CN109038935A - 一种惯性发电装置、发电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性发电装置、发电系统及控制方法，惯性发电装置包括斥磁体、位移装置、惯性轮和发电机；斥磁体与位移装置机械固连；惯性轮的轮圈上设置至少1个N/S极面向外缘的转磁体，转轴与发电机的转轴同轴设置或通过变速机械装置传动；惯性轮和位移装置相邻设置；斥磁体面向惯性轮的极性与转磁体面向外缘的极性相同；位移装置包括电池、动作传感器、电源控制器和电动装置；位移装置根据转磁体的相对位置，控制斥磁体分别位于与惯性轮的最小间距或远离惯性轮，通过周期性磁斥作用增加惯性轮的转矩，驱动发电机发电。所述发电系统包括放电负载和所述的惯性发电装置。

Description

一种惯性发电装置、发电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及发电装置及发电机系统设计领域，具体涉及一种基于磁力转矩的惯性发电装置、发电系统及控制方法。

背景技术

发电机(Generators)是一种机械能与电能的转换装置，广泛应用在工农业生产、国防及日常生活，机械能一般由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械产生，通过发电机转换为电能。发电机的工作原理是基于电磁感应定律，常规产品的构造为：用磁力部件构成磁感应回路，通过磁力部件的磁通量改变在线圈绕组回路获得电能，从而达到机械能与电能的转换目的。

常规发电机存在较大的能量损耗，为此人们一直寻求各种方式降低能耗以提高能量转换效率。永磁体的运用早己经为人们所熟悉，特别是钕铁硼永磁材料问世后，永磁能的利用越来越受到业界充分重视，但现有发电机在利用永磁体的设计方面，往往局限于发电机内部设计，尽管设计巧妙，能量转换效率仍然较低。

旋转发电机的常规设计是通过机械能轴传动驱动旋转发电，要加大旋转发电机的转矩，较优化的设计是将施力点远离轴心，多年前，不少同行提出过在发电机的转轴上增设惯性飞轮的技术方案，这一思想方法古来有之；中国古代普遍使用水车，其工作原理并非在水车的轴心设置旋转动力机，而是沿水车轮页外侧的切线方向在合适的时间给予一杯水(一份势能)，该杯水的下落势能转变成水车环绕轴心旋转的动力，该份能量尽管是“量子化”的，但通过水车的惯性消化可形成趋于均化的持续运转。这一古代水车做功的启发模型完全可以平移到发电机领域设计，本申请的提出，正是基于运用一种在惯性轮的外沿产生磁斥力使其做功并利用惯性轮的旋转惯性，使发电机通过惯性轮的作用获得转矩增量，从而充分发挥永磁体隐藏的能量，达到有效提升发电机电能转换效率的设计目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有常规发电机局限于单元式设计的缺陷，提供一种在发电机的转轴设置惯性轮，并在惯性轮的轮圈上设置永磁体，运用同磁极性永磁体的磁斥原理，通过周期性的磁力相斥作用增加发电机的转矩，从而达到有效提升发电机的电能转换效率的设计目的，结构简单，工艺容易实现。

为实现上述的目标，本发明提供了一种基于磁斥转矩的惯性发电装置，该惯性发电装置包括斥磁体、位移装置、惯性轮和发电机；所述斥磁体与位移装置机械固连；所述惯性轮的轮圈上设置至少1个N/S极面向外缘的转磁体，当设置2个以上转磁体时，转磁体环绕轮圈同极向间隔排布，且惯性轮的转轴与发电机的转轴同轴设置或通过变速机械装置传动；所述惯性轮和位移装置相邻设置；斥磁体面向惯性轮的磁极性与所述转磁体面向外缘的磁极性相同；

位移装置包括：电池、动作传感器、电源控制器和电动装置；所述的电源控制器包括：电源输入端、电源输出端和信号输入端；电源输入端连接电池，电源输出端连接电动装置，信号输入端连接动作传感器；所述的电池为一次性使用的一次电池，或可重复多次充放电使用的二次电池，或两者组合设置；

惯性轮旋转时，位移装置根据转磁体环绕惯性轮的转轴时序旋转的相对位置，控制斥磁体分别位于与惯性轮的最小间距或远离惯性轮，通过斥磁体和转磁体的周期性同磁极相斥作用增加惯性轮的转矩，驱动发电机持续旋转发电。

