專利名稱：按壓式發電輪機及其工作原理和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及力學、能量守恒定律、齒輪加速器、以及發電機的工作原理相結合構成的按壓式發電輪機，組成按壓式發電車輪。
目前的發電機是依靠水力、風力、火力以及核能等，給以長時間遲續推動葉輪等，而旋轉帶動發電機發電而且受水源、風源等限制，不能在無水流、無風力等地方獨立發電，即使用火力(燒煤炭、油)核能等，雖然可在某些地方獨立，但卻能造成污染，而且在使用時增加(燒油、煤炭等)投資。若用于機動車，不能作主要動力源，只是把主要動力源(內燃機)的一部分能量轉化成電能供照明用。目前的發電機是不能解決機動車(汽車、火車等)獨立運行，不能解決機動車利用能源(燒油等)增加的投資和污染問題。
本發明的目的在于為人們提供一種不需水力、風力、火力、核能等，主要靠重力發電的按壓式發電機，從而解決了利用水力、風力發電而受限制，不能在汽車等地方獨立，利用火力發電等造成的污染和投資問題，若用于機動車(汽車、火車等)不但解決了污染問題，而且永遠不需燃料、不需停車補充能量，成為該車的主要動力用的發電源和照明用等，徹底取消目前機動車的發動機(用燃料的各種內燃機)，作為各種汽車的主要動力源，并取消利用能源增加的投資。
本發明的技術方案是采用按壓式的方式，直接利用不需開采費用的能源，重力勢能，并結合慣性力等直接轉化成電能再把轉化的電能用于做功。
基本結構因為本發明采用按壓方式發電，同時利用慣性力利用慣性飛輪，所以稱按壓式發電輪機，可簡稱按壓式發電機。
它的結構(
圖1-1)由機殼(1)、軸E(2)上有小齒輪(4)與小飛輪(3)固定一起，小飛輪作用是利用慣性力，(為增大轉動慣量最好做成邊緣厚中間薄的圓輪)，軸A(7)、軸B(8)、軸C(9)、軸D(13效果與軸A、B、C相同)，都是大齒輪和小齒輪固定同一軸上，N、S是永磁轉子(11)固定在軸C上。線圈(10)、滑環電能輸出端(20)、按壓鍵(18)外端(14)鑲有橡膠等物質，或增加保護裝置(19)(圖1-2中)的保護裝置類似車輪外胎，內部是按壓式發電車輪)，按壓鍵里邊設有凸擋(12)防止被彈簧(6)頂出時，脫離機殼，按壓鍵的內部是一個帶齒的長方體(16)，該齒(17)與軸A的小齒輪相連接，彈簧(6)頂在按壓鍵內孔(15)中，彈簧中間是一鐵棒，是防止彈簧歪向旁邊變形，軸A齒輪的兩端(5)，是與按壓鍵同向的長孔(5)，它的作用是當按壓鍵被彈簧頂出機殼時，軸A隨著按壓鍵方向移動與軸B齒輪脫離，防止對軸B上的齒輪反轉；按壓鍵帶齒的這段長度，等于或小于A軸到機殼的距離(L1)，它的作用是按壓鍵被壓縮到底(L2)的距離時，按壓鍵上無齒的位置運動到軸A的位置，由于無齒輪與軸A上的齒輪連接，即脫離，所以按壓鍵即使停止而其它齒輪還會隨飛輪慣力，按原方向轉動，或使軸A活動范圍較大，會達到同樣效果。還有軸承、螺栓、端蓋(圖中沒畫)等構成的單個按壓式發電機，或用許多按壓式發電機組成按壓式發電車輪(圖1-2)或按壓式發電平板(圖1-3)，這就是它的基本結構，根據它的用途和需要在實際應用上，可制成各種結構的。
工作原理如圖1-1，為了說明方便，設軸A、軸B、軸C、軸D上的大齒輪的周長是同軸小齒輪周長的1倍，(實際制造可以是任意倍數，按壓鍵壓縮的距離L2等于軸A上小齒輪的周長，它的加速過程是按壓鍵使軸A上的小齒輪轉動一周，軸A上的大齒輪使軸B上的小齒輪轉動兩周，軸B上的大齒輪嚙合軸C上的小齒輪使其轉動四周，如此這樣一個加速過程。
