CN114785034A - 一种惯量飞轮储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电技术领域，公开了一种惯量飞轮储能发电系统，包括支撑模块和设置在支撑模块上的驱动模块、发电模块、曲轴连杆模块、重力锤和弹性模块；驱动模块通过曲轴连杆模块驱动重力锤克服弹性模块的弹力往复运动，重力锤的往复运动通过曲轴连杆模块驱动发电模块发电，驱动模块可包括水车转轴，水车转轴通过曲轴连杆模块驱动重力锤运动，同时使得弹性模块积累弹性势能，之后弹性模块释放弹性势能驱动重力锤回复运动，如此循环实现对发电模块进行驱动发电，以此可以利用弹性模块的储能效果以及重力锤的惯性力减少驱动模块在受到瞬间较大阻力时的动力输出，同时也能够保证发电模块的持续稳定工作。

Description

一种惯量飞轮储能发电系统

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种惯量飞轮储能发电系统。

背景技术

发电系统，可将外界能量通过机械传动或者化学反应转化为电能，比如水力发电系统、火力发电系统、太阳能发电系统。另外，还有用于回收动能的动能回收发电系统，可用于各类大型交通工具或者动力器件。

比如，在农用的大型水车上，通过水流对水车叶片的冲击使得水车不断的转动，从而通过驱动与水车的转轴连接变速箱对的发电机进行驱动发电，如此节能环保，充分利用了水的动能，减少温室气体的排放。

但是，而使用此类发电装置的地区大多贫困，难以负担成本高且难以维修的高级发电机，使用的普通发电机可能直接应用于生活或生产，水流的速度一旦发生变化，水车产生相应的转速变化会较大的影响发电机的转速，从而给普通的发电机的输出电压和频率带来较大波动，不利于保证发电质量；一旦存在一般的障碍对水车的转动产生影响时，由于水流的瞬时推力有限，难以及时的消除转动障碍而使发电进程停止，影响发电的正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种惯量飞轮储能发电系统，解决以下技术问题：

如何提供一种低成本、高可靠性的发电系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种惯量飞轮储能发电系统，包括支撑模块和设置在所述支撑模块上的驱动模块、发电模块、曲轴连杆模块、重力锤和弹性模块；

所述驱动模块通过所述曲轴连杆模块驱动所述重力锤克服所述弹性模块的弹力往复运动，所述重力锤的往复运动通过所述曲轴连杆模块驱动所述发电模块发电。

通过上述技术方案，驱动模块可包括水车转轴，水车转轴通过曲轴连杆模块驱动重力锤运动，同时使得弹性模块积累弹性势能，之后弹性模块释放弹性势能驱动重力锤回复运动，如此循环实现对发电模块进行驱动发电，以此可以利用弹性模块的储能效果以及重力锤的惯性力减少驱动模块在受到瞬间较大阻力时的动力输出，同时也能够保证发电模块的持续稳定工作。

作为本发明进一步的方案：所述支撑模块包括基座和固定在所述基座上的第一滑杆和第二滑杆；

所述弹性模块和所述重力锤均滑动设置在所述第一滑杆和所述第二滑杆上，所述弹性模块设置在所述重力锤靠近所述基座的一侧；

所述重力锤远离所述弹性模块的一侧与所述曲轴连杆模块传动连接。

通过上述技术方案，使得重力锤沿第一滑杆和第二滑杆的设置方向稳定的往复运动。

作为本发明进一步的方案：所述弹性模块包括套设在所述第一滑杆上的第一弹簧和套设在所述第二滑杆上的第二弹簧；

所述第一弹簧和所述第二弹簧的一端均与所述基座抵紧，另一端均与所述重力锤抵紧。

作为本发明进一步的方案：还包括磁力模块，所述磁力模块包括台面和多个第一磁块以及多个第二磁块；

所述台面滑动设置在所述第一滑杆和所述第二滑杆上，所述第一磁块均固定在所述重力锤靠近所述基座的一面，所述第二磁块均固定在所述台面远离所述基座的一面，所述台面设置在所述重力锤和所述基座之间，所述第一弹簧和所述第二弹簧远离所述基座的一端均与所述台面抵紧；

所述第一磁块与所述第二磁块互斥。

通过上述技术方案，如此可以辅助增加弹性模块的弹力，并且减少对弹簧的机械磨损，同时降低阻力，进一步的减少驱动模块的动能输出。

作为本发明进一步的方案：所述支撑模块包括固定在所述基座上的第一立柱和第二立柱；所述曲轴连杆模块包括传动曲轴和传动连杆；

所述传动曲轴包括依次固定的左横臂、小横臂和右横臂，所述传动连杆包括连杆竖臂和连杆横臂；

所述左横臂转动设置在所述第一立柱上，所述右横臂转动设置在所述第二立柱上；所述连杆竖臂的一端与所述小横臂转动连接，另一端与所述连杆横臂转动连接，所述连杆横臂与所述重力锤固定。

作为本发明进一步的方案：所述驱动模块包括第一飞轮和驱动电机，发电模块包括第二飞轮和发电机；

所述第一飞轮与所述左横臂固定，所述第二飞轮与所述右横臂固定，所述驱动电机固定在所述第一立柱上，所述发电机固定在所述第二立柱上；

所述驱动电机的输出轴与所述第一飞轮共轴固定，所述发电机的输出轴与所述第二飞轮共轴固定。

通过上述技术方案，可启动驱动电机，通过左横臂带动小横臂使重力锤向上运动，此时第一弹簧和第二弹簧释放弹力势能，推动重力锤和小横臂向上越过“时钟12点死点”后做自由落体运动，产生重力势能再次压下弹簧，被压缩的第一弹簧和第二弹簧蓄能并等待下次释放出推动重力锤向上运动的弹力势能；在如此反复的重力势能和弹力势能的共同作用，以及第一飞轮、第二飞轮和驱动电机的助力下，可是的传动曲轴顺畅地作圆周运动，驱动发电机源源不断地输出电能。

作为本发明进一步的方案：所述驱动模块包括第一飞轮和驱动电机，发电模块包括第二飞轮和发电机；

所述驱动电机固定在所述基座上，所述驱动电机的输出轴与所述第一飞轮共轴固定，所述第一飞轮远离所述驱动电机的一端共轴固定连接有第一加长杆，所述第一加长杆远离所述驱动电机的一端固定连接有第一锥形齿轮，所述左横臂上固定连接有与所述第一锥形齿轮匹配啮合的第二锥形齿轮；

所述发电机固定在所述基座上，所述发电机的输出轴与所述第二飞轮共轴固定，所述第二飞轮远离所述发电机的一端共轴固定连接有第二加长杆，所述第二加长杆远离所述驱动电机的一端固定连接有第三锥形齿轮，所述右横臂上固定连接有与所述第三锥形齿轮匹配啮合的第四锥形齿轮。

作为本发明进一步的方案：所述驱动模块包括第一飞轮和驱动电机以及第一传送带，发电模块包括第二飞轮和发电机以及第二传送带；

所述驱动电机固定在所述基座上，所述驱动电机的输出轴与所述第一飞轮共轴固定，所述第一飞轮通过所述第一传送带与所述左横臂传动连接；

所述发电机固定在所述基座上，所述发电机的输出轴与所述第二飞轮共轴固定，所述第二飞轮通过所述第二传送带与所述右横臂传动连接。

本发明的有益效果：

可启动驱动模块通过曲轴连杆模块驱动重力锤运动，同时使得弹性模块积累弹性势能，之后弹性模块释放弹性势能驱动重力锤回复运动，如此循环，从而实现对发电模块进行驱动发电，以此可以利用弹性模块的储能效果以及重力锤的惯性力减少驱动模块的动能输出，保证发电模块的持续稳定工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一中整体结构简图；

图2为本发明实施例一中驱动电机的侧视图；

图3为本发明实施例一中发电机的侧视图；

图4为本发明实施例二中整体结构简图；

图5为本发明实施例三中整体结构简图。

附图说明：1、第一飞轮；11、第一滑杆；12、第二滑杆；13、第一立柱；14、第二立柱；2、重力锤；3、台面；31、第一弹簧；32、第二弹簧；33、第一磁块；34、第二磁块；4、第二飞轮；41、左横臂；42、小横臂；43、右横臂；44、连杆竖臂；45、连杆横臂；5、驱动电机；6、基座；8、发电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种惯量飞轮储能发电系统，包括支撑模块和设置在所述支撑模块上的驱动模块、发电模块、曲轴连杆模块、重力锤2和弹性模块；

所述驱动模块通过所述曲轴连杆模块驱动所述重力锤2克服所述弹性模块的弹力往复运动，所述重力锤2的往复运动通过所述曲轴连杆模块驱动所述发电模块发电。

通过上述技术方案，驱动模块可包括水车转轴，水车转轴通过曲轴连杆模块驱动重力锤2运动，同时使得弹性模块积累弹性势能，之后弹性模块释放弹性势能驱动重力锤2回复运动，如此循环实现对发电模块进行驱动发电，以此可以利用弹性模块的储能效果以及重力锤2的惯性力减少驱动模块在受到瞬间较大阻力时所需的高功率动力输出，同时也能够保证发电模块的持续稳定工作。

作为本发明进一步的方案：所述支撑模块包括基座6和固定在所述基座6上的第一滑杆11和第二滑杆12；

所述弹性模块和所述重力锤2均滑动设置在所述第一滑杆11和所述第二滑杆12上，所述弹性模块设置在所述重力锤2靠近所述基座6的一侧；

所述重力锤2远离所述弹性模块的一侧与所述曲轴连杆模块传动连接。

通过上述技术方案，使得重力锤2沿第一滑杆11和第二滑杆12的设置方向稳定的往复运动。

作为本发明进一步的方案：所述弹性模块包括套设在所述第一滑杆11上的第一弹簧31和套设在所述第二滑杆12上的第二弹簧32；

所述第一弹簧31和所述第二弹簧32的一端均与所述基座6抵紧，另一端均与所述重力锤2抵紧。

作为本发明进一步的方案：还包括磁力模块，所述磁力模块包括台面3和多个第一磁块33以及多个第二磁块34；

所述台面3滑动设置在所述第一滑杆11和所述第二滑杆12上，所述第一磁块33均固定在所述重力锤2靠近所述基座6的一面，所述第二磁块34均固定在所述台面3远离所述基座6的一面，所述台面3设置在所述重力锤2和所述基座6之间，所述第一弹簧31和所述第二弹簧32远离所述基座6的一端均与所述台面3抵紧；

所述第一磁块33与所述第二磁块34互斥。

通过上述技术方案，如此可以辅助增加弹性模块的弹力，并且减少对弹簧的机械磨损，同时降低阻力，进一步的减少驱动模块的动能输出。

作为本发明进一步的方案：所述支撑模块包括固定在所述基座6上的第一立柱13和第二立柱14；所述曲轴连杆模块包括传动曲轴和传动连杆；

所述传动曲轴包括依次固定的左横臂41、小横臂42和右横臂43，所述传动连杆包括连杆竖臂44和连杆横臂45；

所述左横臂41转动设置在所述第一立柱13上，所述右横臂43转动设置在所述第二立柱14上；所述连杆竖臂44的一端与所述小横臂42转动连接，另一端与所述连杆横臂45转动连接，所述连杆横臂45与所述重力锤2固定。

作为本发明进一步的方案：所述驱动模块包括第一飞轮1和驱动电机5，发电模块包括第二飞轮4和发电机8；

所述第一飞轮1与所述左横臂41固定，所述第二飞轮4与所述右横臂43固定，所述驱动电机5固定在所述第一立柱13上，所述发电机8固定在所述第二立柱14上；

所述驱动电机5的输出轴与所述第一飞轮1共轴固定，所述发电机8的输出轴与所述第二飞轮4共轴固定。

通过上述技术方案，可启动驱动电机5，通过左横臂41带动小横臂42使重力锤2向上运动，此时第一弹簧31和第二弹簧32释放弹力势能，推动重力锤2和小横臂42向上越过“时钟12点死点”后做自由落体运动，产生重力势能再次压下弹簧，被压缩的第一弹簧31和第二弹簧32蓄能并等待下次释放出推动重力锤2向上运动的弹力势能；在如此反复的重力势能和弹力势能的共同作用，以及第一飞轮1、第二飞轮4和驱动电机5的助力下，可是的传动曲轴顺畅地作圆周运动，驱动发电机8源源不断地输出电能。

其中，重力锤2最好才用比重大的金属材料或者其他材料制造，形状圆柱体、矩形体或多边形体都可以；台面3则可采用轻质金属材料，形状应该与重力锤2相对应；使用台面3，方便镶嵌磁铁，还可以使重力锤2不会直接砸在第一弹簧31和第二弹簧32上面，减少磨损和噪音。

基座6可以是金属焊接或浇铸，也可以采用混凝土浇筑。第一飞轮1和第二飞轮4上均可设减重孔。

另外，关于传动曲轴半径的确定：传动曲轴的半径由第一弹簧31弹起重力锤2的高度决定，其半径为重力锤2弹起高度的1/2；重力锤2弹起高度应该小于等于曲轴半径的2倍，否则会损坏传动曲轴等相关结构；因此在制造安装传动曲轴时，其半径应该可以调节。

以驱动电机5为例，驱动电机5通过定子安装孔固定在第一立柱13上，驱动电机5输入三相线5b连接控制器，控制器通过导线5d连接电池5e。

如果驱动电机5采用交流电机，5c则为变频器，5e则为交流接触器，导线5d也可以是三相导线接入市电。

发电机8输出三相线8b连接整流器8c，通过导线8d输出直流电给用电器8e。

如果发电机8为交流发电输出，8c则为变压器，输出导线8d也可以是三相线，8e则为用电器或者电网。

在本实施例中，驱动电机5可采用盘式外转子无刷永磁小型电机，把外转子电机镶嵌在飞轮里面，节省空间。

作为本发明的第二实施例，适用于大型化的产业应用，所述驱动模块包括第一飞轮1和驱动电机5，发电模块包括第二飞轮4和发电机8；

所述驱动电机5固定在所述基座6上，所述驱动电机5的输出轴与所述第一飞轮1共轴固定，所述第一飞轮1远离所述驱动电机5的一端共轴固定连接有第一加长杆，所述第一加长杆远离所述驱动电机5的一端固定连接有第一锥形齿轮，所述左横臂41上固定连接有与所述第一锥形齿轮匹配啮合的第二锥形齿轮；

作为本发明的第三实施例，所述发电机8固定在所述基座6上，所述发电机8的输出轴与所述第二飞轮4共轴固定，所述第二飞轮4远离所述发电机8的一端共轴固定连接有第二加长杆，所述第二加长杆远离所述驱动电机5的一端固定连接有第三锥形齿轮，所述右横臂43上固定连接有与所述第三锥形齿轮匹配啮合的第四锥形齿轮。

如此设置，在大型化产业应用中，驱动电机5和飞轮都较重，不适宜直接安装在驱动曲轴或立柱上，安装在基座6上更加稳定和安全。

作为本发明进一步的方案：所述驱动模块包括第一飞轮1和驱动电机5以及第一传送带，发电模块包括第二飞轮4和发电机8以及第二传送带；

所述驱动电机5固定在所述基座6上，所述驱动电机5的输出轴与所述第一飞轮1共轴固定，所述第一飞轮1通过所述第一传送带与所述左横臂41传动连接；

所述发电机8固定在所述基座6上，所述发电机8的输出轴与所述第二飞轮4共轴固定，所述第二飞轮4通过所述第二传送带与所述右横臂43传动连接。

其中，上述传送带也可更换为链轮，以适应不同规格的发电系统。

本发明的工作原理：

利用重力锤2向下的重力势能与弹簧被压缩后释放出来的向上的弹力势能，推动曲轴小横臂42越过“时钟12点的死点；利用飞轮转动惯量，推动曲轴做圆周运动；利用转动的驱动电机5补充较少的能量来确保曲轴稳定顺畅地驱动发电机8发电。

本发明的重力锤2和台面3类似内燃机的汽缸，不过汽缸是利用燃烧燃油燃气等化学能压缩空气做功，本发明是利用重力和弹力做功，核心就是利用弹簧的弹力势能，储存能量解决做圆周运动的重力锤2的升力问题。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，包括支撑模块和设置在所述支撑模块上的驱动模块、发电模块、曲轴连杆模块、重力锤(2)和弹性模块；

所述驱动模块通过所述曲轴连杆模块驱动所述重力锤(2)克服所述弹性模块的弹力往复运动，所述重力锤(2)的往复运动通过所述曲轴连杆模块驱动所述发电模块发电。

2.根据权利要求1所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，所述支撑模块包括基座(6)和固定在所述基座(6)上的第一滑杆(11)和第二滑杆(12)；

所述弹性模块和所述重力锤(2)均滑动设置在所述第一滑杆(11)和所述第二滑杆(12)上，所述弹性模块设置在所述重力锤(2)靠近所述基座(6)的一侧；

所述重力锤(2)远离所述弹性模块的一侧与所述曲轴连杆模块传动连接。

3.根据权利要求2所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，所述弹性模块包括套设在所述第一滑杆(11)上的第一弹簧(31)和套设在所述第二滑杆(12)上的第二弹簧(32)；

所述第一弹簧(31)和所述第二弹簧(32)的一端均与所述基座(6)抵紧，另一端均与所述重力锤(2)抵紧。

4.根据权利要求3所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，还包括磁力模块，所述磁力模块包括台面(3)和多个第一磁块(33)以及多个第二磁块(34)；

所述台面(3)滑动设置在所述第一滑杆(11)和所述第二滑杆(12)上，所述第一磁块(33)均固定在所述重力锤(2)靠近所述基座(6)的一面，所述第二磁块(34)均固定在所述台面(3)远离所述基座(6)的一面，所述台面(3)设置在所述重力锤(2)和所述基座(6)之间，所述第一弹簧(31)和所述第二弹簧(32)远离所述基座(6)的一端均与所述台面(3)抵紧；

所述第一磁块(33)与所述第二磁块(34)互斥。

5.根据权利要求2所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，所述支撑模块包括固定在所述基座(6)上的第一立柱(13)和第二立柱(14)；所述曲轴连杆模块包括传动曲轴和传动连杆；

所述传动曲轴包括依次固定的左横臂(41)、小横臂(42)和右横臂(43)，所述传动连杆包括连杆竖臂(44)和连杆横臂(45)；

所述左横臂(41)转动设置在所述第一立柱(13)上，所述右横臂(43)转动设置在所述第二立柱(14)上；所述连杆竖臂(44)的一端与所述小横臂(42)转动连接，另一端与所述连杆横臂(45)转动连接，所述连杆横臂(45)与所述重力锤(2)固定。

6.根据权利要求5所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，所述驱动模块包括第一飞轮(1)和驱动电机(5)，发电模块包括第二飞轮(4)和发电机(8)；

所述第一飞轮(1)与所述左横臂(41)固定，所述第二飞轮(4)与所述右横臂(43)固定，所述驱动电机(5)固定在所述第一立柱(13)上，所述发电机(8)固定在所述第二立柱(14)上；

所述驱动电机(5)的输出轴与所述第一飞轮(1)共轴固定，所述发电机(8)的输出轴与所述第二飞轮(4)共轴固定。

7.根据权利要求5所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，所述驱动模块包括第一飞轮(1)和驱动电机(5)，发电模块包括第二飞轮(4)和发电机(8)；

所述驱动电机(5)固定在所述基座(6)上，所述驱动电机(5)的输出轴与所述第一飞轮(1)共轴固定，所述第一飞轮(1)远离所述驱动电机(5)的一端共轴固定连接有第一加长杆，所述第一加长杆远离所述驱动电机(5)的一端固定连接有第一锥形齿轮，所述左横臂(41)上固定连接有与所述第一锥形齿轮匹配啮合的第二锥形齿轮；

所述发电机(8)固定在所述基座(6)上，所述发电机(8)的输出轴与所述第二飞轮(4)共轴固定，所述第二飞轮(4)远离所述发电机(8)的一端共轴固定连接有第二加长杆，所述第二加长杆远离所述驱动电机(5)的一端固定连接有第三锥形齿轮，所述右横臂(43)上固定连接有与所述第三锥形齿轮匹配啮合的第四锥形齿轮。

8.根据权利要求5所述的惯量飞轮储能发电系统，其特征在于，所述驱动模块包括第一飞轮(1)和驱动电机(5)以及第一传送带，发电模块包括第二飞轮(4)和发电机(8)以及第二传送带；

所述驱动电机(5)固定在所述基座(6)上，所述驱动电机(5)的输出轴与所述第一飞轮(1)共轴固定，所述第一飞轮(1)通过所述第一传送带与所述左横臂(41)传动连接；

所述发电机(8)固定在所述基座(6)上，所述发电机(8)的输出轴与所述第二飞轮(4)共轴固定，所述第二飞轮(4)通过所述第二传送带与所述右横臂(43)传动连接。

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