上述技术方案中，所述的发电机为旋转式发电机；所述的斥磁体和转磁体的材料为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁体，冠以不同称谓仅是为清晰表述其设置部位及运动特征。所述一次电池包括例如常规锌锰电池、铝空气膜电池；所述二次电池包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及可反复充放电使用的空气膜电池，例如锌空气二次电池。所述的一次电池或二次电池，其包括若干一次单体电池串联/并联，或若干二次单体电池串联/并联而成的电池组。

上述技术方案中，所述的惯性轮、位移装置、斥磁体在所述的惯性发电装置中各设置至少1个。设置多个惯性轮有利于增强发电机的惯性转矩，但对发电机的机械强度要求高；设置多对斥磁体/位移装置有利于增强惯性轮的转矩。

上述技术方案中，所述斥磁体位于与惯性轮的最小间距为斥磁体和转磁体二者之间的间距，该最小间距不超过90mm。所述该最小间距又称气隙，其大小选择与惯性发电装置的设计功率有关，也与斥磁体和转磁体的材料磁通强度相关。

上述技术方案中，所述位移装置的动作传感器安装在靠近所述惯性轮的固定部位，用于获取惯性轮上转磁体在旋转运动中的相对位置信号。

作为上述惯性发电装置的一种技术改进，所述的位移装置还包括为电池补充电能的电能补充装置；所述电能补充装置包括使用充电装置为二次电池充电。电能补充装置的作用是当电池(包括电池组)的电能不足时补充电能，使电动装置正常工作。所述的电能补充包括利用任意来源形式的电能为二次电池充电，也包括为一次电池更换电极、电解液的机械充电形式(行业惯称)；所述任意来源形式的电能，其包括利用外部风能、太阳能获得的电能，以及使用燃油、蒸气的热动力机甚至以畜力或人力驱动而获得的电能。

作为上述惯性发电装置的又一种技术改进，所述的充电装置包括：第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置；充电装置的第一电源输入端连接所述惯性发电装置的输出端，第一电源输出端连接所述位移装置配置的二次电池，逻辑控制装置的信号输入端连接惯性发电装置的电源输出端或/和所述的二次电池。

以上述的惯性发电装置为基础，本发明还公开了一种所述惯性发电装置的控制方法，该方法由所述位移装置的动作传感器获得所述转磁体在时序旋转中的相对位置信号，电源控制器根据该位置信号对电动装置输出相应电流，从而控制所述斥磁体分别位于与惯性轮的最小间距或远离惯性轮；其中，所述的时序旋转根据惯性轮的旋转方向而定义；所述的转磁体为惯性轮的轮圈上设置的任一个转磁体。

上述控制方法中，所述斥磁体位于与惯性轮的最小间距，控制在转磁体越过基准法线至远离斥磁体的时间段内；所述斥磁体远离惯性轮，控制在转磁体远离斥磁体至实时法线与基准法线重合的时间段内；其中，所述的基准法线，根据斥磁体位于所述最小间距时与惯性轮的转轴而确定；所述的实时法线，根据转磁体在时序旋转中与转轴的相对位置而确定。

上述惯性发电装置的控制方法中，所述转磁体在时序旋转中远离斥磁体，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为斥磁体与转磁体相邻发生磁斥力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。所述转磁体在时序旋转中远离斥磁体，是转磁体不再受到斥磁体的磁力相互作用影响的一种相对运动状态描述。

基于上述的惯性发电装置，本发明还公开了一种发电系统，所述的发电系统包括：放电负载和惯性发电装置；所述的发电系统至少设置一套以上所述的惯性发电装置；若干套发电系统的电源输出端可串联/并联使用。所述若干套发电系统可串联使用，前提是若干套发电系统的输出功率大略相同；所述若干套发电系统可并联使用，前提是若干套发电系统的输出电压相同。

以上所述惯性发电装置或/和发电系统的应用需要机械支撑架件，机械支撑架件在有效实现机械支撑的前提下，所选用的材料和结构可以任意。

本发明所述的惯性发电装置与常规技术方案的不同，首先在于电池放电的特征为脉动放电(常规技术为连续放电)，位移装置适用的电动装置是往复式电动机(常规技术为旋转电动机)，并且位移装置中的电动装置并不与发电机的转轴发生机械能传动关系，惯性发电装置内部的能量传递，是通过斥磁体与转磁体之间的周期性磁能变换为惯性轮的转矩，当惯性轮具有一定质量并且惯性轮的旋转速度足够时，可在惯性发电装置的发电机获得较大的电能输出。

