利用重力控制發(fā)電補(bǔ)充飛輪電池能量的裝置及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用重力控制發(fā)電補(bǔ)充飛輪電池能量的裝置及使用方法。其特別之處是本發(fā)明設(shè)有重力離合裝置和動(dòng)力單元，重力離合裝置是根據(jù)自行車行駛的狀況自動(dòng)控制是否給飛輪電池補(bǔ)充能量。動(dòng)力單元是利用自行車后輪的動(dòng)力發(fā)電，發(fā)出的電驅(qū)動(dòng)飛輪電池的飛輪儲(chǔ)存能量。有益之處是在無電源場(chǎng)合，可以用自行車給飛輪電池補(bǔ)充動(dòng)能。利用自然力的重力和自鎖機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制給飛輪電池補(bǔ)充能量，以減輕人力負(fù)載。即當(dāng)自行車下坡時(shí)，裝置與自行車自動(dòng)結(jié)合，向飛輪提供動(dòng)能。當(dāng)自行車上坡或平地行駛時(shí)，裝置與自行車自動(dòng)分離，以減輕人力負(fù)載。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于飛輪電池（或稱飛輪儲(chǔ)能裝置）領(lǐng)域，特別是涉及一種飛輪電池補(bǔ)充 能量的裝置。 利用重力控制發(fā)電補(bǔ)充飛輪電池能量的裝置及使用方法

【背景技術(shù)】
[0002] 在眾多儲(chǔ)能裝置中，飛輪電池突破了化學(xué)電池的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。當(dāng)飛 輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，就具有一定的動(dòng)能，飛輪電池以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。飛輪電池與化 學(xué)電池相比，以其高效率，充電時(shí)間短、相對(duì)尺寸小、清潔無污染等突出優(yōu)勢(shì)有望成為最具 前景的儲(chǔ)能電池。
[0003] 飛輪電池的工作原理：飛輪電池中有一個(gè)電機(jī)（電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī))，充電時(shí)，該電 機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，將外界輸入的電能通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存起來，即飛輪 電池"充電"；當(dāng)外界需要電能時(shí)，該電機(jī)以發(fā)電機(jī)形式轉(zhuǎn)動(dòng)，通過發(fā)電機(jī)將飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化 為電能，輸出給外部負(fù)載，即飛輪電池"放電"。為了減少風(fēng)阻損耗，摩擦等能量損失，飛輪 電池設(shè)置在真空盒內(nèi)，并使用磁懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)動(dòng)部件。
[0004] 飛輪電池的儲(chǔ)能密度大、相對(duì)尺寸小的特點(diǎn)，目前正在向更小型化、低廉化方向發(fā) 展，甚至將有可能出現(xiàn)設(shè)置在手機(jī)中的飛輪電池。由于其儲(chǔ)能密度大的特點(diǎn)，尤其適合攜帶 于野外無電源場(chǎng)合，特別是對(duì)于騎自行車旅行的車友，在野外宿營時(shí)，非常需要有一個(gè)能給 手提電腦、收音機(jī)，照明支持電力的飛輪電池。然而，飛輪電池目前只能用通電的方式帶動(dòng) 真空盒內(nèi)的電機(jī)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使飛輪儲(chǔ)存動(dòng)能，而在野外卻沒有可以給飛輪電池充電的 電源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種在自行車行駛中，利用自行車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電給飛輪電池 補(bǔ)充動(dòng)能的裝置及方法。
[0006] 本發(fā)明主要技術(shù)思路： 1、為減少人力負(fù)載，裝置是在自行車下坡時(shí)自動(dòng)給飛輪電池補(bǔ)充能量。而在上坡時(shí)，裝 置自動(dòng)與自行車分離。該自動(dòng)離合機(jī)構(gòu)為非耗電機(jī)構(gòu)。
