涡卷弹簧式重力势能回收装置的制作方法

本发明属于重力势能的储能装置技术领域，尤其是一种涡卷弹簧式重力势能回收装置。

背景技术：

重力势能是机械能的一种重要形式，它来源广泛、获取方便。因此通过一定科学方法将其储存起来并在一定时间及空间上进行再次利用，可解决能源在时间及空间上的不匹配问题。

目前，储能技术有物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能，其中物理储能又称机械储能，主要包含抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、弹性储能等。其中抽水蓄能及压缩空气储能对地理条件要求高，常用于电网调峰，而飞轮存储对强度、安全防护要求较高，主要用于不间断电源、频率控制等场合。相比于以上三种机械储能方式，弹簧的弹性储能主要是利用弹簧在受载条件下产生变形能并将其储存起来的原理，这种可用的存储能量不仅可以被传递给机械负载，而且还涉及将其转换成驱动电负载的系统，具有储能效率高、成本低、无污染、可重复利用、对环境无特殊要求等特点，因此常用于力矩变换场合、作为应急能源、往复运动回程能量收集。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种涡卷弹簧式重力势能回收装置。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种涡卷弹簧式重力势能回收装置，包括：壳体，壳体内部设有输入轴、平行于输入轴的涡簧轴、转盘、转盘带动的输入传动系统、储能机构、第一变速箱、擒纵调速系统机构、第二变速箱及风机；

输入传动系统包括连接于输入轴上的第一主动齿轮、与第一主动齿轮固定连接的第一电磁离合器、连接于涡簧轴上的第一从动齿轮和第一单向轴承，所述第一主动齿轮与第一从动齿轮啮合，输入轴和涡簧轴的两端分别与轴承内圈固定，轴承外圈与壳体固定，从而实现输入轴和涡簧轴相对于壳体的自转，转盘上缠绕绳索并在绳索末端连接重物，转盘固定连接输入轴，当且仅当第一电磁离合器在通电状态，即第一电磁离合器与输入轴处于吸合状态时，输入轴驱动第一主动齿轮旋转，第一单向轴承用于使第一从动齿轮只能带动涡簧轴朝使储能机构储能的方向转动；

储能机构包括棘轮棘爪机构、与棘轮棘爪机构中棘轮固定连接的第二电磁离合器、涡簧储能箱，储能机构具有储能和释放两种状态，在储能状态下所述第二电磁离合器处于通电状态，即与涡簧轴处于吸合状态时，第一从动齿轮驱动涡簧轴旋转，涡簧轴带动涡簧储能箱内部的涡簧旋转储能，此过程中棘轮棘爪机构起到防止储能时涡簧轴反向转动的作用；

第一变速箱包括涡簧轴上连接的第二单向轴承及第二主动齿轮、第一连轴齿轮，所述第二单向轴承在储能状态下防止涡簧轴带动第二主动齿轮转动，在储能机构释放状态时第二电磁离合器断电，涡簧反转带动涡簧轴反向转动，第二单向轴承在释放状态下使涡簧轴带动第二主动齿轮反向转动，第二主动齿轮依次驱动第一连轴齿轮的小齿轮及大齿轮、与第一连轴齿轮的大齿轮啮合的第二从动齿轮旋转；

擒纵调速系统包括擒纵调速机构、与第一连轴齿轮啮合的第二从动齿轮、与涡簧轴平行的擒纵轮轴，擒纵轮轴上转动连接擒纵调速机构和第二从动齿轮，第二从动齿轮通过擒纵调速机构调速后将速度依次反馈给第一连轴齿轮、第二主动齿轮、涡簧轴；

第二变速箱包括与第一连轴齿轮啮合的第二连轴齿轮、与第二连轴齿轮啮合的第三连轴齿轮、与第三连轴齿轮啮合的第三从动齿轮；第一连轴齿轮依次驱动第二连轴齿轮、第三连轴齿轮、第三从动齿轮转动，第三从动齿轮通过输出轴带动风机转动。

作为优选方式，涡簧储能箱包括固定在支座上的涡簧盒、垂直穿过涡簧盒中心的涡簧轴，涡簧盒内部平行设置外端挡板和内置挡板，内置挡板之间设有涡簧，涡簧内端固定在涡簧轴上，螺杆依次穿过涡簧尾端、外端挡板、各内置挡板，从而实现涡簧尾端与涡簧盒在径向及轴向上的固定。

