CN1030858C - 主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮 - Google Patents

主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮 Download PDF

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一种主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮，其中在飞轮上设置至少两组沿中心辐射分布的惯性体，并借助外加操作控制以流体力或机械力辅以主动驱动，在储能或释能等状态时，根据惯性体与飞轮中心的距离，即可改变其惯性质量，进而改变其转速。此外，在惯性体上设置储能弹簧或可压缩流体，以便当储能加速时借离心力使惯性体向飞轮外侧位移，当释能减速时使惯性体回到飞轮中心，从而使储能及释能惯量与速度间的固定关系变为可控和可调整。

Description

主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮
本发明涉及一种主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮。
传统飞轮通常被应用于①储能②吸收脉动，其惯性能量结构为固定形态，因此其吸收及释放能量常在连续储能时呈加速，而在释能过程中呈减速。
在运动机构中飞轮为极重要的元件，除轮状外，还以其他许多种几何形状如星状、多角形等机械外形构成，以适应各种用途。而飞轮储能大小按其惯性质量速度而定，若定义飞轮的速度为2πRn，则飞轮所储存的动能为 E = 1 2 gc m ( 2 πRn ) 2 = 2 π 2 gc m R 2 n 2 其中E：能量，ft·lbf或J
m：飞轮质量，1bm或Kg
gc：换算因数＝32.21bm·ft/(lbf·S2)＝1.0Kg/(N.S2)
R：回转半径，ft或m
n：每秒转数(r/min)/60
由于上述效应而广泛应用于稳定运转减少振动以及储能等用途，因常用飞轮皆由固定结构所构成，故其惯性质量为恒定，因此对一自由飞轮而言，吸入动能将使转速增加，释出动能将使其转速降低为其固有现象。
本发明的目的在于提供一种根据主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮效应原理设计的飞轮，使上述储能及释能惯量与速度间固定关系变为可控和可调整，即当使用飞轮后，因力矩变化而导致速率变动可减至最小。由于动能正比于惯性质量乘上速度的平方，故人们借助惯性体半径R的变化可改变其吸收或释放惯性质量的特性，并适合储能安定脉动等应用。
本发明是这样实现的。本发明主要是借助在飞轮上设有沿中心辐射分布至少两组惯性体，并借助外加操作控制以流体力或机械力加以主动驱动，以便在储能或释能中或安定运转状态，凭借驱动惯性块与中心的距离，以改变其惯性质量，进而改变其转速。此外，亦可在位移惯性块设置当惯性块以径向辐射状作位移滑动时能储能的弹簧或可压缩流体等，以便在储能加速时借助离心力使上述可作径向辐射状位移的惯性块向径向外侧位移而加大惯性质量，在释能时因速度降低而使惯性块被推回中心而减少其惯性质量，进而减少其速度对储能或释能时的变化度。
下面按照附图所示详细说明本发明的实施例。
图1所示为主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮效应原理及结构示意图。
图2是以螺杆主动驱动调整惯性块以改变其惯性质量的应用例示意图。
图3是借助剪式连杆构成可主动驱动调整飞轮惯性质量的应用例示意图。
图4是借助气压缸及活塞构成依靠离心力线性随动以改变惯性质量的应用例示意图。
图5为按径向辐射设置静止为拉力的弹簧以配合惯性块构成依靠离心力线性随动的结构应用例示。
图6为按径向辐射设置静止为张力弹簧的应用例示意图。
