一种重力势能驱动的转动装置的制作方法

1.本发明涉及一种转动装置，具体涉及一种将重力势能转换为对外输出转动动能的转动装置。


背景技术：

2.重力势能，是物体在重力的作用下具有由空间位置的高低所决定的能量，物体质量越大、空间位置越高、物体具有的重力势能就越大，做功本领也越大。所有地球上处于空间高位的物体都无一例外地自动具备这种能量。重力势能是一种地球赐予人类无处不在的最廉价的清洁能源。这种能源的合理充分的利用必然会造福于人类，乃至深刻地影响和改变人类的生活方式。
3.重力势能应用的关键在于将其转化为其他形式可利用的能量。这种转化的成功案例如利用水的势能转化为电能
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水力发电。遗憾的是，在此领域，除此而外的重大发明并不多见。究其原因，欲将重力势能转化为其他形式可利用的能量，一套完整而且科学的方法和技术必不可少，而这种科学的方法和技术的发明并非易事，人类为此的孜孜追求已经书写了漫漫的历史长卷。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种重力势能驱动的转动装置。该装置能将重力势能转换为对外连续不断地输出的转动动能。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种重力势能驱动的转动装置，由底座，支撑架，和支撑架中的转动轴及单向控制部件，重力锤，助力机构构成，所述重力锤的锤尾与转动轴固定连接且重力锤总是从顶端位置开始启动在重力势能驱动下围绕轴心做单方向转动。
7.特别的，所述重力锤由锤头、锤杆和锤尾构成，锤尾有孔与转动轴固定连接；所述重力锤的质量主要集中在锤头，呈头部重尾部轻形制。
8.特别的，所述支撑架中有保持转动轴做单方向转动的单向控制部件，该单向控制部件维持转动轴在指定方向上的自由转动，而在相反方向上将其锁死致使转动轴保持不动。
9.特别的，所述重力锤每次从顶端位置开始启动后，受单方向控制部件作用始终保持单方向转动，并在转动动能耗尽时保持重力锤停止在最后位置而不会做反方向倒退转动。
10.特别的，所述助力机构设于有利于对重力锤锤头施加作用力最有效的适当位置，对转动中的重力锤施加补偿性转动动能；该助力机构所施加的补偿性转动动能，最低应确保重力锤能正常越过运行轨道的高点区域并顺利进入下一转动周期。
11.一种对锤组合装置，包括2个上述重力势能驱动的转动装置的组合，及相应的传动机构。所述组合中为2个重力锤并列安装且相向转动，组合成对锤机制，以有效克服单个重
力锤转动时因力矩不平衡产生的抖动；所述传动机构将两个相向转动的重力锤的转动进行连接转换并形成统一的动能输出。
12.一种阵列组合装置，包括若干个上述对锤组合装置的阵列化组合，形成统一的动能输出。所述阵列化组合中对若干个上述对锤组合的转动轴以及传动机构形成共享。
13.一种动能设备，包含上述重力势能驱动的转动装置，或者上述对锤组合装置，或者上述阵列组合装置。
14.特别的，所述动能设备为动力输出设备，直接利用上述重力势能驱动的转动装置，或者上述对锤组合装置，或者上述阵列组合装置的输出动能。
15.特别的，所述动能设备为动力输出设备，利用上述重力势能驱动的转动装置，或者上述对锤组合装置，或者上述阵列组合装置的输出动能作为设备的驱动动能。
16.特别的，所述动能设备为发电设备，利用上述重力势能驱动的转动装置，或者上述对锤组合装置，或者上述阵列组合装置的输出动能作为发电设备的原动力输入以驱动发电机转子转动并使发电机发电。
17.本发明的有益效果是：
18.本发明利用重力锤从最高点启动在重力锤下降轨道段重力势能直接驱动以及重力锤上升轨道段重力势能转化的转动动能驱动下围绕轴心旋转，直至重力锤因各种阻尼作用致使上升动能耗尽而停止，这期间对外输出的(轴转动)动能全部为重力势能及转化结果所产生，重力锤的质量以及长度设计合理前提下其自行转动轨道可以达到全圆周轨道的90％以上，即是说重力锤旋转一周中约90％行程期间以及此期间的转动动能输出完全依赖重力锤自身重力势能的驱动作用。基于此，本发明重力势能驱动的转动装置仅需约少许的外力补偿即可使重力锤连续不断地围绕轴心转动，并源源不断地对外输出转动动能，从而收到以少量的(输入)消耗产生数倍乃至数十倍的动能输出的明显效果。
附图说明
19.图1为本发明的重力势能驱动的转动装置结构实例示意图。
20.图2为本发明重力势能驱动的转动装置重力锤结构示意图。
21.图3为本发明重力势能驱动的转动装置的重力锤旋转一周示意图。
22.图4为本发明重力势能驱动的转动装置的助力机构结构示意图。
23.图5为本发明重力势能驱动的转动装置对锤组合结构示意图。