本发明中，所述的惯性发电装置针对旋转式发电机的特点，提供一种在发电机的转轴设置惯性轮并在惯性轮的轮圈上设置转磁体，通过斥磁体在转磁体相对运动中周期性传递磁能的技术方案，运用同极性永磁体的磁斥作用增加惯性轮的转矩，从而有效地提升发电机的电能转换效率。所述的发电系统，在基于所述惯性发电装置的技术基础上，通过加入负载系统可满足多样化的实用需求。

本发明的优点在于：所述的惯性发电装置基于磁力相斥的转矩增量，具有由磁斥转矩控制带来的有效提升发电机转换效率的节能效果，充分发挥永磁体隐藏的能量，以此方案设计的惯性发电装置和发电系统的结构简单、组合多样化、工艺容易实现、成本低，有效适应高端发电领域的设计要求。

附图说明

图1是本发明的惯性发电装置的基础运动模型示意图；

图2是本发明所述磁力相互作用以及动态夹角θ的动态简析示意图；

图3是实时法线31和基准法线10重合、θ为0的状态示意图；

图4是本发明的所述惯性发电装置一个实施例的结构特征示意图；

图5是本发明的位移装置的一种内部逻辑结构示意图；

图6是本发明的一种在轮圈上设置4个转磁体的惯性轮结构示意图；

图7是本发明的一种在发电机轴上配置2对斥磁体/惯性轮的结构示意图；

图8是一种运用充电装置对二次电池充电的惯性发电装置的局部结构示意图；

图9是本发明所述转磁体在时序旋转中远离斥磁体的状态示意图。

附图标识：

1、斥磁体 2、位移装置

3、惯性轮 4、发电机

3a、惯性轮的转轴 3b、惯性轮的轮圈

3c、转磁体 4a、发电机的转轴

8、最小间距 10、基准法线

11、斥磁体两极延长线 13、磁作用力线

31、实时法线 32、切线

33、惯性轮平面中心线 θ、动态夹角

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行详细说明。

如图1所示，一个惯性轮3的轮圈3b外缘设置一个转磁体3c，转磁体的N极面向惯性轮外，S极面向转轴3a；当一个斥磁体1的N极主动趋近转磁体3c，会发生磁相斥作用，该磁相斥关系设置是本发明所述惯性发电装置的基础运动模型。

上述运动模型中，当转磁体旋转越过由斥磁体1和转轴3a确定的基准法线10，则受到的磁斥力可分解为沿实时法线31方向趋向轴心的分力和沿切线32方向的分力，其中斥磁体1对转磁体3c磁斥力的方向与法向分力方向形成了动态夹角θ，该动态夹角θ的一种等价描述，表现为磁作用力线13与实时法线31的动态夹角；对转磁体绕轴有贡献的是切线32方向分力，该分力的大小与动态夹角θ相关，如图2所示；当切向磁斥作用持续发生，惯性轮3就可获得可观的转矩增量。

θ为一个运动变量，当实时法线31和基准法线10重合，θ为0，斥磁体1对转磁体3c绕转轴3a旋转无贡献，如图3所示；如果θ为负角，即转磁体在时序旋转中趋近但尚未越过基准法线10，则所受到斥磁体斥力的切线32方向分力为负方向(与惯性轮3旋转方向相反)，会形成惯性轮3旋转的磁阻力。

如图4所示，本发明所述惯性发电装置的一个实施例包括：斥磁体1、位移装置2、惯性轮3和发电机4；发电机4为常规永磁旋转式发电机；惯性轮3的转轴3a固定安装在发电机4的转轴4a上，其轮圈3b的外缘设置一个转磁体3c，S极面向转轴3a，N极面向惯性轮3的外缘；一台往复式位移装置2和惯性轮3相邻设置，位移装置2上固定安装一个条形斥磁体1，N极面向惯性轮3；位移装置2设计为：可控制性地将斥磁体1的N极移至靠近惯性轮3的A点(该斥磁体1与转磁体3c相对的最小间距8由永磁体材料的磁通密度、斥力设计结合试验确定，不超过90mm)或远离惯性轮3的B点往复移动。该惯性发电装置的工作逻辑为：当惯性轮3上的转磁体3c在时序旋转中越过基准法线10，例如θ为30度角时，位移装置2将斥磁体1移至A点，使转磁体3c在同极相斥作用下增加惯性轮3的转矩，驱动发电机4旋转发电；而当转磁体3c在时序旋转中远离斥磁体1(θ为90度角时)至下一次实时法线31与基准法线10重合的时间段，位移装置2将斥磁体1移至B点。