[0007] 2、飛輪電池必須是在真空盒內(nèi)運(yùn)作，可以用自行車發(fā)的電輸入到飛輪電池真空盒 內(nèi)的電機(jī)，用電機(jī)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)儲(chǔ)存動(dòng)能。
[0008] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案：包括自行車及其后架和后輪、飛輪電池的真空盒和真空 盒內(nèi)的飛輪及電機(jī)，其特征在于，還包括： 重力離合裝置：其包括安裝架及夾子、自鎖機(jī)構(gòu)、頂桿和重錘桿；所述安裝架通過夾子 與自行車的后架固連；自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝架的楔槽中，其包括滑塊、鋼球和彈簧；所述頂 桿的一端與自鎖機(jī)構(gòu)的鋼球間斷性接觸，頂桿的另一端與重錘桿間斷性接觸；所述重錘桿 與安裝架上的第二支軸鉸接； 動(dòng)力單元：其包括支架、外驅(qū)動(dòng)裝置和飛輪電池單元； 其中，所述支架上部與安裝架中的第一支軸鉸接；支架下部設(shè)置外驅(qū)動(dòng)裝置和飛輪電 池單元；支架還通過自鎖機(jī)構(gòu)的滑塊與自鎖機(jī)構(gòu)連接； 其中，所述外驅(qū)動(dòng)裝置包括摩擦輪和發(fā)電機(jī)，摩擦輪與自行車的后輪間斷性接觸；摩擦 輪與發(fā)電機(jī)連接；發(fā)電機(jī)通過導(dǎo)線與飛輪電池單元中的電力電子變換器連接，為飛輪電池 提供電力； 其中，所述飛輪電池單元包括一飛輪電池，一控制電路；所述飛輪電池包括真空盒和真 空盒內(nèi)的飛輪及電機(jī)，真空盒與發(fā)電機(jī)的外殼固連；所述控制電路包括單片機(jī)及鈕扣電池 電源、電力電子變換器，電力電子變換器通過導(dǎo)線與發(fā)電機(jī)連接，電力電子變換器還分別與 飛輪電池、單片機(jī)連接，單片機(jī)分別與鈕扣電池電源、電力電子變換器連接；該飛輪電池單 元為外部負(fù)載提供電力； 上述裝置的使用方法： 第一步驟：當(dāng)自行車進(jìn)行上坡行駛期間，動(dòng)力單元在重力作用下，其支架繞第一支軸轉(zhuǎn) 動(dòng)到自由垂直狀態(tài)，支架與安裝架的夾子的夾角大于90°，其摩擦輪與自行車的后輪處于 分離狀態(tài)； 第二步驟：當(dāng)自行車進(jìn)行下坡行駛期間，動(dòng)力單元在重力作用下，其支架繞第一支軸轉(zhuǎn) 動(dòng)，支架與安裝架的夾子的夾角小于90°，摩擦輪與自行車的后輪接觸，并被自行車的后輪 帶動(dòng)；當(dāng)自行車的后輪行駛中產(chǎn)生抖動(dòng)時(shí)，與支架連接的自鎖機(jī)構(gòu)自動(dòng)鎖住支架，阻止摩擦 輪與自行車的后輪分離；轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電通過電力電 子變換器輸入到飛輪電池的真空盒內(nèi)的電機(jī)，使電機(jī)加速帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)存機(jī)械動(dòng)能； 第三步驟：當(dāng)自行車進(jìn)行平地行駛時(shí)，重錘桿在重力作用下，繞第二支軸朝后輪的相 反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，重錘桿與安裝架的夾子的夾角呈直角狀，重錘桿的上部推動(dòng)頂桿，頂桿推動(dòng)自 鎖機(jī)構(gòu)的鋼球，使自鎖機(jī)構(gòu)釋放支架，于是支架在重力作用下，繞第一支軸朝后輪的相反方 向轉(zhuǎn)動(dòng)，支架與安裝架的夾子的夾角呈直角狀，摩擦輪與自行車的后輪分離；發(fā)電機(jī)停止發(fā) 電；飛輪依靠?jī)?chǔ)存的動(dòng)能繼續(xù)在真空盒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)； 重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3,也就是摩擦輪帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)不斷地間斷性供電給飛輪電 池，使飛輪不斷加快，直至飛輪獲得可以供電的轉(zhuǎn)速； 此后，當(dāng)外部負(fù)載需要電力時(shí)，操作單片機(jī)通電發(fā)訊給電力電子變換器和飛輪電池，飛 輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，通過電力電子變換器輸出交流電，經(jīng)過單片機(jī)給外部負(fù)載提 供電力。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的特點(diǎn)是： 一、在無電源場(chǎng)合，可以用自行車給飛輪電池補(bǔ)充動(dòng)能。
