УСТРОЙСТВО НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
ENERGY STORAGE DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству накопления энергии, включающему многочисленные механические компоненты, чтобы сжимаемая пружина в сопряжении с вращающимся валом могла аккумулировать потенциальную энергию, преждевременное высвобождение которой предотвращается.
Уровень техники
Общеизвестно, что пружина типа удлиненной спирали, будучи сжатой, может сохранять потенциальную энергию. Такая энергия, как сохраняемая удлиненной спиральной пружиной, не может обеспечивать возможность работы конкретного устройства, требующего механической мощности на протяжении относительно длительного периода времени, так как накопленная энергия будет расходоваться в неконтролируемом режиме. Другими словами, потенциальная энергия, аккумулированная пружиной, не является практически полезной, поскольку нельзя обезопаситься от преждевременного высвобождения такой энергии.
Помимо прочего, можно сослаться на патентный документ US4181299 как публикацию согласно прототипу в технической области изобретения, который раскрывает приводимые в действие пружиной качели, включающие раму, поддерживающую сиденье качелей в движении вперед и назад, сборный узел двигателя с пружинным приводом внутри закрытого кожуха, и имеющий головку в виде охватываемой втулки, разъемно сопряженной с обоймой, сформированной на указанных качелях; причем имеется регулируемый кулисой запорный механизм, оснащенный указанным сборным узлом двигателя с пружинным приводом, создающий порционное высвобождение мощности, запасенной в указанной пружине. Опора сиденья качелей и запорная кулиса могут функционально сопрягаться с возможностью разборки.
Поэтому патентный документ US4181299 раскрывает приводимую в действие пружиной систему, в которой предусматривается периодическое высвобождение ограниченных порций энергии пружины, и получается относительно длительный эксплуатационный период.
С другой стороны, настоящее изобретение разработано с последующим подтверждением того, что сжимаемая пружина может быть одновременно сжата и расслаблена на противоположных концах основного вала, как это представлено отличительными признаками, определенными в пункте 1 формулы изобретения.
Цели настоящего изобретения
Основная цель настоящего изобретения состоит в создании устройства накопления энергии, аккумулирующего потенциальную энергию в сжимаемой пружине.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства накопления энергии, аккумулирующего потенциальную энергию, применимую для конкретных целей посредством имеющегося внешнего вала.
Кроме того, цель настоящего изобретения состоит в создании устройства накопления энергии, аккумулирующего потенциальную энергию в сжимаемой пружине путем непрерывной передачи энергии сжатия на указанную сжимаемую пружину с предварительно определенной скоростью ротационного сжатия.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения состоит в создании устройства накопления энергии, аккумулирующего потенциальную энергию в сжимаемой пружине, действующей как пружинная система, в которой может обеспечиваться непрерывное высвобождение ограниченных количеств энергии пружины на протяжении относительно протяженного периода действия.
К тому же еще одной дополнительной целью настоящего изобретения является создание устройства накопления энергии, аккумулирующего потенциальную энергию в сжимаемой пружине, которая может быть одновременно подвергнута сжатию и расслаблению на противоположных концах основного вала.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения состоит в создании устройства накопления энергии, аккумулирующего потенциальную энергию в сжимаемой пружине, непрерывно сохраняющей свое сжатое состояние вследствие непрерывно действующего сжимающего движения.
Сущность изобретения
Предлагается устройство накопления энергии: включающее сжимаемую пружину, необязательно намотанную вокруг основного вала, протяженного между высвобождающим средством и сжимающим средством, причем указанные сжимающее средство и высвобождающее средство находятся в прочно зафиксированной взаимосвязи с указанной сжимаемой пружиной на двух концах основного вала, причем сжимающее средство и высвобождающее средство могут поворачиваться с различными скоростями так, чтобы сжимать сжимаемую пружину с одной продольной стороны основного вала, в то же время одновременно высвобождая сжимаемую пружину с другой продольной стороны, причем указанное устройство накопления энергии дополнительно включает гидроцилиндр, непрерывно приводимый в действие гидравлическим насосом таким образом, что указанная сжимаемая пружина сжимается указанным сжимающим средством, которому указанным гидроцилиндром сообщается вращательное движение, и с указанного гидроцилиндра периодически сбрасывается давление с помощью гидравлического клапана с постоянными интервалами, для обеспечения указанному сжимающему средству возможности непрерывного однонаправленного вращательного движения с постоянной скоростью.