以上实施例的位移装置2包括电池、动作传感器、电源控制器和往复式电动装置；其中，电池使用常规铅酸电池；电源控制器内置有CPU、内存及其工作外围电路，其电源输入端连接电池，其电源输出端连接电动装置，其信号输入端连接动作传感器，位移装置2的内部逻辑结构如图5所示；动作传感器为一磁电模块，安装在靠近惯性轮3轮圈3b外缘的固定支架上。位移装置2的工作逻辑为：电源控制器输出电流的工作逻辑为0和1，当动作传感器无工作信号输入时，工作逻辑为0，与电动装置固连的斥磁体1被置于远离与转磁体3c产生磁斥作用的B点；当惯性轮上的转磁体3c在旋转中越过基准法线10的位置，动作传感器感应出一个电信号传递至电源控制器，电源控制器的工作逻辑相应变换为1，对往复式电动装置输出工作电流，使固连电动装置的斥磁体1被移至与转磁体3c最小间距8的A点。根据动作传感器的工作精度及可靠性要求，可设置一个或若干个动作传感器，动作传感器不限于常规的磁电模块，例如也可使用光敏元件制造的动作传感器。

位移装置2的电源控制器用常规开关电路设计或脉冲数字技术实现，其工作模块一般包括：电源变换电路、内存贮有工作程序的微处理器和信号输入输出电路，能通过动作传感器反馈信号相应地控制输出工作的时序电流。目前市场上已有较多的电源控制器产品，可供编程，只要控制精度和电源输出功率达到设计的要求，通过对市购电源控制器的输入输出参数编程可满足多种工作逻辑要求。

位移装置2只要可在设定的位移逻辑实现将斥磁体1移至与惯性轮3最小间距8，又可在设定的位移逻辑将斥磁体1移至远离惯性轮3的位置，可采用任意运动形式的电动装置，其中，优选节能效果较佳的往复式电动机。

本发明中，只要斥磁体1机械固连位移装置2且达到与所述转磁体3c周期性同极相对的设计目标，设计形式不限；在另一个斥磁体1的实施例中，可把斥磁体1设置为一台外转子旋转形式的电动机，该电动机外转子的轮缘设置有8个间隔平均的永磁体，永磁体的N极面向外缘；该旋转电动机连接电源控制器为其设置的电源输出端，通电旋转时等效于一个N极磁体。运用该电动机置换结合图4所示的上述实施例中的条形斥磁体1，同样可使转磁体3c与该电动机外缘的永磁体发生周期性的同极相斥作用，增加惯性轮3的转矩。

所述转磁体3c设置于轮圈上，具体地，转磁体可以设置于轮圈的内缘、外缘或轮圈的内部；所述的轮圈采用无磁性的合金、塑钢或其他固体成形材料制造，其结构包括：一个圆环或多个圆环组合，多个圆环组合的轮圈以同轴方式通过结构紧固件将多个圆环固连为一体，包括一体化设计制造；所述转磁体在不影响安装于轮圈的前提下不限形状，多个转磁体在轮圈间隔安装时优选均匀排布。

所述斥磁体1与惯性轮3的最小间距8，是斥磁体1向转磁体3c传递磁斥力的能量通道，气隙越小越有利于永磁能量的作用传递，例如小型发电装置一般仅设置1-2mm，中型发电装置一般仅设置2-20mm，本发明把气隙设置限定在90mm的技术性用意，是考虑到大型发电装置的需求以及未来超强磁材料的出现。

