本发明关于一种以弹簧扭力储存能量的储能装 置，尤指一种接受各种能量来 源， 将其转换为弹簧压缩能储存， 以在需要时释放弹力而能得到能量输出的储能 装置。

背景技术

由于地球的石化能源储量有限， 总有用尽的一天， 而且石化能源多掌握在少 数国家手中， 影响他国的经济甚巨， 再加上石化能源对于环境的污染相当严重， 故如何开发新的能源， 乃成为全世界都相当重视的课题。 事实上， 地球的干净能量来源很多， 包括太阳能、 风力、 水力等等， 其来源 取之不竭， 端看如何有效使用。 问题在于， 这些能量无法直接提供人类使用， 而 需要经过转换， 但这些能量来源并不稳定， 利如太阳能在黑夜即无法使用； 风力 的来源时有时无、 时大时小，无法有效预测； 水力来源可能因枯水期而降低效能， 甚至无法使用。 因此， 如何在能量来源充沛的时候， 将能量予以储存， 而能在能 量减少时释出以维持有效能量输出， 将成为掌握干净能量的重要关键。 能量的储存相当不易，其方法是将不稳定的能 量来源转换为可控制的能量形 式， 其中之一如发明人的中国台湾第 197189号， 名称为一种弹簧式储能组之构 造的专利， 该现有的专利主要由壳体、 储能组及变速箱组合而成， 该储能组及变 速箱设置于壳体内部； 其中， 该储能组由一轴杆贯穿多数个转盘及多数个涡 旋弹 簧而成， 该转盘两侧面分别凸设有外缘卡掣柱及内缘卡 掣柱， 两个转盘之间设置 一个该涡旋弹簧， 使该外缘卡掣柱及内缘卡掣柱分别卡固于该涡 旋弹簧的两端 缘，该壳体外侧设有单向传动的动力输送轴， 而可带动储能组的第一个转盘转动； 该变速箱具有一输入轴端及一输出轴端， 该输出轴端凸出于该壳体外侧， 该变速 箱内设若干相互啮合的齿轮输入轴端可与最内 侧的转盘啮合，令最内侧的该转盘 可带动输入轴端转动者，藉此提供一种利用一 个以上的涡旋弹簧而将能量同时储 存， 并可稳定的释放、 输出该能量。 该已有的专利确已提供稳定储能、 输出能量的弹簧式储能结构， 唯该已有的 专利仍有未尽完善之处， 而待有效解决者。 其中最显著的问题， 在于该已有的专 利采用普通的涡旋弹簧设计， 该涡旋弹簧的扭力不足， 难以在有限空间储存大量 的能量； 另者， 该已有的专利仅靠简单的单向轴承来限制扭力 输入方向， 而单向 轴承的负荷力有限， 若输入扭力过大， 很容易毁损而失去功能。 因此， 该已有的 专利只能应用在小型的储能装置， 无法大规模作为如发电厂等大型的储能应用。 有鉴于上述已有的装置所衍生的缺点， 本案发明人乃亟思加以改良创新， 经 多年悉心研究， 终于研发完成本件以弹簧扭力储存能量的储能 装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种以弹簧扭力储 存能量的储能装置，其可接收 各种能量来源， 而转换为弹簧压缩能量， 以在有需要时释放能量供给使用。 本发明的另一目的在于提供一种以弹簧扭力储 存能量的储能装置，其可稳定 能量的输出， 以避免输出能量忽大忽小而影响其使用的层面 。 本发明的再一目的在于提供一种以弹簧扭力储 存能量的储能装置，其可大幅 提高能量储存效率， 以在有限的空间储存大量的能量， 提供给有需求者使用。 本发明所称以弹簧扭力储存能量的储能装置， 用于将一能量产生装置所生成 的动力转成弹簧式的能量形式储存， 然后释放弹力以驱动能量使用装置进行作 功， 藉此形成一可将各种能量转换储存， 以持续稳定输出能量的机械结构。 该以 弹簧扭力储存能量的储能装置包括有扭力转换 齿轮， 其输入端用来连接能量来 源， 该能量来源以旋转方式输入， 经由该扭力转换齿轮转换为扭力进行输出； 该 扭力转换齿轮的输出端连接有扭力限制器， 当该扭力转换齿轮传递的扭力超过该 扭力限制器的限定值时，该扭力限制器即以打 滑阻断扭力输入后述结构以免造成 损坏； 该扭力限制器的输出端连接有单向输入轴承， 以将扭力朝单一方向传输至 后述结构， 并防止输出后的扭力逆向输出而破坏前面的结 构； 该单向输入轴承的 输出端则连接有储能组， 该储能组由至少二转盘同轴连接形成， 该相邻的二转盘 之间绕设有扭力弹簧， 且该扭力弹簧的末端与绕设方向反向弯折设置 ， 使该转盘 旋转时， 该扭力弹簧会进行二次弯折绕设而增加其旋转 扭力； 以及该储能组的扭 力输出端转盘连接有增速转换齿轮， 用来将旋转扭力增速进行能量输出。 该储能 组更可采串 /并联方式设置， 以增加能量储存与使用的效率。

