动能积蓄器和包括动能积蓄器的能量传输系统的制作方法

专利名称：动能积蓄器和包括动能积蓄器的能量传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动能积蓄器，且在本发明的一实施例中，其涉及一种包括该积蓄器的能量传输系统。
背景技术：
各种动能积蓄器是已知的，其包括了利用飞轮原理来实现的动能积蓄器，用于需 要将(规律的或不规律的)振荡式或脉冲式能量从来源传输至一负载时加以积蓄及/或 平稳化的系统中。类似地，各种能量传输系统(其中一些系统包括积蓄器)已被提出用于 将动能从移动车辆传输至发电机或流体压力产生器。此部分的技术可参考1979年4月30 日提交的美国专利第4，239，975号(Chiappetti)及2002年12月2日提交的美国专利第 6，767，161号(Calvo等人)的揭示内容。1997年1月7日授权的美国专利第5，590，568号(Takara)描述一种由低输出电 动马达所驱动之飞轮能量储存系统，其包括多个间隔开的飞轮，其以可转动的板子的形式 以一个在另一个之上的方式被设置且具有共同的转动轴线。永久磁铁以对准的方式被安装 相邻的转动板上而成相反方位(极性互斥)的设置。马达驱动第一个飞轮的转动，后续的 飞轮则因为安装在相继飞轮上的相对准的永久磁铁的互斥力而被转动。然而，这些飞轮都 在同一时间被该马达所驱动以将动能积蓄在该系统中，而这让该系统效率低下。本发明的积蓄器(如下文中所述)被描述为一种从运动中的车辆获得动能是的能 量传输系统，且本发明在下文中系以此为例来加以说明。然而，应被了解的是，本发明在积 蓄器本身及利用包括动能的多种能量来源中的任何一种能量来源的能量传输系统上都有 更广泛的运用，这些能量来源包括运动中的人类或其它动物，波浪，洋流或潮汐，路上车辆 及实施重复运动的机械装置或系统。

发明内容
广意而言，本发明的一个方面提供一种用于提供转动驱动的动能积蓄器，其包 括(a)彼此相邻地设置且可转动地安装的多个积蓄器构件；(b)输入驱动机构，被布置成将转动驱动提供至所述积蓄器构件中的第一个；和(c)速度响应耦合构件，被布置成在所述积蓄器构件的各自积蓄器构件被依序地 被促使以等于或大于预定速度的角速度转动时给所述积蓄器构件的相继的积蓄器构件提 供磁性耦合。在上述的积蓄器的操作中，当转动驱动被提供(例如，渐增地)至所述积蓄器构件 的第一积蓄器构件时，该第一积蓄器构件被引动而转动且其角速度逐渐地增加至预定的水 平。当到达该预定的角速度水平后，磁性耦合被建立在该第一积蓄器构件与下一个后续的 (相邻的)积蓄器构件之间，由此该相邻的积蓄器被引动而转动且其角速度逐渐地增加至 预定的水平。当达到稳态情况且所有的积蓄器构件都以该预定的角速度转动时，在动能被提供至该第一积蓄器构件的时间中动能(转动驱动形式)可从该积蓄器被传输至负载。因 此，该积蓄器可被用于便于将低惯性能量源或传送器耦合至具有相对高的惯性矩的负载。 此外，因为转动中的积蓄器构件的动量，在没有动能被施加至该积蓄器时，该积蓄器能在一 时间段内连续施加旋转驱动至所述负载。因此，本发明的另一方面提供一种动能传输系统，包括(a)能量积蓄器，包括彼此相邻地设置且可转动地安装的多个积蓄器构件；输入 驱动机构，被布置成将转动驱动提供至所述积蓄器构件的第一个；和速度响应耦合构件，被 布置成在所述积蓄器构件的各自积蓄器构件被依序地被促使以等于或大于预定速度的角 速度转动时给所述积蓄器构件的相继的积蓄器构件提供磁性耦合；(b)能量传送器机构，被布置成将驱动从动能源施加至所述能量积蓄器的输入驱 动机构；和(c)负载装置，在每个积蓄器构件以等于或大于预定速度的角速度转动时耦合至 所述能量积蓄器且被布置成被所述能量积蓄器驱动
该能量积蓄器可根据需要包括任意数量的积蓄器构件(以用于任何给定的应用 上)以将负载配合连接至该动能源。该能量积蓄器可包括二个积蓄器构件，在此例子中，至 少一个速度响应耦合构件可被安装至二个积蓄器件中的一者。然而，该能量积蓄器优选地 包括η个积蓄器构件(其中，η ^ 3)，在此例子中，所述速度响应耦合构件优选地将被安装 至(η-1个)积蓄器构件。所述积蓄器构件可被安装成绕着各自的轴线转动，但优选地被安装成绕着共同的 轴线转动。在至少一些实施例中，所述积蓄器构件被轴承安装至共同的固定轴上。所述积蓄器构件可具有任何的结构，包括多边形周边，但优选地具有圆盘状的结 构。而且，所述积蓄器构件每个都被形成为可表现出基本相同的惯性矩(相对于它们的转 动轴线而言)或它们(从第一个至第η个)可被形成为可依序增加惯性矩。该积蓄器输入驱动机构可选地由将被输入至该积蓄器的驱动源来确定，但优选地 将包括单向离合器装置。所述速度响应耦合构件可包括用于在每个积蓄器构件被引动而以等于或大于预 定速度的角速度转动时提供一积蓄器构件对另一积蓄器构件的磁性耦合的任何装置或机 构。然而，每个耦合构件优选地被设置成响应于其相关的积蓄器构件在等于或大于预定速 度的角速度的转动，在离心力的作用下移动至其工作位置。在后者的情况下，每个耦合构件 都被安装至其相关的积蓄器构件用于直线运动，或优选地被安装用于枢转运动。一积蓄器构件对另一积蓄器构件的磁性耦合可用各种方式来实现。例如，永久磁 铁可被安装在每个耦合构件上且这些积蓄器构件至少部分地由磁性吸引(如，铁磁性)材 料来形成。可选地，永久磁铁可被安装至所述积蓄器构件且耦合构件可至少部分地由磁吸 材料形成。再可选地，永久磁铁可被安装至耦合构件与积蓄器构件两者上，其磁极关系可被 布置成允许耦合构件与积蓄器构件之间的磁耦合(以互吸或互斥的意义而言)。永久磁铁优选地包括稀土族磁铁。该磁性耦合有助于相邻的积蓄器构件之间的滑 移以及由此产生的平滑的动态耦合。第二磁铁系统可被使用，以偏压所述耦合构件，使得在给定的积蓄器构件的角速 度下降到低于该预定速度时切断相邻的积蓄器构件的磁性耦合。
该驱动机构可包括任何适合的机构用以提供转动驱动力至该动能积蓄器。具体而言，本发明的另一方面提供用于将转动驱动施加至负载装置的驱动机构， 包括(a)第一和第二驱动装置，所述第二驱动装置被布置成驱动所述负载装置的转 动；(b)单向离合器；和(c)驱动系统，用于被所述能量传送器驱动且包括用于驱动所述第一驱动装置的 转动的第一元件和用于驱动所述第二驱动装置的转动的第二元件，其中所述第二元件被布 置成能被所述第一元件驱动且能相对于所述第一元件转动，且与所述第二元件与所述第二 驱动装置相比，所述第一元件和所述第一驱动装置具有较高的传动比，并且所述第一驱动 装置被布置成通过所述单向离合器来驱动所述第二驱动装置的转动。该驱动系统可包括另一单向离合器，其被设置在该第一元件与该第二元件之间， 其中该第一元件被设置成可通过该另一离合器来驱动该第二元件的转动。在至少一些实施例中，该驱动系统亦可包括驱动带，其被环绕在所述第一元件和所述第一驱动装置周围，以实现所述第一驱 动装置的转动；缓冲器装置，其被布置成保持所述驱动带的张紧且在所述驱动带被所述第一元件 驱动时绕着所述第一驱动装置的转动轴线从初始位置枢转至终止位置，所述缓冲器装置至 所述终止位置的枢转缓冲通过所述驱动带施加至所述第一驱动装置上的转动驱动；和返回装置，用于将所述缓冲器装置偏压至所述初始位置，并在所述驱动带没有被 所述第一元件驱动时将所述缓冲器装置绕着枢转轴线从所述终止位置返回至所述初始位 置，所述缓冲器装置适于在所述初始位置与所述终止位置之间来回枢转，至少直到在所述 第二元件达到初始角速度。所述缓冲器装置包括一对张紧臂，其能绕着所述枢转轴线相对于彼此枢转，其中 的一个张紧臂压靠所述驱动带的一侧，而另一张紧臂压靠所述驱动带的相对侧，且所述张 紧臂被偏压彼此远离。所述返回装置包括永久磁铁，其中的至少一个永久磁铁被安装在所述缓冲器装置 的张紧臂中的第一张紧臂上，以能与所述第一张紧臂一起绕着所述枢转轴线枢转，且另一 永久磁铁被安装在与所述第一张紧臂分离的固定位置上，在所述第一张紧臂上的磁铁与在 所述固定位置上的磁铁的磁极方位相反以彼此吸引。此外，所述缓冲器装置的张紧臂通过以相反(即互斥磁极)方位被设置在张紧臂 上以彼此互斥的永久磁铁偏压而彼此远离。可选地，弹簧结构可被用于将该缓冲器装置的 张紧臂彼此远离地偏压。典型地，该第一和第二元件是能绕着共同的转动轴线转动的滑轮，且该第一与第 二驱动机构为具有不同的共同转动轴线的其它滑轮。而且，该第一与第二滑轮通常尺寸相 同。然而，应理解，齿轮或其它驱动元件可被用作为第一与第二元件和第一与第二驱 动机构，或例如，齿轮与滑轮或其它适合的驱动元件的组合。例如，滑轮可以是有齿的或有 键槽的滑轮。当滑轮被使用时，该驱动带可以是驱动皮带，或者当齿轮和/或有齿的滑轮被使用时，该驱动带可以是驱动链条。本发明的动能传送系统的能量传输器优选地包括用于将动能源的直线运动转换 成转动运动的装置。该直线运动可以是在大致水平的方向上，诸如从路上的运动车辆的前 进运动得到的直线运动，或在大致竖直的方向上。来自于该动能源的动能可被该积蓄器传 送至任何形成的负载，包括旋转泵，但优选地被传送至发电机。离合器机构，包括体现该积 蓄器的操作原理的离合器机构，可选地被设置在该积蓄器与该负载之间。因此，本发明的另一方面提供一种用于将动能源的运动转换成转动驱动的能量传 送器，包括致动器，用于在基本直线的方向上被所述动能源从空档位置驱动至移位位置；至少一对径向臂，其彼此间隔开来且在所述臂的远端处被可转动地连接至所述致 动器，每个径向臂的相反的近端被可转动地安装，且所述臂中的至少一个臂被布置成使驱 动轴绕着其各自的转动轴线转动，以在所述致动器在所述直线方向上被所述动能源驱动时 提供转动驱动；及磁铁的装置，在所述装置中的磁铁以磁极互斥的方位被设置，用于将所述致动器 从所述移位位置回返至所述空档位置。该能量传输器进一步包括支撑件，所述支撑件被设置在所述径向臂之间且承载多 个磁铁，其中另外的磁铁被安装在所述径向臂上，在所述支撑件上的磁铁被设置成排斥在 所述径向臂上的磁铁。应理解，该能量传输器的各自的磁铁可以是永久磁铁，诸如永久稀土族磁铁，但任 何适合的永久磁铁都可被使用。在本发明的驱动机构的第一驱动元件与第一驱动装置的“传动比”是指第一驱动 元件对第一驱动装置的转速比。相同地，第二驱动元件与第二驱动机构的“传动比”是指第 二驱动元件对第二驱动机构的转速比。在通篇说明书中，“包括” 一词或其变形如“包含”或“具有”将被理解为意味着包 括被陈述的元件，整数(integer)或步骤(st印)，元件的组，多个整数或多个步骤，且不排 除任何其它的元件，单元或步骤，元件的组，多个整数或多个步骤。包括在此说明书中的文献、动作、材料、装置、物件的任何讨论只是为了提供本发 明的内容。它并非被视为由于这些内容在本申请的优选权日之前存在于任何地方而承认这 些内容的任一个或全部形成现有技术基础的一部分或在与此发明的相关领域中的公知常 识。本发明将可从下文中与动能传输系统及包括在该系统中之能量积蓄器的示例性 实施例的与附图相关的描述中被清楚地了解。


图1显示完整的能量传输系统的示意图；图2为该系统的能量传送部件的视图；图3显示包括在该系统中的第一种能量积系器的平面图；图4显示图3所示的积蓄器的分解平面图；图5为沿图4中的剖面5-5方向所见的积蓄器构件的底侧平面图6显示图1所示的系统包括的另一种能量积蓄器的平面图；图7为沿图6中的剖面7-7方向所见的积蓄器构件的底侧平面图；图8为输入驱动机构的视图，其被布置成将增量式转动驱动从该能量传送器提供 至该积蓄器，其中该驱动机构是在操作行程的初始位置；图9显示图8的驱动机构位在中间的操作行程位置；图10显示图8的驱动机构位在操作行程的终止位置；图11为本发明的另一积蓄器构件的底侧平面图；图12为平面图，显示用于提供转动驱动至本发明的能量积蓄器的另一输入驱动 机构；图13为图12的输入驱动机构在使用中的平面图；图14为本发明的动能传输系统的侧视图，其包括图12所示的输入驱动机构；图15为图14的动能传输系统的端视图；图16为本发明的动能传输系统的部分剖面图，包括多个图11所示的积蓄器构件 和图12所示的输入驱动机构；图17为本发明的动能传输系统的平面图；图18为图17的动能传输系统的端视图；图19为图17的动能传输系统的能量传送构件的端视图；且图20为图19的能量传送器构件的平面图。
具体实施例方式如图1所示，该能量传输系统包括动能源20，其在该系统的操作中将动能传送至 能量传送器21。该动能源20将典型地包括相继的移动车辆，该车辆与该传送器接合，该车 辆通过将运动施加至该传送器21而对该传送器起作用。然而，如之前所提到的，该能量源 可选地包括能够将运动施加至该传送器21的任何移动中的物体。被输入至该传送器21的能量经由输入驱动机构23以增量(incremental)机械式 运动的形式被传输至积蓄器22。当有足够的动能被积蓄于该积蓄器22中以克服负载24的 静惯量时，驱动力在能量从动能源20被增量式地输入至该积蓄器的期间(经由离合器25， 如离心离合器)从该积蓄器被输送至该负载。负载24将典型地包含发电机，但其亦可包含流体泵或转动/往复驱动可施加于其 上的任何种类的机器。该传送器装置21被示意地显示于图2中，其被设置在道路27下方的凹处26内且 其包含致动器板28，其被设置成可通过并与该致动器板接合的车辆(未示出)的前进运动 而在基本直线的方向上被驱动。该致动器板28被两对稀土永久磁铁29和30偏压至空档 位置(示于图2中)，其中每一对磁铁以相反方位(即，磁极互斥)被设置。如图所示，该致动器板28被两个径向臂31及32所携载，这两臂在该致动器板28 被向前移动中的车辆基本直线地移动时会被致动而转动(例如沿顺时针方向)，且这两臂 在该车辆通过之后被磁铁对29与30回送至该空档位置。径向臂31被空转轴33所携载， 并且径向臂32被连接至驱动轴34，其被促动以随着该致动器板28的直线运动而转动。在 可能的替代配置(未示出)中，该径向臂31与该空转轴33可被省略且该致动器板28可通过该径向臂32直接连接至该驱动轴34。该驱动轴34的增量式转动运动通过该输入驱动机构23传输至该积蓄器22，该输 入驱动机构23的一个实施例稍后将参考图8至10来描述。如图3至5所示例性地示出的积蓄器22包含三个积蓄器构件35、36和37，每个 积蓄器构件都具有大致圆盘形的构造且是由非磁性物质所制成且实际上用作飞轮。该积蓄 器构件被安装成可绕着共同的固定轴38独立地转动，因此可绕着共同的轴线独立地转动。 该第一和第二积蓄器构件35及36两者都载负至少一个，优选地如图所示载负四个可枢转 的速度响应耦合构件39。即，其它的实施例可被提供比四个少(如，三个)或比四个多的 耦合构件。在附图所示的实施例中，第二及第三积蓄器构件36和37中的每一者其周围都 被提供有稀土族永久磁铁的外环40，其典型地(但非必须地)被设置交替的(N-S-N-S-—) 磁极。而且，第二及第三积蓄器构件36和37中的每一者都被提供磁极相同(N-N-N--或 S-S-S-—)的稀土族永久磁铁的内环41。如图5最清楚地所示，每个耦合构件39都呈基本L型且它们都通过枢销42可转 动安装于它们各自的积蓄器构件35与36上。每个耦合构件39主要是用非磁性物质制成 但被提供有外部的大致拱形铁磁性脚43。每个耦合构件的径向内端44都被提供有永久磁 铁的拱形的阵列45，其被同磁极(N-N-N--或S-S-S---)地排列用以被各自(相继)的积 蓄器构件36和37上的磁铁的内环41排斥。当该积蓄器22在静态状态下时，施加在该内磁铁环41与该拱形磁铁阵列45之间 的该(互斥性)磁场强度是被预设好的，用以将耦合构件39保持在空档位置；也就是说，耦 合构件39的铁磁性脚43有效地从将积蓄器构件36和37中各自(相继的)积蓄器构件上 的磁铁的外环40上的磁铁连接的磁场脱开。然而，耦合构件39每一者的重量都被选择，使 得当积蓄器构件35及36被促动而以预定的角速度转动时，耦合构件39会承受一离心力， 其足以克服该内磁铁环41与该拱形磁铁阵列45之间的磁性互斥并造成每个耦合构件的径 向外部向外枢转。当此情形发生时，耦合构件39从它们的空档位置(neural position)被 移动至工作位置(function position)且磁耦合被建立在耦合构件39的该铁磁性脚43与 积蓄器构件36和37中各自(相继的)积蓄器构件上的磁铁的外环40之间。亦即，在该积蓄器22如上文所述的操作中，当转动驱动从传送装置21被增量地施 加至第一积蓄器构件35时，该第一积蓄器构件35被促动而转动且其角速度逐渐地增加至 预定的程度。在到达该预定程度的角速度之后，安装在第一积蓄器构件35上的耦合构件39 在离心力的作用下向外枢转，且磁性耦合经由耦合构件39及在第二积蓄器构件36上的磁 铁的外环40而被建立在第一与第二积蓄器构件35与36之间。该第二积蓄器构件36因而 被促动而转动且其角速度被逐渐地增加至预定的程度，与第三积蓄器构件37的磁性耦合 随之被建立且转动驱动被施加至该第三积蓄器构件37。当达到稳态状态且所有三个积蓄器 构件都以等于或大于该预定角速度的角速度进行转动时，(转动)动能可从积蓄器22传输 至负载24。因此，积蓄器可被用于促进低惯性能量传输器(即，致动器板28)对一具有高相 对高的惯性矩的负载24(诸如发电机)的耦合。此外，在动能停止被输送至该动能传输器 21且积蓄器22的情况中，积蓄器构件将会因为它们的动量而持续转动一段时间。因此，转 动驱动将持续从该积蓄器被输送至该负载，直到积蓄器构件的角速度落到驱动该负载所需 的数值以下为止。
如果该动能只是暂时性地停止供应的话(诸如由于交通的短暂阻塞)，则动能重 新供应至该动能传输器将可重新开始(旋转中的或静止的)积蓄器构件的驱动。图6及7所示的积蓄器与上文所述的类似且类似的附图标记被用于标示类似的部 件。然而，图6及7所示的积蓄器具有四个圆盘状的积蓄器构件35，46，47及48，它们都是 用非磁性物质制成的。第一，第二及第三积蓄器构件35、46及47每一者都载负四个可枢转 的速度响应耦合构件49，且与耦合构件39不同的是，每个耦合构件49都具有基本拱形的外 脚50，其至少部分是由一组磁极交替设置的稀土族磁铁51来形成。而且，第二，第三及第四 积蓄器构件46，47及48被形成有磁性吸引的材料(如，铁磁性物质，诸如钢铁)的圆周环。图6及7所示的积蓄器的操作与图3至5所示的积蓄器的操作基本相同，不同处 在于，磁耦合是通过在耦合构件49的外周边上的磁铁51与在第二至第四积蓄器构件46至 48上的铁磁性环52而被建立在积蓄器构件之间。增量式转动驱动通过该输入驱动机构23而被施加至(两种积蓄器22形式的)第 一积蓄器构件35。此机构包含运动平移机构53，如图8至10中以连续操作阶段形式所示， 及单向离合器(例如凸轮离合器或超越离合器(Sprag clutch)，未示出)，其将该运动平移 机构连接至该第一积蓄器构件35。该运动平移机构53包含杆臂54(图8至10)，其形成该传送器装置21的驱动轴 34的径向延长部。该杆臂54的外端通过连杆56而被可枢转地连接至L型枢转杆55的短 臂，该枢转杆55的长臂上设置有滚轮57，其通过接合到拱形的第一滚轮座圈59内而作用在 另一枢转杆58的短臂上。该枢转杆58绕着枢销60枢转且在其长臂61的端部处设置有滚 轮62，其通过接合到拱形的第二滚轮座圈64内而作用在从动臂63上。在该驱动轴34的最初转动运动中，该枢转杆55被促动用以从图8所示的开始位 置转动至图9所示的中间位置。这造成该滚轮57移动经过该轴承座圈59，因而造成该枢转 杆58与该从动臂63两者的转动，而后者是因为滚轮62在该轴承座圈64内的运动而转动。 驱动轴34持续运动至图10所示的位置，造成杆55和58的进一步转动且从动臂63转动至 如图10所示的终止位置。因此，该运动平移机构53的作用是将驱动轴34的小转动(假设 为15°至20° )放大为该从动臂63及该第一积蓄器构件35的约60°至80°的增量式转 动。此外，通过利用滚轮在座圈内的构造，在杆55和58上的转动力矩在每一致动的开始时 即被最大化且施加至该第一积蓄器构件35的角速度被最佳化。因此，在本发明的另一方面，提供了一种用于将转动驱动提供至负载的驱动机构， 其包含转动驱动装置用于绕着其转动轴线来回地转动，单向离合器，及第一与第二滚轮。第 一杆在一端被连接至该转动驱动装置，且该第一滚轮转动地安装于该杆的相反端上，该第 一杆被可枢转地安装用以绕着枢轴线与该转动驱动装置一起枢转。也提供了第二杆，在其 一端上设置有拱形的第一滚轮座圈。第二滚轮被可转动地安装在该第二杆的相反端上且该 第一滚轮被设置在该滚轮座圈内，其中该第二杆被可枢转地安装用以在该第一滚轮被该第 一杆沿着该第一滚轮座圈驱动时绕着另一枢转轴线枢转。该驱动机构亦包括驱动臂，其具 有拱形的第二滚轮座圈，第二滚轮座圈用于容纳该第二滚轮，且被可枢转地安装用以在该 第二滚轮被该第二杆沿着该第二滚轮座圈驱动时绕着转动轴线沿与该第二杆相反的方向 枢转，其中该驱动臂被设置成通过单向离合器在该驱动臂绕着其转动轴线转动于该相反方 向时将该转动驱动施加至该负载。如在图8至10的实施例所示，该第二杆(如，枢转杆58)与该第二滚轮座圈(如，滚轮座圈64)的尺寸将典型地被设置成通过该转动驱动装置(如， 驱动轴34)将该驱动臂转动至比该第一杆(如杆55)的转动角度更大的角度。积蓄器构件100的另一实施例的底视图示于图11中。此积蓄器构件呈带轮毂的 轮子形式，多个径向定向的轮辐102将中央轮毂103连接至铁磁性物质的外周环104。该外 环104从该轮辐向上突伸出。在所示的实施例中，该外环是用钢铁制成的。虽然有三个轮 辐102被示出，但此种积蓄器构件将典型地具有九个或更多个轮辐。如图中所见，速度响应耦合构件106通过枢销108被可枢转地安装至各轮辐102。 每个耦合构件106的径向外端上都设有一组稀土族永久磁铁110，其被安排成在使用时与 相邻的(相继的)积蓄器构件的外周边铁磁性环磁性地耦合。每个耦合构件106的相反内 端上则设置有另一组稀土族永久磁铁112，它们被同磁极地(N-N-N—或S-S-S—)布置， 以被相继的积蓄器构件100(图1中以虚线来显示)上的稀土族永久磁铁114的内环排斥， 如图16更清楚地所示。图11所示的是积蓄器构件100的耦合构件106位于其工作位置上。 也就是说，这些工作位置为耦合构件已绕着枢销108枢转，以响应于因积蓄器构件100的转 动而施加在耦合构件上的离心力。挡止件109 (亦以虚线来显示)被安装在每个耦合构件106的上侧用于与相应的 轮辐102接触，以防止各耦合构件绕着枢销过度转动而与铁磁物质的外周环104接触。每 个挡止件都包含托架及挡止件销，该托架垂直于耦合构件所在的平面延伸。该挡止件销被 设置成与该托架成直角用以与轮辐接触，并从该托架延伸一段距离以将介于耦合构件的径 向外周边磁铁阵列与体磁物质的外周环104之间的间隙最小化，由此磁铁110与外周环104 之间的磁性耦合效率最佳化。用于体现本发明的另一输入驱动机构116被示于图12至18中。具体而言，该动能 积蓄器118被安装在外金属架120上。驱动轴122在124处被轴承地安装至该金属架120 且在该轴的输入端处被连接至能量传送器机构202，其将参照图17至20进一步说明。枢转 臂128被连接至单向离合器装置130，其通过连杆134被安装至另一驱动轴132。该驱动轴 132进而被轴承地安装至该金属架120的每一端(参见图14)。当该驱动轴122绕着它的 轴线来回地转动时，枢转臂128来回地枢转用以在逆时针方向上驱动该另一驱动轴132的 增量式转动。该驱动滑轮136被安装在该另一驱动轴132的下端上且当其被转动于逆时针 方向上时可通过驱动皮带140来驱动该转动传递滑轮138的转动。该传递滑轮138被安装 在另一驱动轴142的下端，其亦被轴承地安装至该金属架120的每一端上。驱动滑轮144形式的第一元件在其上端处被安装至该驱动轴142，且被布置成通 过单向离合器150(参见图15)驱动第二驱动滑轮148形式的第二驱动件的转动。该第二驱 动滑轮148可以是“自由轮”，即，它可独立于该第一驱动滑轮144而转动于逆时针方向上。 如图14所示，该第一驱动滑轮144被布置成通过上驱动皮带154驱动第一从动滑轮152形 式的第一驱动装置。该第二驱动滑轮148通过下驱动皮带158驱动第二从动滑轮156形式 的第二驱动机构。该第一从动滑轮152通过另一个单向离合器160连接到该第二从动滑 轮156，且该第二从动滑轮可以是自由轮，它可独立于该第一从动滑轮而转动于逆时针方向 上。该第一和第二驱动滑轮144及148尺寸相同，而该第一从动滑轮的尺寸被设置成 小于该第一驱动滑轮144及第二从动滑轮156。因此，该第一驱动滑轮144与该第一从动滑轮152具有一传动比，其高于第二驱动滑轮148与第二从动滑轮156的传动比。也就是说， 在该另一驱动轴132的转动下，该第一从动滑轮152可被驱动至比该第二从动滑轮156高 的角速度。
现回到图12，该输入驱动机构116进一步包含上和下张紧臂164和166形式的阻 尼机构162，其被可转动地安装以绕着该固定轴146转动。惰滑轮168及170被可转动地安 装至该张紧臂164和166的径向外端，并被压靠在该上驱动皮带154的相反侧。永久磁铁 172形式的偏压装置以相反(即，互斥极性)方位被安装在张紧臂164和166上，用以彼此 互斥(参见图13)。也就是说，磁铁712的磁场驱动张紧臂164和166使它们分开，从而保 持该上驱动皮带154的张紧。设置在张紧臂之间的弹簧配置亦可被用于取代永久磁铁。该输入驱动机构116也包括返回装置，其包含安装在该上张紧臂164的相反端上 的稀土族永久磁铁173和安装在该金属架120的固定位置处的另一稀土族永久磁铁174，如 图14所示。因为磁铁173及174被磁极相反地被设置用以彼此吸引，所以它们发挥作用， 用以偏压位在初始位置的张紧臂164和166，且在该输入驱动机构116的操作下绕着该固定 轴将张紧臂回返至该位置，这将于下文中进一步说明。更具体而言，在使用时，当该驱动轴132间歇性的转动，转动驱动被施用至该从动 滑轮138时，转动驱动被施加至该第一驱动滑轮144上。该第一驱动滑轮144在逆时针方 向上的增量式的转动通过该单向离合器150驱动该第二驱动滑轮148的转动。该第二驱动 滑轮148的转动进而驱动该第二从动滑轮156的转动，造成该动能积蓄器118的第一积蓄 器构件176开始在逆时针方向上转动，该第二从动滑轮通过磁性耦合构件178 (参见图16) 磁性地耦合至该动能积蓄器118。转动驱动亦通过该第一驱动滑轮144被施加至该上驱动皮带154，造成上张紧臂 164抵抗张紧臂上的磁铁172所施加的偏压力而被朝向下张紧臂166驱动。结果，下张紧臂 166被磁铁172的磁场驱动远离，且张紧臂164和166两者由此绕着该固定轴146从图12 所示的初始位置枢转至图13所示的终止位置。当该该驱动皮带154所施加的间歇式的转 动驱动停止时，张紧臂164和166在磁铁173及174的吸引作用下绕这该固定轴枢转回到 该初始位置。张紧臂164和166绕着该固定轴146的该来回枢转重复，每一个间歇性转动驱动 循环通过该第一驱动滑轮144被施加至该上驱动皮带154。此动作可通过该驱动皮带对施 加至该第一从动滑轮152的转动驱动进行缓冲，允许该第二从动滑轮156在该第二驱动滑 轮148的作用下能够逐渐地增加该第一积蓄器构件176的角速度。当该第二从动滑轮156 的角速度增加(且因此该第一积蓄器构件176的角速度亦增加)时，作用在该第一从动滑 轮152上的惯性矩减小，这有利于该第一从动滑轮通过该驱动皮带154而转动。因此，因施 加至该上驱动皮带154的转动驱动而导致的张紧臂164和166被驱动绕着该固定轴146枢 转的趋势会降低，直到张紧臂164和166保持在图12所示的初始位置为止。当持续施加在 逆时针方向上的间歇性转动驱动至该驱动轴132时，第一从动滑轮152被第一驱动滑轮144 转动至一角速度，该角速度大于该第二从动滑轮156被该第二驱动滑轮146驱动时所能达 到的角速度。在此时，该第一从动滑轮144通过该单向离合器160驱动该第二从动滑轮156 的转动，由此提高该第一积蓄器构件176的角速度。由该第二驱动滑轮148与第二从动滑轮156的较低传动比提供的较低“传动(gearing) ”的作用是用于启动该动能积蓄器118的第一积蓄器构件176的转动。由该第一驱动滑轮144与第一从动滑轮152的较高传动比提供的较高“传动(gearing) ”的作用是使 该第一积蓄器构件176被驱动达到所需的角速度，以容许该动能积蓄器中相邻的积蓄器构 件能够如上文所述地通过各个速度响应耦合构件而被相继地磁性耦合。如图12进一步所示，当各个积蓄器构件以所需的预定的角速度转动或以高于预 定的角速度转动时，来自该动能积蓄器118的转动驱动可经由离心离合器182而被传输至 负载装置，诸如发电机180，离心离合器182被环绕在驱动滑轮186周围的另一驱动皮带 184所转动，该驱动滑轮186被安装或以其它方式被可转动地连接至积蓄器构件中的最后 一个。包含图11所示的积蓄器构件的动能积蓄器的部份示意图被示于图16中。如图中 所示，该第一从动滑轮152和第二从动滑轮156被可转动地安装于该固定轴146上且与其 同轴线。此外，应理解，该磁耦合构件178包含以相反磁极排列的上和下稀土族永久磁铁阵 列，用以彼此吸引。各个积蓄器构件176、190的中心轮毂188的每个可绕着安装在该固定 轴146上的推力轴承转动，如该第一从动滑轮152和该磁耦合构件178的上半部和下半部。 此实施例的各个速度响应耦合构件192再次地分别可枢转地被安装至该第一和第二积蓄 器构件176和190的底侧上。此外，与上述的实施例一样，该耦合构件192的稀土族永久磁 铁194的外阵列与各相继积蓄器构件的外周边铁磁性环198磁性地耦合，同时该耦合构件 192的稀土族永久磁铁196的内阵列被积蓄器构件的稀土族永久磁铁内环磁性地排斥。图2所示类型的能量传送器机构202被示于图17至20中。该传送装置被定为在 路面206的凹处204中，且被设置有实质上平坦的致动器板208，其被设置成可被机动车辆 压驶过去。当车辆与该致动器板208接触时，该板子在该车辆的移动方向上基本直线移动。 永久磁铁被设置用以在该车辆离开该板子时将该致动器板208返回至其空档位置，这将于 下文中进一步描述。该传送器机构202通过驱动轴210可转动地连接至图16所示类型的动能积蓄器 的输入装置116，该驱动轴以虚线示出且绕着其轴线随着该致动器板208的运动而来回转动。该致动器板208可转动地连接至多对可转动地安装的径向臂212及214，如图19 更清楚所示。更具体而言，每一径向臂都通过安装在轴承箱218中的轴承216而在其外端 处可转动地连接至该致动器板208。径向臂212的径向相反内端被可转动地连接至安装在 空转轴220上的轴承，同时，臂214的相反径向内端被可转动地连接至安装于驱动轴222上 的轴承。如图17及18所示，该驱动轴222进而被连接至该驱动轴210。同样在图17中示 出的是，该传送器机构202包括多个支撑件224，每一对径向臂之间都设置一支撑件。如图19更清楚地所示，稀土族永久磁铁226被安装在每一支撑件224的上端，其 与安装在径向臂212及214上的其它稀土族永久磁铁228以相反方位(即，磁性互斥)设 置。当该致动器板208从其空档位置通过与车辆的接触而被驱动时，该致动器板208 在横向于该能量传送器机构202的纵轴线的方向上(即移动至图19的左边)被基本直线移 动。结果，径向臂212及214绕着它们各自的转动轴线被转动，且驱动轴222在逆时针方向 上被转动。该径向轴214的运动将其上的磁铁228移动至接近安装在支撑件224上的相反极性的磁铁226处，由此缓冲该致动器板208的运动且当该车辆离开该致动器板208时驱 动径向臂返回，该致动器板208由此回到其空档位置。应理解，在径向臂212上的磁铁228 与设在支撑件224的对应侧上的磁铁226 —起作用，用以缓冲该致动器板208返回至其空 档位置。随着该致动器板来回于其空档位置的运动，该驱动轴的来回转动可提供间歇性的 转动驱动至该输入驱动机构116。如图20所示，该致动器板208的相反侧的边缘(margin) 设置有间隔开的指状延长部230，其被可滑动地插入于固定的盖板234上的相应的指状延 长部232之间，由此防止灰尘进入到该致动器板下的内部区域中。该动能传送器装置被固定不动地安装在混凝土箱236内部，该混凝土箱通过排水 管道240和出口 242连接至排水系统238，出口 242设置在该混凝土箱236的底部区域，如 图17和18所示。虽然在此实施例中该致动器板208是大致平坦的，但具有隆起轮廓形式的致动器 板亦可被提供，用以作为让马路上的或进入或离开停车场时的车辆减速的减速突起(speed bump)ο任何适何的稀土族永久磁铁都可被使用在本文中提到的实施例中，包括钕(钕， 铁及硼)磁铁和钐_钴磁铁，及这些磁铁的混合物。因此，本领域技术人员应理解，可对所示的特定实施例作许多的变化及/或修改。 所有这些变化及/或修改都被认定是在本发明的范围之内。因此，这些实施例在所有方面 都应被认定为是举例性的而不是限制性的。例如，本文中所描述的动能积蓄器可被风力或 太阳能驱动的涡轮机，或其它实质上连续不断转动驱动的源。在此例子中，该积蓄器可通过 任何适合的驱动件(例如以滑轮为主的构件)被连接至该连续不断转动的源。此外，尽管 本发明已经以包含可被车辆压驶过的致动器板的能量传送装置为例加以描述，应理解，任 何用于将转动驱动从动能源传递至动能积蓄器的能量传送装置都可被使用，包括任何传统 上已知的装置，诸如用于传送来自海浪，洋流或潮汐运动的驱动力的装置。
权利要求
一种动能积蓄器，包括(a)彼此相邻地设置且可转动地安装的多个积蓄器构件；(b)输入驱动机构，被布置成将转动驱动提供至所述积蓄器构件中的第一个；和(c)速度响应耦合构件，被布置成在所述积蓄器构件的各自积蓄器构件被依序地引动以等于或大于预定速度的角速度转动时给所述积蓄器构件的相继的积蓄器构件提供磁性耦合。
2.如权利要求1所述的动能积蓄器，其中所述积蓄器构件被安装成绕着共同轴线转动。
3.如权利要求1或2所述的动能积蓄器，其中所述积蓄器构件被安装在共同的固定轴 上，所述积蓄器构件各能相对于所述轴转动。
4.如权利要求1-3中任一项所述的动能积蓄器，其中所述输入驱动机构包括单向离合 器，用于将所述转动驱动提供至所述积蓄器构件中的所述第一个。
5.如权利要求1-4中任一项所述的动能积蓄器，其中每个所述耦合构件被布置成响 应于相关的所述积蓄器构件以等于或大于所述预定速度的角速度的转动，在离心力的作用 下从初始的空档位置移动至工作位置，所述耦合构件在它们的工作位置时实现所述磁性耦合 o
6.如权利要求5所述的动能积蓄器，其中每个所述耦合构件都被布置成响应于其相关 的积蓄器构件的转动而绕着各自的枢转轴线从所述空档位置枢转至所述工作位置。
7.如权利要求5或6所述的动能积蓄器，其中每个所述耦合构件都具有径向外端和相 反的径向内端，所述外端适于与所述积蓄器构件中的各自的相继积蓄器构件的径向外周边 区域磁性耦合。
8.如权利要求7所述的动能积蓄器，其中每个所述耦合构件的所述径向内端与各自的 相继的所述积蓄器构件的径向内中央区域磁性地排斥，由此所述耦合构件被限制不能处于 所述工作位置，且每个耦合构件被设置重量，用以随着该各自的积蓄器构件以等于或大于 所述预定速度的角速度转动的而移动至所述工作位置。
9.如权利要求8所述的动能积蓄器，其中在每个所述耦合构件与该各自的相继的所述 积蓄器构件的径向内中央区域之间的磁性排斥力的大小能在该相关的所述积蓄器构件的 角速度下降到低于所述预定速度时使所述耦合构件返回至所述空档位置。
10.如权利要求7-9中任一项所述的动能积蓄器，其中永久磁铁或磁性吸引的材料被 设置在各自的所述耦合构件的外周边区域，以实现所述耦合构件与各自的该相继的所述积 蓄器构件之间的磁性耦合。
11.如权利要求10所述的动能积蓄器，其中所述永久磁铁被设置在每个所述耦合构件 的外周边区域，且被布置成与设置在各自的相继的所述积蓄器构件的外周边区域周围的磁 性吸引的材料磁性耦合。
12.如权利要求10或11所述的动能积蓄器，其中所述磁性吸引的材料为铁磁性材料。
13.如权利要求10所述的动能积蓄器，其中所述永久磁铁被设置在各自的耦合构件的 外周边区域且被布置成与设置在各自的相继的所述积蓄器构件的外周边区域的周围的永 久磁铁磁性耦合。
14.如权利要求10至13中任一项所述的动能积蓄器，其中所述磁铁为稀土族永久磁铁。
15.如权利要求1至14中任一项所述的动能积蓄器，其中所述积蓄器构件被分别形成 以表现出彼此实质上相同的惯性矩。
16.如权利要求1至14中任一项所述的动能积蓄器，其中所述积蓄器构件被形成以表 现出从一个积蓄器构件至下一个积续器构件依次增加的惯性矩。
17.如权利要求1至16中任一项所述的动能积蓄器，其中所述耦合构件被安装至n-1 个积蓄器构件，且n为等于2或更大的整数。
18.如权利要求1至17中任一项所述的动能积蓄器，其具有n^ 3个积蓄器构件。
19.一种动能传输系统，包括(a)能量积蓄器，包括彼此相邻地设置且可转动地安装的多个积蓄器构件；输入驱动 机构，被布置成将转动驱动提供至所述积蓄器构件的第一个；和速度响应耦合构件，被布置 成在所述积蓄器构件的各自积蓄器构件被依序地被引动以等于或大于预定速度的角速度 转动时给所述积蓄器构件的相继的积蓄器构件提供磁性耦合；(b)能量传送器机构，被布置成将驱动从动能源施加至所述能量积蓄器的输入驱动机 构；和(c)负载装置，其在每个所述积蓄器构件以等于或大于预定速度的角速度转动时耦合 至所述能量积蓄器且被布置成被所述能量积蓄器驱动。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述输入驱动机构包括(a)第一和第二驱动装置，所述第二驱动装置被布置成驱动所述能量积蓄器的第一个 所述积蓄器构件的转动；(b)单向离合器；和(c)驱动系统，用于被所述能量传送器驱动且包括用于驱动所述第一驱动装置的转动 的第一元件和用于驱动所述第二驱动装置的转动的第二元件，其中所述第二元件被布置成 能被所述第一元件转动驱动且能相对于所述第一元件转动，且相比于所述第二元件和所述 第二驱动装置，所述第一元件与所述第一驱动装置具有较高的传动比，且所述第一驱动装 置被布置成通过所述单向离合器来驱动所述第二驱动装置的转动。
21.如权利要求20所述的动能传输系统，其中所述输入驱动机构包括用于将所述转动 驱动从所述第二驱动元件提供至所述能量积蓄器的磁性耦合。
22.如权利要求20或21所述的动能传输系统，其进一步包括离心离合器，用于被所述 能量积蓄器驱动且将所述转动驱动从所述能量积蓄器传输至所述负载装置。
23.一种用于将转动驱动施加至负载装置的驱动机构，包括(a)第一和第二驱动装置，所述第二驱动装置被布置成驱动所述负载装置的转动；(b)单向离合器；和(c)驱动系统，用于被所述能量传送器驱动且包括用于驱动所述第一驱动装置的转动 的第一元件和用于驱动所述第二驱动装置的转动的第二元件，其中所述第二元件被布置成 能被所述第一元件转动驱动且能相对于所述第一元件转动，且与所述第二元件与所述第二 驱动装置相比，所述第一元件和所述第一驱动装置具有较高的传动比，并且所述第一驱动 装置被布置成通过所述单向离合器来驱动所述第二驱动装置的转动。