当需要加大惯性轮的磁斥转矩，可增加在惯性轮3轮圈3b上设置的转磁体3c，一种在轮圈上设置4个转磁体的惯性轮结构如图6所示。惯性轮上的转磁体并非设置越多越好，其设置数目受限于转磁体与斥磁体的磁力有效作用区间。本发明中，设置多个惯性轮3可使发电机4获得更大的惯性转矩；同理，对惯性轮设置多个与位移装置2机械固连的斥磁体1可使发电机获得更大的转矩；一种在发电机4配置2个惯性轮、2个斥磁体的组合实施例，如图7所示。

所述运用充电装置为二次电池充电属常规设置，利用惯性发电装置的电能输出反馈对二次电池充电是一种优选方案，充电装置的启动逻辑根据不同应用需求设置；惯性发电装置的放电负载通常并非恒定在满荷工作状态，存在时间分布的功率起伏，可以通过充电装置把放电负载未利用的电能反馈为二次电池补充电。所述运用充电装置对二次电池反馈充电的一种电路结构示意，如图8所示。

本发明中，基于前述惯性发电装置而公开的一种控制方法为：由所述位移装置2的动作传感器获得所述转磁体3c在时序旋转中的相对位置信号，电源控制器根据该位置信号对电动装置输出相应电流，从而控制所述斥磁体1分别位于与惯性轮3的最小间距8或远离惯性轮3；其中，所述的时序旋转根据惯性轮3的旋转方向而定义；所述的转磁体3c为惯性轮3的轮圈3b上设置的任一个转磁体3c。

上述控制方法中，所述斥磁体1位于与惯性轮3的最小间距8，控制在转磁体3c越过基准法线10至远离斥磁体1的时间段内；所述斥磁体1远离惯性轮3，控制在转磁体3c远离斥磁体1至实时法线31与基准法线10重合的时间段内；其中，所述的基准法线10，根据斥磁体1位于所述最小间距8时与惯性轮3的转轴3a而确定；所述的实时法线31，根据转磁体3c在时序旋转中与转轴3a的相对位置而确定。

上述的惯性发电装置的控制方法中，所述转磁体3c在时序旋转中远离斥磁体1，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为斥磁体1与转磁体3c相邻发生磁斥力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。该动态夹角θ的一种等价描述，表现为磁作用力线13与实时法线31的动态夹角，设计时可参考运用，θ为90度角是斥磁体1对转磁体3c绕转轴3a旋转无贡献的临界状态，如图9所示。

所述位移装置2将斥磁体1移至远离惯性轮3，是斥磁体1不影响转磁体3c时序旋转的一个相对概念，理论上，该两个磁体无论相距多远都存在磁相互作用，但只要斥磁体1对转磁体3c的时序旋转无明显的磁相互作用影响，例如小型惯性发电装置中的斥磁体1与转磁体3c相距30mm，或中型惯性发电装置中的斥磁体1与转磁体3c相距100mm，即可以理解为本发明所述的斥磁体1远离惯性轮3。

上述惯性发电装置的控制方法中，需注意所述惯性轮3上的转磁体3c是指在轮圈3b上设置的所有转磁体3c，而不是同一个转磁体3c，转磁体3c在时序旋转中越过基准法线10的周期，与轮圈3b上设置的转磁体3c的个数直接相关。当惯性轮3只设置1个转磁体3c，惯性轮3每个旋转周期只有1个转磁体3c越过基准法线10；当惯性轮3上设置4个转磁体3c时，惯性轮3每个旋转周期有4个转磁体3c越过基准法线10，如此类推；在具体设计中，尤其需要注意转磁体3c个数与位移装置2将斥磁体1移至最小间距8的控制周期关系。

本发明公开的一种包括放电负载和上述惯性发电装置的发电系统，所述含有至少一套以上的惯性发电装置，意为所述的惯性发电装置对同一放电负载可设置多套；在放电负载匹配的前提下，所述的惯性发电装置的电能输出端既可以并联使用，也可以串联使用，也可以加入其他电能输出管理的控制系统。

所述的优选例仅为推荐，若干技术方案可部分使用，也可加入或组合并用其他成熟技术，只要根据惯性轮的转磁体与所述斥磁体的周期性磁斥特点，通过转磁体的时序旋转关系控制斥磁体的位移，即可实现本发明技术方案的基本目标。

对发电机技术较深入了解的专业人士，都不难在本申请所述的技术方案基础上，举一反三地实施本发明专利申请的内容。本申请所述基于磁斥转矩的惯性发电装置的基础结构、发电系统及其电能反馈设置、位移装置的时序控制方法及其衍生的技术方案变形实施，均应被列入本发明申请的保护范围。

