专利名称：按压式发电轮机及其工作原理和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及力学、能量守恒定律、齿轮加速器、以及发电机的工作原理相结合构成的按压式发电轮机，组成按压式发电车轮。
目前的发电机是依靠水力、风力、火力以及核能等，给以长时间迟续推动叶轮等，而旋转带动发电机发电而且受水源、风源等限制，不能在无水流、无风力等地方独立发电，即使用火力(烧煤炭、油)核能等，虽然可在某些地方独立，但却能造成污染，而且在使用时增加(烧油、煤炭等)投资。若用于机动车，不能作主要动力源，只是把主要动力源(内燃机)的一部分能量转化成电能供照明用。目前的发电机是不能解决机动车(汽车、火车等)独立运行，不能解决机动车利用能源(烧油等)增加的投资和污染问题。
本发明的目的在于为人们提供一种不需水力、风力、火力、核能等，主要靠重力发电的按压式发电机，从而解决了利用水力、风力发电而受限制，不能在汽车等地方独立，利用火力发电等造成的污染和投资问题，若用于机动车(汽车、火车等)不但解决了污染问题，而且永远不需燃料、不需停车补充能量，成为该车的主要动力用的发电源和照明用等，彻底取消目前机动车的发动机(用燃料的各种内燃机)，作为各种汽车的主要动力源，并取消利用能源增加的投资。
本发明的技术方案是采用按压式的方式，直接利用不需开采费用的能源，重力势能，并结合惯性力等直接转化成电能再把转化的电能用于做功。
基本结构因为本发明采用按压方式发电，同时利用惯性力利用惯性飞轮，所以称按压式发电轮机，可简称按压式发电机。
它的结构(
图1-1)由机壳(1)、轴E(2)上有小齿轮(4)与小飞轮(3)固定一起，小飞轮作用是利用惯性力，(为增大转动惯量最好做成边缘厚中间薄的圆轮)，轴A(7)、轴B(8)、轴C(9)、轴D(13效果与轴A、B、C相同)，都是大齿轮和小齿轮固定同一轴上，N、S是永磁转子(11)固定在轴C上。线圈(10)、滑环电能输出端(20)、按压键(18)外端(14)镶有橡胶等物质，或增加保护装置(19)(图1-2中)的保护装置类似车轮外胎，内部是按压式发电车轮)，按压键里边设有凸挡(12)防止被弹簧(6)顶出时，脱离机壳，按压键的内部是一个带齿的长方体(16)，该齿(17)与轴A的小齿轮相连接，弹簧(6)顶在按压键内孔(15)中，弹簧中间是一铁棒，是防止弹簧歪向旁边变形，轴A齿轮的两端(5)，是与按压键同向的长孔(5)，它的作用是当按压键被弹簧顶出机壳时，轴A随着按压键方向移动与轴B齿轮脱离，防止对轴B上的齿轮反转；按压键带齿的这段长度，等于或小于A轴到机壳的距离(L1)，它的作用是按压键被压缩到底(L2)的距离时，按压键上无齿的位置运动到轴A的位置，由于无齿轮与轴A上的齿轮连接，即脱离，所以按压键即使停止而其它齿轮还会随飞轮惯力，按原方向转动，或使轴A活动范围较大，会达到同样效果。还有轴承、螺栓、端盖(图中没画)等构成的单个按压式发电机，或用许多按压式发电机组成按压式发电车轮(图1-2)或按压式发电平板(图1-3)，这就是它的基本结构，根据它的用途和需要在实际应用上，可制成各种结构的。
工作原理如图1-1，为了说明方便，设轴A、轴B、轴C、轴D上的大齿轮的周长是同轴小齿轮周长的1倍，(实际制造可以是任意倍数，按压键压缩的距离L2等于轴A上小齿轮的周长，它的加速过程是按压键使轴A上的小齿轮转动一周，轴A上的大齿轮使轴B上的小齿轮转动两周，轴B上的大齿轮啮合轴C上的小齿轮使其转动四周，如此这样一个加速过程。
按压发电机的工作原理是当按或压时，经按压键把直动力传给轴A，经过齿轮啮合转变成旋转动力，再传递到B轴，并增加转速。B轴经过齿轮啮合，将动力传递给C轴，并再次增加转速，同时永磁转子磁场旋转，使线圈产生感生电流、输出电能，C轴再经齿轮啮合，又将动力传递给D轴，并再次增加转速，D轴又将动力传递给E轴，并加速使飞轮旋转，当按压键停止底端时，按压键与A轴齿轮脱离发电转子将会受飞轮转动惯力，按原方向旋转；当无按压力时，按压键被弹簧顶出机壳同时，啮合A轴齿轮，随按压键方向使A轴(齿轮)平移与B轴齿轮脱离，而发电转子还会随飞轮惯力，按原方向旋转，直到惯力消失才能停止发电，这就完成按或压一次工作过程，如此每按压一次，就会从复一次这样工作过程，在这个过程中，把按压的机械能和飞轮惯力转化为电能，如果是物体的重力把按压键压缩，那么在这个过程中就是物体的重力势能和惯力转化为电能。
根据以上所述按压发电机的工作原理和用途不同，可以设计制造利用各种斜齿轮，或锥形齿轮结构的，各种转速的，各种形状的，各种尺寸的，各种类型的或各种类型相互组合的，或多个组合一起的，如本发明用多个按压发电机组合一起的按压式发电车轮(图1-2)，还增加了保护装置(19)类似车轮外胎，把按压键全都包在内部，为看清结构画的是剖开图，滑环(20)，中心点为车轴；或多个组合一起的按压式发电机(平板形图1-3)；或制成一个或几个发电机芯而多个按压键的圆形发电车轮或平板。
本发明中最突出的是制成按压式发电车轮(图1-2)和按压式发电平板(图1-3)，和用途上，开发利用“固体间接触性重力势能”发电。
以下所述实施例，详细说明根据本发明中工作原理，制成或组合成按压式发电轮机的种类和用途(即按压式发电车轮和按压式发电平板)。
实施例1本发明按压式发电车轮(图1-2)，用在汽车上，若无损坏其优点是永远不用任何燃料(汽油、柴油等)、不需停车补充能量取消利用能源增加的投资、无污染、不受天气限制、不需充气等；这种按压式发电车轮，就是该车的主要动力源，使这种车在能量转化上与目前燃油机动车有着本质区别目前机动车能量转化过程是把燃料输入内燃机，转化成机械能带动车体运行主要缺点是用燃料增加投资，尾气排放造成污染、停车补充能量浪费时间等。
本发明用在机动车上，能量转化装置有一台(或几台)电动机，两组(或几组)贮存电装置(如蓄电池)，和按压式发电车轮组成，在制做(或说安装过程中，先给一台贮电装置存上电能，该车行驶时，电动机利用先贮存的电能转化成机械能运行，在行驶中，发电车轮在地面滚动同时，与地面接触的按压键被车身重力压缩，而转化成电能，贮存在另一个贮电装置中，这样电动机就会交换地使用贮存的电能，而按压发电车轮把该车的重力势能转化成电能，交换地贮存在贮电装置中，给电动机提供电能，即在行驶的同时就贮存了能量，所以不需停车补充能量，该车能量转化过程是把车体自身的重力势能通过按压发电车轮转化成电能贮存，再把贮存的电能输入电动机，即转化成机械能带动车体运行同时又贮存了电能。
下面举例结合计算方式，说明以上所述利用车自身的重量(重力势能)，能否使该车运行载货。设汽车空载重为5吨，在斜坡上由静止开始作匀加速直线运动，向上行驶(图2-1)斜坡与水平夹角为15度，车经过3秒它的速度达15km/h，车受到的各种摩擦阻力为(f)车重的2％；这台车的4个车轮相同，都是按压发电车轮，且每个发电车轮的周长是2m由100个按压发电机组成(发电轮加宽)，每个按压键上下移动最大距离为0.04m求这台车在200m上坡的路程中，消耗的总能量，和这段路程中按压发电车轮贮存的总能量各是多少？再说明该车利用自身的重量(重力势能)，能否运行载货。(其中在这段路程按压式发电车轮贮存能量时的损耗与摩擦阻力损耗相同为车重2％)解1．先求该车在200m上坡的路程中所做的总功(即消耗的总能量)作该车受力分析图(图2—2)，F表示车所受摩擦力；该车由高度h1行驶高度h2所通过的路程为S则该车在这段路程行驶合力对它所做的功，即有用功W有用=(F-mgsinθ-f)s根据牛顿第二运动定律得F-mgsinθ-f=ma所以W有用=mas
