慣性儲能設備的製作方法

2023-12-02 03:16:31

專利名稱：慣性儲能設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種功率放大發電設備，特別涉及一種慣性儲能設備。
背景技術：
如圖1所示，為公開於日本特開2007-82387的一種利用慣性飛輪的發電系統，它是利用一低功率馬達1驅動並保持一個飛輪2做高速旋轉，再帶動一個發電機3發電，而將電能儲存於一個電池4中。相關的專利文獻可參考中國臺灣專利公告390059、M285847、 M367241、M393929、M394379、M372797，以及日本特開2009-303284。這種發電系統除了能在用電離峰時段做蓄電外，還很適合供電給電力需求突然陡升的負載，對於市電供應不穩定或供電容量不足的場合特別實用。由於目前市售的發電機要運轉到一額定轉速以上才能達到穩定發電的效果，所以一般的發電設備在設計時，會將飛輪直接連軸於發電機的轉子軸，或通過減速裝置帶動發電機的轉子軸，也就是說，飛輪的轉速是設定在大於或等於發電機的額定轉速。事實上，上述系統決定發電輸出功率大小的關鍵在於飛輪的旋轉動能，根據力學
公式Κ=|/ω2，其中K為旋轉動能，I為慣性轉矩(moment of inertia)，ω為角速度，其中
慣性轉矩又與飛輪的質量及形狀有關。所以飛輪的轉速並不是決定發電輸出功率大小的唯一因素，例如，動能不足則再高的轉速也會被負載迅速拖慢下來，難以持續發電，而過高的飛輪轉速會使得搭載飛輪的軸承加速磨損，壽命提早用罄，造成頻繁維修的不便，且高速運轉的軸承可能導致本身及飛輪的心軸發生熱變形，增加摩擦損失，使能源轉換效率下降。由於製造成本的考慮，上述大部分專利文獻採用接觸式的滾動(滾珠式或滾柱式)軸承來支撐飛輪，只有在中國臺灣專利公告Μ372797，及日本特開2009-303284公開了非接觸式的磁性軸承作為飛輪的旋轉支撐，但是高荷重的磁性軸承極為昂貴。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種不需要使用昂貴的軸承且使用壽命高的慣性儲能設備。本實用新型慣性儲能設備的特徵在於該慣性儲能設備包含一個電動機、一個儲能機構、一個增速機構、一個發電機及一個冷卻單元；該儲能機構包括兩個相對設置的軸承，及一個搭載於所述軸承上且由該電動機帶動的飛輪；該增速機構包括一個由該飛輪的動能帶動的動力輸出軸，該動力輸出軸的轉速大於該飛輪的轉速；該發電機由該動力輸出軸帶動運轉產生電能；該冷卻單元連接於該儲能機構的軸承。該電動機包括一個驅動軸，該慣性儲能設備還包含一個減速機構，該減速機構包括一個連接於該驅動軸轉動的第一皮帶輪、一個連接該第一皮帶輪的第二皮帶輪、一個由該第二皮帶輪帶動的第三皮帶輪、一個連接於該第二皮帶輪與該第三皮帶輪之間的輸入減速箱，及一個連接該第三皮帶輪的第四皮帶輪，該第四皮帶輪與該飛輪同軸設置。[0008]該減速機構還包括一個設置於該第四皮帶輪與該飛輪之間的單向軸承。該增速機構包括一個與該飛輪同軸設置的第五皮帶輪、一個由該第五皮帶輪帶動的第六皮帶輪、一個由該第六皮帶輪帶動的第七皮帶輪、一個連接於該第六皮帶輪與該第七皮帶輪之間的輸出減速箱、一個配速軸、一個由該第七皮帶輪帶動且設置於該配速軸的第八皮帶輪、一個與該第八皮帶輪同軸設置於該配速軸的第九皮帶輪、該動力輸出軸，及一個設置於該動力輸出軸且由該第九皮帶輪帶動的第十皮帶輪。該慣性儲能設備還包含一個潤滑單元，該潤滑單元連接於該儲能機構的軸承並使潤滑油潤滑所述軸承。該慣性儲能設備還包含一個控制單元，該控制單元電連接於該電動機與該發電機，並包括一個用於偵測該飛輪轉速的第一偵測器，及一個用於偵測該動力輸出軸轉速的第二偵測器。本實用新型的有益效果在於使用時，由於該儲能機構能經由該增速機構的作用， 使得該動力輸出軸能以大於該飛輪的轉速運轉，所以該飛輪就能以低轉速來進行長期性地運轉與儲能工作，同時使得該動力輸出軸較容易達到發電所需的額定轉速，由於該飛輪能以低轉速來進行長期地運轉，所以該飛輪對所述軸承所造成的磨損較小，進而達到使所述軸承不需要採用極為昂貴的磁性軸承、使用壽命高，以及大幅減少後續維修成本的使用功效。