实施例1、

一种本发明所述的惯性发电装置，包括斥磁体1、位移装置2、惯性轮3和发电机4；发电机4为常规旋转式发电机；惯性轮3的中心带孔，该孔穿过发电机4的转轴4a与其机械固连，达到惯性轮3的转轴3a轴心与发电机4的转轴4a轴心重合的安装效果；惯性轮3的轮圈3b的外缘设置有一个转磁体3c，S极面向转轴3a，N极面向轮圈3b的外缘，如图4所示；位移装置2由一台往复式电动装置、一组48V2000Ah的铅酸电池组、动作传感器和电源控制器构成，位移装置2的内部结构逻辑如图5所示；其中，动作传感器为一磁电模块，安装在靠近惯性轮3轮圈3b外缘的固定支架上；安装时，往复式电动装置上的斥磁体1的N-S连线中心线11与惯性轮3的平面中心线33重合；电源控制器内置有CPU、内存及其外围电路，工作逻辑为1和0，控制电池组对电动装置的电源通/断而实现位置往复动作；电源控制器的1/0逻辑通电依据动作传感器发出的信号；斥磁体1为一个条形永磁体，固定安装在电动装置上并且N极面向惯性轮3；位移装置2与惯性轮3相邻设置，其往复动作可实现往复调整斥磁体1与惯性轮3的间距。

该惯性发电装置启动前，电源控制器的工作逻辑为0，往复式电动装置不工作，斥磁体1位于如图4所示的远离惯性轮3的B点；惯性轮3旋转时(启动旋转可人工助力)，当动作传感器感应出惯性轮3的轮圈3b外缘的转磁体3c在时序旋转中越过了基准法线10，将该位置信号实时传送给电源控制器，电源控制器的工作逻辑相应改变为1，控制电池组输出电流，使往复式电动装置将斥磁体1移至靠近惯性轮3的A点(该最小间距8的最佳值根据磁矩发电装置的功率、斥磁体1与转磁体3c的材料磁通密度设计结合试验校准)，使惯性轮3在斥磁体1与转磁体3c的同极相斥作用下增加转矩，驱动发电机4旋转发电；当转磁体3c在时序旋转中远离斥磁体1(θ为90度角)至下一次与基准法线10重合(θ为0)的时间段，电源控制器的工作逻辑为0，斥磁体1被移至远离惯性轮3的B点。

本实施例中，通过电源控制器对往复式电动装置的通/断电控制，可有效实现斥磁体1与惯性轮3上的转磁体3c发生周期性磁斥作用，其持续磁斥产生的惯性轮3转矩可驱动发电机4发电；由于电源控制器大部分时间的工作逻辑为0，电池组处于断电状态，从而以电池组消耗较少的电能代价使惯性轮3获得可观的转矩，提高电池组电能变换为发电机4输出电能的转换效率。

实施例2、

把实施例1所述的斥磁体1和转磁体3c的磁极全部对调，即惯性轮3的轮圈3b的外缘所设置的转磁体3c的N极面向转轴3a，S极面向轮圈3b的外缘；同时，固定安装在电动装置上的条形斥磁体1，改变为S极面向惯性轮3；其他部件设置与实施例1相同。本实施例的效果与实施例1类同。

实施例3、

在实施例1的基础上，将惯性轮3的转磁体3c增设为4个，4个转磁体环绕惯性轮3的轮圈3b外缘等间隔、同极向均匀分布，即环绕惯性轮3的轮圈3b外缘每90度角设置1个，4个转磁体3c同为S极面向转轴3a，N极面向轮圈3b的外缘，如图6所示。本实施例惯性发电装置的其他部件设置与实施例1所述相同。

本实施例的惯性轮3每旋转一周，动作传感器感应出4次转磁体3c在时序旋转中越过基准法线10的位置信号，电源控制器的逻辑相应改变为：任一个转磁体在时序旋转中越过基准法线10、θ为45度角的时刻，电源控制器工作逻辑为1，控制电池组输出电流使往复式电动装置将斥磁体1移至靠近惯性轮3的A点；任一个转磁体在时序旋转中远离斥磁体1(θ为90度角)，电源控制器的工作逻辑为0，斥磁体1被移至远离惯性轮3的B点。斥磁体1位于A/B点的局部示意如图4所示。

