CN102748251A - 蓄增势能动力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用地球引力能源，取得重力势能并产生持久旋转动力的机械，它所属新能源动力机械领域。它解决了利用地球引力取得重力势能，以及由控制重力势能的运动产生持久旋转动力的问题。技术方案是：利用高架和轮轴机械人为取得循环重力势能，再加大轮轴中“轮”的直径来对重力势能进行多倍增强，并将重力势能转变成旋转动力，再用蜗杆减速机械限速控制旋转动力，使之稳定持久，最后以增速机将旋转动力再增速达到特定转速后输出给其它机械（如：发电机、碎石机）做功。

Description

蓄增势能动力机

技术领域

本发明涉及一种利用地球引力能源，取得重力势能并产生持久旋转动力的机械，它所属新能源动力机械领域。蓄能势能动力机—‘蓄’放势能，（使得能量缓慢、平稳释放）‘增’大势能产生的动力（使得较小重量的势能产生的动力倍增）。 

背景技术

关于利用地球引力取得重力势能，以及由控制重力势能运动产生持久旋转动力的机械，在现实中还未实用。专利查询结果显示，有关“势能动力机”的申请不少，但是关于利用现有“起重”和“泵送”、“带送”、“螺旋机”输送以及水道引水人造落差等提升技术，人为造成循环重力势能，再对重力势能进行多倍增强，并将重力势能转变成旋转动力，再限速控制旋转动力，使之稳定持久，并将限速的旋转动力再增速后输出的技术，还未见有相似的申请。 

发明内容

本发明的目的是为社会提供一种洁能高效的动力机械，即蓄增势能动力机。它要解决的技术问题，以及采用的技术方案和带来的有益效果如下： 

1、因为地球引力的作用，物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。如何取得可利用的重力势能呢？这是势能动力机要解决的第一个技术问题，既然重物处在高处就有重力势能，那么采用现有的“卷扬起重”、“泵送”、“带送”、“螺旋机”输送以及水道引水人造落差等起重或提升技术和机械，将待定重物（以下简称“配重”）牵引提升、机泵输送或水道引水至一定高处，就可使得所需的重力势能。这是蓄增势能动力机的基本功能和特征。 

2、处在高处的配重只具有垂直向下的作用力，如何将用途较少的垂直下行重力转换成具有广泛用途的旋转动力呢？这是蓄增势能动力机要解决的第二个技术问题，传统技术中“轮轴机构”就是一种将旋转动力转换成垂直或水平牵引拉力的机械，那么相反，“轮轴机构”也可以将垂直重力转换成旋转动力。采用类似于“风车”和“摩天轮”的轮轴机构，或采用“轮轴机构”工作原理设置类似卷扬机的“配重牵引机”，将配重的垂直重力转换成旋转动力，这是蓄增势能动力机的第二个主要功能和特征。 

3、配重具有了向下的运动空间（即重力行程），可以运动就有了动力（即下行动力），但是对产生（或提供）这个动力的配重要进行控制，否则配重就会被引力快速地拉回地面，从而丧失了重力势能，致使大量的=动力能无法在短时间内被有效利用。如何让重力势能稳定、持久地产生下行动力呢？也就是如何控制配重的启动、制动和下行速度？这是蓄增势能动力机中要解决的第三个技术问题，采用“蜗杆齿轮减速”技术和机械，与蓄增势能动力机中的“轮轴机构”结合，限制“轮轴机构”的转速，就能对与“轮轴机构”相连的配重的下行速度进行控制，使配重以较慢的速度稳定下行。（这样就能在一定时间内蓄存能量，使重力势能缓慢稳定释放）这是势能动力机的第三个主要功能和特征。 

4、被限速控制的配重以较慢的速度下行，传递到轮轴机构所产生的旋转动力的转速就同样慢，（低转速的动力用途较少）。如何提高轮轴机构的输出转速呢？这是蓄增势能动力机要解决的第四个技术问题，在轮轴机构旋转动力输出的传动过程中，可以进行不断地增速。采用增速机技术进行增速传动，就可以理想地将低转速逐步增加到较高转速。这是蓄增势能动力机的第四个主要功能和特征。 