按壓發電機的工作原理是當按或壓時，經按壓鍵把直動力傳給軸A，經過齒輪嚙合轉變成旋轉動力，再傳遞到B軸，并增加轉速。B軸經過齒輪嚙合，將動力傳遞給C軸，并再次增加轉速，同時永磁轉子磁場旋轉，使線圈產生感生電流、輸出電能，C軸再經齒輪嚙合，又將動力傳遞給D軸，并再次增加轉速，D軸又將動力傳遞給E軸，并加速使飛輪旋轉，當按壓鍵停止底端時，按壓鍵與A軸齒輪脫離發電轉子將會受飛輪轉動慣力，按原方向旋轉；當無按壓力時，按壓鍵被彈簧頂出機殼同時，嚙合A軸齒輪，隨按壓鍵方向使A軸(齒輪)平移與B軸齒輪脫離，而發電轉子還會隨飛輪慣力，按原方向旋轉，直到慣力消失才能停止發電，這就完成按或壓一次工作過程，如此每按壓一次，就會從復一次這樣工作過程，在這個過程中，把按壓的機械能和飛輪慣力轉化為電能，如果是物體的重力把按壓鍵壓縮，那么在這個過程中就是物體的重力勢能和慣力轉化為電能。
根據以上所述按壓發電機的工作原理和用途不同，可以設計制造利用各種斜齒輪，或錐形齒輪結構的，各種轉速的，各種形狀的，各種尺寸的，各種類型的或各種類型相互組合的，或多個組合一起的，如本發明用多個按壓發電機組合一起的按壓式發電車輪(圖1-2)，還增加了保護裝置(19)類似車輪外胎，把按壓鍵全都包在內部，為看清結構畫的是剖開圖，滑環(20)，中心點為車軸；或多個組合一起的按壓式發電機(平板形圖1-3)；或制成一個或幾個發電機芯而多個按壓鍵的圓形發電車輪或平板。
本發明中最突出的是制成按壓式發電車輪(圖1-2)和按壓式發電平板(圖1-3)，和用途上，開發利用“固體間接觸性重力勢能”發電。
以下所述實施例，詳細說明根據本發明中工作原理，制成或組合成按壓式發電輪機的種類和用途(即按壓式發電車輪和按壓式發電平板)。
實施例1本發明按壓式發電車輪(圖1-2)，用在汽車上，若無損壞其優點是永遠不用任何燃料(汽油、柴油等)、不需停車補充能量取消利用能源增加的投資、無污染、不受天氣限制、不需充氣等；這種按壓式發電車輪，就是該車的主要動力源，使這種車在能量轉化上與目前燃油機動車有著本質區別目前機動車能量轉化過程是把燃料輸入內燃機，轉化成機械能帶動車體運行主要缺點是用燃料增加投資，尾氣排放造成污染、停車補充能量浪費時間等。
本發明用在機動車上，能量轉化裝置有一臺(或幾臺)電動機，兩組(或幾組)貯存電裝置(如蓄電池)，和按壓式發電車輪組成，在制做(或說安裝過程中，先給一臺貯電裝置存上電能，該車行駛時，電動機利用先貯存的電能轉化成機械能運行，在行駛中，發電車輪在地面滾動同時，與地面接觸的按壓鍵被車身重力壓縮，而轉化成電能，貯存在另一個貯電裝置中，這樣電動機就會交換地使用貯存的電能，而按壓發電車輪把該車的重力勢能轉化成電能，交換地貯存在貯電裝置中，給電動機提供電能，即在行駛的同時就貯存了能量，所以不需停車補充能量，該車能量轉化過程是把車體自身的重力勢能通過按壓發電車輪轉化成電能貯存，再把貯存的電能輸入電動機，即轉化成機械能帶動車體運行同時又貯存了電能。
下面舉例結合計算方式，說明以上所述利用車自身的重量(重力勢能)，能否使該車運行載貨。設汽車空載重為5噸，在斜坡上由靜止開始作勻加速直線運動，向上行駛(圖2-1)斜坡與水平夾角為15度，車經過3秒它的速度達15km/h，車受到的各種摩擦阻力為(f)車重的2％；這臺車的4個車輪相同，都是按壓發電車輪，且每個發電車輪的周長是2m由100個按壓發電機組成(發電輪加寬)，每個按壓鍵上下移動最大距離為0.04m求這臺車在200m上坡的路程中，消耗的總能量，和這段路程中按壓發電車輪貯存的總能量各是多少？再說明該車利用自身的重量(重力勢能)，能否運行載貨。(其中在這段路程按壓式發電車輪貯存能量時的損耗與摩擦阻力損耗相同為車重2％)解1．先求該車在200m上坡的路程中所做的總功(即消耗的總能量)作該車受力分析圖(圖2—2)，F表示車所受摩擦力；該車由高度h1行駛高度h2所通過的路程為S則該車在這段路程行駛合力對它所做的功，即有用功W有用=(F-mgsinθ-f)s根據牛頓第二運動定律得F-mgsinθ-f=ma所以W有用=mas
