CN110518780A - 用于发电的阻尼系统 - Google Patents

Abstract

一种用于发电的阻尼系统，包括一飞轮马达系统、一低转速发电装置、一飞轮惯性牙箱装置及一动力耦合装置，该动力耦合装置耦接该飞轮马达系统、该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以将该飞轮马达系统输出的动力耦合至该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以带动该低转速发电装置运转而产生一电能，并带动该飞轮惯性牙箱装置运转而将动力转换成动能储存，并且将该飞轮惯性牙箱装置输出的动力再次通过该动力耦合装置传送至该低转速发电装置，形成电能、磁能、机械能交互转换的阻尼系统。

Description

用于发电的阻尼系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统，特别是涉及一种应用于电力/电能交互转换领域的用于发电的阻尼系统。

背景技术

一般发电机是利用各种动力(例如水力、风力)使线圈在磁铁的两极间转动，当线圈转动时，线圈内的磁场会改变而产生感应电流，是一种将动力所作的功转换成电能的装置。因此当输入发电机的动力不能持续时，将造成发电机无法持续产生电能，而不适用于发电厂做为电能来源(Power source)。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种适用于但不限于发电厂且电能、磁能、机械能交互转换的用于发电的阻尼系统。

本发明一种用于发电的阻尼系统，包括一飞轮马达系统、一低转速发电装置、一飞轮惯性牙箱装置及一动力耦合装置，该动力耦合装置耦接该飞轮马达系统、该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以将该飞轮马达系统输出的动力耦合至该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以带动该低转速发电装置运转而产生一电能，并带动该飞轮惯性牙箱装置运转而将动力转换成动能储存，并且将该飞轮惯性牙箱装置输出的动力再次由该动力耦合装置传送至该低转速发电装置,形成电能,磁能,机械能交互转换的阻尼系统。

在本发明的一些实施态样中，该飞轮马达系统包括一电动机、一飞轮、一发电机及一接受该直流电源供电以驱动该电动机的驱动电路，其中该电动机具有一定子及一转子，该定子设置有至少一组三相线圈，该三相线圈彼此相连接形成具有一个中性点及三个接点的Y型绕线，且该驱动电路与该中性点及该三个接点电连接以驱动该电动机运转。其中，该电动机、该飞轮、该发电机形成电动/发电转换的阻尼效应。

在本发明的一些实施态样中，该飞轮惯性牙箱装置包括与该动力耦合装置耦接的一变速单元及一与该变速单元耦接的飞轮，来自该动力耦合装置的动力经由该变速单元传递至该飞轮而带动该飞轮旋转并储存动能；而当该飞轮马达系统输出的动力减少时，该飞轮会经由该变速单元及该动力耦合装置提供动力给该低转速发电装置。其中，该飞轮惯性牙箱装置形成动能缓冲储存/释放补偿转换的阻尼效应。

在本发明的一些实施态样中，该动力耦合装置包括一单向差速器，该单向差速器包含一差速器及两个单向轴承，该差速器具有一端用以接受该飞轮马达系统输出的动力的一输入轴部、一端与该低转速发电装置耦接的一第一输出轴部、一端与该飞轮惯性牙箱装置耦接的一第二输出轴部以及两个行星齿轮，该输入轴部另一端设有一主动齿轮，该第一输出轴部上设有一从动齿轮，且该第一输出轴部另一端设有一第一齿轮，该第二输出轴部另一端设有与该第一齿轮相对的第二齿轮，而且该两个行星齿轮相对设置并与该第一齿轮和该第二齿轮相啮合，且该从动齿轮具有延伸至该两个行星齿轮的二齿轮架，且各该行星齿轮分别借由该单向轴承枢设在各该齿轮架，以限定该两个行星齿轮只能朝单一方向旋转，使得该从动齿轮被该主动齿轮带动且转速大于该飞轮惯性牙箱装置的飞轮转速时，所述行星齿轮将朝单一方向旋转，且当该从动齿轮未被该主动齿轮带动而转速下降至低于该飞轮惯性牙箱装置的飞轮转速时，所述行星齿轮将不转动使得该飞轮通过该变速单元及该第二输出轴部的该第二齿轮及所述行星齿轮带动该第一齿轮旋转，而将动力经由该第一输出轴部输出至该低转速发电装置。其中，该动力耦合装置形成实功(Real Power)/虚功(Virtual Work) 转换的阻尼效应。