5、将低转速逐步增速的同时，对传递的动力也有很大影响，齿轮传动技术往往是在减速的同时增大了输出动力，相反，在增速的同时也减弱了动力，所以会造成速度快了动力却不足的情况。如何使增速机构输出高转速的同时还有足够的动力呢？这是蓄增势能动力机要解决的第五个技术问题，在不增加额外动力和不再传动中另设增力机构的情况下，增大势能产生的初始动力，弥补增速传动中被减弱的动力。“轮轴增力”是一项自古以来就被人类广泛利用的技术。根据杠杆和轮轴原理：大轮的直径比轴的直径大几倍就能省几倍的力。“配重牵动机”等轮轴机构同时可以作为增力机械使用，按实际需求将“配重牵动机”卷绳轮的直径（或将“风车”和“摩天轮”形轮轴机构的大臂长度）增加若干倍，（省几倍的力就等于增加几倍的力），这样增速后会减弱几倍的力，就将卷绳轮的直径（或将“风车”和“摩天轮”形轮轴机构的大臂长度）增加几倍，多出几倍的力供增速时消耗。采用“轮轴增力”技术简单高效地解决了增速后动力不足的问题。“轮轴增力”是蓄增势能动力机的第五个主要功能和特征。 

将以上的技术和构造组成一体配合工作产生持久旋转动力，就是蓄增势能动力机的主要特征和机能。 

对上述机构进行不同的组合可产生（1）塔架形（如风车形、水车形或摩天轮形等），（2）门架形，（3）斜架轨道形等多种具有不同优点和形态的蓄增势能动力机。 

附图说明： 

图1门架往复起重蓄增势能动力机机组前视图。

图中：①架顶水箱（配重仓）；②上水管；③起重定滑轮；④门形高架；⑤起重钢绳；⑥配重箱；⑦水泵；⑧储水池；⑨泄流阀。 

图2门架往复起重蓄增势能动力机局部传动机构前视放大图。 

图中1主轴承座；2涡轮；3离合器；4主轴；5配重牵动轮；6同步连动机构；7传动增速机；8发电机飞轮及离合器；9电机；10蜗杆轴承座；11减速机；12散热器；13传动轴； 14离合器；15传动增速机机座；16减速机；17电机；18发电机；19蜗杆。 

图3门架往复起重蓄增势能动力机侧视图。 

图中①—⑧同图1；⑩后置钢绳定滑轮（加宽钢绳间距）。 

图中1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、16、17、18、19同图2. 

图4塔架轮轴送重式蓄增势能动力机前视图。 

图中①配重箱；②长臂；③分水管；④塔架；⑤储水池；⑥轮盘及分配仓；⑦排水（沙）活门。 

图5塔架轮轴送重式蓄增势能动力机左侧视图。 

图中①②③④⑤⑥⑦与图4相同。 

图中14上水管；16水泵。 

图6塔架轮轴送重式蓄增势能动力机传动机构（左）侧视局部放大图。 

图7塔架轮轴送重式蓄增势能动力机传动机构（右）侧视局部放大图。 

图中①②③④⑥与图4相同。 

图中1滚轮；2顶杆；3半圆凸轨；4轴承；5空心主轴；6主被动齿；7涡轮；8上水管；9轴承座；10电机；11减速机；12发电机；13飞轮及离合器；14传动增速机箱；15散热器。 

图8塔架轮轴送重式蓄增势能动力机分配仓局部放大图。 

图中②长臂；③分水管；④塔架；⑥轮盘。 

图中1、2、3、4、5、9、10同图8。 

图中20分配仓；21水阀外壳；22阀杆；23闸阀；24水道孔；25空心主轴壁；26主轴空心水道；27分水室。 

具体实施方式： 

本发明目的的措施有多种，主要说明下述三种工作形式： 

门架往复“起”重式蓄增势能动力机的组成和工作形式：它主要由门架（或斜架）结构、起重提升机构、配重牵动机构、限速制动机构以及传动增速机构组成。提升配重时首先由发动机或电动机提供动力，经过减速机减速增力后，将扭力传给起重提升机构的卷扬机变为钢丝绳牵引力，将配重提升到门架高处上止点时动力即停止工作，并通过离合器将动力与减速机构分离，到此成功取得可利用重力势能。配重下行的动力拖拽另一根最终缠绕在处于地面的配重牵动轮上的钢丝绳形成牵引拉力，由于钢丝绳拉动牵动轮顺着钢丝绳拉力的方向转动，使牵动轮产生了旋转动力。与此同时，位于牵动机的一端与牵动轮同轴相连的蜗杆减速机限制牵动轮的转动，因此起到了对牵动轮限速和制动的作用。蜗杆的一端设有轮轴机构的手柄结构用于手动启动涡轮转动。 

配重牵动机构发出动力时，首先要使限速制动机构中的电动机转动，驱动减速机后带动蜗杆转动继而使涡轮转动，也就逐渐放松对（与涡轮相连的）牵动轮的限制，使配重下行动力牵拉的钢丝绳拉动牵动轮转动。牵动轮被迫转动的同时，向同轴联接在另一端的传动增速机构输出动力，传动增速机构在传输动力的过程中，逐级将转速提高，并最终将高转速旋转动力输入其他机械做功。 

门架往复“起”重式蓄增势能动力机的特点是：（1）具有独立的能提升较大重量的起重机构，（2）配重实物的质量较大而且上下固定不变。（3）配重上下往复循环工作。 

2门架往复“送”重式蓄增势能动力机的组成和工作形式：它主要由门架（或斜架）结构（如图1中④）、输送重物机构（如图1中⑦、⑧、①、②等）、配重箱提升及牵动机构（如图3中17、16、6、5及⑤、⑨、③、⑥等）、限速制动机构（如图3中2、9、10、11、19等）以及传动增速机构（如图3中7）等组成。输送重物时，由水泵（如图1中⑦）（以及其它输送机械）将（水）或其它特定重物机泵输送或水道引水至处在门架高处的配重仓内（如图1中①），到此成功取得可利用重力势能。提升配重箱（如图1中⑥）时，由发动机或电动机（如图3中17）提供动力，经过减速机（如图3中16）减速增力后，将扭力传给同步连动机构（如图3中6）最后带动提升及牵动机构的配重牵动轮（如图3中5）变为钢丝绳（如图3中⑤）牵引力，将配重箱（空）提升到门架高处上止点时动力即停止工作，此时配重箱上口与配重仓下端泄流阀（如图1中⑨）结合并顶开泄流阀，使得配重仓内的重物泄流到配重箱内，这样配重箱就产生了较大的重力。 

配重箱下行的重力拖拽这根缠绕在配重牵动轮上的钢丝绳形成牵引拉力，由于钢丝绳拉动牵动轮顺着钢丝绳拉力的方向转动，使牵动轮产生了旋转动力。与此同时，位于牵动轮同轴相联的蜗杆减速机（如图3中2、9、10、11、19）限制牵动轮的转动，因此起到了对牵动轮限速和制动的作用。 

蜗杆的一端设有轮轴机构的手柄结构用于手动启动。 

配重牵动轮发出动力时，首先要使限速制动机构中的电动机（如图3中9）转动，驱动减速机（如图3中11）后带动蜗杆（如图3中19）转动继而使涡轮（如图3中2）转动，也就逐渐放松对（与涡轮相连的）牵动轮的限制，使配重下行动力牵拉的钢丝绳拉动牵动轮转动。牵动轮被迫转动的同时，向同轴联接在另一端的传动增速机构（如图2、图3中7）输出动力，传动增速机构在传输动力的过程中，逐级将转速提高，并最终将高转速旋转动力输入其它机械做功。 

配重箱运转下降到地面的储水池上方时排卸水、沙的活门被迫打开，向储水池卸放水，待配重箱循环运动再次上升时此活门自动关闭。 

门架往复“送”重式蓄增势能动力机的特点是：（1）具有输送及存储重物机构，（2）配重空箱在上载下卸的流程中重量变化较大，（3）配重箱提升与配重牵动是同一机构。 

[0042]3塔架轮轴送重式（如风车形、水车形或摩天轮形等）蓄增势能动力机的组成和工作形式：它主要由塔架结构（如图4中④）、轮轴势动机构（如图4中①、②、⑥，图7中4、5、9）、输送（重物）机构（如图5、图6中⑤、③、⑦、16、14）、限速制动机构（如图7中7、10、11）及传动增速机构（如图8中12、13、14、15）组成。提升输送配重重物时首先由水泵（如图5、图6中16、14、③）或传输带、螺旋机等输送机械，（或用水道引水人造落差等）将水或沙等配重介质输送到塔架顶上（“风车”或“摩天轮”及“水车”等形式）的轮轴机构长臂（如图5、图6中②）末端的配重箱（如图5、图6中①）内。

轮盘分配仓（如图8中⑥、20）的工作形式： 

     水泵将水经上水管（如图5中14）输送到主轴空心水道，到达分配仓中的分水室（如图8中27），当某一长臂运行到塔架上最高点时，（如图5、图6中②），位于此长臂根部下面轮盘后面的一个滚轮（如图7中1），顶上了位于主轴前轴承前上部的半圆凸轨（如图7中3），滚轮被凸轨顶起，从而将通过与顶杆（如图7中2）连接的闸阀（如图8中23）顶开，使处在分水室的水进入这支长臂的分水管（如图8中③），再向上最后到达长臂末端的配重箱（如图5、图6中①）内。

另外，也可在塔架一侧设置用于固定管路、水泵、水箱及鹤管（燃油库房给油罐车输装油料的设施）的高架，鹤管在一定的高度和角度与配重箱接触，在短时间将水注满配重箱。 

长臂下行的动力来自于轮轴机构长臂末端配重箱的重力，当配重箱被充满水或沙等重物后，重力增加并向下运动，从而带动长臂下行驱动轮轴机构中的轮盘（如图4中⑥）转动，处在轮轴机构中心与轮盘连接的空心主轴（图7中5）也被迫转动。此时，位于主轴一端与主轴同心相连的蜗杆减速机的涡轮（图7中7）被蜗杆限制转动，从而起到了对主轴限速的作用。轮轴势动机构发出动力时，首先要使限速制动机构中的电动机（图7中10）转动驱动相联的减速机（图7中11）后，带动蜗杆转动继而使涡轮转动，也就逐渐放松对主轴的限制，使配重下行动力驱动长臂和主轴转动。主轴转动的同时向与主动齿（图8中6）齿合在自身一侧的传动增速机构（图8中14）输出动力，最终将高转速旋转动力输入其它机械（如图8中12的发电机）做功。 

配重箱运转下降到地面时排卸水、沙活门（如图4中⑦）被迫打开，待配重箱循环运动到特定高处时此活门自动关闭。塔架轮轴送重式蓄增势能动力机的特点是：（1）塔架轮轴机构产生势能动力，（2）长臂（或大轮）旋转配重箱循环工作，（3）蜗杆的一端设有轮轴机构的手柄结构启动涡轮转动。 

本发明的优点是：组合现有技术，结构合理，易于实施，洁能高效，用途广泛。 

所带来的有益效果是：为社会增添了一种以引力为能源，以重力势能为动力的实用高效的动力机械，因此可减少有污染能源的使用。 

Claims (10)

1.蓄增势能动力机，其特征在于蓄增势能动力机的工作形态有塔架型（如风车形、摩天轮形或水车形）、门架型和斜架轨道型等，工作形态确定了配重的下行状态。

2. 如权利要求1所述的蓄增势能动力机，其特征在于重力势能的取得是以泵送、传送、输送、绞送（螺旋机）以及水道引水形成人造落差、及卷扬机和滑轮组等扬升、提升或起重的形式和技术来实现的。

3.  如权利要求2所述的蓄增势能动力机，其特征在于各形蓄增势能动力机都是由（1）、门架（或斜架轨道、或塔架结构）结构，（2）、起重（或提升）机构（或输送扬升重物机构），（3）、配重牵动（轮）机构（或轮轴势动机构）（4）、限速制动机构，（5）、传动增速机构等构成，将这些技术和构造组成一体配合工作，上下往复循环产生持久旋转动力，就是蓄增势能动力机的主要特征和机能。

4.  如权利要求2所述的各型蓄增势能动力机，其特征在于配重下行的启动、制动和速度是以（轮轴机构的主轴或配重牵动轮）与蜗杆减速机相结合的来控制的，蜗杆减速机的启动和速度是以与蜗杆的一端相连的齿轮减速机及电机来控制的，控制蜗杆减速机的蜗杆转动的齿轮减速机和电机均可进行正、反转，蜗杆的一端设有轮轴机构的手柄结构，蜗杆减速机构中的涡轮直径与配重牵动轮（或轮轴势动机构的主轴）的直径相近（相同）或大于它，各蜗杆限速机构是与轮轴势动机构主轴（或与配重牵动轮）紧密结合或同步联动的，也可将蜗杆限速机构与主轴分开采用齿轮传动或链传动来对主轴进行限速，或是与轮轴机构中的大轮（或配重牵动轮）结合一体，这样可以使涡轮机构受力降低减少磨损，从而可以使涡轮机构体积缩小。