由于Uo=0；Ut=15km/h=4.17m/s；t=3s則該車由靜止作勻加速直線運動時的加速度為a=Ut-Uot=4.17-03=1.39(m/s2)]]>已知m=5噸=5×103kg；a=1.39m/s2；S=200m所以W有用=5×103kg×1.39m/s2×200m=139×104焦耳由于車所受阻力f=2％×G=0.02×5噸=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總=W有用+W額外(W阻+W重)=4122240焦耳根據能的轉化和守恒定律該車所需的能量或說做的總功等于自身電動機消耗的電能，即200米路程消耗的總電能是4122240焦耳。
2．求按壓發電車輪在200米貯存能量(電能)實質是求這段路程貯存的重力勢能，整個車體只有車輪與地面接觸，車重不變時，說明車輪上任意與地面接觸點，對地的壓力相同所以車輪各個按壓鍵所受壓力相同，由于只有四個車輪，那么四個車輪受的壓力之和等于車重。由于四個車輪相同(包括行駛路程)，為了計算簡便，在求貯存重力勢能時，把車輪想像合成一個車輪計算簡便，那么該車發電輪的壓力等于車重mg，壓縮高度等于0.04m(因為實際還是四個車輪著地，每個壓縮高度是0.04m)。先求出一個按壓發電機(鍵)貯存的能量，再求滾動一周100個所貯存的能量，從而求出該車輪向前滾動100周，行駛200米所貯存的能量，也就是4個輪(該車行駛200米)貯存的總能量。
根據重力勢能公式，重力勢能等于重力與高度的乘積Ep=mgh，由于本題斜坡路面與水平成15度角，因此該車對斜坡路面的壓力不等于該車重力，而等于和斜坡路面垂直的一個分力mgcosθ(圖2-2)，按壓發電車輪中一個按壓發電機貯存的重力勢能是Ep=mgcosθh=5×103kg×9.8N/kg×cos15°×0.04m=49000N×0.9659×0.04m=1893.164焦耳則車輪滾動一周行駛2米，100個按壓發電機貯存的重力勢能1893.164×100=189316.4焦耳車輪滾動100周行駛200米貯存的重力勢能是189316.4×100=18931640焦耳再減去摩擦阻力損耗，實際剩余18735640焦耳。
根據能的轉化和守恒定律，所貯存的重力勢能，等于發電車輪轉化而貯存的電能，即200米路程貯存的電能為18735640焦耳。
在這段路程中，該車儲存的電能遠大于該車消耗的電能，即貯存的能量減去消耗的能量，剩余14809400焦耳，貯存能量與消耗能量的比值約為4.5，也就是說只要該車行駛消耗能量的同時，所貯存的能量就是消耗能量的4.5倍，從而說明該車能拉動是該車重4倍多的貨物正常行駛，或停車作業等(如把剩余能量貯存用于汽車起重機等)分析該車在公路上行駛的三種情況能否適應三種情況就是向上坡路面、水平路面、向下坡路面行駛。
消耗能量分析由于上坡行駛阻力最大，與水平路面和向下坡路面比較，向上坡行駛消耗的能量最大。
貯存能量分析由于該車貯存能量發電機的按壓鍵上下移動距離已固定，也就是說即使壓力增大，車在水平路面行駛對按壓鍵的壓力(重力mg)，大于上坡或下坡對路面的壓力(重力的一個分力mgcosθ)，按壓鍵被壓縮移動距離也不會增大，只有車重減輕時，被壓縮的距離才會小于設計時固定距離，由于上例中車為空載，重量不可能減輕，因此可認為上坡、下坡、水平路面行駛，同一路程貯存能量相同。
