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"� � 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重力势能给飞轮 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， 将本装置悬挂于高处， 利用重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� �的具有磁性的驱动部件须自动与飞轮分离， 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， 还包括：

重力驱动机构： 其包括重物袋、 索引绳、 限位组件、 压轮、 带轮、 增速器、 第一摩擦轮、 第二摩擦轮； 带轮设置在所述飞轮的下方， 所述真空盒通过侧板连接于带轮和压轮； 索引绳 的一端与重物袋连接， 另一端与限位组件连接； 索引绳设置在带轮的槽和压轮之间的间隙中； 带轮、 增速器、 第一摩擦轮和第二摩擦轮依次连接； 第二摩擦轮沿圆周设有多块第一磁铁； 带轮与增速器的输入轴之间设置棘轮组件； 重力驱动机构的作用在于利用重力势能驱动飞 轮 转动；

所述真空盒内增设一磁动轮， 飞轮的一端与发电机连接， 飞轮的另一端与一磁动轮连接， 磁动轮沿圆周设有多块第二磁铁；磁动轮上的 第二磁铁与第二摩擦轮上的第一磁铁数量相等 ， 且一一对应， 并通过磁场耦合； 磁动轮与第二摩擦轮同轴心；

自动分离机构： 其包括引导螺栓、 第一复位弹簧、 楔块推杆机构、 滑落杆； 滑落杆上部 与真空盒连接， 滑落杆下部与增速器的外壳连接； 引导螺栓设置在滑落杆上部； 第一复位弹 簧设置在引导螺栓内部， 引导螺栓外设置第二摩擦轮； 自动分离机构的作用在于： 当第二摩 擦轮驱动磁动轮转动的工作结束后， 能自动远离磁动轮；

使用方法：

将第二摩擦轮安装在导引螺栓的光轴上； 重物袋置于地面的垫高物上； 然后把重力充能 装置悬挂于高处； 拉动牵引绳， 牵引重物袋向上接近带轮； 将垫高物移至别处；

放开牵引绳， 重物袋开始靠重力下落； 重物袋在下落中， 通过牵引绳带动带轮转动， 增 速器将带轮的转速提高， 增速器的输出端带动第一摩擦轮转动， 第一摩擦轮带动第二摩擦轮; 第二摩擦轮上的磁铁与真空盒内的磁动轮上的 磁铁通过磁场耦合， 使第二摩擦轮带动真空盒 内磁动轮和飞轮转动， 飞轮在转动中储存动能；

当重物袋下落到接近地面时， 牵引绳上的限位组件的撞块与自动分离机构的 推杆接触， 限位弹簧产生的弹力通过撞块推动推杆， 与推杆连接的楔块楔入导引螺栓的斜面， 使导引螺 栓朝磁动轮方向轴向移动； 于是， 导引螺栓的螺纹与转动中的第二摩擦轮的螺孔 啮合； 第二 摩擦轮绕导引螺栓的螺纹旋转， 最后第二摩擦轮旋转出导引螺栓的螺纹外， 滑落在滑落杆上； 磁动轮与第二摩擦轮的磁场耦合作用消失； 飞轮在真空盒内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：

1、 在无电源场合， 可以利用重力给飞轮电池补充动能。

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。

3、 当装置停止给飞轮电池补充能量后， 重力驱动机构中的驱动部件能自动与飞轮电池 分 离， 以避免飞轮不必要的能量消耗。

附图说明

图 1是本发明的整体示意图。

图 2是图 1运行开始时的立体示意图。

图 3是图 2的局部剖视图。

图 4是图 3中的 B部放大图。

图 5是图 4中的 C部放大图。 图 6是图 3的立体示意图 （其中删除了第一摩擦轮 17和第二摩擦轮 18)。

图 7是图 6中的 D部放大图。

图 8是本发明运行过程 1。

图 9是图 8中的 E部放大图。

图 10是本发明运行过程 2。

图 11是图 10中的 H部放大图。

图 12是本发明的第二摩擦轮 18自动分离的状态图。

图 13是图 3中的 A-A局部剖视图 （棘轮组件示意图）。

图 14是另一种实施方法的示意图。

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的飞轮电池 真空盒 21 外设置了重力驱动机构和自动 分离机构， 并在飞轮电池的真空盒 21内增设了与飞轮 22相连的磁动轮 23 (见图 3 )。

