轉。飛輪20旋轉後，其輸出力矩T1經由第一傳動裝置30傳 達至用來驅動第二飛輪50的第二驅動裝置40，以驅動第二飛輪50旋轉。由於第二飛輪50 之直徑較第一飛輪20大，所產生慣性力矩也較第一飛輪20大。此第二飛輪50的主要輸出 力矩T2系輸至負載部60來做功。負載部60可為例如工作母機之傳動裝置、幫浦、發電機 或其它各種機械裝置，第二飛輪50也分出小部份力矩T3經由第二傳動裝置70回饋至第一 驅動裝置10，以促使第一飛輪20維持持續旋轉。在此系統中，馬達M與第一驅動裝置10之 間及第一驅動裝置10與第二傳動裝置70之間分別設有離合器C1、C2，以便在起動時使用， 容後說明。動力產生系統起動時，是先開啟馬達M以將輸出力T經由離合器C1驅動第一驅動 裝置10旋轉，於是第一驅動裝置10帶動第一飛輪20旋轉。第一飛輪20旋轉即將其輸出 力T1傳經第一傳動裝置30以驅動第二驅動裝置40旋轉，於是第二驅動裝置40帶動第二 飛輪50旋轉。當第二飛輪50旋轉時，將大部份輸出力T2輸出至負載部60以做功；另一方 面，第二飛輪50也分出一部份輸出力T3傳經第二傳動裝置70回饋至第一驅動裝置10，以便繼續驅動第一飛輪20旋轉。當二飛輪20、50皆正常旋轉且達所需轉速及慣性力矩之後， 藉離合手段C1使馬達M離開系統(S卩，脫離第一驅動裝置10)並關閉電源使馬達M暫時停 止。此時飛輪20、50藉其本身之慣性力持續旋轉，因為做功消耗能量而有漸漸減速之趨勢， 然而大飛輪(第二飛輪)50所輸出之大慣性力矩因部份釋放給第一驅動裝置10以產生驅 動力來維持小飛輪(第一飛輪)20持續旋轉以保持其慣性力，飛輪20乃得以持續旋轉，並 將輸出力及轉速經第一傳動裝置30放大之後輸入第二驅動裝置40來促使大飛輪50在所 需轉速下繼續運轉，並藉其大徑所蓄之大於飛輪20數倍(視二飛輪20之直徑及重量與轉 速比之大小而定)之大慣性動力來驅動負載部60以便做功。在上述系統中，有一原則，即 在同轉速之下，第二飛輪50所產生的慣性力矩至少應為第一飛輪20之一倍以上。換言之， 第二飛輪50之直徑及質量至少為第一飛輪20之二倍以上。圖2及圖3表示本發明之動力產生裝置之一具體實施例之示意圖，此裝置具有一 馬達M，其軸S藉由離合器C1連結做為飛輪驅動裝置之第一驅動輪10，此驅動輪10系與第 一飛輪20接觸而藉摩擦力以驅動飛輪20旋轉。第一飛輪20之軸S1之一端設有將其轉矩 傳至第二驅動輪40之一組第一傳動裝置30。在本實施例中，第一傳動裝置30系採用皮帶 輪及齒輪之複合傳動系，包括由旋轉軸S1帶動之主動皮帶輪31，固定在軸S2上之從動皮 帶輪32，繞掛於皮帶輪31與32之間之傳動皮帶33，固定在同軸S2上之齒輪34，固定在軸 S3上且與齒輪34相嚙合傳動之齒輪35，固定在軸S3上之主動皮帶輪36，固定在上述第二 驅動輪40之軸S4之從動皮帶輪37及繞掛於該二皮帶輪36與37之間之傳動皮帶38所構 成。第二驅動輪40系與第二飛輪50接觸，而藉摩擦力以驅動第二飛輪50旋轉。第二飛輪50之旋轉軸S5之一端系連接至負載部60以便做功。負載部60可為例 如，工作母機之傳動裝置、幫浦、發電機或其它各種機械之驅動裝置，視用途而定。又，負載 部60可直結於S5，亦可經由適當之傳動裝置(未圖標)連結於S5。另一方面，第二飛輪50之旋轉軸S5之另一端設有另一組第二傳動裝置70，以便 將第二飛輪50之輸出力之一部份經此傳動裝置70回饋至前述第一驅動輪10。第二傳動 裝置70在本實施例中系採用皮帶輪及齒輪複合傳動系，由固定在旋轉軸S5之主動皮帶輪 71,固定在軸S6上之從動皮帶輪72，繞掛於皮帶輪71與72間之傳動皮帶73，固定在軸S6 上之齒輪74，固定在軸S7上而與齒輪74嚙合傳動之齒輪75，固定在軸S7上之皮帶輪76， 固定在上述第一驅動輪10之軸S8,即與馬達M之輸出軸S相連接之軸上之從動皮帶輪77 及繞掛於皮帶輪76與77之間之傳動皮帶78所構成。馬達M與第一驅動輪10之間及第一 驅動輪10與皮帶輪77之間之各軸S，S8上各設有一離合器C1及C2，在必要時機可脫離及 接合。又，第一驅動輪10及第二驅動輪40系分別對各對應之第一飛輪20及第二飛輪50 可沿如圖2所示箭頭方向a在不接觸與壓接於各對應飛輪20、50之位置間(d)移動，藉此 以分別調控飛輪20、50之速度及出力。關於使第一驅動輪10 (連帶軸S8及皮帶輪77)及 第二驅動輪40 (連帶軸S4及皮帶輪37)對各對應之飛輪20及50徑向移動之手段(未圖 示)因現行技術可應用之裝置或手段甚多，為本發明圖面之簡單化及清楚起見，在此不另 圖示及說明。由於第一驅動輪10對於第一飛輪20及第二驅動輪40對於第二飛輪50之移 動距離d，d』僅僅數毫米(mm)而已，為因應此距離d，d』之變動所伴隨之傳動皮帶38、78之 鬆弛，在傳動皮帶38、78之中途各設有一皮帶張力滾輪39、79，以便調節皮帶張力。
在本實施例中、第一及第二傳動裝置30及70主要系採用皮帶及皮帶輪傳動裝置 配合齒輪傳動裝置之複合傳動裝置，但不限定於此安排，熟習於此技術者顯然可了解，傳動 裝置亦可利用全齒輪式或鏈條鏈輪式或變速箱傳動杆方式或其組合式之適合傳動裝置。但 無論選擇使用何種傳動裝置，必須使驅動輪10、40之旋轉速高於各對應之飛輪20、50之旋 轉速，如此才能維持飛輪20、40之持續旋轉。在此例中，傳動裝置30及70系配置在二飛輪 20與50之間，但不限於此安排，顯然可知，將二傳動裝置30、70中之任一或兩者安排於對 應之飛輪之外側亦無不可。此外，傳動裝置30、70之安排不限於圖3所示之安排，該圖只是 為說明其傳動情形之用，事實上可做種種之適合安排，只要能將飛輪之運轉依所定目的傳 達至各驅動輪為原則。又，驅動輪10與飛輪20及驅動輪40與飛輪50之接觸位置最好系 如圖3所示，驅動輪10、40之軸心與對應之飛輪20、50之軸心之聯機在通過飛輪20、50之 軸心之水平線下順著飛輪20、50之旋轉方向傾斜一角度0間之任何位置。該角度e為在 0° 45°之間，但是以10° 30°為佳。其次，就構成如上之動力產生裝置之運作情形說明如下首先，在啟動馬達M之前，離合器C1系接合，而離合器C2系脫離。在此狀態下，啟 動馬達M，馬達M即經由第一驅動輪10驅動第一飛輪20旋轉，此飛輪20 —旋轉，即經由第 一傳動裝置30之皮帶輪31 —皮帶33 —皮帶輪32 —齒輪33 —齒輪34 —皮帶輪35 —皮 帶37 —皮帶輪36 —第二驅動輪40以驅動第二飛輪50旋轉。第二飛輪50旋轉後，將旋轉 力輸入負載部60以做功。另一方面，第二飛輪50之軸S5之另一端則驅動第二傳動裝置70 旋轉，其傳動順序為皮帶輪71 —皮帶73 —皮帶輪72 —齒輪74 —齒輪75 —皮帶輪76 — 皮帶78 —皮帶輪77 —第一驅動輪10以驅動第一飛輪20旋轉。當整個系統順利運轉而飛輪20、50之轉速達到所定以上時，飛輪20、50即能以慣