圖1是一示意圖，說明一般利用慣性飛輪的發電系統的組成架構；圖2是一方塊圖，說明本實用新型慣性儲能設備的優選實施例；及圖3是一示意圖，說明該優選實施例中，一個電動機、一個減速機構、一個儲能機構、一個增速機構、一個發電機、一個冷卻單元及一個潤滑單元的組成結構。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型進行詳細說明如圖2、3所示，本實用新型慣性儲能設備200的優選實施例包含一個電動機21、一個減速機構30、一個儲能機構40、一個增速機構50、一個發電機22、一個冷卻單元61、一個潤滑單元62及一個控制單元70。該電動機21用於將電能轉換成動能，並包括一個驅動軸211。該減速機構30包括一個連接於該驅動軸211轉動的第一皮帶輪31、一個連接於該第一皮帶輪31的第二皮帶輪32、一個由該第二皮帶輪32帶動的第三皮帶輪33、一個連接於該第二皮帶輪32與該第三皮帶輪33之間的輸入減速箱34，及一個連接該第三皮帶輪33 的第四皮帶輪35。該儲能機構40包括兩個相對設置的軸承41，及一個搭載於所述軸承41上且由該電動機21帶動的飛輪42。所述軸承41在本實施例中採用售價較磁性軸承低的滾動(滾珠式或滾柱式)軸承。該第四皮帶輪35是與該飛輪42同軸設置，該飛輪42是依序經由該電動機21、該第一皮帶輪31、該第二皮帶輪32、該輸入減速箱34、該第三皮帶輪33，以及該第四皮帶輪35 帶動。優選地，該減速機構30還包括一個設置於該第四皮帶輪35與該飛輪42之間的單向軸承36，該單向軸承36能確保該飛輪42的降速不會回溯影響該減速機構30及該電動機 21。在本實施例中，組合設計該第一皮帶輪31的半徑R1、該第二皮帶輪32的半徑 R2、該第三皮帶輪33的半徑R3、該第四皮帶輪35的半徑R4，及該輸入減速箱34的減速比 1 Rin，可得知該第四皮帶輪35的轉速與第一皮帶輪31的轉速的降速比為
Rl 1 R3該增速機構50包括一個與該飛輪42同軸設置的第五皮帶輪51、一個由該第五皮帶輪51帶動的第六皮帶輪52、一個由該第六皮帶輪52帶動的第七皮帶輪53、一個連接於該第六皮帶輪52與該第七皮帶輪53之間的輸出減速箱54、一個配速軸55、一個由該第七皮帶輪53帶動且設置於該配速軸55的第八皮帶輪56、一個與該第八皮帶輪56同軸設置於該配速軸55的第九皮帶輪57、一個動力輸出軸58，及一個設置於該動力輸出軸58且由該第九皮帶輪57帶動的第十皮帶輪59。該動力輸出軸58是由該飛輪42的動能帶動，且該動力輸出軸58的轉速大於該飛輪42的轉速。在本實施例中，組合設計該第五皮帶輪51的半徑R5、該第六皮帶輪52的半徑R6、 該第七皮帶輪53的半徑R7、該第八皮帶輪56的半徑R8、該第九皮帶輪57的半徑R9、該第十皮帶輪59的半徑R10，及該輸出減速箱54的減速比1 Rout，可得知該第十皮帶輪59 的轉速與該第五皮帶輪51的轉速的增速比為
R5 1 Rl R9
「00291 ——X-X ——χ-
L J R6 Roul R8 RlO該發電機22是依序經由該第五皮帶輪51、該第六皮帶輪52、該輸出減速箱54、該第七皮帶輪53、該第八皮帶輪56、該第九皮帶輪57、該第十皮帶輪59，以及該動力輸出軸58 帶動運轉產生電能。若該減速機構30的減速比為0. 8且該增速機構50的增速比為1. 575，舉一個運轉狀態為例，該電動機21以1500rpm運轉時，則該飛輪42會以1200rpm運轉，該動力輸出軸 58 以 1890rpm 運轉。該冷卻單元61連接於該儲能機構40的軸承41並使所述軸承41降溫，在本實施例中，該冷卻單元61採用水冷方式循環冷卻。