图7为具有径向延伸辐射状分布弹性臂的惯性块构成依靠离心力线性随动的结构应用例示意图。
图8为具有径向延伸辐射状分布且具有中间转向支臂及弹簧伸张动作型张力臂的惯性块构成示意图。
图9为具有径向延伸辐射状分布且具有中间转向支臂及弹簧压缩动作型张力臂的惯性块构成示意图。
图10为借助压缩弹簧构成曲柄连杆式离心装置的应用例示意图。
图1所示为主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮效应原理及结构示意图，其主要构成如下：
——飞轮101：可接受储能加速或稳定运转或释能减速，可为圆形或其他适应机构需要的几何形状；
——飞轮回转中心102；为供飞轮回转的机构中心；
——惯性块103：设置于飞轮上沿径向作辐射分布，并可沿径向作辐射状位移调整驱动，以改变飞轮的惯性质量值；
借助上述基本结构，人们可获得一种可变惯性质量的飞轮。
此项主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮效应原理及结构形态包括：
(A)以流力或机械力主动驱动惯性块作径向辐射状调整，其功能含：
1.飞轮储能加速时，借助主动驱动调整惯性块增加或减少其惯性质量，以改变其速度变化率；
2.飞轮惯性运转时，借助主动驱动调整惯性块增加或减少其惯性质量，以改变其惯性运转速度；
3.飞轮释能减速时，借助主动驱动调整惯性块增加或减少其惯性质量，以改变其速度变化率；
4.供主动驱动调整惯性块的驱动能量可进一步具有当惯性块向外位移时回收其离心动能，其回收方式包括以机械性蓄能或转换为热或电或化学等熟知的物理形态作动能回收。
图2所示为以螺杆主动驱动调整惯性块以改变其惯性质量的应用例示意图，其主要构成如下：
——惯性块203：分布于飞轮上的径向辐射状导槽，可沿此导槽位移；
——驱动螺杆202：耦合于惯性块供驱动惯性块作位移调整，螺杆具有伞形齿轮共同接受外接驱动伞形齿轮作同步调整；
——飞轮201：其上具有至少二组径向幅射状分布的导槽，供安置惯性块作沿径向辐射状驱动；
——驱动伞形齿轮204；接受人力或机械力驱动，进而驱动其所耦合的各驱动螺杆的齿轮组。
图3所示为借助剪式连杆构成可主动驱动调整飞轮惯性质量的应用例示意图，其功能与图2相同，其主要构成如下：
——飞轮本体：由具有至少两对可驱动折叠支臂301的剪式结构所构成，并在折叠支臂的径向外突关节处加设惯性块302以扩大飞轮效应；
——剪式结构夹角调整装置303：借助上述剪式结构径向外突夹角调整，可改变惯性块与轴心的半径，进而改变飞轮的惯性质量，人们可借助螺杆或流体或电磁等线性驱动装置的驱动以改变折叠支臂的径向外突关节的夹角。
上述惯性块驱动螺杆，由于图2及图3为机械力主动驱动惯性应用例，仅供介绍说明，基于上述创新揭示，人们可视需要以独立马达或以其他机械驱动惯性滑块，亦可由流体缸及活塞及连杆构成流体线性驱动元件所取代，而以回转流体接头引入压力流体，以管道导入前述流体线性驱动元件，以对惯性块作驱动调整。
(B)由弹性机构或可压缩流体元件在惯性块蓄能加速作径向离心位移时蓄存能量，而在释能减速时将惯性作还原位移的依靠离心力线性随动的动态功能，兹就此项功能结构应用说明如下：
如图4所示为借助气压缸及活塞构成依靠离心力线性随动以改变惯性质量的应用例示意图，其主要构成如下：
——惯性块402：分布于飞轮401上，由径向辐射状分布的气压缸403及活塞组404作相对驱动，并借助离心力向外位移及在缸体与活塞间的气室形成储压室405，而在离心力减少时，借此储压室的压力推动惯性块往轴心归位，以改变飞轮的惯性质量。
图5为按径向辐射设置静止为拉力的弹簧以配合惯性块构成依靠离心力线性随动的结构应用例示意图，其构成主要包括：
——飞轮500：供作储能及释能回转驱动，其上可设置惯性块及定位弹簧等；
——飞轮轴心501：为飞轮的回转中心；
——至少两组惯性块拉力定位弹簧502：为一端固定于近飞轮内沿而向外延伸，其向外延伸末段连接惯性块；