[0010] 二、利用自然力的重力和自鎖機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制給飛輪電池補(bǔ)充能量，以減輕人力負(fù) 載。即當(dāng)自行車下坡時(shí)，裝置與自行車自動(dòng)結(jié)合，向飛輪提供動(dòng)能。當(dāng)自行車上坡或平地行 駛時(shí)，裝置與自行車自動(dòng)分離，以減輕人力負(fù)載。
[0011] 三、在野外休息時(shí)，如遇飛輪電池儲(chǔ)存的電力不夠用時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)自行車的后輪， 繼續(xù)給飛輪電池補(bǔ)充能量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的立體示意圖。
[0013] 圖2是圖1另一個(gè)角度的立體示意圖。
[0014] 圖3是圖2的部分零件的分解圖。
[0015] 圖4是本發(fā)明上坡時(shí)的示意圖。
[0016] 圖5是圖4的A部放大視圖。
[0017] 圖6是本發(fā)明下坡時(shí)的示意圖。
[0018] 圖7是圖6中B部放大視圖。
[0019] 圖8是圖4中的D-D剖視圖。
[0020] 圖9是本發(fā)明在平地時(shí)的示意圖。
[0021] 圖10是圖9中的C部放大視圖。
[0022] 圖11是另一實(shí)施方法的示意圖。
[0023] 圖12是電路示意圖。
[0024] 圖13是飛輪電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明： 重力離合裝置：（參見圖1至圖6)該裝置主要是根據(jù)自行車行駛的狀況自動(dòng)控制是否 給飛輪電池補(bǔ)充能量。其包括安裝架11及夾子111、自鎖機(jī)構(gòu)12、頂桿13和重錘桿14 ;安 裝架11通過夾子111與自行車的后架71固連； 自鎖機(jī)構(gòu)12設(shè)置在安裝架的楔槽129內(nèi)（參見圖6和圖7);該自鎖機(jī)構(gòu)包括滑塊121、 鋼球122和彈簧123。鋼球122分別與滑塊121的下邊、彈簧123的一端、楔槽129的下邊 接觸?；瑝K121的下邊與鋼球122接觸，滑塊121的上邊與楔槽129的上邊接觸。彈簧123 的一端與鋼球122接觸，另一端頂在楔槽129的一端。圖7所示狀態(tài)，滑塊121只能向左移 動(dòng)，這是由于鋼球122被彈簧123頂著，將滑塊121壓緊在楔槽129上，所以滑塊121不能 向右移動(dòng)，從而形成了自鎖狀態(tài)。但如果頂桿13的一端將鋼球朝彈簧123方向推動(dòng)，鋼球 122就不再壓緊滑塊121，滑塊121才可以向右移動(dòng)。而頂桿13的移動(dòng)是由重錘桿14控制 的。重錘桿14鉸接于安裝架11上的第二支軸19,重錘桿14上部與頂桿13有間斷性接觸。
[0026] 參見圖1、圖3、圖8和圖12,動(dòng)力單元2包括支架21、外驅(qū)動(dòng)裝置4和飛輪電池單 元(飛輪電池單元包含飛輪電池3和控制電路5)。
[0027] 外驅(qū)動(dòng)裝置4包括摩擦輪41和發(fā)電機(jī)43,摩擦輪41與自行車的后輪72間斷性接 觸；摩擦輪41與發(fā)電機(jī)43連接；發(fā)電機(jī)43通過導(dǎo)線與飛輪電池單元中的電力電子變換器 51連接，為飛輪電池3提供電力； 設(shè)計(jì)外驅(qū)動(dòng)裝置4中的摩擦輪41和發(fā)電機(jī)43的參考示例：通常情況下，自行車的平均 時(shí)速為每小時(shí)20公里，因此自行車車輪行進(jìn)中的線速度為333 m/min。假如摩擦輪41設(shè) 計(jì)為直徑70毫米，則摩擦輪41在自行車后輪72的帶動(dòng)下，具有約1500r/min轉(zhuǎn)速。