本实施例中，由于4个转磁体3c在惯性轮3的每个旋转周期中发生4次磁斥作用，从而增加了惯性轮3的旋转惯性，可提升发电机4输出的功率。

实施例4、

以实施例3为基础进行技术改进，在发电机4的转轴4a设置两个惯性轮3，两个惯性轮3的转轴3a分别固定安装在发电机4的转轴4a上，安装时，两个惯性轮3轮圈3b上的转磁体3c分布相同，使之以发电机4的转轴4a纵向参照可视为一个惯性轮3；同时，对应两个惯性轮3分别设置两个斥磁体1，两个斥磁体1分别固定安装在一台往复式电动装置；位移装置2中，对应靠近两个惯性轮3的轮圈3b的支架上，分别固定安装两个动作传感器(为提高传感信号来源的可靠性)，使用同一组48V2000Ah的铅酸电池组。安装时，往复式电动装置上的两个斥磁体1的N-S连线中心线11与两个惯性轮3的平面中心线33重合，如图7所示。

本实施例中，在发电机4的转轴4a上设置的两个惯性轮3，可视为一个同步工作的惯性轮3；同理，在同一台往复式电动装置上设置的两个斥磁体1，可视为一个同步工作的斥磁体1，对惯性轮3上两个转磁体3c的位置信号采集以及电动装置上两个斥磁体1的位移动作控制，与实施例1所述类同。

本实施例设置两个惯性轮3的技术意义，在于运用两个斥磁体1对两个惯性轮3上8个转磁体3c发生周期性的磁斥作用，通过两个惯性轮3的旋转惯性增大发电机4的转矩，使发电机4输出更大电能。

实施例5、

以上实施例的惯性轮3，其转轴3a都是与发电机4的转轴4a同轴设置，本实施例是在实施例3的基础上，把惯性轮3的轴套装在一台变速机械装置上，变速机械装置固定套装在发电机4的转轴4a上，惯性轮3的轴心、变速机械装置的轴心、发电机4转轴4a的轴心三者重合。

本实施例的技术改进意义，在于运用变速机械装置改变发电机4的转速，使发电机4的转速不受限于与惯性轮3的转速相同，从而达到在惯性发电装置输出端获得不同频率交流电的技术目标。本实施例的进一步技术变形，亦可将同轴设置的变速机械装置改变为不同轴设置的齿轮传动方式。

实施例6、

在实施例1的惯性发电装置基础上，将所述的48V2000Ah的铅酸电池组置换为同标称电压、同容量的铝空气膜一次电池组，惯性发电装置的剩下的部件的设置与实施例1相同。使用铝空气电池的优势在于其重量比能量高，近年研发出的铝空气电池的重量比能量可达到常规铅酸电池的20倍，在需要便携场合有其不可替代的优势，尤其是，当铝空气电池的电极完全溶解或电解液完全饱和，可通过更换电极或更换电解液的方式使铝空气电池继续工作，该更换电极或更换电解液可视为一种变形的电能补充方法(行业内惯称机械充电)。

实施例7、

在实施例1的惯性发电装置基础上，加入为铅酸电池组补充电能的电能补充装置，该电能补充装置为常规的太阳能装置及其控制装置。本实施例加入太阳能装置及其控制装置的作用，是当铅酸电池组的电能不足时，通过太阳能装置及其控制装置为铅酸电池组补充电能，使所述的位移装置2正常工作。

实施例8、

在实施例4的惯性发电装置基础上，加入放电负载和充电装置构成本发明专利所述的一种发电系统；该发电系统设置一套实施例4所述的惯性发电装置，放电负载可以是照明用户群或电子仪器，也可以是其他用电设备或其组合。