——惯性块503：设置于惯性块定位弹簧向外延伸的末端，能在飞轮转速愈快时，借助离心力的加大而克服弹簧的强力以作径向变位的位移，并在飞轮转速渐减时，渐向中心回归，以产生随速度变化的飞轮惯性质量；
——拉力弹簧及惯性块滑动导引导杆结构504：可为导杆状或孔槽状。
上述按径向辐射设置静止为拉力的弹簧以配合惯性块构成依靠离心力线性随动，其拉力弹簧亦可改为张力弹簧并将惯性块设置于近轴心侧面，弹簧设置于外侧。
图6为按径向辐射设置静止为张力弹簧的应用例示意图，其中：
——弹簧602：呈辐射状径向置于飞轮的外侧；
——惯性块603：呈可作辐射状径向位移而设置于近轴心侧并接受弹簧的张力预压。
图7为具有径向延伸辐射状分布弹性臂的惯性块构成依靠离心力线性随动结构的应用例示意图，其构成主要包括：
——飞轮700：供作储能及释能回转驱动，其上可设置惯性块及定位弹簧等；
——飞轮轴心701：为飞轮的回转中心；
——至少两组惯性块定位片状弹簧702：为一端固定于近飞轮外沿，另一端向内延伸，其向内延伸末端耦合惯性块；
——至少两组惯性块703：设置于惯性块定位弹簧向内延伸的末端，能在飞轮转速愈快时，克服弹簧的弹力而作径向变位的位移，而在飞轮转速渐减时，逐渐向中心回归，以产生随速度变化的飞轮惯性质量。
图8为具有径向延伸辐射状分布且具有中间转向支臂及弹簧伸张动作型张力臂的惯性块构成例，其主要构成如下：
——可作径向位移的惯性块组：为供作储能及释能回转驱动的沿轴向辐射状平均分布的向外曲折臂状801，其曲臂一侧向外末端具有重量较大的惯性块803，同侧设有与轴心呈拉力(或另一侧设有与轴心呈推力)的弹簧804，以便在加速时惯性块803向外扩张时弹簧为受力状态，而曲臂另一侧为内缩，当减速时弹簧的恢复力将使曲臂及惯性块回归及释能。
图8中虚线所示为与其配合的流力驱动翼片及相关结构驱动装置的蓄能应用例，图中曲臂801沿摆动心轴802摆动，其中设有惯性块803的一侧设有拉力弹簧804，轴805尾端设有定向尾翼B，前端设有迎向气流的整流罩M，流体翼片设置于曲臂801，当迎向流体时以轴805为中心旋转作相对的运转，当转速增加时，惯性块因离心力而外张，使曲臂顺流体流向后仰，整个装置回转惯性质量增大，当流体流速减慢而转速减低时，惯性块逐渐内缩减速释能而达成较安定的速度调节作用。
图9为具有径向延伸辐射状分布且具有中间转向支臂及弹簧压缩动作型张力臂的惯性块构成例。
图8及图9实施例中的弹簧亦可改由可压缩流体缸体及活塞与连杆取代，此外，本发明主动驱动或依靠离心力线性随动的动态飞轮效应原理及结构亦可与其他机构相结合，而构成共生的依靠离心力线性随动调整效果。
图10为借助压缩弹簧构成曲柄连杆式离心装置的应用例，主要由至少两组共同衔接于滑块的曲柄连杆组1001及设置于曲柄突出关节的惯性块1002所构成，并在可作轴向滑动位移的两滑环1003之间设有可压缩弹簧1004，借助其张力使滑环1003在转轴静止时，因张力撑开两滑环而使惯性块1002贴近转轴1005；当回转驱动时，因离心力使惯性块向外位移进而压迫两滑块向内夹压上述弹簧以获得蓄能的功能，在减速时则因弹簧的张力使惯性块内缩进而加速其释能。

Claims (13)

1.一种动态飞轮，包括飞轮本体、飞轮回转中心以及沿飞轮径向分布设置并可沿径向作辐射状位移的至少两组惯性块，其特征在于它还包括，依靠所述惯性块的离心力和可伸缩机构的控制使所述惯性块沿飞轮径向移动的装置。
2.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：至少两个沿飞轮径向成辐射状分布设置的气压缸以及设置在所述气压缸内且与所述惯性块相耦合的活塞组。
3.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：至少两个其一端固定于飞轮内沿而另一端与所述惯性块相连接的静止为拉力的弹簧，以及沿飞轮径向设置的用以安置所述弹簧和所述惯性块的滑动导引导杆。