上例選則上坡即消耗能量最大，貯存能量不變，計算結果貯存的能量遠大于消耗的能量，從而再次證明該車利用自身的重力勢能，完全能適應在上坡、水平路面向下坡路面正常運行、載貨為了保持目前車輪的優點和使用壽命，同時又要使貯存的能量夠用，應該在按壓發電輪上加密按壓發電機數量，同時要減小按壓鍵的按壓距離和增加保護裝置，并把所拉貨物的重量加以利用，轉化為電能，再如上例，當按壓鍵的壓縮距離為0.01m(1厘米)時，其它條件不變，貯存的能量是4536910焦耳，是消耗能量的1.1倍，能夠拉動是該車重1倍的貨物正常運行。如在按壓發電車輪外裝有特制的保護裝置，或把按壓發電車輪裝在類似車外輪胎內(如圖1-2)，由于壓縮距離只有1厘米，因此不會對輪胎有影響，還起到保護作用等。若用于火車這類有軌道的可不用橡膠胎等作保護裝置。
實施例2本發明“按壓式發電平板”，用許多這類按壓式發電機組成的平板(圖1-3)；實質是把“按壓式發電車輪”展開平放，可以制成一個整體平板。如把這樣的按壓式發電機(平板)放在人常走的地方、路面、門口、室內、地面等處，利用車在上面行駛壓縮按壓鍵發電，實質是利用車的重力或人走路的重力勢能等，轉化成電能，再貯存，為用戶的各種電器提供電能，如供照明、冬天取暖、電飯鍋、電視機等等，由于被利用的重力勢能不需花錢等費用，而且沒有污染，用在農村等家庭中，即解決燒柴、燒煤等造成空氣污染等，還能節省買煤等增加的投資，尤其利用在偏遠山區，即解決農民用電和燒柴問題，又能防止亂砍燒柴而破壞森林。
權利要求
1.由按壓鍵、齒輪加速器、慣性飛輪、永磁體(或電磁體)、線圈、彈簧、軸與軸承等構成的按壓式發電輪機；目前的發電機是依靠水力、風力、火力以及核能，給以遲續推動葉輪旋轉，帶動發電機發電，而且發電機總是固定某處，不是在路面滾動方式發電，或按壓式，沒利用慣性力慣性飛輪，沒制成按壓式發電車輪代替目前車輪、沒取消內燃發動機用于機動車等；本發明按壓式發電輪機其特征是利用慣性力(慣性飛輪)，并利用按壓的方式，把按壓力(包括重力)、慣性力轉化成電能，制成按壓式發電(圓形)車輪，用于機動車代替目前車輪并取消內燃發動機，作為各種機動車的主要動力源，不是固定在某處，而是采用滾動按壓的方式，開發利用“固體間接觸性重力勢能”發電，或制成平板類型，其主要結構是由機殼(1)、軸E(2)上有小齒輪(4)與小飛輪(3)固定一起，小飛輪作用是利用慣性力(可以是平的圓輪，為增大轉動量，最好做成邊緣厚中間薄的圓輪，或有孔的圓輪等各種形狀)，軸A(7)、軸B(8)、軸C(9)、軸D(13效果與軸A、軸B、軸C相同)，都是大齒輪和小齒輪固定同一軸上，NS是永磁轉子(11)固定在軸C上，線圈(10)、滑環(電能輸出端(20)，按壓鍵(18)外端(14)也可鑲有橡膠等物質，或增加保護裝置(19)類似車輪外胎)，按壓鍵里邊設有凸擋(12)防止被彈簧(6)頂出時脫離機殼，按壓鍵的內部是一個帶齒的長方體(16)，該齒(17)與軸A的小齒相連接，彈簧(6)頂在按壓鍵內孔(15)中，彈簧中間是一鐵棒，是防止彈簧歪向旁邊變形、軸A齒輪的兩端(5)是與按壓鍵同向的長孔(5)，它的作用是當按壓鍵被彈簧頂出機殼時，軸A隨著按壓鍵方向移動與軸B齒輪脫離，防止對軸B上的齒輪反轉，按壓鍵帶齒的這段長度等于或稍小于A軸到機殼的距離(L1)它的作用是按壓鍵被壓縮到底(L2)的距離時，按壓鍵上無齒的位置運動到軸A的位置，由于無齒與軸A上的齒輪連接，即脫離，所以按壓鍵即使停止，而其它齒輪還會隨飛輪慣力，按原方向轉動，或讓長孔稍寬使軸A活動范圍稍大，會達到同樣效