附图说明 图 1为本发明以弹簧扭力储存能量的储能装置的� �构立体图； 图 2为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的结构� �视图； 图 2A为图 2的输出端转盘与增速转换齿轮的结合端放大� �； 图 3为该以弹簧扭力储存能量的储能装置使用于� �力发电系统的结构方块图； 图 4为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第一� �扭力弹簧与转盘的立体结合 例分解图； 图 5为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第一� �扭力弹簧与转盘的立体结合 例组合图； 图 6为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第一� �扭力弹簧与转盘的立体结合 例正视图； 图 7为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第一� �扭力弹簧与转盘的多组结合 例立体图； 图 8为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第二� �扭力弹簧与转盘的立体结合 例分解图； 图 9为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第二� �扭力弹簧与转盘的立体结合 例组合图； 图 10为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第二� ��扭力弹簧与转盘的立体结合 例正视图； 图 11为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的第二� ��扭力弹簧与转盘的多组结合 例立体图； 图 12为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的储能� ��串联式结合例立体图； 以及 图 13为该以弹簧扭力储存能量的储能装置的储能� ��并联式结合例立体图。

附图标记说明

1 以弹簧扭力储存能量的储能装置

11 扭力转换齿轮 12 扭力限制器

13 单向输入轴承 14 储能组

140 转盘 141 扭力弹簧

142 转盘 143 转盘

144 轴套 145 内卡掣槽

146 外卡掣槽 147 内侧末端

148 外侧末端 149 波紋

15 增速转换齿轮 16 能量输入端

17 能量输出端 2 能量机组

21 能量测速仪 3 发电机

4 计算机控制单元 51 离合器

52 变速箱 53 飞轮

64 飞轮 61 动力煞车

62 无段变速箱 63 速率控制器

64 飞轮 65 发电机离合器 具体实施方式

请参阅图 1~图 3所示， 为本发明所提供的一种以弹簧扭力储存能量的 储能 装置 1 , 由扭力转换齿轮 11、 扭力限制器 12、 单向输入轴承 13、 储能组 14、 增 速转换齿轮 15等结构组成。 该扭力转换齿轮 11用来连接能量来源， 藉由该扭力 限制器 12、 单向输入轴承 13限制其能量输入大小、 方向， 而能顺利转换成弹簧 压缩能储存在该储能组 14中， 然后经由增速转换齿轮 15释放能量， 提供后端使 用。 进一步而言， 该扭力转换齿轮 11系接受以旋转方式输入的能量来源， 经由 该扭力转换齿轮 11转换为扭力进行输出；该扭力限制器 12连接于该扭力转换齿 轮 11的输出端， 当该扭力转换齿轮 11传递的扭力超过该扭力限制器 12的限定 值时， 该扭力限制器 12即以打滑阻断扭力输入后述结构以免造成损� ��； 该单向 输入轴承 13连接于该扭力限制器 12的输出端，以将扭力朝单一方向传输至该储 能组 14, 并防止该储能组 14的扭力逆向输出而破坏前面的扭力限制器 12、 扭力 转换齿轮 11或其他结构； 该储能组 14由至少二转盘 142、 143同轴连接形成， 该相邻之二转盘 142、 143之间绕设有扭力弹簧 141 , 且该扭力弹簧 141的末端 与绕设方向反向弯折设置，其中该转盘 142作为扭力输入端而连接于该单向输入 轴承 13的输出端，该转盘 143则作为扭力输出端而连接到该增速转换齿轮 15(参 图 2A), 当该增速转换齿轮 15静止不动时， 该扭力输出端转盘 143同样静止不 动， 故该扭力输入端转盘 142可相对于该转盘 143进行旋转， 使该扭力弹簧 141 进行二次弯折绕设， 增加该扭力弹簧 141抵抗二转盘 142、 143相对旋转的旋转 扭力， 使该扭力弹簧 141可以得到更大的储能效果； 当该增速转换齿轮 15启动 时， 可将该输出端转盘 143的旋转扭力增速进行能量输出。 如图 2所示，该以弹簧扭力储存能量的储能装置 1实为一大型能量供应系统 的部份， 本实施例以风力发电为例。 