在本发明的一些实施态样中，该动力耦合装置还包括一第一齿轮组及一第二齿轮组，该差速器的该第一输出轴部一端与该低转速发电装置的一转轴借由该第一齿轮组包含的两个相啮合的齿轮相耦接以传输动力，且该差速器的该第二输出轴部一端与该飞轮惯性牙箱装置的该变速单元的一转轴借由该第二齿轮组包含的两个相啮合的齿轮相耦接以传输动力。

在本发明的一些实施态样中，该用于发电的阻尼系统还包括一传动装置，其耦接在该飞轮马达系统与该差速器的该输入轴部一端之间，以将该飞轮马达系统输出的转速与扭力顺畅地传输到该输入轴部。

在本发明的一些实施态样中，该用于发电的阻尼系统还包括一减速齿轮装置，其耦接在该差速器的该第一输出轴部一端与该低转速发电装置之间，以将该第一输出轴部输出的动力减速使增加扭力后再输出给该低转速发电装置。

在本发明的一些实施态样中，该用于发电的阻尼系统还包括一减速齿轮装置，其耦接在该第一齿轮组的与该低转速发电装置相耦接的该齿轮与该低转速发电装置之间，以将该第一输出轴部输出的动力减速使增加扭力后再输出给该低转速发电装置。其中，该低转速发电装置形成机械能/电能转换的阻尼效应。

本发明的有益的效果在于：借由该飞轮马达系统输出的动力经由该动力耦合装置输出至该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以带动该低转速发电装置运转而产生电能，并同时带动该飞轮惯性牙箱装置运转而储存动能，以在该飞轮马达系统输出动力减少时，该飞轮惯性牙箱装置能适时输出动力经由该动力耦合装置提供给该低转速发电装置，借此，当该马达装置输出动力不稳定时，该动力耦合装置仍能提供稳定的动力输出给该低转速发电装置，使该低转速发电装置能稳定运转以持续输出稳定的电能。借此，形成电能、磁能、机械能交互转换的阻尼系统。

附图说明

图1是本发明用于发电的阻尼系统的一实施例包含的系统方块图。

图2是本实施例的该飞轮马达系统的组成组件示意图。

图3是本实施例的该飞轮马达系统的电动机构造及Y型三相线圈示意图。

图4是本实施例的该动力耦合装置与该飞轮马达系统、该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置的耦接方式示意图。

图5是本实施例的该动力耦合装置中包含的单向差速器构造示意图。

图6说明本实施例还包括一传动装置及一减速齿轮装置，且该动力耦合装置还包括一第一齿轮组及一第二齿轮组。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

参阅图1，是本发明用于发电的阻尼系统的一实施例，其接受一直流电源DC输入并产生一交流电能AC，本实施例主要包括一飞轮马达系统1、一低转速发电装置2、一飞轮惯性牙箱装置3及一动力耦合装置4。其中该飞轮马达系统1受该直流电源DC驱动以输出动力，且在本实施例中，如图2所示，该飞轮马达系统1包括一电动机 11、一飞轮12、一发电机13及一驱动电路300，该驱动电路300接受该直流电源DC供电以驱动该电动机11。

且如图3所示，电动机11(或称马达)具有一定子111及一转子 112，且该定子111上设置有一组三相线圈R、S、T，该三相线圈R、 S、T彼此相连接而形成具有一个中性点Np及三个接点U、V、W的 Y型绕线，且该驱动电路300与该中性点Np及三个接点U、V、W 电连接以驱动该电动机11运转而输出动力，且该电动机11、飞轮12 及发电机13的组合可采用一飞轮电池来实现，但不以此为限。另外，在本实施例中，该三相线圈R、S、T并不以一组为限，也可以视实际应用而采用两组或两组以上的三相线圈R、S、T。此外，该电动机11、飞轮12及发电机13的组合及该驱动电路300亦可分别采用中国台湾第 M522501号专利揭露的一种飞轮能量储存装置和一种具有阻尼功能的驱动电路，但并不以此为限。

