JP2012520054A

JP2012520054A - 動力発電ユニット

Info

Publication number: JP2012520054A
Application number: JP2011553262A
Authority: JP
Inventors: 文秀李; 振全王
Original assignee: 文秀李; 振全王
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2012-08-30
Also published as: WO2010102520A1; US8708858B2; CN101832368A; US20120004065A1

Abstract

本発明は、前フライホイール（５５）、後フライホイール（２７）、歯車加速装置、遊星減速装置、中軸（１６）及び尾軸（４２）を備えた動力発電ユニットを提供する。当該動力発電ユニットは、非線形結合理論及び質量、加速度、てこの組み合わせによって、エネルギー逓増効果を形成する。外部から小さい動力を連続に与えた場合、動力発電ユニットの構造によって、エネルギー逓増の目的が達成できる。

Description

本発明は、発電装置の分野に関し、特に動力発電ユニットに関するものである。

現在、人類の生産、生活には、様々な燃料（例えば、石炭、石油、天然ガスなど）が必要となり、人口及び生産規模の絶えず拡大に伴って、燃料消耗も段々増えていく（ほとんどの燃料は再生不能資源である）ので、世界中の残り燃料は段々減ってしまう。共に、燃料の燃焼による有害ガスは、環境を酷く汚染し、温暖化を悪化させるので、人類の生存そのものが深刻な脅威にさらされている。そこで、例えば、燃料を消耗するすべての分野で電気エネルギーを使うとすると、緑の生態環境を構成することができる。

しかし、風力発電や、太陽光発電や、核発電には、いずれにも、建設コストが高く、建設周期が長いとの欠陥があり、特に、奥地山村における電気使用のためには、電力の長距離輸送システムを築く必要がある。

従来の上述した欠陥を解決するために、本発明は、非線形結合理論及び質量、加速度、てこの組み合わせによって、エネルギー逓増効果を形成する動力発電ユニットを提供する。例えば、外部から小さい動力を連続に与えた場合、動力発電ユニットの構造を巧みに設計することで、エネルギー逓増の目的が達成できる。エネルギー主要源として、メインは外部構造による増分であり、他の一部は、ユニットの内部構造の消耗低下による節約分であるので、低入力・高出力の目的を実現することができる。

上記目的を達成するために、本発明の動力発電ユニットは、前フライホイール５５、後フライホイール２７、歯車加速装置、遊星減速装置、中軸１６及び尾軸４２を備えている。

また、前フライホイール５５には、尾軸４２の中部が同軸に挿通されており、尾軸４２と中軸１６とは同軸に配置され、尾軸４２の末端と中軸１６の先端は、歯車加速装置を介して接続されており、歯車加速装置は、第１の遊星盤及び第２の遊星盤を備え、第１遊星盤の太陽歯車には、尾軸４２の末端が同軸に挿通され、第２遊星盤の太陽歯車には、中軸１６の先端が同軸に挿通され、二つの遊星盤に対応する遊星歯車は歯車軸を介して噛合するようになっている。

また、中軸１６には、後フライホイール２７及び遊星減速装置が同軸に順に挿通され、遊星減速装置は、第３の遊星盤及び回転盤９を備えており、第３の遊星盤の太陽歯車は偏芯して配置され、且つ第３の遊星盤の太陽歯車には、中軸１６が同軸に挿通されており、回転盤９には、中軸１６の末端が同軸に挿通され、且つ第３の遊星盤の遊星歯車に対応する単式求心スラスト玉軸受が設けられており、当該単式求心スラスト玉軸受は、歯車軸１３を介して対応する第３の遊星盤の遊星歯車と噛合するようになっている。

そして、外部から動力発電ユニットに小さい動力を与えたとき、前フライホイール５５及び歯車加速装置は、尾軸４２の回転に連動回転し、第１の遊星盤の遊星歯車は太陽歯車に押動されて回転し、また、遊星歯車は、太陽歯車を内回にして回転し、内歯車リングを外回にして回転し、各遊星歯車の中心軸は、共通して、第１の遊星盤を押動して回転させる。同時に、第１の遊星盤の各遊星歯車は、歯車軸を介して、第２の遊星盤の各遊星歯車を連動回転させ、第２の遊星盤の各遊星歯車は、第２の遊星盤及びその太陽歯車を連動回転させ、太陽歯車は、さらに中軸を連動回転させる。そして、中軸は、後フライホイール及び遊星減速装置の第３の遊星盤の太陽歯車を押動して回転させることで、第３の遊星盤を回転させる。同時に、第３の遊星盤の各遊星歯車は、歯車軸を介して、回転盤上の単式求心スラスト玉軸受を押動して回転させ、さらに、単式求心スラスト玉軸受により、回転盤を連動回転させる。動力発電ユニット全体が安定に運行していると、前フライホイール、後フライホイール及び回転盤は、非線形結合理論及び質量、加速度、てこの組み合わせによって、エネルギー逓増効果を形成し、中軸と発電機の主軸との結合によって、発電の目的を達成する。

また、本発明において、第１、第２の遊星盤は、それぞれに遊星歯車が４個あり、第３の遊星盤は、遊星歯車が８個あることが好ましい。

また、本発明において、動力発電ユニットはケーシングをさらに備え、当該ケーシングは、その一端に中軸１６の末端が同軸に挿通され、他の一端に前記尾軸４２の先端が挿通されており、前フライホイール５５、後フライホイール２７、歯車加速装置及び前記遊星減速装置は、ケーシングの内部に配置されることが好ましい。

また、本発明において、ケーシングに、給油ノズル１７及び排油ノズル６を設け、給油ノズル１７及び排油ノズル６が、それぞれ給油管及び排油管を介してオイルタンクに連通されることが好ましい。また、ケーシングは、その内部と外部との密閉を保つことができる。

また、本発明において、動力発電ユニットは、ユニット自体を固定するための底盤モジュールをさらに備え、当該底盤モジュールは、相互平行している二つの底盤縦桁と、小横桁とを備え、小横桁の両端は、二つの底盤縦桁に橋架固定されることが好ましい。また、動力発電ユニットは、底盤モジュールの上に取り付けられる。

また、本発明において、底盤縦桁は継目無鋼管を採用し、当該継目無鋼管は、その一端が密封され、他の一端がオイルタンクに連通されており、二つの継目無鋼管の管壁には穴が開設されて、それぞれ給油ノズル１７及び排油ノズル６に連通されることが好ましい。継目無鋼管は、外循環の油路として使われる。

したがって、本発明には、以下のようなメリットがある。

１．従来の各種類の発電設備に比べ、本発明の動力発電ユニットは、エネルギーが節約できるとの特徴を有する。例えば、毎時間の発電量が２００ＫＷである火力発電所において、１度の電力量にあたり４００ｇの石炭が必要だと計算すると、毎時間０．８トンが必要であるため、石炭の燃焼量は、毎日で１９．２トン、毎年で７００８トンになり、１トンの石炭燃焼にかかる費用を２６０元に計算すると、毎年１８０万元が必要となる。また、毎時間の発電量が１２０ＫＷであるディーゼル発電ユニットの一台の重さは、約２トンで、毎日１８０ｋｇのディーゼルが必要となる。これらに比べ、本発明の動力発電ユニットは、毎年約１５００ｋｇの潤滑油だけで、同じ量の電力を正常に提供することができる。

２．本発明の動力発電ユニットは、小体積、軽量、低コスト（１ＫＷ／時間に必要なコストが０．０３元を超えない）、無汚染、低ノイズで、広く使用されるとのメリットがある。また、ユニット自体で体系の形成が可能であるため、他の補助設備が要らず、潤滑油が充分であればよい。

本発明の実施形態における動力発電ユニットの構成図である。本発明の実施形態における発電機、動力発電ユニット及びモータを直列した場合の構成を示す概略図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態における動力発電ユニットの中軸の構成図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態における動力発電ユニットの尾軸の構成図である。本発明の実施形態における動力発電ユニットの底盤モジュールの上面図である。本発明の実施形態における動力発電ユニットの底盤モジュールの側面図である。本発明の実施形態における動力発電ユニットの構成の概略図である。従来の遊星系の構成の概略図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に対して説明する。

本実施形態における動力発電ユニットは、図１に示すように、前フライホイール５５、後フライホイール２７、歯車加速装置、遊星減速装置、中軸１６、尾軸４２、底盤モジュール、ケーシングを備え、さらに、５５ＫＷのII極モータ（３０００回転／分）及び１２０ＫＷの発電機が配備されている。なお、図２に示すように、発電機、動力発電ユニット、モーだーは同軸に直列配置されている。

前フライホイール５５には、尾軸４２の中部が同軸に挿通され、尾軸４２と中軸１６とも同軸に配置され、尾軸４２の末端と中軸１６の先端は、歯車加速装置を介して接続されている。歯車加速装置は、第１の遊星盤及び第２の遊星盤を備え、第１遊星盤の太陽歯車には、尾軸４２の末端が同軸に挿通され、第２遊星盤の太陽歯車には、中軸１６の先端が同軸に挿通され、二つの遊星盤に対応する遊星歯車は、歯車軸を介して噛合している。

中軸１６には、後フライホイール２７及び遊星減速装置が同軸に順に挿通されており、当該遊星減速装置は、第３の遊星盤及び回転盤９を備え、第３の遊星盤の太陽歯車は偏芯して配置され、且つ第３の遊星盤の太陽歯車には、中軸１６が同軸に挿通されている。回転盤９には、中軸１６の末端が同軸に挿通され、且つ第３の遊星盤の遊星歯車に対応する単式求心スラスト玉軸受が設けられている。この単式求心スラスト玉軸受は、歯車軸を介して、それと対応する第３の遊星盤の遊星歯車と噛合する。第１、第２の遊星盤には、遊星歯車が４個ずつ設けられ、第３の遊星盤には、遊星歯車が８個設けられている。

図3に示すように、中軸の末端には、シングル丸平頭の鍵７が同軸に設けられ、また中軸には、三つのダブル丸頭の鍵が設けられている。図４に示すように、尾軸にも、三つのダブル丸頭の鍵が設けられている。

なお、前フライホイール５５の重さは８７ｋｇであり、後フライホイール２７の重さは８３ｋｇであり、回転盤９の重さは２４７ｋｇである。

ケーシングは、その一端に中軸１６の末端が同軸に挿通され、他の一端に尾軸４２の先端が挿通されており、前フライホイール５５、後フライホイール２７、歯車加速装置及び遊星減速装置は、ケーシングの内部に配置されている。ケーシングと中軸及び尾軸との接続箇所は、油止め輪モジュールにより密閉されている。なお、ケーシングは、端蓋５８、箱蓋体５３、箱ケース３３、大ケース３を備えている。

底盤モジュールは、相互平行している二つの底盤縦桁、小横桁、四つの横桁、モータの上支持板、モータの下支持板を備え、小横桁及び四つの横桁の両端は、二つの底盤縦桁に橋架されている。また、モータの下支持板は、二つの横桁に固定され、モータの上支持板は、モータの下支持板に固定されており、モータは、モータの上支持板に取り付けられる。モータの支持板は、他の二つの横桁に固定され、モータはモータの支持板に固定される。

また、ケーシングには、給油ノズル１７及び排油ノズル６が設けられている。底盤縦桁として継目無鋼管を採用し、当該継目無鋼管は、その一端が密封され、他の一端がオイルタンクに連通されており、二つの継目無鋼管の管壁には穴が開設されて、それぞれ給油ノズル１７及び排油ノズル６に連通されている。なお、油ポンプによって、潤滑油を、ユニット全体及び循環通路内で流動させる。

動力発電ユニットの伝動システムの配置、新しい直列構成は、図７に示す概略図のとおりである。

動力発電ユニットとモータは、クラッチを結合させることで同軸に接続され、動力発電ユニットの中軸の末端は、モータの主軸に結合される。

ユニットの基本的な作業原理は、下記のとおりである。すなわち、内歯車リング、外歯車リングを組み合わせてなされた遊星系を利用し、中心部で回転する太陽歯車により、四つの遊星歯車を押動して回転させ、また、四つの遊星歯車の中心軸により、遊星盤を押動して回転させ、遊星歯車は、太陽歯車を内回にして回転し、且つ内歯車リングを外回にして回転し、各遊星歯車の中心軸は、共通して第１の遊星盤を押動して回転させる。これにより、慣性体の速度を向上する。遊星系の構成を示す概略図は、図８のとおりである。

第１部分のモータの定格回転速度３０００回／分でユニットを起動し、この回転速度を、第２部分におけるフライホイールの中軸に入力して、３０００回／分の回転速度を維持し、その後、さらに第３部分における加速装置の歯車セットの中心軸に入力して、加速装置の歯車セットにより、回転速度を５０００回／分に加速する。そして、５０００回／分の回転速度を、第４部分におけるフライホイールの中軸に入力して維持すると共に、遊星系中の太陽歯車の中軸（フライホイールと同軸）に入力する。そして、５０００回／分の回転速度を確保する。同時に、この回転速度を第５部分における遊星系にも入力し、遊星減速装置により、モータの定格回転速度と同期になるように、５０００回／分から１５００回／分まで減速すると共に、１５００回／分の回転速度を、第６部分における発電機の主軸に入力して、回転発電を行う。

ユニットの回転システムの回転速度について、II極モータの定格回転速度でユニットを起動した後、モータの定格回転速度がユニットの第１の遊星系に入力されるが、再出力の場合、回転速度は三倍以上低下され、この低い回転速度を加速装置に入力すると、約三倍加速される。そして、加速後の回転速度をさらに第２の遊星系に入力すると、回転速度はまた約三倍以上減速される。このように、ユニットにおいて、入力される定格回転速度は、ユニットの第３の遊星系による伝動を経由し、回転速度は、三回の循環低下及び三回の循環上昇を経過して、発電機に入力されるが、その回転速度は、発電機の１５００回／分の定格回転速度とマッチするので、発電機の発電に利用される。

ユニットの回転速度は、５５ＫＷのII極モータの約３０００回／分の定格回転速度で、ユニットの第２部分における、重さ８７ｋｇの前フライホイールの中心取り付け軸に入力される。そして、前フライホイールを、その回転速度がモータの定格回転速度（３０００回／分）を維持するように押動して回転させ、第２部分における前フライホイールの取り付け軸の他端に、加速装置の速度入力歯車を取り付ける。入力歯車の回転速度は、第１部分におけるフライホイールの回転速度３０００回／分を維持し、前フライホイールの慣性力と共に歯車加速装置に入力されて加速され、加速装置による加速後、回転速度は、入力３０００回／分から出力５０００回／分に上昇される。この５０００回／分の回転速度を、さらに第４部分における後フライホイールの取り付け軸に入力し、５０００回／分の回転速度を維持すると共に、第４部分における後フライホイールの慣性を増加する。なお、第４部分における後フライホイールの取り付け軸には、その一端にフライホイールが取り付けられ、他端に遊星系の太陽歯車が取り付けられている。第４部分における後フライホイールの重さ８３ｋｇ及び５０００回／分の高い回転速度により、遊星系の太陽歯車を押動して回転させる。遊星系は減速装置であるため、遊星系の出力の主慣性が大きく、重さ２４７ｋｇの回転盤は発電機の大主軸上に取り付けられ、遊星系の回転速度は、入力５０００回／分から、出力１５００回／分に減速されて、発電機の定格回転速度１５００回／分と同期となる。遊星系の慣性力、てこの力、結合力を合成した合力によって、発電機を押動して回転させ、発電を行う。

動力発電ユニットは、環境への汚染を減少することができるため、省エネ・環境保全型のユニットであり、簡単な構造を有し、完全で確実な使用が可能であり、安定な出力電圧及び周波数が実現できる。

１交流同期発電機２スプリング座金
３ケーシング４六角穴付ボルト
５雌ねじテーパピン６排油ノズル
７シングル丸平頭の鍵８油止め輪モジュール
９回転盤１０油止め輪
１１単式求心スラスト玉軸受１２ねじ押え輪
１３歯車軸１４耐油ゴムリング
１５内歯車リング１６中軸
１７給油ノズル１８六角穴付ボルト
１９歯車２０スプリング座金
２１ダブル丸頭の鍵２２ブッシング
２３単式求心スラスト玉軸受２４慣性体
２５回転盤の蓋２６座金
２７後フライホイール２８六角穴付ボルト
２９ダブル丸頭の鍵３０スプリング座金
３１ブッシング３２六角穴付ボルト
３３箱ケース３４ダブル丸頭の鍵
３５歯車片３６中歯車片
３７ダブル丸頭の鍵３８軸用弾性止め輪
３９歯車加速軸４０雌ねじテーパピン
４１大歯車片４２尾軸
４３ダブル丸頭の鍵４４スプリング座金
４５単式求心スラスト玉軸受４６雌ねじテーパピン
４７スプリング座金４８油止め蓋モジュール
４９雌ねじテーパピン５０油止め蓋
５１排気管５２ねじ蓋
５３箱蓋体５４ゴムリング
５５前フライホイール５６精製六角ナット及び座金
５７ダブル丸頭の鍵５８端蓋
５９左カップリング６０ダブル丸頭の鍵
６１右カップリング６２シングル丸平頭の鍵
６３交流モータ６４動力発電ユニット

Claims

前フライホイール（５５）、後フライホイール（２７）、歯車加速装置、遊星減速装置、中軸（１６）及び尾軸（４２）を備え、
前記前フライホイール（５５）には、前記尾軸（４２）の中部が同軸に挿通されており、前記尾軸（４２）と前記中軸（１６）は同軸に配置され、前記尾軸（４２）の末端と前記中軸（１６）の先端は、前記歯車加速装置を介して接続されており、前記歯車加速装置は、第１の遊星盤及び第２の遊星盤を備え、前記第１の遊星盤の太陽歯車には、前記尾軸（４２）の末端が同軸に挿通され、前記第２の遊星盤の太陽歯車には、前記中軸（１６）の先端が同軸に挿通され、二つの遊星盤に対応する遊星歯車は歯車軸を介して噛合し、
前記中軸（１６）には、前記後フライホイール（２７）及び前記遊星減速装置が同軸に順に挿通され、前記遊星減速装置は、第３の遊星盤及び回転盤（９）を備えており、前記第３の遊星盤の太陽歯車は偏芯して配置され、且つ前記第３の遊星盤の太陽歯車には、前記中軸（１６）が同軸に挿通されており、前記回転盤（９）には、前記中軸（１６）の末端が同軸に挿通され、且つ前記第３の遊星盤の遊星歯車に対応する単式求心スラスト玉軸受が設けられており、前記単式求心スラスト玉軸受は、前記歯車軸（１３）を介して、対応する第３の遊星盤の遊星歯車と噛合することを特徴とする動力発電ユニット。
前記第１、第２の遊星盤には、遊星歯車が４個ずつ設けられ、前記第３の遊星盤には、遊星歯車が８個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の動力発電ユニット。
ケーシングをさらに備え、
前記ケーシングは、その一端に前記中軸（１６）の末端が同軸に挿通され、他の一端に前記尾軸（４２）の先端が挿通されており、前記前フライホイール（５５）、前記後フライホイール（２７）、前記歯車加速装置及び前記遊星減速装置は、前記ケーシングの内部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の動力発電ユニット。
前記ケーシングには、給油ノズル（１７）及び排油ノズル（６）が設けられ、前記給油ノズル（１７）及び前記排油ノズル（６）は、それぞれ給油管及び排油管を介してオイルタンクに連通されていることを特徴とする請求項３に記載の動力発電ユニット。
前記動力発電ユニットを固定するための底盤モジュールをさらに備え、
前記底盤モジュールは、相互平行している二つの底盤縦桁、及び小横桁を備え、前記小横桁横桁の両端は、前記二つの底盤縦桁に橋架固定されていることを特徴とする請求項４に記載の動力発電ユニット。
前記底盤縦桁は継目無鋼管を採用し、当該継目無鋼管は、その一端が密封され、他の一端がオイルタンクに連通されており、両継目無鋼管の管壁には穴が開設されて、それぞれ給油ノズル（１７）及び排油ノズル（６）に連通されていることを特徴とする請求項５に記載の動力発電ユニット。