Краткое описание технических чертежей
Сопроводительные чертежи приведены исключительно с целью иллюстрирования устройства накопления энергии в качестве примера, преимущества которого перед прототипом были обрисованы выше и будут вкратце разъяснены далее.
Чертежи не только не подразумеваются ограничивающими пределы правовой охраны, как определяемые в пунктах формулы изобретения, но и не должны рассматриваться отдельно в попытке толковать определяемую в указанных пунктах формулы изобретения область без обращения к раскрытой технической сущности изобретения в описании настоящего изобретения.
Фиг. 1 демонстрирует вид сбоку устройства накопления энергии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 показывает вид сверху устройства накопления энергии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 показывает вид в разрезе гидроцилиндра согласно настоящему изобретению.
Фиг. 4 показывает альтернативный вид в разрезе гидроцилиндра согласно настоящему изобретению.
Фиг. 5 показывает вид сбоку в разрезе устройства накопления энергии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6 показывает альтернативный вид в разрезе гидроцилиндра вместе со средством регулирования клапана и сборным узлом лопасти и держателя лопасти согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7 показывает вид сверху в разрезе устройства накопления энергии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8 показывает перспективный вид с первой стороны устройства накопления энергии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9 показывает перспективный вид со второй стороны устройства накопления энергии согласно настоящему изобретению.
Подробное описание настоящего изобретения
Нижеследующие численные обозначения приписаны кодовым номерам позиций различных деталей в подробном описании:
10) устройство накопления энергии
11) сжимаемая пружина
12) передаточная шестерня
13) гидравлический насос
14) блок питания
15) внешний вал
16) ведущая шестерня
17) трубопровод
18) карданное соединение валов
19) генератор
20) высвобождающее средство
21) сжимающее средство
22) гидравлический клапан
23) электродвигатель
24) концевая шестерня
25) зубчатая рейка
26) гидроцилиндр
27) участок седла пружины
28) основной вал
29) шестерня вала
30) промежуточная шестерня
31) вращающийся противовес
32) рычаг
33) корпус генератора
34) опорная платформа
35) контрпружина
36) плунжер
37) корпус цилиндра
38) лопасть
39) держатель лопасти
40) средство регулирования клапана
41) кулиса
42) ограничительный выступ
Настоящее изобретение относится к устройству (10) накопления энергии, в общем обозначаемому кодовым номером 10 позиции, состоящему из ряда механических и электромеханических компонентов, как будет описано далее. Гидравлический насос (13) работает для приведения в действие гидроцилиндра (26), который, в свою очередь, совершает передачу энергии на пружинную систему, уже имеющую накопленную потенциальную энергию. Настоящее изобретение обеспечивает то, что, в то время как потенциальная энергия, запасенная в сжимаемой пружине (11), может быть использована для конкретных целей через соответствующий внешний вал (15), самой сжимаемой пружине (11) непрерывно передается энергия с предварительно определенной скоростью ротационного сжатия, и она также действует как пружинная система, в которой непрерывное высвобождение ограниченных количеств энергии пружины может обеспечиваться на протяжении относительно длительного периода работы.
Со ссылкой теперь на Фиг. 1, показывающую вид сбоку устройства (10) накопления энергии, передаточная шестерня (12) поворачивает вторую шестерню, а именно, промежуточную шестерню (30), обычно находящуюся в постоянном зацеплении с шестерней (29) вала так, что последняя может вращаться для привода, через карданное соединение (18) валов, электрического генератора (19) внутри корпуса (33) генератора, причем указанный электрический генератор (19) находится в электрическом соединении с блоком (14) питания, то есть, электрическим аккумулятором. Наконец, блок (14) питания обеспечивает вращение с постоянной скоростью, и тем самым регулирование скорости электродвигателя (23), как будет подробно разъяснено ниже. Однако следует отметить, что передаточная шестерня (12) необязательно содействует приводу электрического генератора (19) для заряда указанного блока (14) питания. Опорная платформа (35) с вертикальными несущими элементами может быть использована для надежного поддерживания вала. Кроме того, с валом может быть соединен необязательный вращающийся противовес (31), как показано в примерных вариантах исполнения согласно Фиг. 8.
Со ссылкой на Фиг. 2, указанное устройство (10) накопления энергии включает сжимающее средство (21) и высвобождающее средство (20) в жестком соединении с указанной сжимаемой пружиной (11) на двух ее концах так, что, например, спирально закрученная сжимаемая пружина (11), намотанная вокруг основного вала (28), протяженного между указанным сжимающим средством (21) и указанным высвобождающим средством (20), может быть одновременно сжатой и несжатой на противоположных концах в ответ на вращение указанного сжимающего средства (21) относительно основного вала (28). Другими словами, сжимающее средство (21) и высвобождающее средство (20) на двух продольных концах основного вала (28), на котором указанная сжимаемая пружина (11) жестко закреплена на двух продольных сторонах, могут поворачиваться с различными скоростями так, чтобы сжимать сжимаемую пружину (11) с одной продольной стороны, в то же время одновременно высвобождая ее с другой продольной стороны.
В то время как сжимающее средство (21) может поворачиваться вокруг основного вала (28) с относительной скоростью сравнительно со скоростью основного вала (28), высвобождающее средство (20) поворачивается с одинаковой с основным валом (28) скоростью. Поэтому сжимающее средство (21) совершает сжатие сжимаемой пружины (11), и тем самым запасенная потенциальная энергия позволяет высвобождающему средству (20) возбуждать вращательное движение основного вала (28), который также вращает указанную передаточную шестерню (12), как разъяснялось выше. Поэтому изобретение обеспечивает то, что сжимаемая пружина (11) непрерывно сохраняет свое сжатое состояние благодаря непрерывно действующему движению от привода с вращением указанного сжимающего средства (21) гидроцилиндром (26), в то же время обеспечивая высвобождение энергии указанным высвобождающим средством (2). В совокупности, когда гидравлический насос (13) действует для непрерывного привода гидроцилиндра (26), последний периодически сбрасывается, чтобы продолжалась операция сжатия, и потенциальная энергия передается на указанную сжимаемую пружину (11) посредством указанного сжимающего средства (21).
Согласно настоящему изобретению, работа устройства (10) накопления энергии начинается так, что сжимаемая пружина (11) в уже сжатом состоянии (например, вручную через указанную передаточную шестерню (12)) дополнительно сжимается сжимающим средством (21) посредством гидроцилиндра (26), придающего ей вращательное движение, при котором указанный высвобождающее средство (20) обеспечивает высвобождение механической энергии путем вращения. Поэтому устройство (10) накопления энергии согласно настоящему изобретению основывается на равновесии высвобожденной энергии с энергией сжатия, придаваемой системе, достигаемом во время высвобождения потенциальной энергии уже сжатой сжимаемой пружины (10) путем одновременного приложения сжимающей силы к ней. Как уже отмечалось, энергия сжатия генерируется указанным блоком (14) питания, подающим электроэнергию указанному электродвигателю (23) в механическом сопряжении с гидравлическим насосом (13), причем последний, в свою очередь, приводит в действие гидроцилиндр (26).
Согласно настоящему изобретению, чтобы поддерживать сжимаемую пружину (11) в сжатом рабочем состоянии, тогда как в то же время передавая накопленную энергию с нее, указанная сжимаемая пружина (11) должна непрерывно сжиматься предварительно определенным образом в плане постоянной скорости вращения, придаваемой указанному сжимающему средству (21). Для этой цели при скорости вращения указанного электродвигателя (23), поддерживаемой на постоянном уровне блоком (14) питания, также исполняя роль регулятора, гидравлический насос (13) обычно создает давление в соединенном с ним гидроцилиндре (26). Гидравлический насос (13) при постоянном давлении подает гидравлическое масло в гидроцилиндр (26), заставляя шток цилиндра выдвигаться обычным образом. Трубопровод с соответствующими штуцерами для гидравлической текучей среды обозначен кодовым номером 17 позиции.
Гидравлический насос (13) сообщается с гидроцилиндром (26) через гидравлический клапан (22) в форме клапана с автоматическим регулированием с помощью рычага. Гидравлический клапан (22) действует как переключатель для сброса давления с гидроцилиндра (26), когда средство (40) регулирования клапана в связи с (линейной) зубчатой рейкой (25) передвигает рычаг (32) гидравлического клапана (22). Более конкретно, когда плунжер (36) гидроцилиндра (26) перемещается в цилиндрическом корпусе (37) подъемного устройства до достижения выдвинутого положения, он обусловливает линейное перемещение зубчатой рейки (25), которая движется перпендикулярно основанию устройства (10) накопления энергии, вследствие чего зубчатая рейка (25) поворачивает концевую шестерню (24), которая с возможностью вращения размещается в постоянном зацеплении с указанной зубчатой рейкой (25). Рейка (25), действуя в качестве привода вала, вращает концевую шестерню (24), как изображено в Фиг. 4.
Со ссылкой на Фиг. 6, показывающую вид в разрезе вдоль плоскости перпендикулярно продольной оси сжимаемой пружины (11), средство (40) регулирования клапана, имеющий два ограничительных выступа (42), переключает рычаг (32) гидравлического клапана (22) только тогда, когда плунжер (36), и тем самым зубчатая рейка (25), достигают предварительно определенного самого верхнего положения, в котором нижний ограничительный выступ (42) средства (40) регулирования клапана толкает рычаг вверх так, чтобы включить гидравлический клапан (22), в результате чего с гидроцилиндра (26) сбрасывается давление, и плунжер (36) занимает свое втянутое положение в цилиндрическом корпусе 37). Рычаг (32), ограничительные выступы (42) и средство (40) регулирования клапана лучше видны в Фиг. 1.
При сбросе давления с гидроцилиндра (26) плунжер (36) должен возобновить свое линейное перемещение вверх, чтобы продолжать сжатие сжимаемой пружины (11) вращением указанной концевой шестерни (24) посредством указанной зубчатой рейки (25). Поэтому, когда с гидроцилиндра (26) сбрасывается давление, рычаг (32) немедленно переходит в свое рабочее положение, создавая сообщение по текучей среде между гидравлическим насосом (13) и гидроцилиндром (26). Это обеспечивается верхним ограничительным выступом (42) средства (40) регулирования клапана, когда он также непосредственно занимает свое самое нижнее предварительно определенное положение, когда плунжер (36) втягивается.
В качестве второй меры для обеспечения позиционирования рычага (32) в его исходном положении, лопасть (38), шарнирно поддерживаемая держателем (39) лопасти, автоматически изгибается над указанным рычагом (32) для удерживания его в ориентации параллельно плоскости основания устройства (10) накопления энергии. Протяженный широкий участок вместе с нижним ограничительным выступом (42) позволяет лопасти (38) шарнирно опускаться по направлению указанного рычага (42). Протяженный широкий участок вместе с указанным нижним ограничительным выступом (42), действующие совместно с лопастью (38), присоединенной с возможностью вращения к держателю (39) лопасти, лучше видны в Фиг. 1. Кроме того, слегка наклонная боковая нижняя кромка лопасти (38), которая может поворачиваться вокруг оси качания, показана в Фиг. 6. Как видно в Фиг. 6, протяженный широкий участок воедино с указанным нижним ограничительным выступом (42), при перемещении вверх и вниз, избирательно обеспечивает поворот лопасти (38) только после переключающего перемещения рычага (32). Сам рычаг (32) не виден на изображении в разрезе согласно Фиг. 6.
Особенно важным является то, что механизм ограничения обратного хода предотвращает вращение концевой шестерни (24) по направлению, противоположному направлению сжатия, так, что сжимающее средство (21) в направлении аксиального сопряжения с ним не допускает вращения по направлению расслабления во время обратного перемещения плунжера (36) при возобновлении его движения вверх между втянутым и выдвинутым положениями.
Согласно настоящему изобретению, скорость вращения электродвигателя (23) приводит в действие гидравлический насос (13) через ведущую шестерню (16) и кулису (41). Контрпружина (35) в сопряжении с участком (27) седла пружины сглаживает действие плунжера (36) в особенности во время периодических перемещений с втягиванием последнего каждый раз, когда рычаг (32) включается.
В соответствии с настоящим изобретением, сжимаемая пружина (11) с винтовой обмоткой спирального типа формируется из высокопрочного металла или композитного материала, чтобы создавать в пружине напряжение без выхода за предел, где начинается пластическая деформация.