该低转速发电装置2主要是采用能够被轻易带动即能产生电能的发电装置，例如风力发电机或类似的构造，但不以此为限。

如图4所示，该飞轮惯性牙箱装置3主要包含一飞轮31及一变速单元32，且该飞轮惯性牙箱装置3的作用是当动力经由该变速单元 32传递至飞轮31而带动飞轮31旋转时，飞轮31将动力转成动能储存；而当传递至飞轮31的动力减少或消失时，该飞轮31会因其转动惯性而继续旋转并经由该变速单元32输出动力。由于该飞轮惯性牙箱装置3是现有技术，故于此不多加赘述。

该动力耦合装置4分别与该飞轮马达系统1、该低转速发电装置 2及该飞轮惯性牙箱装置3耦接，以将该飞轮马达系统1输出的动力传送(耦合)至该低转速发电装置2及该飞轮惯性牙箱装置3，以带动该低转速发电装置2运转而输出该交流电能AC，并同时带动该飞轮惯性牙箱装置3运转使将动力转换成动能储存。

具体而言，如图4所示，该动力耦合装置4包括一单向差速器40。如图5所示，该单向差速器40包含一差速器41及两个单向轴承60(图中只显示一个)，该差速器41具有一端用以接受该飞轮马达系统1输出的动力的输入轴部42，一与该低转速发电装置2耦接的第一输出轴部43，一与该飞轮惯性牙箱装置3耦接的第二输出轴部44，一环绕在该第一输出轴部43外围的从动齿轮47，以及两个行星齿轮45。该第一输出轴部43一端与低转速发电装置2相耦接以传输动力给低转速发电装置2。该第二输出轴部44一端与该飞轮惯性牙箱装置3的该变速单元32相耦接以传输动力给飞轮惯性牙箱装置3。

再参见图5所示，该差速器41的输入轴部42另一端设有一与该从动齿轮47啮合以带动该从动齿轮47旋转的主动齿轮46，且该第一输出轴部43另一端设有一第一齿轮48，该第二输出轴部44另一端设有与该第一齿轮48相对的第二齿轮49，而且该两个行星齿轮45相对设置并与该第一齿轮48及该第二齿轮49相啮合。且该从动齿轮47 具有延伸至该两个行星齿轮45的二齿轮架470，各该行星齿轮45借由各该单向轴承60分别枢设在各该齿轮架470上，而且该两个单向轴承60限定该两个行星齿轮45只能朝单一方向旋转。

亦即，在本实施例中，当该差速器41的输入轴部42受该飞轮马达系统1输出的动力驱动逆时针旋转，而带动该从动齿轮47逆时针旋转时，该两个行星齿轮45亦随着该从动齿轮47旋转，而将动力通过第一齿轮48和第二齿轮49分别输出至该低转速发电装置2及该飞轮惯性牙箱装置3。且由于该飞轮惯性牙箱装置3的飞轮31转速小于该从动齿轮47转速而小于受该飞轮马达系统1输出动力驱动的主动齿轮46转速，因此，第二齿轮49的转速将小于第一齿轮48的转速使得两者之间有速差，而使得该两个行星齿轮45逆时针旋转。

借此，如图5所示，当该飞轮马达系统1一开始输出动力时，差速器41将同时带动该低转速发电装置2及该飞轮惯性牙箱装置3运转，此时，第一输出轴部43和第二输出轴部44被输入轴部42带动而旋转，使该飞轮惯性牙箱装置3中的飞轮31经由该变速单元32接受该差速器41的第二输出轴部44传来的动力而旋转并储存动能，此时由于飞轮31的转速低于该低转速发电装置2的转速，因此，该差速器41的行星齿轮45会一直逆时针旋转。

而当飞轮31被该飞轮马达系统1持续带动而逐渐加速到以一定的转动惯性旋转时，若此时该飞轮马达系统1的输出动力下降时，该低转速发电装置2的转速会随之下降，当该低转速发电装置2的转速下降到使第一齿轮48的转速低于或等于第二齿轮49的转速时，所述行星齿轮45将停止转动，使得飞轮31的动力能通过该变速单元32、该第二输出轴部44的第二齿轮49及所述行星齿轮45传递到该第一齿轮48而输出至与第一输出轴部43耦接的该低转速发电装置2，直到该飞轮马达系统1的输出动力恢复并使该从动齿轮47的转速再次大于该飞轮惯性牙箱装置3的飞轮31转速，而使该第一齿轮48与该第二齿轮49之间产生速差时，该两个行星齿轮45则开始逆时针旋转，且该飞轮31则再次经由变速单元32接受该差速器41的第二输出轴部44传来的动力(来自于该飞轮马达系统1)而继续旋转并储存动能，直到该飞轮马达系统1的动力又下降时，飞轮31又会再次通过差速器41将动力输出至该低转速发电机2。

借此，一旦该飞轮马达系统1的输出动力下降，飞轮31将通过该变速单元32输出动力(释出动能)经由该动力耦合装置4(即单向差速器40)传送至该低转速发电装置2，使该低转速发电装置2不致因飞轮马达系统1输出动力波动而影响其发电效能，而仍能持续运转以产生电能。亦即，本实施例的该飞轮惯性牙箱装置3相当于一动力缓冲器(buffer)，其能被该飞轮马达系统1带动而储存动能，并在该飞轮马达系统1输出动力下降时，该飞轮惯性牙箱装置3就会通过该动力耦合装置4实时输出动力给该低转速发电装置2，直到该飞轮马达系统1恢复原来的输出动力，该飞轮马达系统1则将再次带动该飞轮惯性牙箱装置3的飞轮31旋转并使飞轮31再次储能。

因此该飞轮惯性牙箱装置3与该动力耦合装置4的组合相当于一阻尼器，其能根据飞轮马达系统1输出动力的变化适时地让飞轮31 储能(当飞轮马达系统1输出动力增加或不变时)或释能(当飞轮马达系统1输出动力减少时)而发挥阻尼效应，确保由该动力耦合装置4输出至该低转速发电装置2的动力维持稳定，进而使该低转速发电装置 2能稳定运转而持续产生电能。

再参见图2与图6所示，在本实施例的其它实施态样中，该飞轮马达系统1与该差速器41的输入轴部42一端之间还可耦接一传动装置5，以将该飞轮马达系统1输出的动力(转速与扭力)顺畅地传输到该差速器41，且该传动装置5可采用中国台湾第I603886号专利揭露的一种阻尼传动装置，但不以此为限。

此外，如图6所示，在本实施例的其它实施态样中，该动力耦合装置4还可包括一耦接在该单向差速器40的第一输出轴部43与该低转速发电装置2之间的第一齿轮组61，以及一耦接在该单向差速器 40的第二输出轴部44与该飞轮惯性牙箱装置3的变速单元32之间的第二齿轮组62。具体而言，该单向差速器40的第一输出轴部43一端与该低转速发电装置2的一转轴21借由该第一齿轮组61包含的两个相啮合的齿轮611、612相耦接以传输动力，且该两个齿轮611、612 的齿轮比为1：1，但不以此为限；且该差速器41的第二输出轴部44 一端与该飞轮惯性牙箱3装置的该变速单元32的一转轴321借由该第二齿轮组62包含的两个相啮合的齿轮621、622相耦接以传输动力，且该两个齿轮621、622的齿轮比为1：1，但不以此为限。

再者，由于该低转速发电装置2是以较低转速运转，因此，当该单向差速器40的第一输出轴部43输出的转速大于该低转速发电装置 2的转速时，如图6所示，本实施例还可在该第一齿轮组61的齿轮 612与该低转速发电装置2之间耦接一减速齿轮装置7，以将该动力耦合装置4要提供给该低转速发电装置2的动力减速使相对增加扭力后再输出给该低转速发电装置2，借此以较大的扭力轻易地带动该低转速发电装置2运转。当然，在本实施例省略第一齿轮组61(及第二齿轮组62)的情况下，该减速齿轮装置7也可直接耦接在该动力耦合装置4的该单向差速器40与该低转速发电装置2之间。

综上所述，上述实施例借由飞轮马达系统1输出的动力经由动力耦合装置4传送至该低转速发电装置2及该飞轮惯性牙箱装置3，使该低转速发电装置2运转而产生电能，并同时使该飞轮惯性牙箱装置 3运转而储存动能，以在飞轮马达系统1输出动力减少时，由该飞轮惯性牙箱装置3适时输出动力经由动力耦合装置4提供给该低转速发电装置2，借此，当飞轮马达系统1输出动力不稳定时，动力耦合装置4仍能提供稳定的动力输出给该低转速发电装置2，使该低转速发电装置2能稳定运转以持续产生电能，故本实施例用于发电的阻尼系统由于能持续产生电能，而能适用于发电厂，确实达到本发明的功效与目的。

Claims (9)