作为优选方式，所述涡簧为3个。

作为优选方式，涡簧盒通过涡簧盒螺纹孔固定在支座上，涡簧盒内壁上设有与外端挡板和内置挡板配合的涡簧盒内螺纹，外端挡板和内置挡板通过内切凸台固定在涡簧盒内部，涡簧盒中心设有涡簧轴光孔，涡簧盒还设有用于穿入螺杆的螺杆孔。

本发明的工作原理如下：使第一电磁离合器断电，第二电磁离合器通电，此时输入轴与齿轮以及棘轮棘爪机构中的棘轮与涡簧轴均处于分离状态。通过外力作用将适当重量的重物提升至高处，然后此时使第一电磁离合器处于通电状态，重物开始自由下落并同时通过绳索带动转盘转动，由于第一电磁离合器在通电状态下输入轴与第一主动齿轮处于固定连接状态，从而输入轴可驱动第一主动齿轮转动，第一主动齿轮带动第一从动齿轮转动，第一从动齿轮驱动涡簧轴旋转，涡簧轴带动涡簧储能箱内部的涡簧旋转储能；由于涡簧外端固定，此时涡簧在涡簧轴驱动下发生弹性变形，即逐渐脱离涡簧盒壁并向涡簧轴逐渐靠拢的过程，此为涡簧的储能阶段；第一单向轴承用于使第一从动齿轮只能带动涡簧轴朝使储能机构储能的方向转动；第二电磁离合器和棘轮棘爪机构的棘轮固定连接，棘轮棘爪机构防止储能时涡簧轴反向转动；所述第二单向轴承在储能状态下防止涡簧轴带动第二主动齿轮旋转。使第一电磁离合器断电，则储能机构结束储能状态；

当需要使储能机构进入能量释放方式时，使第一电磁离合器及第二电磁离合器处于断电状态，此时棘轮棘爪机构中的棘轮与涡簧轴处于分离状态，涡簧轴在涡簧反向力矩作用下开始反转，第二单向轴承在释放状态下使涡簧轴带动第二主动齿轮反向转动，第二主动齿轮依次驱动第一连轴齿轮的小齿轮及大齿轮、与第一连轴齿轮的大齿轮啮合的第二从动齿轮旋转，第二从动齿轮带动擒纵轮轴转动，从而为擒纵调速机构提供能量，第二从动齿轮通过擒纵调速机构调速后将速度依次反馈给第一连轴齿轮、第二主动齿轮、涡簧轴；在此过程中涡簧轴的转速即涡簧组能量释放速度由擒纵调速机构周期或第一变速箱的传动比决定，同时，由于第一连轴齿轮的大齿轮既与第二从动齿轮啮合，又与第二连轴齿轮中的小齿轮啮合，因此第一连轴齿轮依次驱动第二连轴齿轮、第三连轴齿轮、第三从动齿轮转动，第三从动齿轮通过输出轴带动风机转动。在此过程中，可以通过调节擒纵调速机构的周期或第二变速箱的传动比来改变风机转速。

所述第一电磁离合器、第二电磁离合器、棘轮棘爪机构为控制机构。第一电磁离合器与齿轮固定连接，第二电磁离合器与棘轮固定连接。当且仅当第一电磁离合器处于通电状态时，输入传动系统与涡簧储能箱实现联动，当且仅当第一电磁离合器及第二电离合器均处于断电状态时，涡簧开始释放既有存储能量。此外第一单向轴承的作用在于当涡簧开始储能时，确保涡簧轴与第一从动齿轮处于联动状态，而当涡簧开始释放能量时，确保涡簧轴与第一从动齿轮处于非联动状态。第二单向轴承的作用在于当涡簧开始储能时，确保涡簧轴与第二主动齿轮处于非联动状态，而当涡簧开始释能时，确保涡簧轴与第二主动齿轮处于联动状态。

本发明的有益效果为：本发明将日常生活中最为常见的重力势能以弹性势能形式存储起来，在无电或断电情况下释放能量驱动风机工作，解决了电动风机在无电或断电情况下停止工作的问题，实现能量在时间及空间上的转移和转换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是涡簧储能箱的结构示意图；

图3是涡簧盒的结构示意图；

其中，i为输入传动系统，ii为储能系统，iii为第一变速箱，iv为擒纵调速系统，v为第二变速箱；1为壳体，2为转盘，3为输入轴，4为第一主动齿轮、5为第一电磁离合器，6为轴承，7为第一从动齿轮，8为第一单向轴承，9为第二电磁离合器，10为棘轮棘爪机构，11为涡簧储能箱，12为第二单向轴承，13为第二主动齿轮，14为涡簧轴，15为第一连轴齿轮，16为擒纵调速机构，17为第二从动齿轮，18为第二连轴齿轮，19为擒纵轮轴，20为第三连轴齿轮，21为第三从动齿轮，22为输出轴，23为风机；111为涡簧盒，112为外端挡板，113为涡簧，114为内置挡板，115为螺杆；1111为涡簧盒内螺纹，1112为第一内切凸台，1113为第二内切凸台，1114为第三内切凸台，1115为螺杆孔，1116为涡簧盒螺纹孔，1117为涡簧轴光孔。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

一种涡卷弹簧式重力势能回收装置，包括：壳体1，壳体1内部设有输入轴3、平行于输入轴3的涡簧轴14、转盘2、转盘2带动的输入传动系统i、储能机构ii、第一变速箱iii、擒纵调速系统机构iv、第二变速箱v及风机23；

输入传动系统i包括连接于输入轴3上的第一主动齿轮4、与第一主动齿轮4固定连接的第一电磁离合器5、连接于涡簧轴14上的第一从动齿轮7和第一单向轴承8，所述第一主动齿轮4与第一从动齿轮7啮合，输入轴3和涡簧轴14的两端分别与轴承6内圈固定，轴承6外圈与壳体固定，从而实现输入轴3和涡簧轴14相对于壳体的自转，转盘2上缠绕绳索并在绳索末端连接重物，转盘2固定连接输入轴3，当且仅当第一电磁离合器5在通电状态下，即第一电磁离合器5与输入轴3处于吸合状态时输入轴3驱动第一主动齿轮4转动，第一单向轴承8用于使第一从动齿轮7只能带动涡簧轴14朝使储能机构ii储能的方向转动；

储能机构ii包括棘轮棘爪机构10、与棘轮棘爪机构10中棘轮固定连接的第二电磁离合器9、涡簧储能箱11，储能机构ii具有储能和释放两种状态，在储能状态下第一电磁离合器5、第二电磁离合器9均处于通电状态，第一主动齿轮4驱动第一从动齿轮7转动，从而驱动涡簧轴14旋转，涡簧轴14带动涡簧储能箱内部的涡簧旋转储能，在此过程中第二电磁离合器9与涡簧轴处于吸合状态，棘轮棘爪机构10在储能过程中可防止涡簧轴14反向转动；

第一变速箱iii包括涡簧轴14上连接的第二单向轴承12及第二主动齿轮13、第一连轴齿轮15，所述第二单向轴承12在储能状态下防止涡簧轴14带动第二主动齿轮13转动，在储能机构ii释放状态时第一电磁离合器5及第二电磁离合器9均处于断电状态，涡簧反转带动涡簧轴14反向转动，第二单向轴承12在释放状态下使涡簧轴14带动第二主动齿轮13反向转动，第二主动齿轮13依次驱动第一连轴齿轮15的小齿轮及大齿轮、与第一连轴齿轮15的大齿轮啮合的第二从动齿轮17旋转；

擒纵调速系统iv包括擒纵调速机构16、与第一连轴齿轮15啮合的第二从动齿轮17、与涡簧轴14平行的擒纵轮轴19，擒纵轮轴19上转动连接擒纵调速机构16和第二从动齿轮17，第二从动齿轮17通过擒纵调速机构16调速后将速度依次反馈给第一连轴齿轮15、第二主动齿轮13、涡簧轴14；

第二变速箱v包括与第一连轴齿轮15啮合的第二连轴齿轮18、与第二连轴齿轮18啮合的第三连轴齿轮20、与第三连轴齿轮20啮合的第三从动齿轮21；第一连轴齿轮15依次驱动第二连轴齿轮18、第三连轴齿轮20、第三从动齿轮21转动，第三从动齿轮21通过输出轴22带动风机23转动。