重力驱动机构的作用在于利用重力势能驱动飞 轮 22转动 （见图 1至图 3 )， 使飞轮 22储 存动能： 其包括重物袋 11、 索引绳 12、 限位组件 13、 压轮 14、 带轮 15、 增速器 16、 第一摩 擦轮 17、 第二摩擦轮 18; 带轮 15设置在飞轮 22的下方， 真空盒 21通过侧板 26连接于带轮 15和压轮 14; 索引绳 12的一端与重物袋 11连接， 另一端与限位组件 13连接； 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。

(见图 3至图 5) 所述带轮 15、 增速器 16、 第一摩擦轮 17和第二摩擦轮 18依次连接； 第二摩擦轮 18沿圆周设有多块第一磁铁 181。

重物袋 11 内最好可以装在野外很容易找到的石块， 泥土， 或水作为重力。 所以重物袋 11优先采用轻质的不透水的材料制成， 以便当就近找不到沉重固体时， 可在重物袋内装水， 或泥土， 或石头， 以此作为重力。

带轮 15与增速器 16的输入轴之间设置棘轮组件 9 (见图 3和图 13 )。

见图 2， 限位组件 13包括撞块 131、 限位弹簧 132和固定块 133。 撞块 131可以在牵引 绳 12上滑动， 固定块 133则固定在牵引绳 12上。 撞块 131与固定块 133之间设置限位弹簧 132。

见图 3和图 4， 所述飞轮电池的真空盒 21 内， 飞轮 22与一磁动轮 23连接， 磁动轮 23 沿圆周设有多块第二磁铁 231 ; 磁动轮 23上的第二磁铁 231与第二摩擦轮 18上的第一磁铁 181 数量相等， 且一一对应， 并通过磁场耦合； 为减少摩擦消耗， 在第二摩擦轮的端面设置 了多个滚球 182， 见图 5， 相对应， 在真空盒外， 设置了供滚球 182运行的滑槽 211 ; 磁动轮 23与第二摩擦轮 18同轴心； 需要说明的是接近磁动轮 23和第二摩擦轮 18的零部件都应该 是不易被磁化的无磁性材料制作， 以避免磁动轮 23和第二摩擦轮 18的运行受到干扰。

(见图 4至图 7 ) 自动分离机构的作用在于： 第二摩擦轮 18驱动磁动轮 23转动的工作 结束后， 能自动远离磁动轮 23， 否则第二摩擦轮 18上的第一磁铁 181对转动中的磁动轮 23 产生阻力， 将会消耗飞轮 22的动能。 自动分离机构包括引导螺栓 31、 第一复位弹簧 32、 楔 块推杆机构 33、 滑落杆 34; 滑落杆 34上部与真空盒 21连接， 滑落杆 34下部与增速器 16的 外壳连接； 引导螺栓 31设置在滑落杆 34上部； 第一复位弹簧 32设置在引导螺栓 31内部， 其作用是当外力使引导螺栓 31向磁动轮 23方向移动时， 第一复位弹簧 32受压， 当作用于引 导螺栓 31的外力消失后， 第一复位弹簧 32使引导螺栓 31复位。 引导螺栓 31外设置第二摩 擦轮 18。 引导螺栓 31包括了斜面 311， 光轴 312和螺纹 313。 斜面 311是供楔块 333楔入而 设置的 （见图 7)。 光轴 312是供第二摩擦轮 18的螺孔 183的小径在光轴 312上转动。 当引 导螺栓 31的螺纹 313进入到旋转中的第二摩擦轮 18的螺孔 183后， 第二摩擦轮就可以绕螺 纹 313旋转， 直至旋转出螺纹 313外， 滑落到滑落杆 34上。

见图 6、 图 7， 楔块推杆机构 33主要包括第二复位弹簧 331、 推杆 332、 楔块 333。 当限 位组件 13的撞块 131推动推杆 332 (此时， 第二复位弹簧 331受压）， 与推杆 332连接的楔 块 333楔入引导螺栓的斜面 311， 迫使引导螺栓 31朝磁动轮 23方向移动； 当撞块 131离开 推杆 332后， 第二复位弹簧 331使推杆 332恢复到被推动之前的位置。