Короче говоря, настоящее изобретение предлагает устройство (10) накопления энергии, включающее сжимаемую пружину (11), протяженную между высвобождающим средством (20) и сжимающим средством (21), причем указанные сжимающее средство (21) и высвобождающее средство (20) находятся в прочно зафиксированной взаимосвязи с указанной сжимаемой пружиной (11) на ее двух концах, причем указанные сжимающее средство (21) и высвобождающее средство (20) могут поворачиваться с различными скоростями так, чтобы сжимать сжимаемую пружину (11) с одной продольной стороны ее, в то же время одновременно высвобождая сжимаемую пружину (11) с другой продольной стороны, причем указанное устройство (10) накопления энергии дополнительно включает гидроцилиндр (26), непрерывно приводимый в действие гидравлическим насосом (13) таким образом, что указанная сжимаемая пружина (11) сжимается указанным сжимающим средством (21), которому вращательное движение сообщается указанным гидроцилиндром (26), и с указанного гидроцилиндра (26) периодически сбрасывается давление с помощью гидравлического клапана (22) с постоянными интервалами, для предоставления указанному сжимающему средству (21) возможности непрерывного однонаправленного вращательного движения с постоянной скоростью.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения сжимаемая пружина (11) намотана вокруг основного вала (28), и указанные сжимающее средство (21) и высвобождающее средство (20) находятся в прочно зафиксированной взаимосвязи с указанной сжимаемой пружиной (11) на двух концах основного вала (28).
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный сжимающее средство (21) может поворачиваться относительно указанного основного вала (28), и указанный высвобождающее средство (20) может поворачиваться синхронно с основным валом (28).
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения гидроцилиндр (26) перемещает зубчатую рейку (25), которая вращает концевую шестерню (24), находящуюся с возможностью вращения в постоянном зацеплении с указанной зубчатой рейкой (25).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство дополнительно включает средство (40) регулирования клапана, который является подвижным синхронно вместе с плунжером (36) гидроцилиндра (26) так, что два ограничительных выступа (42) средства (40) регулирования клапана приводят в действие рычаг (32) гидравлического клапана (22) при выдвинутом положении плунжера (36), и затем немедленно переводят указанный рычаг (32) в неактивированное состояние при втянутом положении плунжера (36).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения нижний ограничительный выступ (42) средства (40) регулирования клапана перемещает рычаг (32)вверх для сброса давления с гидроцилиндра (26), и верхний ограничительный выступ (42) переводит рычаг в неактивированное состояние на конечном этапе втягивания плунжера (36).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения нижний ограничительный выступ (42) средства (40) регулирования клапана переключает рычаг (32) гидравлического клапана (22) только тогда, когда зубчатая рейка (25) достигает предварительно определенного самого верхнего положения.
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство (10) накопления энергии дополнительно включает лопасть (38), шарнирно поддерживаемую держателем (39) лопасти, таким образом, что указанная лопасть (38) автоматически изгибается над указанным рычагом (32) сразу же после того, как указанный рычаг (32) переводится в неактивированное состояние верхним ограничительным выступом (42).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения протяженный широкий участок вместе с нижним ограничительным выступом (42) позволяет лопасти (38) шарнирно опускаться по направлению указанного рычага (42) на конечном этапе втягивания плунжера (36).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения указанная лопасть (38) имеет наклонную боковую нижнюю кромку, находящуюся в зацеплении в контакте с указанным протяженным широким участком нижнего ограничительного выступа (42).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения концевая шестерня (24) включает механизм ограничения обратного хода, который предотвращает обратное вращение концевой шестерни (24) во время обратного перемещения зубчатой рейки (25) и плунжера (36).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения передаточная шестерня (12), функционально связанная с указанным высвобождающим средством (20), предназначена для привода электрического генератора (19) в электрическом соединении с блоком (14) питания.
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный блок (14) питания обеспечивает вращение с постоянной скоростью и регулирование скорости вращения электродвигателя (23).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения в указанный блок (14) питания подводится электроэнергия через внешний источник электрической энергии.
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения указанная передаточная шестерня (12) функционально связана с указанным электрическим генератором (19) через вращающийся противовес (31) между ними.
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный гидравлический насос (13) имеет привод от указанного электродвигателя (23).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный гидравлический насос (13) приводится в действие через ведущую шестерню (16) и кулису (41).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения на оси перемещения плунжера (36) предусматривается прочно закрепленная контрпружина (35).
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения сжимаемая пружина (11) представляет собой пружину с винтовой обмоткой спирального типа, сформированную из высокопрочного металла или композитного материала.