涡簧储能箱11包括固定在支座上的涡簧盒111、垂直穿过涡簧盒111中心的涡簧轴14，涡簧盒111内部平行设置外端挡板112和内置挡板114，内置挡板114之间设有3个涡簧113，涡簧113内端固定在涡簧轴14上，螺杆115依次穿过涡簧尾端、外端挡板112、各内置挡板114，从而实现涡簧尾端与涡簧盒在径向及轴向上的固定。

涡簧盒111通过涡簧盒螺纹孔1116固定在支座上，涡簧盒内壁上设有与外端挡板112和内置挡板114配合的涡簧盒内螺纹1111，外端挡板112和内置挡板114通过内切凸台1112、1113、1114固定在涡簧盒内部，涡簧盒中心设有涡簧轴光孔1117，涡簧盒还设有用于穿入螺杆115的螺杆孔1115。

本发明的工作原理如下：使第一电磁离合器5处于断电状态，第二电磁离合器9处于通电状态，通过外力作用将适当重量的重物提升至高处，然后此时使第一电磁离合器5处于通电状态，重物开始自由下落，通过绳索带动转盘2转动，第一电磁离合器5在通电状态下使输入轴3与第一主动齿轮4固定连接，从而驱动第一主动齿轮4转动，第一主动齿轮4带动第一从动齿轮7转动，从而驱动涡簧轴14旋转，涡簧轴14带动涡簧储能箱内部的涡簧旋转储能；由于涡簧外端固定，此时涡簧在涡簧轴14驱动下发生弹性变形，即逐渐脱离涡簧盒壁并向涡簧轴14逐渐靠拢的过程，此为涡簧的储能阶段；第一单向轴承8用于使第一从动齿轮7只能带动涡簧轴14朝使储能机构ii储能的方向转动；第二电磁离合器9和棘轮棘爪机构10的棘轮固定连接，棘轮棘爪机构10防止储能时涡簧轴14反向转动；所述第二单向轴承12在储能状态下防止涡簧轴14带动第二主动齿轮13转动。使第一电磁离合器5断电，则储能机构ii结束储能状态；

当需要使储能机构ii进入能量释放方式时，使第一电磁离合器5及第二电磁离合器9处于断电状态，此时棘轮棘爪机构10中棘轮脱离涡簧轴14，涡簧轴14在涡簧反向力矩作用下开始反转，第二单向轴承12在释放状态下使涡簧轴14带动第二主动齿轮13反向转动，第二主动齿轮13依次驱动第一连轴齿轮15的小齿轮及大齿轮、与第一连轴齿轮15的大齿轮啮合的第二从动齿轮17旋转，第二从动齿轮17带动擒纵轮轴19转动，从而为擒纵调速机构16提供能量，第二从动齿轮17通过擒纵调速机构16调速后将速度依次反馈给第一连轴齿轮15、第二主动齿轮13、涡簧轴14；在此过程中涡簧轴14的转速即涡簧组能量释放速度由擒纵调速机构16周期或第一变速箱iii的传动比决定，同时，由于第一连轴齿轮15的大齿轮既与第二从动齿轮17啮合，又与第二连轴齿轮18中的小齿轮啮合，因此第一连轴齿轮15依次驱动第二连轴齿轮18、第三连轴齿轮20、第三从动齿轮21转动，第三从动齿轮21通过输出轴22带动风机23转动。在此过程中，可以通过调节擒纵调速机构16的周期或第二变速箱v的传动比来改变风机转速。

所述第一电磁离合器5、第二电磁离合器9、棘轮棘爪机构为控制机构。第一电磁离合器5与齿轮4固定在一起，第二电磁离合器9与棘轮固定在一起。当且仅当第一电磁离合器5处于通电状态时，输入传动系统与涡簧储能箱实现联动，当且仅当第一电磁离合器5及第二电离合器9均处于断电状态时，涡簧开始释放既有存储能量。此外第一单向轴承8的作用在于当涡簧开始储能时，确保涡簧轴与第一从动齿轮7处于联动状态，而当涡簧开始释放能量时，确保涡簧轴与第一从动齿轮7处于非联动状态。第二单向轴承12的作用在于当涡簧开始储能时，确保涡簧轴与第二主动齿轮13处于非联动状态，而当涡簧开始释能时，确保涡簧轴与第二主动齿轮13处于联动状态。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。