如果 摩擦輪41直接與發(fā)電機(jī)43的轉(zhuǎn)子連接，則根據(jù)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=60f/p (η是發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速，f是交流電的頻率，即50Hz，ρ是定子勵(lì)磁的極對(duì)數(shù)）設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)定子勵(lì)磁 極對(duì)數(shù)是2,50Hz，轉(zhuǎn)速是1500r/min。發(fā)電機(jī)43發(fā)出的電通過導(dǎo)線，經(jīng)控制電路5的電力 電子變換器51輸入到真空盒內(nèi)的電機(jī)34,電機(jī)34帶動(dòng)飛輪31轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)存機(jī)械動(dòng)能；另一 種方法可以讓發(fā)電機(jī)43具有3000r/min轉(zhuǎn)速：方法是在摩擦輪與發(fā)電機(jī)43之間設(shè)置調(diào)速 器42 (見圖8)，也就是利用調(diào)速器42把摩擦輪41的轉(zhuǎn)速調(diào)高一倍，調(diào)速器42與發(fā)電機(jī)43 連接的輸出軸轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min ;這種狀況的發(fā)電機(jī)定子勵(lì)磁極對(duì)數(shù)是1，50Hz，轉(zhuǎn)速是 3000r/min。但缺點(diǎn)是增加調(diào)速器42會(huì)增加本發(fā)明裝置的重量。
[0028] 動(dòng)力單元2的支架21上部與安裝架11上的第一支軸28鉸接(參見圖1、圖2、圖 3和圖8);支架21下部的一部分與外驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速器42的外殼固連(如果不設(shè)置調(diào)速器 42,則支架21下部的一部分與外驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)電機(jī)43的外殼固連)，支架21下部另一部分 與飛輪電池的真空盒33固連；發(fā)電機(jī)43的外殼與真空盒33固連。控制電路5的電氣件可 以設(shè)置在真空盒33外的電氣盒內(nèi)（未畫出）；也就是動(dòng)力單元2的零部件均安裝在支架21 上，當(dāng)支架21繞安裝架11上的第一支軸28轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力單元2也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0029] 支架21還通過滑塊121與自鎖機(jī)構(gòu)12連接(見圖2、圖3)。支架21上設(shè)置一滑 槽211，自鎖機(jī)構(gòu)12的滑塊121設(shè)有一圓銷1211，圓銷1211位于滑槽211內(nèi)。當(dāng)支架21轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，通過圓銷1211帶動(dòng)滑塊121移動(dòng)?；蛘?，滑塊121固定時(shí)，控制支架21不轉(zhuǎn)動(dòng)。這 樣，自鎖機(jī)構(gòu)12就可以通過控制支架21，進(jìn)而控制動(dòng)力單元2的運(yùn)動(dòng)。
[0030] 飛輪電池單元：其包括一飛輪電池3 (參見圖13)，一控制電路5 (參見圖12);所 述控制電路5包括單片機(jī)53及鈕扣電池電源52、電力電子變換器51，電力電子變換器51 通過導(dǎo)線與發(fā)電機(jī)43連接，電力電子變換器51還分別與飛輪電池3、單片機(jī)53連接，單片 機(jī)53分別與鈕扣電池電源52和電力電子變換器51連接，外部負(fù)載可以與單片機(jī)53連接， 以獲得電力； 公知典型的飛輪電池3參見圖13,其由飛輪電池的飛輪31、軸承32、飛輪電池的電機(jī) 34和真空室33四個(gè)主要組件構(gòu)成。飛輪電池的電機(jī)34和飛輪電池的飛輪31都使用具有 磁性的軸承32,使其懸浮，以減少機(jī)械摩擦，同時(shí)將飛輪電池的飛輪31和飛輪電池的電機(jī) 34放置在真空盒33中，以減少空氣摩擦。這樣的飛輪電池的輸入輸出凈效率可達(dá)95%左 右。所述飛輪電池的電機(jī)34是電動(dòng)發(fā)電互逆式雙向電機(jī)。
