ЭНЕРГОАККУМУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАБОТАЮЩИХ НА СКРУЧИВАНИЕ ПРУЖИН
ENERGY STORAGE DEVICE USING SPRINGS OPERATING FOR TORSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к энергоаккумулирующему устройству. В частности, настоящее изобретение относится к энергоаккумулирующему устройству, которое способно получать энергию от различных видов источников энергии, аккумулировать ее за счет использования пружин кручения и выделять ее.
Описание известного уровня техники
Ввиду того что запасы нефти на земле исключительно ограничены, вполне определенно, что в будущем они, безусловно, иссякнут. Кроме того, управление и распределение нефтяных ресурсов находится в руках всего лишь нескольких стран. Более того, сгорание или использование нефтепродуктов в качестве топлива оказывает исключительно негативное воздействие на окружающую среду. В этой связи разработка новых источников энергии является важнейшей задачей.
Фактически, существуют различные виды экологически безопасных источников энергии, такие как солнечная энергия, ветровая энергия, гидроэнергия и т.д., и указанные источники энергии являются практически неиссякаемыми. Тем не менее, указанные виды экологически безопасных источников энергии должны быть преобразованы в такую форму энергии, которую можно было бы практически использовать. Кроме того, указанные источники энергии являются нестабильными. Например, солнечная энергия недоступна в ночное время; ветер в ряде случаев может усиливаться и в ряде случаев может ослабевать, и, следовательно, энергия ветра нестабильна; гидроэнергия может быть недоступной в периоды сезонов засухи. Таким образом, важнейший вопрос использования экологически безопасных источников энергии заключается в следующем: энергию, когда она является доступной, необходимо аккумулировать в большом количестве, и энергию можно снимать с устройства в том случае, когда подводимая энергия от источника энергии иссякает.
В отношении преобразования энергии в форму энергии, которая могла бы быть использована, устройство, которое может быть применено для осуществления такого преобразования, раскрывается в изобретении, описанном в патенте Республики Китай, номер 197,189 (изобретено автором настоящего изобретения), озаглавленном «Установка для аккумулирования энергии, в которой энергия аккумулируется за счет скручивания пружины». Такая энергоаккумулирующая установка включает корпус, энергоаккумулирующие блоки и коробку передач. Энергоаккумулирующие блоки и коробка передач расположены в корпусе. Каждый из энергоаккумулирующих блоков включает продольный стержень, несколько элементов роторных дисков и несколько спиральных пружин. На каждом элементе диска выполнены внешний удерживающий выступ и внутренний удерживающий паз. Спиральная пружина расположена между двумя дисками, и два конца пружины удерживаются внешним удерживающим выступом и внутренним удерживающим пазом. Вал подвода энергии расположен внутри корпуса и может передавать энергию для привода первого элемента роторного диска. Кроме того, коробка передач снабжена стороной подвода энергии и стороной отвода энергии. Вал вывода энергии выступает из корпуса. Внутри коробки передач установлено несколько зубчатых колес, которые могут входить в зацепление с роторным диском, расположенным внутри коробки передач. Таким образом, в энергоаккумулирующей установке энергия аккумулируется за счет скручивания пружин, и затем обеспечивается стабильный съем энергии с установки.
Такая энергоаккумулирующая установка может быть использована для аккумулирования энергии и постоянного вывода энергии. Однако подобная энергоаккумулирующая установка обладает рядом недостатков. Наиболее серьезным недостатком является неэффективность скручивания пружин ввиду использования в энергоаккумулирующей установке известных спиральных пружин. Вследствие этого, эффективность аккумулирования энергии является достаточно низкой. Другой недостаток заключается в однонаправленных подшипниках передачи крутящего момента, так как в указанных установках подшипники могут быть легко повреждены, если величина скручивающего усилия, подводимого к энергоаккумулирующей установке, достигает почти максимального значения. Таким образом, такая энергоаккумулирующая установка может быть использована для малогабаритных источников энергии и, следовательно, не может быть использована для крупногабаритных источников энергии, таких как электростанции.