性繼續旋轉，此時，使離合器C1脫離，同時使另一離合器C2接合後，停止馬達M之運轉，第 一驅動輪10即換成由第二飛輪50經第二傳動裝置70回饋之轉矩驅動旋轉，而非馬達M驅 動。藉此，第一驅動輪10乃繼續驅動第一飛輪20以維持其持續旋轉。上述離合器C1、C2之 接合與脫離，及馬達M之停止與啟動可藉由微處理器或計算機來控制達成，因屬習知技藝， 在此不另贅述。當系統正常運作而二飛輪20、50皆各以慣性在旋轉時，只要各對應之驅動輪10、 40間歇性的輕輕撥動飛輪20、50即能維持其慣性力持續旋轉，故驅動輪10、40與對應之飛 輪20、50不必常時且全面接觸，為此，至少飛輪20、50之與驅動輪10、40接觸之周面部可構 成非連續之多個摩擦或摩擦片21、51如圖4所示，最好是具有同樣尺寸且等間隔配置，各相 鄰之摩擦面段或摩擦片21、51之間形成凹溝21a、51a，因此，在旋轉時，此等凹溝22、52不與 對應之驅動輪10、40之周面接觸。在另一實施例中，雖未圖標，驅動輪10、40之與飛輪20、 50接觸之周面亦可形成如上述構成之非連續摩擦面。為了使飛輪20、50之轉矩能隨其旋轉速度而比例增加，如圖5所示，飛輪20、50之 輪輻部22、52可設置至少一對在直徑上對稱配置之離心加重體W，此離心加重體W可隨飛輪 20、50旋轉時所生離心力而徑向移動自如。第一實施例中，加重體W系可沿著輪輻部22、52 所設導槽23、53抗著復歸彈簧24、54徑向滑動自如。彈簧24、54系在飛輪靜止時能將加重 體W拉回導槽23、53之接近輪軸之一端。在此實施例之說明中，第一及第二飛輪20、50皆 設有離心加重體W及相關裝置，唯如僅將此離心裝置設於其中任一飛輪亦可行。
為了使飛輪20、50之摩擦面摩損之後能更換，同時也使驅動輪10、40對該摩擦面 壓接時具有較佳之順應性及壓接效果，如圖6所示，形成該非連續摩擦面之摩擦片21、51系 採用耐磨硬質彈性合成樹脂製成而藉適當之固定手段如螺絲S可卸下的固定在飛輪之周 面環形凹槽25、55內所設螺紋孔26、56內。為達成上述目的，摩擦片21、51形成對應於飛 輪20、50之外周之弧形板片，上面中央具有沿周向延伸之凹槽27、57，下面具有能嵌入上述 環形凹槽25、55內之下向突部28、58，凹槽27、57內設有至少兩個貫通孔29、59，螺絲S系 穿通貫通孔29、59而旋入環形凹槽25、55之螺紋孔26、56內，而將摩擦片21、51固定於飛 輪20、50之外周面。摩擦片21、51之與驅動輪10、40接觸之外表面雖可為平面，但最好形 成如圖所示之向中央凹槽呈微微凹下之弧形面或傾斜面。又，摩擦片21、51之突部28、58 兩側之底面與飛輪20、50之外周面之間留有微小之間隙g，以容許驅動輪10、40壓接於摩擦 片21、51時具有若干彈性反作用力，以利驅動輪10、40調節對飛輪20、50之壓接力之用。圖7表示本發明動力產生系統之另一實施例。在前述實施例中，動力產生裝置系 由一對並列之飛輪20、50及相關之傳動裝置所構成，但顯然可知，在第二飛輪50之輸出側 亦可增加一直徑比第二飛輪50更大之第三飛輪80，第二飛輪50將輸出力經由第三傳動裝 置90及第三驅動輪100傳達至第三飛輪80，第三飛輪所產生更大之輸出力用來驅動負載部 60以做功，另將部份輸出力經由傳動裝置70及驅動輪10回饋給第一飛輪20。在未圖示之 另一實施例中，第三飛輪80系將部份輸出力回饋給第一飛輪20。如果必要，再加第四飛輪 並依前述原理類推之安排亦無不可。在此附帶說明，本發明之系統及裝置並非永動機，而是一種省能機械動力裝置，其 系以馬達等外部驅動源驅動以一對飛輪為主之整個系統後，在該系統足以利用飛輪之慣性 能量維持系統運轉時，停止馬達運轉，待該系統因做功能量消耗而不足以維持其工作時，馬 達方再補助驅動以維持系統之正常運轉，故馬達是在必要時方啟動，因此可節省能量。本發明因構成如上，而具有節省能源，殆無汙染，構造簡單，製造容易，成本低廉之 動力產生機械，其在工業上用途可期待。以上系僅就本發明一可取實施例加以說明，而事實上熟嫻於此技術領域之人士尚 可從本發明之基本構成上做種種之修飾及變更而不脫離本發明之精神，凡此應視為涵蓋在 本發明申請專利範圍之內。