[0031] 電力電子變換器51是現(xiàn)有技術(shù)飛輪電池的能量轉(zhuǎn)換控制部件，它控制飛輪電池 中的電機(jī)34,實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，并且具有變頻、逆變、整流等功能。發(fā)電機(jī)43 發(fā)出的電經(jīng)過電力電子變換器51變換后供給電機(jī)34,輸出電能也是經(jīng)過電力電子變換器 51變換后獲得要求的電力。電力電子變換器51中含有整流器、變頻器、逆變器(未畫出，因 是現(xiàn)有技術(shù)，不作詳細(xì)描述)。本發(fā)明的摩擦輪41帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)43供電時(shí)，電力電子變換 器51的整流器把發(fā)電機(jī)43發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，通過電力電子變換器51的變頻器 驅(qū)動(dòng)電機(jī)34加速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛輪31旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存機(jī)械動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，即飛輪 電池單元的充電過程；發(fā)電機(jī)43供電中斷時(shí)，飛輪31作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)34空轉(zhuǎn)；摩擦輪 41帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)43不斷地間斷性通過電力電子變換器51供電給飛輪電池3,電力電子變 換器51的變頻器使電機(jī)34轉(zhuǎn)速不斷加快，從而飛輪31的轉(zhuǎn)速也不斷加快。當(dāng)飛輪31獲 得可以供電的轉(zhuǎn)速后（比如l〇〇〇〇r/min)，就可以開始向外部負(fù)載開始供電。當(dāng)外部負(fù)載需 要電力時(shí)，操作單片機(jī)53通電發(fā)訊給電力電子變換器51和飛輪電池3,飛輪31作為原動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)電機(jī)34發(fā)電，通過電力電子變換器51的逆變器輸出交流電，經(jīng)過單片機(jī)53給外部負(fù) 載提供電力，完成機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，即飛輪電池3的放電過程。其中圖12中的鈕扣電 池電源52給單片機(jī)53提供電力。上述飛輪電池3和控制電路5均是所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù) 人員所熟識(shí)的，不再詳細(xì)累述。
[0032] 由于自行車是人力帶動(dòng)，長途騎行，所以安裝在自行車上的本發(fā)明的補(bǔ)充飛輪電 池能量的裝置的總重量應(yīng)按照騎行者各自的體力進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求輕型。實(shí)際使用的飛輪電 池中，飛輪是整個(gè)飛輪電池的核心部件，它直接決定了整個(gè)飛輪電池的儲(chǔ)能多少，它儲(chǔ)存的 能量由公式E=j? 2 (式中2是平方）決定。式中j為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，與飛輪的形狀和重 量有關(guān)；ω為飛輪的旋轉(zhuǎn)角速度。飛輪電池的儲(chǔ)能密度一般在150W · h/kg，功率密度為 5000_10000W/kg。在設(shè)計(jì)中可以按照上述公式以及飛輪電池的儲(chǔ)能密度和功率密度，并結(jié) 合實(shí)際需要的用電量，估算本發(fā)明的裝置實(shí)際重量。
[0033] 上述裝置的使用方法： 步驟1 :參見圖2、圖4、圖5,當(dāng)自行車進(jìn)行上坡行駛期間，安裝在支架21上的動(dòng)力單元 2和重錘桿14在重力作用下自由垂直，動(dòng)力單元的支架21與安裝架的夾子111的夾角大于 90°，其摩擦輪41與自行車的后輪72處于分離狀態(tài)； 步驟2 :參見圖6、圖7,當(dāng)自行車進(jìn)行下坡行駛期間，安裝在支架21上的動(dòng)力單元2在 重力作用下，繞第一支軸28轉(zhuǎn)動(dòng)（到達(dá)圖6所示狀態(tài))，支架21和重錘桿14與安裝架的夾 子111的夾角小于90°，摩擦輪41與自行車的后輪72接觸，并被自行車的后輪72帶動(dòng)(摩 擦輪優(yōu)先采用橡膠材料，因其具有較好的彈性和較大的摩擦系數(shù));當(dāng)自行車的后輪72行駛 中產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，摩擦輪41就有離開后輪72的傾向。