С целью устранения указанных недостатков изобретатель настоящего изобретения глубоко изучил предмет и успешно разработал энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения.
Краткое изложение существа настоящего изобретения
Основная цель настоящего изобретения заключается в создании энергоаккумулирующего устройства, которое может быть использовано для различных типов энергогенерирующих устройств для аккумулирования энергии за счет скручивания пружин и которое может высвобождать энергию в том случае, когда энергогенерирующее устройство прекращает подавать энергию.
Вторая цель настоящего изобретения заключается в создании энергоаккумулирующего устройства, способного поддерживать постоянный вывод энергии.
Третья цель настоящего изобретения заключается в создании энергоаккумулирующего устройства, обладающего высокой эффективностью аккумулирования энергии и занимающего ограниченную монтажную площадь.
Для достижения указанных целей в настоящей заявке раскрывается энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения. В энергоаккумулирующем устройстве настоящего изобретения энергия, подаваемая с энергогенерирующего устройства, аккумулируется путем скручивания пружин, и затем происходит ее постоянное высвобождение. Энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения включает несколько зубчатых колес, несколько ограничителей величины скручивающего усилия, несколько однонаправленных подшипников передачи крутящего момента, несколько энергоаккумулирующих блоков и несколько зубчатых колес, повышающих скорость вращения. Источник вращательной энергии соединен с зубчатыми колесами, и величина усилия и направление скручивания передаваемой энергии ограничиваются ограничителями величины скручивающего усилия и однонаправленными подшипниками передачи крутящего момента соответственно. Затем подводимая энергия аккумулируется в энергоаккумулирующих блоках за счет сжатия пружин. Энергия сжатых пружин может быть выведена с помощью зубчатых колес, повышающих скорость вращения. Если величина скручивающего усилия превышает предварительно заданное значение, ограничители величины скручивающего усилия прерывают передачу усилия скручивания, переводя установку в режим холостого хода, для предотвращения повреждения энергоаккумулирующих блоков. Однонаправленные подшипники передачи крутящего момента обеспечивают только однонаправленную передачу скручивающего усилия с каждого из ограничителей величины скручивающего усилия на энергоаккумулирующие блоки с целью предотвращения прохождения скручивающего усилия в обратном направлении для защиты ограничителей величины скручивающего усилия и зубчатых колес. Каждый из энергоаккумулирующих блоков включает по меньшей мере два концевых роторных диска, которые соосно соединены друг с другом. Элемент ленточной пружины расположен между каждой парой элементов роторного диска, и один конец элемента ленточной пружины изогнут в противоположном направлении (противоположном направлению намотки ленточной пружины) и фиксируется удерживающим пазом для усиления скручивания. Зубчатые колеса, повышающие скорость вращения, соединены с элементом роторного диска со стороны вывода энергии для увеличения скорости вращения с целью вывода энергии. Кроме того, энергоаккумулирующие блоки могут быть соединены последовательно или параллельно с целью повышения эффективности аккумулирования энергии и вывода энергии.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе энергоаккумулирующего устройства настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид сбоку энергоаккумулирующего устройства настоящего изобретения.
Фиг. 2А - увеличенный вид, иллюстрирующий, каким образом сторона вывода энергии элемента роторного диска соединена с зубчатыми колесами, повышающими скорость вращения.
Фиг. 3 - блок-схема, иллюстрирующая энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения, используемое в ветроэнергетической установке.
Фиг. 4 - покомпонентное изображение, иллюстрирующее, каким образом элемент ленточной пружины соединен с концевой частью элемента роторного диска при первом типе способа соединения.
Фиг. 5 - другое покомпонентное изображение, иллюстрирующее, каким образом элемент ленточной пружины соединен с концевой частью элемента роторного диска при первом типе способа соединения.
Фиг. 6 - продольный вид, иллюстрирующий, каким образом элементы ленточной пружины размещены в энергоаккумулирующем блоке при первом типе способа соединения.
