補充飛輪電池能量的彈力充能裝置製造方法
2023-06-07 13:08:51 4
補充飛輪電池能量的彈力充能裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種補充飛輪電池能量的彈力充能裝置。其特點是在飛輪電池外設置了彈力驅動機構和自動分離機構，並在飛輪電池內增設磁動輪。利用彈力驅動機構驅動磁動輪的方法，使飛輪儲存動能。使用方法：旅行者在野外宿營時，用打樁的方式將彈力驅動裝置安裝在地面，利用彈力驅動裝置中彈力繩的彈力勢能給飛輪電池補充動能。充能結束後，自動分離機構能自動將驅動部件與飛輪分離，避免飛輪的動能損耗。充能後的飛輪電池可在宿營時和次日旅途中供電使用。優點是在無電源場合，利用彈力給飛輪電池補充動能。
【專利說明】補充飛輪電池能量的彈力充能裝置
【技術領域】
[0001]本發明是關於飛輪電池(或稱飛輪儲能裝置)領域，特別是涉及一種飛輪電池補充能量的裝置。
【背景技術】
[0002]在眾多儲能裝置中，飛輪電池突破了化學電池的局限，用物理方法實現儲能。當飛輪以一定角速度旋轉時，就具有一定的動能，飛輪電池以其動能轉換成電能。飛輪電池與化學電池相比，以其高效率，充電時間短、相對尺寸小、清潔無汙染等突出優勢有望成為最具前景的儲能電池。
[0003]飛輪電池的工作原理:飛輪電池中有一個電機(電動/發電一體機),充電時,該電機以電動機形式運轉，將外界輸入的電能通過電動機轉化為飛輪的動能儲存起來，即飛輪電池「充電」；當外界需要電能時，該電機以發電機形式轉動，通過發電機將飛輪的動能轉化為電能，輸出給外部負載，即飛輪電池「放電」。為了減少風阻損耗，摩擦等能量損失，飛輪電池設置在真空盒內，並使用磁懸浮軸承支撐轉動部件。
[0004]飛輪電池的儲能密度大、相對尺寸小的特點，尤其適合攜帶於野外無電源場合，特別是對於騎自行車旅行的車友，非常需要有一個能給手提電腦、收音機，較大功率的燈光支持電力的飛輪電池。然而，飛輪電池目前只能用通電的方式驅動真空盒內的發電機帶動飛輪轉動，使飛輪儲存動能，而在野外卻沒有可以給飛輪電池充電的電源。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種利用彈力勢能給飛輪電池補充動能的裝置及使用方法。
[0006]本發明主要技術思路:
1、旅行者在無電源的野外宿營時，可以利用彈力繩的彈力給飛輪電池補充動能，使飛輪電池在宿營時和次日旅途中可供電使用。
[0007]2、飛輪電池必須是在真空盒內運作，可以用磁動的方法驅動真空盒內的飛輪。
[0008]3、當裝置停止給飛輪電池補充能量後，裝置中的具有磁性的驅動部件須自動與飛輪分離，以避免飛輪不必要的能量消耗。
[0009]本發明的具體技術方案:包括飛輪電池及其真空盒和真空盒內的飛輪及發電機，其特徵在於，還包括:
彈力驅動機構:其包括第一定位樁、第二定位樁、彈力繩組件、索引繩、限位組件、壓輪、帶輪、增速器、第一摩擦輪、第二摩擦輪；索引繩的一端與彈力繩組件的第一端連接，另一端與限位組件連接；彈力繩組件的第二端與固定於地面的第二定位樁連接；第一定位樁相距第二定位樁一定間距固定於地面，並與所述真空盒連接；帶輪設置在真空盒的下方，所述真空盒通過側板連接於帶輪和壓輪；索引繩設置在帶輪的槽和壓輪之間的間隙中；帶輪、增速器、第一摩擦輪和第二摩擦輪依次連接；第二摩擦輪設置在真空盒外的滑落杆上部;第二摩擦輪沿圓周設有多塊磁鐵；帶輪與增速器的輸入軸之間設置棘輪組件；彈力驅動機構的作用在於利用彈力勢能驅動飛輪轉動；
所述真空盒內增設一磁動輪，飛輪的一端與發電機連接，飛輪的另一端與一磁動輪連接，磁動輪沿圓周設有多塊磁鐵；磁動輪上的磁鐵與第二摩擦輪上的磁鐵數量相等，且一一對應，並通過磁場耦合；磁動輪與第二摩擦輪同軸心；
自動分離機構:其包括引導螺栓、第一復位彈簧、楔塊推桿機構、滑落杆；滑落杆上部與真空盒連接；引導螺栓設置在滑落杆上部；第一復位彈簧設置在引導螺栓內部，引導螺栓外設置第二摩擦輪；自動分離機構的作用在於:當第二摩擦輪驅動磁動輪轉動的工作結束後，能自動遠離磁動輪；