權利要求
1.一種動力產生系統，系由下列構成部所構成驅動源；第一驅動裝置，藉由離合器可脫離地由驅動源驅動旋轉；第一飛輪，由第一驅動裝置驅動旋轉；第二驅動裝置，由第一飛輪經由第一傳動裝置傳動而旋轉；第二飛輪，由第二驅動裝置驅動旋轉，其輸出主要用來供給負載部做功，且分出部份輸 出經由第二傳動裝置回饋給第一驅動裝置以接替驅動源來驅使並維持第一飛輪之慣性旋 轉；其特徵在於當整個系統儲足慣性能量而能維持所要之運轉狀態時，驅動源停止供應 驅動力而改以第二飛輪迴饋之力量維持第一飛輪之持續旋轉及做功；當第二飛輪之輸出能 量降至所定值以下時，驅動源方再啟動使系統回復至原來之運轉狀態後，再退離系統，如此 不斷循環操作。
2.一種動力產生裝置，系由做為驅動源之馬達；第一驅動輪，由馬達經由離合器驅動旋轉；第一飛輪，由第一驅動輪驅動旋轉；第二驅動輪，由第一飛輪經由第一傳動裝置傳動旋轉；第二飛輪，由第二驅動輪驅動旋轉，此飛輪由其旋轉軸輸出動力至負載部做功，同時輸 出小部份動力經由第二傳動裝置回饋至第一驅動輪，以驅動第一飛輪旋轉；所構成。
3.根據權利要求2所述之動力產生裝置，其中第二飛輪之直徑及質量至少為第一飛輪 之直徑及質量之二倍。
4.根據權利要求2所述之動力產生裝置，其中第一傳動裝置系將第一飛輪之輸出力及 轉速增幅(放大)後輸入第二驅動輪以驅動第二飛輪。
5.根據權利要求2所述之動力產生裝置，其中第二傳動裝置系將第二飛輪之部份輸出 力及轉速增幅(放大)後輸入第一驅動輪以驅動第一飛輪。
6.根據權利要求2所述之動力產生裝置，其中第一驅動輪對第一飛輪之驅動及第二驅 動輪對第二飛輪之驅動系採摩擦接觸方式。
7.根據權利要求6所述之動力產生裝置，其中第一飛輪及第二飛輪之分別與對應之第 一驅動輪與第二驅動輪之摩擦接觸面系沿各該飛輪之外圓周形成連續之摩擦面。
8.根據權利要求6所述之動力產生裝置，其中第一飛輪及第二飛輪之分別與對應之第 一驅動輪與第二驅動輪之摩擦接觸面系沿各該飛輪之外圓周形成由多段等距配置且各相 鄰段間具有凹溝之摩擦片構成之非連續之摩擦面。
9.根據權利要求8所述之動力產生裝置，其中各該摩擦片系構成可對於飛輪之外圓周 可裝卸自如以利摩損後更換。
10.根據權利要求2至權利要求9中任一項所述之動力產生裝置，其中該第一飛輪及第 二飛輪中任一者或兩者之輪輻部上設有至少一對在直徑上對稱配置之離心加重體。
11.根據權利要求2所述之動力產生裝置，其中該第二飛輪之下遊復設有第三飛輪，由 第二飛輪之輸出軸藉由第三傳動裝置及第三驅動輪驅動，此第三飛輪之輸出軸用以輸出動 力作功，並將部份輸出力回饋至第一驅動輪以驅動第一飛輪。
全文摘要
本發明涉及動力產生系統及裝置。一種動力產生系統，利用一對飛輪的旋轉慣性力配合摩擦式驅動裝置交叉相互支持驅動。第一飛輪之輸出全部經由第一傳動裝置及與此連動之驅動裝置以驅動第二飛輪旋轉並放大第二飛輪之轉矩以作功，第二飛輪並將部分輸出力經由第二傳動裝置及與此連動之第一驅動裝置回饋至第一飛輪。第一飛輪的初始起動是由馬達或引擎等動力源驅動，待第一飛輪旋轉並驅動第二飛輪轉動達到一定轉速時，動力源離開系統，二飛輪藉旋轉慣性力及各對應之驅動裝置之助轉而能維持繼續旋轉並產生動力來做功。當第二飛輪之速度及產生之動力下降至所定值以下時，藉由馬達之再啟動，以促使飛輪迴復至所需之運轉後，再停止馬達旋轉並退離系統。
文檔編號H02K51/00GK101997398SQ200910172849
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者劉世珍, 劉代宗 申請人:劉世珍;劉代宗