果，還有軸承、螺栓、端蓋等零件構成的單個按壓式發電機，并用許多按壓式發電機組成的“按壓式發電車輪”(圖1-2)或“按壓式發電平板”；這就是它的基本結構，根據它的用途和需要可制成各種形狀和各種結構的；它的工作原理是當按或壓時，經按壓鍵把直動力傳給A軸，經過齒輪嚙合轉變成旋轉動力，再傳遞到B軸，并增加轉速，B軸經過齒輪嚙合，將動力傳遞給C軸，并再次增加轉速，同時永磁轉子磁場旋轉，使線圈產生感生電流，輸出電能，C軸在經齒輪嚙合，又將動力傳遞給D軸，并再次增加轉速，D軸又將動力傳遞給E軸，并加速使飛輪旋轉，當按壓鍵停止底端時，按壓鍵與A軸齒輪脫離，發電轉子將會受飛輪轉動慣力按原方向旋轉；當無按壓力是，按壓鍵被彈簧頂出機殼同時，嚙合A軸齒輪隨按壓鍵方向，使A軸(齒輪)平移與B軸齒輪脫離(不會使B軸反轉)，而發電轉子還會隨飛輪慣力按原方向旋轉，直到慣力消失才能停止發電，這就完成按或壓一次的工作過程，如此每按壓一次，就會從復一次這樣工作過程，在這個過程中，把按壓的機械能和慣力轉化為電能，如果是物體的重力把按壓鍵壓縮，那么在這個過程中，就是物體的重力勢能和慣力轉化為電能，本發明的目地就是開發利用“固體間接觸性重力勢能”發電；根據以上所述按壓式發電輪機的結構、工作原理和用途不同，可以設計制造利用各種斜齒輪或錐形齒輪或普通圓形齒輪等結構的、各種轉速的、各種形狀的、各種尺寸的、各種類型的或各種結構、類型相互組合的、或多個組合一起的、可以是幾個或一個發電機芯而多個按壓鍵的按壓式發電車輪或按壓式發電平板，等等各種各樣的按壓式發電輪機、按壓式發電車輪、按壓式發電平板或單個使用。
2按照權利要求1和工作原理所述制成各種各樣結構的(包括各種類型的)按壓式發電輪機、按壓式發電車輪、按壓式發電平板或單個的按壓式發電機，包括內部是各種結構和外部是各種結構。
3按照權利要求1和工作原理所述，制成各種各樣形狀的按壓式發電輪機、按壓式發電車輪、按壓式發電平板或單個的按壓式發電輪機，包括內部各種零件和外部是各種形狀、如內部齒輪是各種形狀、線圈是各種形狀、永磁轉子是各種形狀、按壓鍵是各種形狀、外部是圓形、方形、長條形、平板形等等形狀的，可以是任意形狀。
4.按照權利要求1和工作原理所述，制成各種數量和各種尺寸的按壓式發電輪機、按壓式發電車輪、按壓式發電平板或單個的按壓式發電機等，包括內部各種零件和外部是各種尺寸、各種數量的，如內部齒輪的周長、直徑、薄厚、齒數、齒輪個數等可以是任意尺寸或任意數量，永磁轉子、線圈、軸、按壓鍵、彈簧等零件都可以是任意尺寸或任意數量、任意匝數，按壓式發電平板、按壓式發電車輪的寬度周長(長度)直徑、厚度、按壓鍵的個數等等所有的零件或外殼都可以是任意數量和任意尺寸的。
5.按照權利要求1-4和工作原理所述制成任何類型的按壓式發電輪機、按壓式發電車輪、按壓式發電平板或單個的等等類型用于各處有按力、壓力的地方發電，采用按壓方式或滾動按壓式發電，如按壓式發電車輪，用于各種機動車作為車輪，取代目前的車輪或取消內燃發動機，作為機動車的主要動力源，即采用滾動按壓式發電；按壓式發電平板鋪放地面等處，即采用按壓式發電。
全文摘要
本發明按壓式發電輪機由按壓鍵、加速器、慣性飛輪、永磁體(或電磁體)、線圈等組成,本發明把許多按壓式發電輪機再次組合成一體的圓輪叫按壓式發電輪,或組成平板叫按壓式發電平板等等類型,是把按壓力、慣力等的能量轉化成電能輸出做功,用在各處有按壓力的地方發電。
文檔編號H02K7/18GK1325170SQ01103148
公開日2001年12月5日 申請日期2001年2月16日 優先權日2000年2月21日
發明者孫中灝 申請人:孫中灝