4.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：至少两个设置于飞轮外侧的静止为张力的弹簧以及沿飞轮径向设置的用以安置所述弹簧和所述惯性块的滑动导引导杆。
5.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：至少两个定位片状弹簧，所述定位片状弹簧的一端固定于近飞轮外沿，另一端向所述飞轮回转中心延伸且与所述惯性块相联接。
6.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：至少两个设置在所述飞轮靠近回转中心的部位上的摆动心轴，所述摆动心轴上设置沿所述飞轮轴向作辐射状分布的曲臂，所述曲臂的一端与所述惯性块设置成一体且所述曲臂与所述飞轮的轴心之间设置呈拉力的弹簧。
7.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：至少两个设置在所述飞轮靠近回转中心的部位上的摆动心轴，所述摆动心轴上设置沿所述飞轮轴向作辐射状分布的曲臂，所述曲臂的一端与所述惯性块设置成一体，所述曲臂的另一端延伸设置弹簧压缩动作型张力臂，所述张力臂与所述飞轮的轴心之间设置呈推力的弹簧。
8.如权利要求6或7所述的动态飞轮，其特征在于，所述飞轮的轴心上设置沿轴向前后延伸的中心轴，所述中心轴与所述惯性块同侧的一端设置迎向气流的整流罩，另一端设置定向尾翼，所述曲臂在靠近摆动心轴的一端设置流体翼片。
9.如权利要求6或7所述的动态飞轮，其特征在于，所述曲臂或张力臂与所述飞轮轴心之间设置用以取代所述弹簧的可压缩流体缸体以及活塞和连杆。
10.如权利要求1所述的动态飞轮，其特征在于，所述控制惯性块沿飞轮径向移动的装置进一步包括：设置在所述飞轮的转轴上且可沿轴向滑动位移的两滑环，可活动地设置在所述滑环上的至少两组曲柄连杆组，所述两滑环之间设置可压缩弹簧，所述惯性块设置在所述曲柄的突出关节部位上。
11.一种动态飞轮，包括飞轮本体、飞轮回转中心、沿飞轮径向分布设置并可沿径向作辐射状位移的至少两组惯性块和用以借助外力驱动装置的驱动以控制所述惯性块沿飞轮径向作辐射状移动的装置，其特征在于，所述借助外力驱动装置的驱动以控制惯性块沿飞轮径向作辐射状移动的装置包括：至少两组沿飞轮径向成辐射状分布设置、用以安置所述惯性块作辐射状移动的导槽；设置在所述飞轮回转中心部位用以接受人力或机械力驱动装置驱动的驱动伞形齿轮；耦合于所述惯性块并驱动其沿飞轮径向作位移调整的驱动螺杆；所述螺杆在接近飞轮回转中心的一端具有与所述驱动伞形齿轮相耦合的伞形齿轮。
12.一种动态飞轮，包括飞轮本体、飞轮回转中心、沿飞轮径向分布设置并可沿径向作辐射状位移的至少两组惯性块和用以借助外力驱动装置的驱动以控制所述惯性块沿飞轮径向作辐射状移动的装置，其特征在于，所述借助外力驱动装置的驱动以控制惯性块沿飞轮径向作辐射状移动的装置包括：设置在所述飞轮本体上包括至少两对可驱动折叠支臂的剪式装置；以及用以接受外力驱动装置驱动的剪式装置夹角调整装置；所述惯性块可活动地设置在所述折叠支臂的径向外突关节部位上。
13.如权利要求11或12所述的动态飞轮，其特征在于，所述外力驱动装置包括马达或由流体缸、活塞以及连杆所组成的流体线性驱动装置。
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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C15 Extension of patent right duration from 15 to 20 years for appl. with date before 31.12.1992 and still valid on 11.12.2001 (patent law change 1993)
OR01 Other related matters
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee