本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
一种惯性发电装置、发电系统及控制方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘粤荣，刘曦，
申请(专利权)人：深圳美能动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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