24.图6为本发明重力势能驱动的转动装置阵列组合结构示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
26.实施例1：如图1所示。图1是重力势能驱动的转动装置结构示意图。在该实施例中，重力势能驱动的转动装置，由底座1，支撑架2，和支撑架2中的转动轴3及单向控制部件6，重力锤4，助力机构5构成。
27.实施例2：如图2所示，给出一个重力锤4结构图示意图。在该实施例中，重力锤4由锤头41，锤杆42和锤尾43构成，重力锤4的质量主要集中在锤头41，呈头部重尾部轻形制。
28.实施例3：如图3所示，是重力锤4围绕轴心o旋转一周的示意图。在该实施例中，重力锤4从最高点a处启动围绕轴心o点做顺时针旋转，经过最低点b处最终到达c点处停止。在重力锤4旋转一周的过程中，呈现以下3个阶段的演变：
29.第1阶段：下降阶段。重力锤4从a点到b点的位置不断下降的运动，完全是由重力势能的驱动作用，此期间，重力锤4在位置下降过程中不断积累转动动能，当到达最低点b点位置时，重力锤4自身具有的转动动能达到最大值，该动能足以驱动重力锤4继续转动，完成一定空间位置的抬升运动。
30.第2阶段：上升阶段。重力锤4从b点到c点的位置不断上升的运动，是由重力锤4自身具有的转动动能作驱动的位置上升过程，在到达c点位置处重力锤4的转动动能消失殆尽而停止转动；根据能量守恒定律，在不考虑各种阻尼的理想条件下，理论上重力锤4从b点到c点的位置上升，应该与重力锤4从a点到b点的位置下降的高度相同。实际情况下，因各种阻尼存在，c点位置必然低于a点位置。c点到a点的位置差，是因阻尼耗能所致，在本文被定义为“阻尼耗能空间”。
31.第3阶段：助力阶段。重力锤4从c点到a点的转动，需要通过外部施加的补偿动能来驱动完成。也就是，需要通过外部施加的补偿动能来弥补前述“阻尼耗能空间”的动能损失。
32.实施例4：如图4所示，是助力机构5的结构示意图。本图给出助力机构5实施例。本发明的助力机构5可以是各种不同的方案，例如机械能、弹簧能、热能等等。在本实施例中，助力机构5选用永磁铁+线圈方案，包括永磁铁51、线圈52、霍尔开关53、控制电路54及电源55。线圈52、霍尔开关53、控制电路54及电源55通过相关线路连接以满足控制需要。所述永磁铁51共2块固定于重力锤4锤头的两面，永磁铁51朝外的磁极与线圈52产生的磁极互斥。所述线圈52共2个分别固定安装与两边支架上，原则上可以是与重力锤4锤头的永磁铁51产生相互作用的任何位置；本实施例中，2个线圈52分别固定安装于两边支架上的低点位置，即实施例3中所述的重力锤4转动的b点位置。所述霍尔开关53固定安装于线圈52附近，完成重力锤4锤头的永磁铁51的位置探测及位置信号发生。所述控制电路54接收霍尔开关53探测到的重力锤4锤头的永磁铁51的位置信号然后接通线圈52电流使线圈52产生对重力锤4锤头的永磁铁51的驱动电感。所述电源55提供线圈52产生脉冲式电感以形成对重力锤4锤头的永磁铁51的驱动力，可以是外部的供电，内部的电池，或者是所驱动发电设备的回馈电流。
33.所述助力机构5所施加的补偿性转动动能，最低应不小于实施例3所述的“阻尼耗能空间”所需的补偿动能的最低值，以确保重力锤4能正常越过运行轨道的高点区域并顺利进入下一转动周期。
34.当助力机构5所施加的补偿性转动动能大于补偿动能所需的最低值后，致使重力锤4在越过最高点位置后具备了相应的初始动能，即在进入新的旋转周期时，重力锤4具有大于0的初始速度，其结果是加快重力锤4的转速。继续加大助力机构5所施加的补偿性转动动能，将进一步提高重力锤4的转速。
35.当助力机构5所施加的补偿性转动动能小于补偿动能所需的最低值乃至为0时，致使重力锤4在越过最高点位置之前即因动能不足而停止转动。
36.本实施例中，控制助力机构5的工作电流大小，即可控制重力锤4的起动、停止以及转动速度。
37.实施例5：如图5所示。图5是本发明对锤组合结构示意图。该图给出了本发明对锤组合实施例。在本实施例中，由2个上述重力势能驱动的转动装置拼合形成对锤c1机制并加上相应的传动机构d1组合而成。所述对锤c1中2个重力锤4并列安装且相向转动，以有效克服单个重力锤转动时因力矩不平衡产生的装置抖动；所述传动机构d1将对锤c1中两个相向转动的转轴进行连接转换并合并成统一的动能输出。
38.实施例6：如图6所示。图6是本发明阵列组合结构示意图。该图给出了本发明阵列组合模式实施例。在本实施例中，由若干个上述对锤c1并排组合并加上共享的传动机构d1组合而成。所述对锤c1并排组合分别共享两个转动轴，使得每一排同一转动轴上的重力锤在同方向转动时形成本转动轴的合力，并在传动机构d1组合的作用下将两支转动轴上的合力再汇合为最终的输出动能。