Фиг. 7 - вид в перспективе, иллюстрирующий, каким образом элементы ленточной пружины размещены в энергоаккумулирующем блоке при первом типе способа соединения.
Фиг. 8 - покомпонентное изображение, иллюстрирующее, каким образом элемент ленточной пружины соединен с концевой частью элемента роторного диска при втором типе способа соединения.
Фиг. 9 - другое покомпонентное изображение, иллюстрирующее, каким образом элемент ленточной пружины соединен с концевой частью элемента роторного диска при втором типе способа соединения.
Фиг. 10 - продольный вид, иллюстрирующий, каким образом элементы ленточной пружины размещены в энергоаккумулирующем блоке при втором типе способа соединения.
Фиг. 11 - вид в перспективе, иллюстрирующий, каким образом элементы ленточной пружины размещены в энергоаккумулирующем блоке при втором типе способа соединения.
Фиг. 12 - вид в перспективе, иллюстрирующий, каким образом энергоаккумулирующие блоки соединены последовательно.
Фиг. 13 - вид в перспективе, иллюстрирующий, каким образом энергоаккумулирующие блоки соединены параллельно.
Перечень номеров позиций
Подробное описание предпочтительного примера осуществления настоящего изобретения
На Фиг. 1-3 проиллюстрировано энергоаккумулирующее устройство 1 настоящего изобретения. Энергоаккумулирующее устройство 1 настоящего изобретения включает несколько шестерен 11, преобразующих энергию скручивания, несколько ограничителей скручивания 12, несколько однонаправленных подшипников передачи крутящего момента 13, несколько энергоаккумулирующих блоков 14 и несколько зубчатых колес 15, повышающих скорость вращения. Источник энергии соединен с шестерней 11, преобразующей энергию скручивания, и величина и направление скручивающего усилия подводимой энергии ограничены ограничителем скручивания 12 и однонаправленными подшипниками передачи крутящего момента 13 соответственно. Затем передаваемая энергия аккумулируется в энергоаккумулирующем блоке 14 за счет скручивания пружин. Аккумулированная энергия может быть выведена с помощью повышающего скорость вращения зубчатого колеса 15.
В соответствии с более подробным описанием сначала при подводе энергии крутящий момент вынуждает вращаться шестерню 11, преобразующую энергию скручивания. Затем, если величина скручивающего усилия превышает предварительно заданное значение ограничителя кручения 12, ограничитель кручения 12 прерывает передачу скручивающего усилия путем перевода устройства в холостой режим с целью предотвращения повреждения энергоаккумулирующего блока 14. Каждый из однонаправленных подшипников 13 передачи крутящего момента соединен со стороной вывода энергии соответствующего устройства 12 ограничения величины скручивающего усилия и обеспечивает только однонаправленное прохождение скручивающего усилия от каждого ограничителя скручивания 12 к соответствующему энергоаккумулирующему блоку 14, тем самым предотвращая прохождение скручивающего усилия в противоположном направлении с целью защиты ограничителя скручивания 12 и шестерни 11, преобразующей энергию скручивания. Каждый из энергоаккумулирующих блоков 14 включает по меньшей мере два концевых роторных диска 142 и 143, соосно соединенных друг с другом. Работающая на скручивание пружина 141 размещена между каждой парой концевых элементов роторных дисков 142 и 143. Кроме того, один конец работающей на скручивание пружины 141 изогнут в противоположном направлении. Сторона подвода энергии каждого элемента роторного диска 142 соединена со стороной вывода энергии соответствующего однонаправленного подшипника 13, и сторона вывода энергии элементов роторного диска 143 соединена с повышающим скорость вращения зубчатым колесом 15 (см. Фиг. 2А). Когда повышающее скорость вращения зубчатое колесо 15 находится в нерабочем режиме, элементы роторного диска 143 остаются неподвижными. Таким образом, каждый элемент роторного диска 142 может вращаться относительно соответствующего элемента роторного диска 143. Когда повышающее скорость вращения зубчатое колесо 15 приводят в действие, может быть ускорена отдача энергии, аккумулированной в элементах роторного диска 143, и затем обеспечен ее вывод.
Как показано на Фиг. 2, энергоаккумулирующее устройство 1 настоящего изобретения фактически является частью более крупногабаритной системы энергообеспечения. В данном примере осуществления настоящего изобретения подобная система представляет собой ветроэнергетическую установку. Энергогенерирующее устройство 2, на которое может подаваться энергия вращения, создаваемая ветром, водой, человеком или другими видами источников, соединено со стороной подвода энергии 16 энергоаккумулирующего устройства 1. Муфта сцепления 51 размещена между стороной подвода энергии 16 и энергогенерирующим устройством 2, и также может быть установлено устройство для измерения скорости ветра 21 для определения включения муфты сцепления 51 в зависимости от величины скорости вращения. Кроме того, коробка передач 53 и маховик 52 размещены между стороной подвода энергии 16 и муфтой сцепления 51. Маховик 52 предназначен для стабилизации вывода энергии энергогенерирующего устройства 2, и коробка передач 53 предназначена для снижения скорости вращения энергогенерирующего устройства 2 с целью повышения величины скручивания. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, электромагнитный тормоз 61, коробка скоростей с бесступенчатым регулированием 62, регулятор скорости 63, маховик 64, муфта сцепления 65 и генератор 3 расположены слева направо на Фиг. 3. Электромагнитный тормоз 61 предназначен для снижения или прекращения вывода энергии повышающего скорость вращения зубчатого колеса 15. Коробка скоростей с бесступенчатым регулированием 62 предназначена для поддержания скорости вращения в процессе вывода энергии. Регулятор скорости 63 предназначен для регулирования скорости вращения в процессе вывода энергии. Маховик 64 предназначен для стабилизации вывода энергии. Муфта сцепления 65 предназначена для регулирования подачи выходной энергии на генератор 3.
Муфта сцепления 51, устройство для измерения скорости ветра 21, коробка передач 53, ограничитель скручивания 12, энергоаккумулирующий блок 14, электромагнитный тормоз 61, коробка скоростей с бесступенчатым регулированием 62, регулятор скорости 63, муфта сцепления 65 и генератор 3 соединены с блоком управления ЭВМ 4 для управления работой системы в целом.
Как проиллюстрировано на Фиг. 4-11, для повышения эффективности аккумулирования энергии каждая работающая на скручивание пружина 141 имеет конец, изогнутый в противоположном направлении. Центральный удерживающий элемент 144 расположен по центру каждого элемента роторного диска 142 и 143 на стороне подвода энергии. Внешний удерживающий паз 146 выполнен на внешней части каждого элемента роторного диска 142 и 143, и внутренний удерживающий паз 145 выполнен в каждом центральном удерживающем элементе 144. Внутренний конец 147 каждой работающей на скручивание пружины 141 фиксируется во внутреннем удерживающем пазу 145, и внешний конец 148 каждой работающей на скручивание пружины 141 изогнут в противоположном направлении и фиксируется во внешнем удерживающем пазу 146. Существует два типа способов соединения элементов ленточной пружины 141. В соответствии с первым способом внутренний конец 147 каждой работающей на скручивание пружины 141 сначала фиксируется во внутреннем удерживающем пазу 145, и затем внешний конец 148 изгибается в противоположном направлении (т.е. в направлении, противоположном направлению намотки ленточной пружины) и фиксируется в наружном удерживающем пазу 146. В соответствии со вторым способом наружный конец 148 каждой работающей на скручивание пружины 141 сначала фиксируется во внешнем удерживающем пазу 146, и затем внутренний конец 147 изгибается в противоположном направлении (т.е. в направлении, противоположном направлению намотки ленточной пружины) и фиксируется во внутреннем удерживающем пазу 145. Таким образом, несколько элементов роторного диска 142 и 143 могут быть соединены с помощью таких элементов ленточных пружин 141 с целью повышения эффективности аккумулирования энергии. Кроме того, волнообразная структура 149 может быть выполнена на поверхности каждой работающей на скручивание пружины 141 с целью повышения эффективности аккумулирования энергии.