1.一种用于发电的阻尼系统，接受一直流电源输入并产生一电能，其特征在于：

该用于发电的阻尼系统包含：

一飞轮马达系统，受该直流电源驱动以输出动力；

一低转速发电装置；

一飞轮惯性牙箱装置；及

一动力耦合装置，耦接该飞轮马达系统、该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以将该飞轮马达系统输出的动力耦合至该低转速发电装置及该飞轮惯性牙箱装置，以带动该低转速发电装置运转而产生该电能，并带动该飞轮惯性牙箱装置运转而将动力转换成动能储存。

2.根据权利要求1所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该飞轮马达系统包括一电动机、一飞轮、一发电机及一接受该直流电源供电以驱动该电动机的驱动电路，其中该电动机具有一定子及一转子，该定子设置有至少一组三相线圈，该三相线圈彼此相连接形成具有一个中性点及三个接点的Y型绕线，且该驱动电路与该中性点及该三个接点电连接以驱动该电动机运转。

3.根据权利要求2所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该飞轮马达系统输出的动力减少时，该飞轮惯性牙箱装置将通过该动力耦合装置提供动力给该低转速发电装置。

4.根据权利要求3所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该飞轮惯性牙箱装置包括与该动力耦合装置耦接的一变速单元及一与该变速单元耦接的飞轮，来自该动力耦合装置的动力经由该变速单元传递至该飞轮而带动该飞轮旋转并储存动能；而当该飞轮马达系统输出的动力减少时，该飞轮会经由该变速单元及该动力耦合装置提供动力给该低转速发电装置。

5.根据权利要求4所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该动力耦合装置包括一单向差速器，该单向差速器包含一差速器及两个单向轴承，该差速器具有一端用以接受该飞轮马达系统输出的动力的一输入轴部、一端与该低转速发电装置耦接的一第一输出轴部、一端与该飞轮惯性牙箱装置耦接的一第二输出轴部、一环绕在该第一输出轴部外围的从动齿轮，以及两个行星齿轮，该输入轴部另一端设有一与该从动齿轮啮合以带动该从动齿轮旋转的主动齿轮，该第一输出轴部另一端设有一第一齿轮，该第二输出轴部另一端设有与该第一齿轮相对的第二齿轮，而且该两个行星齿轮相对设置并与该第一齿轮和该第二齿轮相啮合，且该从动齿轮具有延伸至该两个行星齿轮的二齿轮架，且各该行星齿轮分别借由该单向轴承枢设在各该齿轮架，以限定该两个行星齿轮只能朝单一方向旋转，使得该从动齿轮被该主动齿轮带动且转速大于该飞轮惯性牙箱装置的飞轮转速时，所述行星齿轮将朝单一方向旋转，且当该从动齿轮未被该主动齿轮带动而转速下降至低于该飞轮惯性牙箱装置的飞轮转速时，所述行星齿轮将不转动使得该飞轮通过该变速单元及该第二输出轴部的该第二齿轮及所述行星齿轮带动该第一齿轮旋转，而将动力经由该第一输出轴部输出至该低转速发电装置。

6.根据权利要求5所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该动力耦合装置还包括一第一齿轮组及一第二齿轮组，该差速器的该第一输出轴部一端与该低转速发电装置的一转轴借由该第一齿轮组包含的两个相啮合的齿轮相耦接以传输动力，且该差速器的该第二输出轴部一端与该飞轮惯性牙箱装置的该变速单元的一转轴借由该第二齿轮组包含的两个相啮合的齿轮相耦接以传输动力。

7.根据权利要求5所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该用于发电的阻尼系统还包括一传动装置，其耦接在该飞轮马达系统与该差速器的该输入轴部一端之间，以将该飞轮马达系统输出的动力顺畅地传输到该输入轴部。

8.根据权利要求5所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该用于发电的阻尼系统还包括一减速齿轮装置，其耦接在该差速器的该第一输出轴部一端与该低转速发电装置之间，以将该第一输出轴部输出的动力减速使增加扭力后再输出给该低转速发电装置。

9.根据权利要求6所述的用于发电的阻尼系统，其特征在于：该用于发电的阻尼系统还包括一减速齿轮装置，其耦接在该第一齿轮组的与该低转速发电装置相耦接的该齿轮与该低转速发电装置之间，以将该第一输出轴部输出的动力减速使增加扭力后再输出给该低转速发电装置。