5.  如权利要求2所述的蓄增势能动力机，其特征在于各种形态的蓄增势能动力机，所具有的轮轴机构中的配重牵动（大）轮的直径（或长臂的长度）均比主轴的直径大数倍或几十倍，各形式蓄增势能动力机，是以按需增加长臂的长度或增加配重牵动（大）轮的直径来增强势能动力的。

6.  如权利要求2所述的风车形(摩天轮形、水车形)蓄增势能动力机，其特征在于蓄增势能动力机的配重介质（水）的提升方式，可选择泵送，也可以根据地形高低选择河流、溪流等水源进行水渠、管道引水至一定高度，形成人造落差取得重力势能，配重物泵送方式中，水泵及上水管安置在主轴后端时，主轴须制成空心的，使水从主轴中的空心中通过进入位于主轴前端的分配仓中的分配室，水泵及上水管道也可以安置在此类蓄增势能动力机的前部（即轮盘及分配仓的前端），或在塔架一侧设置用于固定管路、水泵、水箱及鹤管(燃油库房给油罐车输装油料的设施)的高架，鹤管在一定的高度和角度与配重箱接触，在短时间内将水注满处在每支长臂的末端的配重箱，配重箱可制成方形空箱体、空心球体、空心圆柱体、空心斗状体，配重箱的一侧有分水管与分配室相通，在配重箱特定位置还有排水阀或排水、排沙活门，配重箱运转下降到地面时排卸水、沙活门被迫打开，待配重箱循环运动再次上升时此活门自动关闭，此类蓄增势能动力机的长臂必须为偶数（即2、4、6……）也可以将所有长臂相连制成一个大轮（变为摩天轮形），长臂的底端固定于轮盘及分配仓的外围，分配仓大于分配室，分配室位于分配仓的中心位置，分配室外围与每支长臂对应分设分配闸阀和分水管，分配阀开闭机构可制成顶杆式、摇臂式或轮轴式。

7.   如权利要求2所述的门架形蓄增势能动力机，其特征在于门架天梁的上方设置用于改变提升配重箱钢绳方向的定滑轮，并将储重箱也设置在天梁上方的两侧，可以（根据需要）将滑轮组中的动滑轮设置在天梁的下方，在门架后部顶端设置用于加宽钢绳与门架间距的定滑轮，一个门架可以设置一套蓄增势能动力机构，也可以将门架加宽同时设置两套或两套以上蓄增势能动力机组，使多套配重上下往复循环工作，门架两侧与门柱并立的上水管的上端通入架顶水箱（配重仓），下端与水泵相接，水泵位于储水池上方，储水池位于门架立柱的内侧，配重箱垂直的下方，或将储水池设置在其他地方，但必须在配重箱的下方设置接水槽和引水槽，引水槽与储水池连通一体。

8.  如权利要求2所述的蓄增势能动力机，其特征是在门架形、斜架轨道形蓄增势能动力机构造中，设置配重牵动轮轴机构，它是由配重牵动轮、中心主轴、两边支架和轴承及底座组成，配重牵动轮是扁圆形轮，可呈立式或卧式设置，位于配重牵动轮一侧的动力同步联动机构的链动盘（齿圈或齿轮）的大小直径，要与牵动轮的直径相近或稍大，这样可以节省驱动牵动轮（反方向收卷钢绳时）转动的电机的功率。

9.  如权利要求2所述的门架形、斜架轨道形蓄增势能动力机，其特征在于它是由以下机件组合构造的：架顶水箱（配重仓）、上水管 、起重定滑轮 、门形高架 、（或斜架轨道）起重钢绳 、配重箱、水泵、储水池、泄流阀、后置钢绳定滑轮，主轴承座、涡轮、离合器、主轴、配重牵动轮、同步连动机构、传动增速机、发电机飞轮及离合器、电机、蜗杆轴承座、减速机、散热器、传动轴、离合器、传动增速机机座、减速机、电机、发电机、蜗杆。

10.  如权利要求2所述的风车形(摩天轮形、水车形)蓄增势能动力机，其特征在于它是由以下机件组合构造的： 配重箱、长臂、分水管、塔架、储水池、轮盘及分配仓、排水（沙）活门、滚轮、顶杆、半圆凸轨、轴承、空心主轴、主被动齿、涡轮、上水管、轴承座、电机、减速机、发电机、飞轮及离合器、传动增速机箱、散热器。

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