這時(shí)候自鎖機(jī)構(gòu)12就會(huì)阻止摩擦輪41 與后輪72分離，也就是在震動(dòng)時(shí)，支架21通過圓銷1211要撥動(dòng)滑塊121向右移動(dòng)，但由于 滑塊121被鋼球122壓緊在楔槽129中，從而鎖住支架21不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，摩擦輪41繼續(xù) 保持與后輪72接觸，被后輪72帶動(dòng)。摩擦輪41帶動(dòng)發(fā)電機(jī)43 (或通過調(diào)速器42帶動(dòng)發(fā) 電機(jī)43)發(fā)電，發(fā)出的交流電通過電力電子變換器51的整流器轉(zhuǎn)換成直流電，又通過電力 電子變換器51的變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)34加速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛輪31旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存機(jī)械動(dòng)能。
[0034] 步驟3 :參見圖9、圖10當(dāng)自行車進(jìn)行平地行駛時(shí)，重錘桿14在重力作用下，繞第 二支軸19朝后輪72的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)（到達(dá)圖9所示狀態(tài))，重錘桿14與安裝架的夾子111 的夾角呈直角狀，重錘桿14的上部推動(dòng)頂桿13,頂桿13推動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)12中的鋼球122,使 楔槽129中的滑塊121不再被壓緊，滑塊121和支架21 -起被釋放，于是支架21在重力作 用下，繞第一支軸28朝后輪72的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)（到達(dá)圖9所示狀態(tài))，支架21與安裝架的 夾子111的夾角呈直角狀，摩擦輪41與后輪72分離，這樣，發(fā)電機(jī)43停止發(fā)電。于是，真 空盒內(nèi)的電機(jī)34停止帶動(dòng)飛輪31。飛輪31依靠?jī)?chǔ)存的動(dòng)能繼續(xù)真空盒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)； 重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3,也就是摩擦輪41帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)43不斷地間斷性供電給 飛輪電池3,使電機(jī)34和飛輪31不斷加速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至飛輪31獲得可以供電的轉(zhuǎn)速。此后， 當(dāng)外部負(fù)載需要電力時(shí)，操作單片機(jī)53通電發(fā)訊給電力電子變換器51和飛輪電池3,飛輪 31作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)34發(fā)電，發(fā)出的電通過電力電子變換器51的逆變器輸出交流電，經(jīng) 過單片機(jī)53給外部負(fù)載提供電力。
[0035] 另一實(shí)施方法：對(duì)于體力好的騎者，在平地行駛時(shí)，也可以利用本發(fā)明對(duì)飛輪電池 實(shí)施補(bǔ)充能量。方法是在平地上(見圖11)，將摩擦輪41調(diào)整到與后輪72接觸，然后將夾 子111固定在后架71上。這樣，自行車在下坡和平地行駛時(shí)，都可以給飛輪電池補(bǔ)充能量。 而在上坡時(shí)，摩擦輪41與后輪72是分離的，不再消耗騎者的體力。