该系统在该以弹簧扭力储存能量的储能装置 1的能量输入端 16设置有一能量机组 2, 用来接收如风力、 水力、 人力或其它动 能来源所产生的旋转能量； 该能量机组 2的能量输出端连接有离合器 51 , 并配 合该能量机组 2设置有能量测速仪 21 , 藉由该能量测速仪 21所侦测的转速自动 判断该离合器 51的启闭， 以控制该能量机组 2的能量是否进行输出； 该离合器 51与该扭力转换齿轮 11之间依序设置有飞轮 53、 变速箱 52, 该飞轮 53以旋转 惯性维持该能量机组 2能量输出的稳定性， 该变速箱 52则用来调低转速， 以增 加扭力适合于能量储存； 而该以弹簧扭力储存能量的储能装置 1的能量输出端 17依序设置有电磁式动力煞车 61、 无段变速箱 62、 速率控制器 63、 飞轮 64、 发电机离合器 65 , 最后连接到发电机 3上， 该动力煞车 61用来降低或停止该增 速转换齿轮 15的能量输出， 该无段变速箱 62用来维持能量输出的转速， 该速率 控制器 63用来控制能量输出的转速，该飞轮 64以旋转惯性维持能量输出的稳定 性， 该发电机离合器 65则控制最后输出能量传递到该发电机 3进行发电。 前述离合器 51、 能量测速仪 21、 变速箱 52、 扭力限制器 12、 储能组 14、 动力煞车 61、 无段变速箱 62、 速率控制器 63、 发电机离合器 65、 发电机 3 , 皆 连接到计算机控制单元 4上统一管理， 以维持操作的稳定性。 请参阅图 4~图 1 1各图所示， 为提高能量储存效率， 本发明的扭力弹簧 141 设置是采取二次弯折绕设设计， 设置上首先在该二转盘 142、 143的旋转轴心设 置有轴套 144, 该二转盘 142、 143外缘设置有外卡掣槽 146 , 而该轴套 144上设 置有内卡掣槽 145 , 使该扭力弹簧 141的内、 外侧末端 147、 148分别固定在相 邻二转盘 142、 143的该内、 外卡掣槽 145、 146中。 而本发明针对该扭力弹簧 141的反向弯折设计提供有二， 第一种是将该扭力弹簧 141的内侧末端 147正常 绕设在其中一转盘 142的内卡掣槽 145上，使该扭力弹簧 141的外侧末端 148与 内侧绕设方向反向弯折后固定在另一转盘 143的该外卡掣槽 146; 第二种则是外 侧末端 148维持正常绕设方向固定在一转盘 142的外卡掣槽 146 , 使该扭力弹簧 141的内侧末端 147与外侧绕设方向反向弯折后固定在另一转盘 143的内卡掣槽 145。 藉此， 可以连接更多的该转盘 142、 143 , 即可增加储能的功效。 另外， 该 扭力弹簧 141表面设置有波紋 149 , 藉以增加该扭力弹簧 141的抗拉能力， 以提 高能量储存效率。 请参阅图 12所示， 实际应用时， 该储能组 14的输入端转盘 142与输出端转 盘 143之间可同轴串接复数的转盘 140, 即该输入端转盘 142连接于该单向输入 轴承 13的输出端， 该输出端转盘 143连接于该增速转换齿轮 15 , 而任意二相邻 转盘 142、 143、 140之间绕设有该扭力弹簧 141 ; 当该增速转换齿轮 15静止时 同时锁固该扭力输出端转盘 143 , 使该扭力输入端转盘 142可以旋转进行储能， 并藉由该扭力弹簧 141连接而依序带动相邻的转盘 140旋转储能，直至饱满无法 再输入为止； 而当该增速转换齿轮 15启动时， 同样藉由该扭力弹簧 141连接而 依序由输出端转盘 143带动相邻的转盘 140、 142将能量经由该增速转换齿轮 15 增速进行能量输出。 请参阅图 13所示， 另一种应用方式， 该储能组 14可采并联设置， 藉由该扭 力转换齿轮 11将动能分配至各储能组 14进行储能工作， 以及将各储能组 14的 能量集中至该增速转换齿轮 15进行输出，各储能组 14均连接有独立的该扭力限 制器 12与该单向输入轴承 13 , 以稳定能量的输入作业。 藉由前述结构所完成的本发明以弹簧扭力储存 能量的储能装置 1 , 其更有以 下优点：

1. 本发明可配合各型能量机组， 将该能量机组的能量转换为弹簧压缩能储 存， 在能量来源充足时储存多余能量， 而在能源来源不足时释放补充， 以维持长 效的能量输出。

2. 本发明可维持能量输出的稳定性， 该能量机组产生的能量先进入本发明 装置中， 然后调整成适当的转速输出能量。

3. 本发明能提高能量储存效率， 以在有限空间提供最大的能量储存， 增加 产品的实用性。

4. 本发明也可小型化以应用于多种场所， 例如装置于如汽车等交通工具中， 或是风扇、 旋转式刮胡刀、 玩具汽车等需要旋转能量的装置， 甚至可配置小型发 电机而成为居家、 外出的紧急能源

5. 本发明的能量输入也可采取人工输入， 或是连接于运动器材如脚踏车等， 让使用者在运动过程中逐渐累积能量。 上列详细说明针对本发明的一可行实施例的具 体说明，只是该实施例并非用 以限制本发明的专利范围， 凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变 更， 均 应包含于本案的专利范围中。