由于Uo=0；Ut=15km/h=4.17m/s；t=3s则该车由静止作匀加速直线运动时的加速度为a=Ut-Uot=4.17-03=1.39(m/s2)]]>已知m=5吨=5×103kg；a=1.39m/s2；S=200m所以W有用=5×103kg×1.39m/s2×200m=139×104焦耳由于车所受阻力f=2％×G=0.02×5吨=100kgf=980N所以W阻=fs=980N×200m=196000焦耳已知mg=5000kg×9.8=49000N；s=200msinθ=sin15°=0.2588所以W重=mgsinθs=49000N×0.2588×200m=2536240焦耳所以W总=W有用+W额外(W阻+W重)=4122240焦耳根据能的转化和守恒定律该车所需的能量或说做的总功等于自身电动机消耗的电能，即200米路程消耗的总电能是4122240焦耳。
2．求按压发电车轮在200米贮存能量(电能)实质是求这段路程贮存的重力势能，整个车体只有车轮与地面接触，车重不变时，说明车轮上任意与地面接触点，对地的压力相同所以车轮各个按压键所受压力相同，由于只有四个车轮，那么四个车轮受的压力之和等于车重。由于四个车轮相同(包括行驶路程)，为了计算简便，在求贮存重力势能时，把车轮想像合成一个车轮计算简便，那么该车发电轮的压力等于车重mg，压缩高度等于0.04m(因为实际还是四个车轮着地，每个压缩高度是0.04m)。先求出一个按压发电机(键)贮存的能量，再求滚动一周100个所贮存的能量，从而求出该车轮向前滚动100周，行驶200米所贮存的能量，也就是4个轮(该车行驶200米)贮存的总能量。
根据重力势能公式，重力势能等于重力与高度的乘积Ep=mgh，由于本题斜坡路面与水平成15度角，因此该车对斜坡路面的压力不等于该车重力，而等于和斜坡路面垂直的一个分力mgcosθ(图2-2)，按压发电车轮中一个按压发电机贮存的重力势能是Ep=mgcosθh=5×103kg×9.8N/kg×cos15°×0.04m=49000N×0.9659×0.04m=1893.164焦耳则车轮滚动一周行驶2米，100个按压发电机贮存的重力势能1893.164×100=189316.4焦耳车轮滚动100周行驶200米贮存的重力势能是189316.4×100=18931640焦耳再减去摩擦阻力损耗，实际剩余18735640焦耳。
根据能的转化和守恒定律，所贮存的重力势能，等于发电车轮转化而贮存的电能，即200米路程贮存的电能为18735640焦耳。
在这段路程中，该车储存的电能远大于该车消耗的电能，即贮存的能量减去消耗的能量，剩余14809400焦耳，贮存能量与消耗能量的比值约为4.5，也就是说只要该车行驶消耗能量的同时，所贮存的能量就是消耗能量的4.5倍，从而说明该车能拉动是该车重4倍多的货物正常行驶，或停车作业等(如把剩余能量贮存用于汽车起重机等)分析该车在公路上行驶的三种情况能否适应三种情况就是向上坡路面、水平路面、向下坡路面行驶。
消耗能量分析由于上坡行驶阻力最大，与水平路面和向下坡路面比较，向上坡行驶消耗的能量最大。
贮存能量分析由于该车贮存能量发电机的按压键上下移动距离已固定，也就是说即使压力增大，车在水平路面行驶对按压键的压力(重力mg)，大于上坡或下坡对路面的压力(重力的一个分力mgcosθ)，按压键被压缩移动距离也不会增大，只有车重减轻时，被压缩的距离才会小于设计时固定距离，由于上例中车为空载，重量不可能减轻，因此可认为上坡、下坡、水平路面行驶，同一路程贮存能量相同。
上例选则上坡即消耗能量最大，贮存能量不变，计算结果贮存的能量远大于消耗的能量，从而再次证明该车利用自身的重力势能，完全能适应在上坡、水平路面向下坡路面正常运行、载货为了保持目前车轮的优点和使用寿命，同时又要使贮存的能量够用，应该在按压发电轮上加密按压发电机数量，同时要减小按压键的按压距离和增加保护装置，并把所拉货物的重量加以利用，转化为电能，再如上例，当按压键的压缩距离为0.01m(1厘米)时，其它条件不变，贮存的能量是4536910焦耳，是消耗能量的1.1倍，能够拉动是该车重1倍的货物正常运行。如在按压发电车轮外装有特制的保护装置，或把按压发电车轮装在类似车外轮胎内(如图1-2)，由于压缩距离只有1厘米，因此不会对轮胎有影响，还起到保护作用等。若用于火车这类有轨道的可不用橡胶胎等作保护装置。
实施例2本发明“按压式发电平板”，用许多这类按压式发电机组成的平板(图1-3)；实质是把“按压式发电车轮”展开平放，可以制成一个整体平板。如把这样的按压式发电机(平板)放在人常走的地方、路面、门口、室内、地面等处，利用车在上面行驶压缩按压键发电，实质是利用车的重力或人走路的重力势能等，转化成电能，再贮存，为用户的各种电器提供电能，如供照明、冬天取暖、电饭锅、电视机等等，由于被利用的重力势能不需花钱等费用，而且没有污染，用在农村等家庭中，即解决烧柴、烧煤等造成空气污染等，还能节省买煤等增加的投资，尤其利用在偏远山区，即解决农民用电和烧柴问题，又能防止乱砍烧柴而破坏森林。
权利要求
1.由按压键、齿轮加速器、惯性飞轮、永磁体(或电磁体)、线圈、弹簧、轴与轴承等构成的按压式发电轮机；目前的发电机是依靠水力、风力、火力以及核能，给以迟续推动叶轮旋转，带动发电机发电，而且发电机总是固定某处，不是在路面滚动方式发电，或按压式，没利用惯性力惯性飞轮，没制成按压式发电车轮代替目前车轮、没取消内燃发动机用于机动车等；本发明按压式发电轮机其特征是利用惯性力(惯性飞轮)，并利用按压的方式，把按压力(包括重力)、惯性力转化成电能，制成按压式发电(圆形)车轮，用于机动车代替目前车轮并取消内燃发动机，作为各种机动车的主要动力源，不是固定在某处，而是采用滚动按压的方式，开发利用“固体间接触性重力势能”发电，或制成平板类型，其主要结构是由机壳(1)、轴E(2)上有小齿轮(4)与小飞轮(3)固定一起，小飞轮作用是利用惯性力(可以是平的圆轮，为增大转动量，最好做成边缘厚中间薄的圆轮，或有孔的圆轮等各种形状)，轴A(7)、轴B(8)、轴C(9)、轴D(13效果与轴A、轴B、轴C相同)，都是大齿轮和小齿轮固定同一轴上，NS是永磁转子(11)固定在轴C上，线圈(10)、滑环(电能输出端(20)，按压键(18)外端(14)也可镶有橡胶等物质，或增加保护装置(19)类似车轮外胎)，按压键里边设有凸挡(12)防止被弹簧(6)顶出时脱离机壳，按压键的内部是一个带齿的长方体(16)，该齿(17)与轴A的小齿相连接，弹簧(6)顶在按压键内孔(15)中，弹簧中间是一铁棒，是防止弹簧歪向旁边变形、轴A齿轮的两端(5)是与按压键同向的长孔(5)，它的作用是当按压键被弹簧顶出机壳时，轴A随着按压键方向移动与轴B齿轮脱离，防止对轴B上的齿轮反转，按压键带齿的这段长度等于或稍小于A轴到机壳的距离(L1)它的作用是按压键被压缩到底(L2)的距离时，按压键上无齿的位置运动到轴A的位置，由于无齿与轴A上的齿轮连接，即脱离，所以按压键即使停止，而其它齿轮还会随飞轮惯力，按原方向转动，或让长孔稍宽使轴A活动范围稍大，会达到同样效果，还有轴承、螺栓、端盖等零件构成的单个按压式发电机，并用许多按压式发电机组成的“按压式发电车轮”(图1-2)或“按压式发电平板”；这就是它的基本结构，根据它的用途和需要可制成各种形状和各种结构的；它的工作原理是当按或压时，经按压键把直动力传给A轴，经过齿轮啮合转变成旋转动力，再传递到B轴，并增加转速，B轴经过齿轮啮合，将动力传递给C轴，并再次增加转速，同时永磁转子磁场旋转，使线圈产生感生电流，输出电能，C轴在经齿轮啮合，又将动力传递给D轴，并再次增加转速，D轴又将动力传递给E轴，并加速使飞轮旋转，当按压键停止底端时，按压键与A轴齿轮脱离，发电转子将会受飞轮转动惯力按原方向旋转；当无按压力是，按压键被弹簧顶出机壳同时，啮合A轴齿轮随按压键方向，使A轴(齿轮)平移与B轴齿轮脱离(不会使B轴反转)，而发电转子还会随飞轮惯力按原方向旋转，直到惯力消失才能停止发电，这就完成按或压一次的工作过程，如此每按压一次，就会从复一次这样工作过程，在这个过程中，把按压的机械能和惯力转化为电能，如果是物体的重力把按压键压缩，那么在这个过程中，就是物体的重力势能和惯力转化为电能，本发明的目地就是开发利用“固体间接触性重力势能”发电；根据以上所述按压式发电轮机的结构、工作原理和用途不同，可以设计制造利用各种斜齿轮或锥形齿轮或普通圆形齿轮等结构的、各种转速的、各种形状的、各种尺寸的、各种类型的或各种结构、类型相互组合的、或多个组合一起的、可以是几个或一个发电机芯而多个按压键的按压式发电车轮或按压式发电平板，等等各种各样的按压式发电轮机、按压式发电车轮、按压式发电平板或单个使用。
2按照权利要求1和工作原理所述制成各种各样结构的(包括各种类型的)按压式发电轮机、按压式发电车轮、按压式发电平板或单个的按压式发电机，包括内部是各种结构和外部是各种结构。
3按照权利要求1和工作原理所述，制成各种各样形状的按压式发电轮机、按压式发电车轮、按压式发电平板或单个的按压式发电轮机，包括内部各种零件和外部是各种形状、如内部齿轮是各种形状、线圈是各种形状、永磁转子是各种形状、按压键是各种形状、外部是圆形、方形、长条形、平板形等等形状的，可以是任意形状。
4.按照权利要求1和工作原理所述，制成各种数量和各种尺寸的按压式发电轮机、按压式发电车轮、按压式发电平板或单个的按压式发电机等，包括内部各种零件和外部是各种尺寸、各种数量的，如内部齿轮的周长、直径、薄厚、齿数、齿轮个数等可以是任意尺寸或任意数量，永磁转子、线圈、轴、按压键、弹簧等零件都可以是任意尺寸或任意数量、任意匝数，按压式发电平板、按压式发电车轮的宽度周长(长度)直径、厚度、按压键的个数等等所有的零件或外壳都可以是任意数量和任意尺寸的。
5.按照权利要求1-4和工作原理所述制成任何类型的按压式发电轮机、按压式发电车轮、按压式发电平板或单个的等等类型用于各处有按力、压力的地方发电，采用按压方式或滚动按压式发电，如按压式发电车轮，用于各种机动车作为车轮，取代目前的车轮或取消内燃发动机，作为机动车的主要动力源，即采用滚动按压式发电；按压式发电平板铺放地面等处，即采用按压式发电。
全文摘要
本发明按压式发电轮机由按压键、加速器、惯性飞轮、永磁体(或电磁体)、线圈等组成,本发明把许多按压式发电轮机再次组合成一体的圆轮叫按压式发电轮,或组成平板叫按压式发电平板等等类型,是把按压力、惯力等的能量转化成电能输出做功,用在各处有按压力的地方发电。
文档编号H02K7/18GK1325170SQ01103148
公开日2001年12月5日 申请日期2001年2月16日 优先权日2000年2月21日
发明者孙中灏 申请人:孙中灏