使用方法:
在地面上打入第一定位樁和第二定位樁,第一定位樁相距第二定位樁一定間距；然後把彈力驅動裝置安放在地面，第一定位樁與飛輪電池的真空盒連接；第二定位樁與彈力繩組件的第二端連接；將第二摩擦輪安裝在導引螺栓的光軸上；此時，彈力繩處於最小張緊狀態；然後拉動牽引繩，牽引彈力繩組件的第一端克服彈力繩的彈力逐漸接近帶輪，彈力繩被拉長，最後，彈力繩組件上的彈力繩處於最大張緊狀態；
然後放開牽引繩，彈力繩組件開始靠彈力繩的彈力收縮；彈力繩組件在收縮過程中，通過牽引繩帶動帶輪轉動，增速器將帶輪的轉速提高，增速器的輸出端帶動第一摩擦輪轉動，第一摩擦輪帶動第二摩擦輪；第二摩擦輪上的磁鐵與真空盒內的磁動輪上的磁鐵通過磁場耦合，使第二摩擦輪帶動真空盒內磁動輪和飛輪轉動，飛輪在轉動中儲存動能；
當彈力繩的收縮彈力逐漸減小，彈力繩逐漸縮短，最後，牽引繩上的限位組件的撞塊與自動分離機構的推桿接觸，限位彈簧產生的彈力通過撞塊推動推桿，與推桿連接的楔塊楔入導引螺栓的斜面，使導弓I螺栓朝磁動輪方向軸向移動；於是，導引螺栓的螺紋與轉動中的第二摩擦輪的螺孔嚙合；第二摩擦輪繞導弓I螺栓的螺紋旋轉，最後第二摩擦輪旋轉出導引螺栓的螺紋外，從滑落杆滑落至地面上；磁動輪與第二摩擦輪的磁場耦合作用消失；飛輪在真空盒內依靠儲存的動能繼續轉動；
當外界需要電能時，飛輪的動能通過發電機轉化為電能，輸出給外部負載。
[0010]本發明與現有技術相比的特點是:
1、在無電源場合，可以利用彈力給飛輪電池補充動能。
[0011]2、飛輪電池在補充動能過程中，可以同時向外部負載輸出電能。
[0012]3、當裝置停止給飛輪電池補充能量後，彈力驅動機構中的具有磁性的驅動部件能自動與飛輪電池分離，以避免飛輪不必要的能量消耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明靜止狀態時的整體示意圖。
[0014]圖2是本發明開始運行時的整體示意圖。
[0015]圖3是本發明的局部立體視圖。
[0016]圖4是本發明運行到最後階段，零件分離時的示意圖。
[0017]圖5是圖4中的F-F剖視圖。
[0018]圖6是圖5中的B部放大圖。
[0019]圖7是圖6中的C部放大圖。
[0020]圖8是圖3中刪除了第一摩擦輪17和第二摩擦輪43的局部示意圖。
[0021]圖9是圖8中的D部放大圖。
[0022]圖10是本發明運行過程I。
[0023]圖11是圖10中的E部放大圖。
[0024]圖12是本發明運行過程2。
[0025]圖13是圖12中的H部放大圖。
[0026]圖14是圖5中的A-A局部剖視圖(棘輪組件示意圖)。
[0027]圖15是另一種實施方法的示意圖。
[0028]圖16是圖2中的J部放大圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明:
方法1、本發明技術方案主要是在現有技術的飛輪電池真空盒21外設置了彈力驅動機構和自動分離機構，並在飛輪電池的真空盒21內增設了與飛輪22相連的磁動輪23 (見圖3)。
[0030]彈力驅動機構的作用在於利用彈力勢能驅動飛輪22轉動(見圖1至圖5)，使飛輪22儲存動能:其包括第一定位樁18、第二定位樁19、彈力繩組件11、索引繩12、限位組件13、壓輪14、帶輪15、增速器16、第一摩擦輪17、第二摩擦輪43 ;彈力繩組件11的第一端111與索引繩12連接，第二端112與固定於地面的第二定位樁19連接；第一定位樁18相距第二定位樁19 一定間距固定於地面，並與所述真空盒21連接；帶輪15設置在真空盒21的下方(見圖5)，真空盒21通過側板26連接於帶輪15和壓輪14 ;索引繩12的一端與彈力繩組件11的第一端111連接，另一端與限位組件13連接(見圖1和圖2);索引繩12設置在帶輪的槽151和壓輪14之間的間隙中。壓輪14的作用在於將索引繩12壓緊在帶輪15的槽151中，增加摩擦力，使索引繩12有效地帶動帶輪15轉動。壓輪14中可設置軸承(未畫出)，以避免不必要的動力消耗；索引繩12優先採用輕質的尼龍材料。在這裡不採用金屬的鏈條鏈輪副，原因在於可減少旅途中的負載。
[0031]彈力繩組件11主要包括第一端111、多條彈力繩113和第二端112，第一端111通過彈力繩113與第二端112連接，製作彈力繩113最常用材料是滌綸、高彈紗，質地輕，便於攜帶。彈力繩組件11不採用質地重的金屬彈簧，原因也在於可減少旅途中的負載。
[0032](見圖5至圖7)帶輪15、增速器16、第一摩擦輪17和第二摩擦輪43依次連接；第二摩擦輪43設置在真空盒21外的滑落杆34上部；第二摩擦輪43沿圓周設有多塊磁鐵431 ;帶輪15與增速器16的輸入軸161之間設置棘輪組件9 (見圖5和圖14)；
見圖1和圖16，限位組件13包括撞塊131、限位彈簧132和固定塊133。撞塊131可以在牽引繩12上滑動，固定塊133則固定在牽引繩12上。撞塊131與固定塊133之間設置限位彈簧132。
[0033]見圖5和圖6，所述飛輪電池的真空盒21內，飛輪22與一磁動輪23連接，磁動輪23沿圓周設有多塊磁鐵231 ;磁動輪23上的磁鐵231與第二摩擦輪43上的磁鐵431數量相等，且一一對應，並通過磁場耦合；為減少摩擦消耗，在第二摩擦輪的端面設置了多個滾球182，見圖7，相對應，在真空盒外，設置了供滾球182運行的滑槽211 ;磁動輪23與第二摩擦輪43同軸心；需要說明的是接近磁動輪23和第二摩擦輪43的零部件都應該是不易被磁化的無磁性材料製作，以避免磁動輪23和第二摩擦輪43的運行受到幹擾。
[0034](見圖3至圖9)自動分離機構的作用在於:第二摩擦輪43驅動磁動輪23轉動的工作結束後，能自動遠離磁動輪23，否則第二摩擦輪43上的磁鐵431對轉動中的磁動輪23產生阻力，將會消耗飛輪22的動能。自動分離機構包括引導螺栓31、第一復位彈簧32、楔塊推桿機構33 (見圖9)、滑落杆34 ;滑落杆34上部與真空盒21連接，引導螺栓31設置在滑落杆34上部；第一復位彈簧32設置在引導螺栓31內部，其作用是當外力使引導螺栓31向磁動輪23方向移動時,第一復位彈簧32受壓，當作用於引導螺栓31的外力消失後,第一復位彈簧32使引導螺栓31復位。引導螺栓31外設置第二摩擦輪43。引導螺栓31包括了斜面311，光軸312和螺紋313。斜面311是供楔塊333楔入而設置的(見圖7和圖9)。光軸312是供第二摩擦輪43的螺孔183的小徑在光軸312上轉動。當引導螺栓31的螺紋313進入到轉動中第二摩擦輪43的螺孔183後，第二摩擦輪就可以繞螺紋313旋轉，直至旋轉出螺紋313外，從滑落杆34滑落至地面上。
[0035]見圖8、圖9，楔塊推桿機構33主要包括第二復位彈簧331、推桿332、楔塊333。當撞塊131推動推桿332 (此時，第二復位彈簧331受壓)，與推桿332連接的楔塊333楔入引導螺栓的斜面311，迫使引導螺栓31朝磁動輪23方向移動；當撞塊131離開推桿332後，第二復位彈簧331使推桿332恢復到被推動之前的位置。
[0036]使用方法:
方法1、見圖5至圖7，將第二摩擦輪43經引導螺栓31的螺紋313旋轉進入，安裝在導引螺栓31的光軸312上；(參見圖1)在地面上打入第一定位樁18和第二定位樁19，第一定位樁18相距第二定位樁19 一定間距；然後把彈力驅動裝置安放在地面，第一定位樁18與飛輪電池的真空盒21連接；第二定位樁19與彈力繩組件的第二端112連接，此時，彈力繩113處於最小張緊狀態；然後拉動牽引繩12，牽引彈力繩組件11的第一端111克服彈力繩113的彈力逐漸接近帶輪15 (見圖2);由於帶輪15與增速器16之間設置了棘輪組件9(見圖5和圖14)，所以將彈力繩組件11的一端牽引向上時，帶輪15處於空轉狀態，拉動並不費力；而當彈力繩組件11靠彈力繩113的彈力收縮時，帶輪15反向轉動作用於棘輪組件9，棘輪組件9與增速器16的輸入軸161嚙合，帶動增速器16和相關連接部件轉動。