使用方法：

方法 1、 见图 1和图 3， 将第二摩擦轮 18经引导螺栓 31的螺纹 313旋转进入， 安装在导 引螺栓 31的光轴 312上； 然后把重力充能装置悬挂于高处。在野外， 往往可以将重力充能装 置悬挂在树上， 或者在陡峭的山壁上打桩悬挂。 这时候， 重物袋 11最好是在地面的垫高物 8 上的 （当重物袋 11牵引到高处后， 垫高物 8须移至别处， 这样， 重物袋 11下落到接近地面 时， 牵引绳上的限位组件 13才会有效地撞到自动分离机构的推杆 332， 使自动分离机构自动 工作）。

然后拉动牵引绳 12， 牵引重物袋 11向上接近带轮 15; 由于带轮 15与增速器 16之间设 置了棘轮组件 9 (见图 3和图 13 )， 所以将重物袋 11牵引向上时， 带轮 15处于空转状态， 拉 动并不费力； 而当重物袋 11下降时， 带轮 15作用于棘轮组件 9， 棘轮组件 9与增速器 16的 输入轴 161啮合， 带动增速器 16和相关连接部件转动。

重物袋 11升高后，放开牵引绳 12，重物袋 11开始靠重力下落，重物袋 11在下落过程中， 通过牵引绳 12带动带轮 15转动， 增速器 16将带轮 15的转速提高， 增速器 16的输出端 163 带动第一摩擦轮 17转动， 第一摩擦轮 17带动第二摩擦轮 18， 第二摩擦轮 18上的磁铁 181 与真空盒 21内的磁动轮 23上的磁铁 231通过磁场的耦合， 使第二摩擦轮 18带动磁动轮 23 和飞轮 22转动， 飞轮 22在转动中储存动能。

当重物袋 11下落到接近地面时，牵引绳 11上的限位组件的撞块 131与推杆 332接触（见 图 1、 图 2、 图 6、 图 7 ) 。 这时候， 真空盒 21内的飞轮 22已经储存了足够的动能， 飞轮 22 实际上已经可以通过磁动轮 23带动第二摩擦轮 18转动。所以， 重物袋 11的重力足以使撞块 131后面的限位弹簧 132逐渐受压缩， 限位弹簧 132产生的弹力通过撞块 131推动推杆 332， 与推杆 332连接的楔块 333楔入导引螺栓的斜面 311， 使导引螺栓 31朝磁动轮 23方向轴向 移动， 见图 5 (平键 39使得导引螺栓 31只允许轴向移动） ； 于是， 导引螺栓的螺纹 313与 转动中的第二摩擦轮 18的螺孔 183啮合， 见图 9和图 11。 这时候， 第二摩擦轮 18的被转动 力主要来自被飞轮 22带动的磁动轮 23， 磁动轮 23通过与第二摩擦轮 18的磁场耦合， 带动 第二摩擦轮 18转动。 于是， 第二摩擦轮 18继续旋转， 而这时第二摩擦轮 18的旋转是绕导引 螺栓的螺纹 313旋转的， 所以最后第二摩擦轮 18可以旋转出导引螺栓的螺纹 313外， 滑落在 滑落杆 34上； 从而使第二摩擦轮 18远离磁动轮 23 (见图 12 ) ， 其磁铁 181的磁力不再对磁 动轮 23产生阻力。 于是飞轮 22可以在真空盒 21内的真空中依靠储存的动能继续转动。

当外界需要电能时， 飞轮 22的动能通过发电机 25转化为电能， 输出给外部负载。

方法 2、当飞轮 22还有剩余动能时，用止动磁铁 27插入真空盒上的止动槽 28 (见图 14)， 真空盒中的磁动轮 23中的磁铁 231受止动磁铁 27磁力， 使磁动轮 23和飞轮 22逐渐停止转 动； 然后将第二摩擦轮 18安装在导引螺栓的光轴 213上； 重物袋 11置于地面的垫高物 8上； 然后把重力充能装置悬挂于高处； 拉动牵引绳 12， 牵引重物袋 11向上接近带轮 15; 将垫高 物移至别处； 放开牵引绳， 重物袋开始靠重力下落； 重物袋 11在下落中， 通过牵引绳 12带 动带轮 15转动， 其余与方法 1相同。