24.如权利要求23所述的驱动机构，其中所述驱动系统包括另一单向离合器，其被设置在所述第一和第二元件之间，所述第一元件被设置通过所述另一单向离合器来驱动所述 第二元件的转动。
25.如权利要求23或24所述的驱动机构，其中所述驱动系统包括驱动带，其被环绕在所述第一元件和所述第一驱动装置周围，以实现所述第一驱动装 置的转动；缓冲器装置，其被布置成保持所述驱动带的张紧且在所述驱动带被所述第一元件驱动 时绕着所述第一驱动装置的转动轴线从初始位置枢转至终止位置，所述缓冲器装置至所述 终止位置的枢转缓冲通过所述驱动带施加至所述第一驱动装置的转动驱动；和返回装置，用于将所述缓冲器装置偏压至所述初始位置，并在所述驱动带没有被所述 第一元件驱动时将所述缓冲器装置绕着枢转轴线从所述终止位置返回至所述初始位置，所 述缓冲器装置适于在所述初始位置与所述终止位置之间来回枢转，至少直到在所述第二元 件达到初始角速度。
26.如权利要求25所述的驱动机构，其中所述缓冲器装置包括一对张紧臂，其能绕着 所述枢转轴线相对于彼此枢转，其中一个张紧臂压靠所述驱动带的一侧，且另一张紧臂压 靠所述驱动带的相对侧，且所述张紧臂被偏压彼此远离。
27.如权利要求26所述的驱动机构，其中所述返回装置包括永久磁铁，其中至少一个 永久磁铁被安装在所述缓冲器装置的张紧臂中的第一张紧臂上，以能与所述第一张紧臂一 起绕着所述枢转轴线枢转，且另一永久磁铁被安装在与所述第一张紧臂分离的固定位置 上，在所述第一张紧臂上的磁铁与在所述固定位置上的磁铁的磁极方位相反以彼此吸引。
28.如权利要求26或27所述的驱动机构，其中所述缓冲器装置的张紧臂通过以互斥磁 极方位被设置在张紧臂上以彼此互斥的永久磁铁偏压而彼此远离。
29.如权利要求23至28中任一项所述的驱动机构，其中所述第一和第二元件是绕着不 同的共同转动轴线转动的滑轮，且所述第一与第二驱动装置是具有共同的转动轴线的其它 滑轮。
30.如权利要求29所述的驱动机构，其中所述第一与第二滑轮尺寸相同。
31.一种用于将转动驱动提供至负载的驱动机构，包括转动驱动装置，用于绕着其转动轴线被来回地转动；单向离合器；第一和第二滚轮；第一杆，其在一端处被耦接至所述转动驱动装置，所述第一滚轮被可转动地安装至所 述第一杆的相反端上，并且所述第一杆被可枢转地安装以随着所述转动驱动装置的转动而 绕着枢转轴线枢转；第二杆，其在一端处具有拱形的第一滚轮座圈，所述第二滚轮被可转动地安装在所述 第二杆的相反端上，且所述第一滚轮被设置在所述滚轮座圈中，所述第二杆被可枢转地安 装以在所述第一滚轮被所述第一杆沿着所述第一滚轮座圈驱动时绕着另一枢转轴线枢转； 和驱动臂，其具有用于容纳所述第二滚轮的拱形第二滚轮座圈且被可枢转地安装以在所 述第二滚轮被所述第二杆沿着所述第二滚轮座圈驱动时绕着转动轴线沿与所述第二杆相 反的方向枢转，所述驱动臂被设置成随着所述驱动臂绕着所述转动轴线在所述相反方向上的转动而通过所述单向离合器施加转动驱动至所述负载。
32.如权利要求31所述的驱动机构，其中所述第二杆与所述第二滚轮座圈的尺寸被设 置成可将所述驱动臂转动一角度，所述角度大于所述第一杆被所述转动驱动装置转动的角度。
33.一种用于将动能源的运动转换成转动驱动的能量传送器，包括致动器，用于在基本直线的方向上被所述动能源从空档位置驱动至移位位置； 至少一对径向臂，其彼此间隔开且在所述臂的远端处被可转动地连接至所述致动器， 每个径向臂的相反的近端被可转动地安装，且所述臂中的至少一个臂被布置成使驱动轴绕 着其各自的转动轴线转动，以在所述致动器在所述直线方向上被所述动能源驱动时提供转 动驱动；和磁铁的装置，在所述装置中的磁铁以磁极互斥的方位被设置，用于将所述致动器从所 述移位位置返回至所述空档位置。
34.如权利要求33所述的能量传送器，其进一步包括支撑件，所述支撑件被设置在所 述径向臂之间且承载多个磁铁，其中另外的磁铁被安装在所述径向臂上，在所述支撑件上 的磁铁被设置成排斥在所述径向臂上的磁铁。
35.如权利要求33或34所述的能量传送器，其中所述致动是致动器板且所述动能源是 机动车辆，所述致动器板被布置成在所述车辆被驶过所述致动器板时与所述车辆接触。
36.如权利要求33至35中任一项所述的能量传送器，其中各自的所述磁铁为永久磁铁。
全文摘要
本发明涉及一种动能积蓄器，其包含彼此相邻地设置且可转动地安装的多个积蓄器构件(100，198)，被布置成转动驱动提供至所述积蓄器构件的第一个的输入驱动机构(116)，和速度响应耦合构件(106，192)，其在所述积蓄器构件的各自积蓄器构件被依序地被促动以等于或大于预定速度的角速度转动时给所述积蓄器构件的相继的积蓄器构件提供磁性耦合。该积蓄器可储存动能因此可作为转动驱动源。从而还提供一种动能传输系统，包括该动能积蓄器(118)；能量传送机构，其被布置成将驱动从动能源施加至该能量积蓄器的输入驱动机构(116)；和负载装置，其被设置成在每个积蓄器件以等于或大于该预定速度的角速度转动时耦合至该能量积蓄器且被该能量积蓄器所驱动。该负载装置可以是发电机或其它装置。
文档编号H02K53/00GK101836013SQ200880113247
公开日2010年9月15日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者佩里·J·安德伍德 申请人:动力4国家私人有限公司