[0037]當彈力繩組件的第一端111接近帶輪15 ；，彈力繩113被拉長，彈力繩組件上的彈力繩113處於最大張緊狀態即彈力勢能處於最大狀態(見圖2)；
然後，放開牽引繩12，彈力繩組件11開始靠彈力繩113的彈力逐漸收縮，彈力繩組件11在收縮過程中，通過牽引繩12帶動帶輪15轉動，增速器16將帶輪15的轉速提高，增速器16的輸出端163帶動第一摩擦輪17轉動，第一摩擦輪17帶動第二摩擦輪43，第二摩擦輪43上的磁鐵431與真空盒21內的磁動輪23上的磁鐵231通過磁場耦合，使第二摩擦輪43帶動磁動輪23和飛輪22轉動，飛輪22在轉動中儲存動能；
當彈力繩組件11收縮的彈力勢能逐漸減小，彈力繩113逐漸縮短，牽引繩11上的限位組件的撞塊131與推桿332接觸(見圖1、圖4、圖8、圖9和圖16)。這時候，真空盒21內的飛輪22已經儲存了足夠的動能，飛輪22實際上已經可以通過磁動輪23帶動第二摩擦輪43轉動。所以，彈力繩113很小的收縮彈力就可以使撞塊131後面的限位彈簧132逐漸受壓縮，限位彈簧132產生的彈力通過撞塊131推動推桿332，與推桿332連接的楔塊333楔入導引螺栓的斜面311，使導引螺栓31朝磁動輪23方向軸向移動，見圖7 (平鍵39使得導引螺栓31隻允許軸向移動)；於是，導引螺栓的螺紋313與轉動中的第二摩擦輪43的螺孔183嚙合，見圖11和圖13。這時候，第二摩擦輪43的被轉動力主要來自被飛輪22帶動的磁動輪23，磁動輪23通過與第二摩擦輪43的磁場耦合，帶動第二摩擦輪43轉動。於是，第二摩擦輪43繼續旋轉，而這時的旋轉是繞導引螺栓的螺紋313旋轉的，所以最後第二摩擦輪43可以旋轉出導引螺栓的螺紋313外，從滑落杆34滑落到地面上；從而第二摩擦輪43遠離磁動輪23 (見圖4中虛線部分)，其磁鐵431的磁力不再對磁動輪23產生阻力。於是飛輪22可以在真空盒21內的真空中依靠儲存的動能繼續轉動。
[0038]當外界需要電能時，飛輪22的動能通過發電機25轉化為電能，輸出給外部負載。
[0039]方法2、當飛輪22還有剩餘動能時，可以用止動磁鐵27插入真空盒上的止動槽28(見圖15)，真空盒中的磁動輪23中的磁鐵231受止動磁鐵27磁力，使磁動輪23和飛輪22逐漸停止轉動；然後將第二摩擦輪43安裝在導引螺栓的光軸213上；其餘與方法I相同。
【權利要求】
1.一種補充飛輪電池能量的彈力充能裝置，包括飛輪電池及其真空盒和真空盒內的飛輪及發電機，其特徵在於，還包括: 彈力驅動機構:其包括第一定位樁、第二定位樁、彈力繩組件、索引繩、限位組件、壓輪、帶輪、增速器、第一摩擦輪、第二摩擦輪；索引繩的一端與彈力繩組件的第一端連接，另一端與限位組件連接；彈力繩組件的第二端與固定於地面的第二定位樁連接；第一定位樁相距第二定位樁一定間距固定於地面，並與所述真空盒連接；帶輪設置在真空盒的下方，所述真空盒通過側板連接於帶輪和壓輪；索引繩設置在帶輪的槽和壓輪之間的間隙中；帶輪、增速器、第一摩擦輪和第二摩擦輪依次連接；第二摩擦輪設置在真空盒外的滑落杆上部;第二摩擦輪沿圓周設有多塊磁鐵；帶輪與增速器的輸入軸之間設置棘輪組件；彈力驅動機構的作用在於利用彈力勢能驅動飛輪轉動； 所述真空盒內增設一磁動輪，飛輪的一端與發電機連接，飛輪的另一端與一磁動輪連接，磁動輪沿圓周設有多塊磁鐵；磁動輪上的磁鐵與第二摩擦輪上的磁鐵數量相等，且一一對應，並通過磁場耦合；磁動輪與第二摩擦輪同軸心； 自動分離機構:其包括引導螺栓、第一復位彈簧、楔塊推桿機構、滑落杆；滑落杆上部與真空盒連接；引導螺栓設置在滑落杆上部；第一復位彈簧設置在引導螺栓內部，引導螺栓外設置第二摩擦輪；自動分離機構的作用在於:當第二摩擦輪驅動磁動輪轉動的工作結束後，能自動遠離磁動輪。
【文檔編號】F03G1/00GK104454394SQ201310427231
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】杜文娟 申請人:杜文娟