本实施例中，充电装置包括第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置，第一电源输入端连接所述惯性发电装置的输出端，第一电源输出端连接位移装置2所配置的标称48V2000Ah铅酸电池组，逻辑控制装置设置有两个信号输入端，其分别连接铅酸电池组和惯性发电装置的电源输出端；充电装置中的逻辑控制装置内置有CPU、内存及其工作外围电路，以及内置有控制充电装置工作逻辑的程序，充电装置的工作逻辑为：实时监察惯性发电装置的输出电压，当监察到实时输出电压高于所设计的输出电压平均值，启动充电装置以恒定电压53.52V限制电流200A的充电方式，为位移装置2中的铅酸电池组补充电能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种惯性发电装置，其特征在于，包括斥磁体(1)、位移装置(2)、惯性轮(3)和发电机(4)；所述斥磁体(1)与位移装置(2)机械固连；所述惯性轮(3)的轮圈(3b)上设置至少1个N/S极面向外缘的转磁体(3c)，当设置2个以上转磁体(3c)时，转磁体(3c)环绕轮圈(3b)同极向间隔排布，且惯性轮的转轴(3a)与发电机的转轴(4a)同轴设置或通过变速机械装置传动；所述惯性轮(3)和位移装置(2)相邻设置；斥磁体(1)面向惯性轮(3)的磁极性与所述转磁体(3c)面向外缘的磁极性相同；

位移装置(2)包括：电池、动作传感器、电源控制器和电动装置；所述的电源控制器包括：电源输入端、电源输出端和信号输入端；电源输入端连接电池，电源输出端连接电动装置，信号输入端连接动作传感器；所述电池为一次性使用的一次电池，或可重复多次充放电使用的二次电池，或两者组合设置；

惯性轮(3)旋转时，位移装置(2)根据转磁体(3c)环绕惯性轮(3)的转轴(3a)时序旋转的相对位置，控制斥磁体(1)分别位于与惯性轮(3)的最小间距(8)或远离惯性轮(3)，通过斥磁体(1)和转磁体(3c)的周期性同磁极相斥作用增加惯性轮(3)的转矩，驱动发电机(4)持续旋转发电。

2.根据权利要求1所述的惯性发电装置，其特征在于，所述的惯性轮(3)、位移装置(2)、斥磁体(1)在所述的惯性发电装置中各设置至少1个。

3.根据权利要求1所述的惯性发电装置，其特征在于，所述斥磁体(1)位于与惯性轮(3)的最小间距(8)为斥磁体(1)和转磁体(3c)二者之间的间距，最小间距(8)不超过90mm。

4.根据权利要求1所述的惯性发电装置，其特征在于，所述动作传感器安装在靠近所述惯性轮(3)的固定部位，用于获取惯性轮(3)上转磁体(3c)在旋转运动中的相对位置信号。

5.根据权利要求1所述的惯性发电装置，其特征在于，所述的位移装置(2)还包括为电池补充电能的电能补充装置；所述电能补充装置包括使用充电装置为二次电池充电。

6.根据权利要求5所述的惯性发电装置，其特征在于，所述的充电装置包括第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置，第一电源输入端连接所述惯性发电装置的输出端，第一电源输出端连接所述的二次电池，逻辑控制装置的信号输入端连接所述惯性发电装置的电源输出端或/和二次电池。

7.基于权利要求1～6任一所述的惯性发电装置的控制方法，该方法由所述位移装置(2)的动作传感器获得所述转磁体(3c)在时序旋转中的相对位置信号，电源控制器根据该位置信号对电动装置输出相应电流，从而控制所述斥磁体(1)分别位于与惯性轮(3)的最小间距(8)或远离惯性轮(3)；其中，所述的时序旋转根据惯性轮(3)的旋转方向而定义；所述的转磁体(3c)为惯性轮(3)的轮圈(3b)上设置的任一个转磁体(3c)。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述斥磁体(1)位于与惯性轮(3)的最小间距(8)，控制在转磁体(3c)越过基准法线(10)至远离斥磁体(1)的时间段内；所述斥磁体(1)远离惯性轮(3)，控制在转磁体(3c)远离斥磁体(1)至实时法线(31)与基准法线(10)重合的时间段内；

其中，所述的基准法线(10)，根据斥磁体(1)位于所述最小间距(8)时与惯性轮(3)的转轴(3a)而确定；所述的实时法线(31)，根据转磁体(3c)在时序旋转中与转轴(3a)的相对位置而确定。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述转磁体(3c)在时序旋转中远离斥磁体(1)，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为斥磁体(1)与转磁体(3c)相邻发生磁斥力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。

10.一种发电系统，其特征在于，所述的发电系统包括放电负载和权利要求1-6任一所述的惯性发电装置；所述的发电系统至少设置一套权利要求1-6任一所述的惯性发电装置；若干套发电系统的电源输出端可串联/并联使用。