[0036] 另外，當(dāng)在野外休息時(shí)，如遇飛輪電池儲(chǔ)存的電力不夠用時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)自行車的后 輪，繼續(xù)給飛輪電池補(bǔ)充能量。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用重力控制發(fā)電補(bǔ)充飛輪電池能量的裝置的使用方法，包括自行車及其后架 和后輪、飛輪電池的真空盒和真空盒內(nèi)的飛輪及電機(jī)，其特征在于，還包括： 重力離合裝置：其包括安裝架及夾子、自鎖機(jī)構(gòu)、頂桿和重錘桿；所述安裝架通過夾子 與自行車的后架固連；自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝架的楔槽中，其包括滑塊、鋼球和彈簧；所述頂 桿的一端與自鎖機(jī)構(gòu)的鋼球間斷性接觸，頂桿的另一端與重錘桿間斷性接觸；所述重錘桿 與安裝架上的第二支軸鉸接； 動(dòng)力單元：其包括支架、外驅(qū)動(dòng)裝置和飛輪電池單元； 其中，所述支架上部與安裝架中的第一支軸鉸接；支架下部設(shè)置外驅(qū)動(dòng)裝置和飛輪電 池單元；支架還通過自鎖機(jī)構(gòu)的滑塊與自鎖機(jī)構(gòu)連接； 其中，所述外驅(qū)動(dòng)裝置包括摩擦輪和發(fā)電機(jī)，摩擦輪與自行車的后輪間斷性接觸；摩擦 輪與發(fā)電機(jī)連接；發(fā)電機(jī)通過導(dǎo)線與飛輪電池單元中的電力電子變換器連接，為飛輪電池 提供電力； 其中，所述飛輪電池單元包括一飛輪電池，一控制電路；所述飛輪電池包括真空盒和真 空盒內(nèi)的飛輪及電機(jī)，真空盒與發(fā)電機(jī)的外殼固連；所述控制電路包括單片機(jī)及鈕扣電池 電源、電力電子變換器，電力電子變換器通過導(dǎo)線與發(fā)電機(jī)連接，電力電子變換器還分別與 飛輪電池、單片機(jī)連接，單片機(jī)分別與鈕扣電池電源、電力電子變換器連接；該飛輪電池單 元為外部負(fù)載提供電力； 上述裝置的使用方法： 第一步驟：當(dāng)自行車進(jìn)行上坡行駛期間，動(dòng)力單元在重力作用下，其支架繞第一支軸轉(zhuǎn) 動(dòng)到自由垂直狀態(tài)，支架與安裝架的夾子的夾角大于90°，其摩擦輪與自行車的后輪處于 分離狀態(tài)； 第二步驟：當(dāng)自行車進(jìn)行下坡行駛期間，動(dòng)力單元在重力作用下，其支架繞第一支軸轉(zhuǎn) 動(dòng)，支架與安裝架的夾子的夾角小于90°，摩擦輪與自行車的后輪接觸，并被自行車的后輪 帶動(dòng)；當(dāng)自行車的后輪行駛中產(chǎn)生抖動(dòng)時(shí)，與支架連接的自鎖機(jī)構(gòu)自動(dòng)鎖住支架，阻止摩擦 輪與自行車的后輪分離；轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電通過電力電 子變換器輸入到飛輪電池的真空盒內(nèi)的電機(jī)，使電機(jī)加速帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)存機(jī)械動(dòng)能； 第三步驟：當(dāng)自行車進(jìn)行平地行駛時(shí)，重錘桿在重力作用下，繞第二支軸朝后輪的相 反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，重錘桿與安裝架的夾子的夾角呈直角狀，重錘桿的上部推動(dòng)頂桿，頂桿推動(dòng)自 鎖機(jī)構(gòu)的鋼球，使自鎖機(jī)構(gòu)釋放支架，于是支架在重力作用下，繞第一支軸朝后輪的相反方 向轉(zhuǎn)動(dòng)，支架與安裝架的夾子的夾角呈直角狀，摩擦輪與自行車的后輪分離；發(fā)電機(jī)停止發(fā) 電；飛輪依靠?jī)?chǔ)存的動(dòng)能繼續(xù)在真空盒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)； 重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3,也就是摩擦輪帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)不斷地間斷性供電給飛輪電 池，使飛輪不斷加快，直至飛輪獲得可以供電的轉(zhuǎn)速； 此后，當(dāng)外部負(fù)載需要電力時(shí)，操作單片機(jī)通電發(fā)訊給電力電子變換器和飛輪電池，飛 輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，通過電力電子變換器輸出交流電，經(jīng)過單片機(jī)給外部負(fù)載提 供電力。
【文檔編號(hào)】B62M6/90GK104118523SQ201410377062
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】杜文娟 申請(qǐng)人:杜文娟