Как проиллюстрировано на Фиг. 12, несколько промежуточных роторных дисков 140 соосно размещены между каждой парой концевых роторных дисков 142 и 143. Каждый концевой роторный диск 142 на стороне подвода энергии соединен с однонаправленными подшипниками передачи крутящего момента 13 стороны вывода энергии, и каждый концевой роторный диск 143 стороны вывода энергии соединен с повышающим скорость вращения зубчатым колесом 15. Кроме того, работающая на скручивание пружина 141 размещена между каждым элементом роторного диска 142 стороны подвода энергии и каждым промежуточным элементом роторного диска 140, а также между каждым промежуточным элементом роторного диска 140 и каждым элементом роторного диска 143 стороны вывода энергии. Когда повышающее скорость вращения зубчатое колесо 15 выключено, указанное повышающее скорость вращения зубчатое колесо 15 может блокировать элементы роторного диска 143 стороны вывода энергии, в результате чего обеспечивается вращение элемента роторного диска 142 стороны подвода энергии и, в конечном счете, аккумулирование энергии. При этом элементы ленточной пружины 141 приводят во вращение промежуточные элементы роторного диска 140 для аккумулирования энергии до тех пор, пока не прекратится подача энергии. При включении зубчатых колес, повышающих скорость вращения, элемент роторного диска 143 стороны вывода энергии может привести во вращение промежуточные элементы роторных дисков 140 и элемент роторного диска 142 стороны подвода энергии для ускорения вывода энергии с помощью элемента ленточной пружины 141.
На Фиг. 13 проиллюстрирован другой пример осуществления настоящего изобретения. Энергоаккумулирующая установка 14 может представлять собой конструкцию с параллельным расположением элементов, и зубчатые колеса могут распределять энергию по элементам энергоаккумулирующей установки 14; кроме того, энергия может быть выведена с помощью повышающего скорость вращения зубчатого колеса 15. При этом каждая из энергоаккумулирующих установок 14 снабжена своим собственным устройством ограничения величины скручивания 12 и однонаправленным подшипником 13 передачи крутящего момента.
Энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения обладает следующими преимуществами.
1. Энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения может быть использовано в сочетании с различными типами энергогенерирующих устройств для аккумулирования энергии за счет скручивания пружин. Кроме того, энергоаккумулирующее устройство может отдавать энергию при останове энергогенерирующего устройства для обеспечения энергоснабжения и может аккумулировать энергию в том случае, когда энергогенерирующее устройство продолжает подавать энергию для обеспечения постоянного вывода энергии.
2. В энергоаккумулирующем устройстве настоящего изобретения можно поддерживать постоянный вывод энергии: энергия, генерируемая энергогенерирующим устройством, сначала подается на энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения и затем выводится при постоянной величине за счет регулировки требуемой скорости вращения.
3. Энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения обладает высокой эффективностью аккумулирования энергии и занимает ограниченную монтажную площадь. Таким образом, устройство настоящего изобретения, безусловно, является полезным.
4. Энергоаккумулирующее устройство настоящего изобретения может быть использовано в автомобилях, электрических вентиляторах, электробритвах, игрушечных автомобилях и иных устройствах, в которых используется энергия вращательного движения. Устройство настоящего изобретения также может использоваться в сочетании с генераторами малой мощности в целях применения таких генераторов в качестве аварийного источника электропитания в быту или вне помещений.
5. Подвод энергии к энергоаккумулирующему устройству настоящего изобретения может осуществляться вручную; устройство может использоваться в сочетании с такими спортивными средствами, как велосипеды. Таким образом, энергия может быть постепенно аккумулирована, а затем преобразована в постоянную, более мощную выходную энергию.
Безусловно, в вышеприведенный пример осуществления настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения и дополнения, не выходящие за пределы объема изобретения. Таким образом, в целях содействия прогрессу в науке и прикладных науках, настоящее изобретение раскрывается и ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.