該潤滑單元62連接於該儲能機構40的軸承41並使潤滑油潤滑所述軸承41。該控制單元70電連接於該電動機21與該發電機22，並包括一個用於偵測該飛輪 42轉速的第一偵測器71，及一個用於偵測該動力輸出軸58轉速的第二偵測器72。當該控制單元70測得該飛輪42轉速低於一儲能轉速時，該控制單元70使該電動機21運作，藉以補充該飛輪42的動能。當該控制單元70測得該飛輪轉42速高於該儲能轉速時，該控制單元70使該電動機21停止。藉此，使用時，由於該儲能機構40能經由該增速機構50的作用，使得該動力輸出軸58能以大於該飛輪42的轉速運轉，所以該飛輪42就能以低轉速來進行長期性地運轉與儲能工作，同時使得該動力輸出軸58較容易達到發電所需的額定轉速，由於該飛輪42能以低轉速來進行長期地運轉，所以該飛輪42對所述軸承41所造成的磨損較小，再加上該冷卻單元61與該潤滑單元62對所述軸承41進行冷卻及潤滑，進而達到使所述軸承41不需要採用極為昂貴的磁性軸承、使用壽命高，以及大幅減少後續維修成本的使用功效。 值得一提的是，由於該飛輪42不需要以高速運轉，所以該電動機21能採用低轉速與低功率的規格，並直接與該飛輪42連接，以致於實際製造時也可以省略該減速機構30， 達到降低成本的功效。
權利要求1.一種慣性儲能設備，其特徵在於所述慣性儲能設備包含一個電動機、一個儲能機構、一個增速機構、一個發電機及一個冷卻單元；所述儲能機構包括兩個相對設置的軸承，及一個搭載於所述軸承上且由所述電動機帶動的飛輪；所述增速機構包括一個由所述飛輪的動能帶動的動力輸出軸，所述動力輸出軸的轉速大於所述飛輪的轉速；所述發電機由所述動力輸出軸帶動運轉產生電能；及所述冷卻單元連接於所述儲能機構的軸承。
2.根據權利要求1所述慣性儲能設備，其特徵在於所述電動機包括一個驅動軸，所述慣性儲能設備還包含一個減速機構，所述減速機構包括一個連接於所述驅動軸轉動的第一皮帶輪、一個連接所述第一皮帶輪的第二皮帶輪、一個由所述第二皮帶輪帶動的第三皮帶輪、一個連接於所述第二皮帶輪與所述第三皮帶輪之間的輸入減速箱，及一個連接所述第三皮帶輪的第四皮帶輪，所述第四皮帶輪與所述飛輪同軸設置。
3.根據權利要求2所述慣性儲能設備，其特徵在於所述減速機構還包括一個設置於所述第四皮帶輪與所述飛輪之間的單向軸承。
4.根據權利要求1所述慣性儲能設備，其特徵在於所述增速機構包括一個與所述飛輪同軸設置的第五皮帶輪、一個由所述第五皮帶輪帶動的第六皮帶輪、一個由所述第六皮帶輪帶動的第七皮帶輪、一個連接於所述第六皮帶輪與所述第七皮帶輪之間的輸出減速箱、一個配速軸、一個由所述第七皮帶輪帶動且設置於所述配速軸的第八皮帶輪、一個與所述第八皮帶輪同軸設置於所述配速軸的第九皮帶輪、所述動力輸出軸，及一個設置於所述動力輸出軸且由所述第九皮帶輪帶動的第十皮帶輪。
5.根據權利要求1所述慣性儲能設備，其特徵在於還包含一個潤滑單元，所述潤滑單元連接於所述儲能機構的軸承並使潤滑油潤滑所述軸承。
6.根據權利要求1所述慣性儲能設備，其特徵在於還包含一個控制單元，所述控制單元電連接於所述電動機與所述發電機，並包括一個用於偵測所述飛輪轉速的第一偵測器， 及一個用於偵測所述動力輸出軸轉速的第二偵測器。
專利摘要一種慣性儲能設備，包含一個電動機、一個儲能機構、一個增速機構、一個發電機及一個冷卻單元。該儲能機構包括兩個相對設置的軸承，及一個搭載於所述軸承上且由該電動機帶動的飛輪。該增速機構包括一個由該飛輪的動能帶動的動力輸出軸，該動力輸出軸的轉速大於該飛輪的轉速。該發電機由該動力輸出軸帶動運轉產生電能。該冷卻單元連接於該儲能機構的軸承並使所述軸承降溫。
文檔編號F03G3/08GK202140261SQ20112022578
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者朱建民, 蔡椿松, 陳俊雄, 魏定一 申請人:馬士達綠能股份有限公司