陀螺进动发电装置、系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及节能装置领域，特别涉及一种陀螺进动发电装置、系统及其控制方法。

背景技术

目前，对于清洁能源的利用一般集中在对太阳能、风能以及潮汐能的利用中，但太阳能、风能以及潮汐能的利用受环境影响过大，并不是任意时刻任意地点都可以使用，导致其适用范围狭窄，无法推广至各个地区取代火力发电。

发明内容

本公开的一个目的在于提供一种陀螺进动发电装置，以解决现有技术中清洁能源利用受环境影响过大、适用范围狭窄的技术问题。

为解决上述技术问题，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，本公开提供一种陀螺进动发电装置，其包括：

底座，所述底座上竖直设有固定轴。

转盘，可转动地套设于所述固定轴上。

驱动组件，包括设置于所述转盘上的定子外壳、支撑于所述定子外壳与所述转盘之间的定子支架以及绕设于所述定子外壳内的定子绕组，所述定子外壳呈圆柱形，并有一侧开口。

陀螺组件，与所述驱动组件位于所述转盘的同一径向线上，且分别位于所述转盘圆心的两侧，所述陀螺组件设于所述定子外壳开口的一侧，包括固设于所述转盘上的陀螺支架，设置于所述陀螺支架上的陀螺驱动器以及与所述陀螺驱动器传动连接的陀螺，所述陀螺容置于所述定子外壳内，所述陀螺周缘的永磁体正对所述定子绕组，陀螺和所述驱动组件的轴线重合。

转盘发电机，与所述转盘传动连接。

根据本公开的另一个方面，本公开还提供一种陀螺进动发电系统，其包括：

如上所述的陀螺进动发电装置。

储电装置，分别与所述驱动器、所述离合器以及所述转盘发电机电连接，以作为所述驱动器和所述离合器的电源，并接收所述转盘发电机产生的电能。

控制机构，与所述陀螺进动发电装置以及储电装置电信号连接，用于控制所述发电装置和储电装置。

根据本公开的又一个方面，本公开还提供一种陀螺进动发电系统的控制方法，所述陀螺进动发电系统包括如上所述的陀螺进动发电系统，所述控制方法包括：

控制离合器与所述陀螺传动连接，并控制驱动器驱动陀螺转动。

当所述陀螺转速达到预定发电转速时，控制陀螺进动发电装置向储电装置充电。

当所述陀螺转速达到预定停机转速时，控制所述离合器脱离与所述陀螺传动连接，并控制所述驱动器停止驱动，使所述陀螺靠惯性继续转动发电。

当所述陀螺转速达到预定驱动转速时，控制所述离合器重新与所述陀螺驱动连接，并控制所述驱动器重新驱动所述陀螺转动，直至再一次达到预定停机转速。

由上述技术方案可知，本公开至少具有如下优点和积极效果：

本公开中，通过陀螺转动时的进动效应，利用陀螺进动耦合机械传动进行发电，由于任何地方均有陀螺进动现象，故其不受环境影响，解决了现有技术中清洁能源利用受环境影响过大、适用范围狭窄的技术问题。

附图说明

图1是本公开一实施例的陀螺进动发电系统的结构示意图。

图2是图1中一实施例的陀螺进动发电装置的结构示意图。

图3是图1中一实施例的陀螺进动发电装置的剖视图。

附图标记说明如下：

10、陀螺进动发电装置；20、储电装置；30、控制机构；100、底座；200、转盘；300、驱动组件；400、陀螺组件；500、转盘发电机；110、底座本体；120、固定轴；130、球壳；140、球形空腔；150、导电杆；160、导电网；170、底座孔；220、容纳腔；230、环形壁；240、轴承腔；310、驱动支架；320、驱动器；330、离合器；321、电弓；410、陀螺支架；420、陀螺；430、陀螺轴承；411、固定柱；412、水平轴；610、滚动轴承；620、滑动轴承。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本公开。

请参阅图2和图3，本公开提出一种陀螺进动发电装置，其包括底座100、设于底座100上的转盘200、设于转盘200上的驱动组件300和陀螺组件400以及与转盘200传动连接的转盘发电机500。

底座100包括底座本体110、固定轴120、球壳130、导电杆150以及导电网160。

球壳130罩设于底座本体110底部中央位置，其与底座本体110共同形成一个球形空腔140底座本体110中部正对球形空腔140还开设有与球形空腔140相通的底座孔170。固定轴120的底端呈球形，容置于球形空腔140中。固定轴120的顶端竖直穿过底座孔170至底座本体110上方。转盘200可转动地套设于固定轴120上。驱动组件300设置于转盘200的顶部周缘。陀螺组件400设置于转盘200的旋转中心。转盘发电机500设置于底座100上，并位于转盘200的一侧。底座100上还竖直设有围绕转盘200的导电杆150，导电杆150的顶端还设有导电网160，导电网160将多个导电杆150的顶端连接在一起，并与驱动组件300电连接，以为驱动组件300供电。

当陀螺组件400的陀螺420转动时，转盘200会由于进动现象而转动，带动转盘发电机500发电。

底座100上还可以罩设一外壳罩，将转盘200、驱动组件300、陀螺组件400以及转盘发电机500罩设于其内。

在本公开的实施例中，转盘200底部和底座100之间还具有间隔。转盘200和底座100之间还设有滚动轴承610，用以支撑转盘200，并减小转盘200与底座100之间的摩擦。转盘200朝向底座100一侧开设有用以容纳滚动轴承610的容纳腔220。滚动轴承610置于底座100上，其滚珠朝向转盘200设置，并与转盘200抵接接触。在转盘200转动时，滚动轴承610的滚珠与转盘200发生滚动摩擦。同时，为保证滚动效果，其滚动轴承610中的滚动件一般采用滚珠，也可以采用滚柱。同时转盘200底部中心还设有环绕固定轴120的环形壁230，环形壁230与转盘200底部合围形成一轴承腔240，轴承腔240内容置有滑动轴承620，滑动轴承620套设于固定轴120上，并随转盘200一起绕固定轴120转动。

当陀螺组件400的陀螺420转动时，除了转盘200会由于进动现象而转动外，固定轴120还会由于章动作用力而以其底端为中心做摇摆运动，使陀螺不仅绕固定轴120旋转，还以固定轴120底端为中心做摇摆运动。同时由于转盘200转动的机械能传递至转盘发电机500后转化为电能输出，加上固定轴120底端与球壳130的阻尼，故固定轴120的摇摆幅度会逐渐减小，直至趋于平缓，使陀螺420仅有绕固定轴120的均匀进动。

驱动组件300包括设置于转盘200上的驱动支架310，设置于驱动支架310上的驱动器320以及设置于驱动器320的输出轴输出端的离合器330。驱动支架310支撑于转盘200周缘与驱动器320底部之间，以支撑驱动器320。驱动器320顶部设有与导电网160对应接触的电弓321，以保证驱动组件300随转盘200转动时对驱动器320的时刻供电。

陀螺组件400包括固设于转盘200上的陀螺支架410、可转动地连接于陀螺支架410端部的陀螺420，陀螺420通过离合器330与驱动器320驱动连接，以使驱动器320驱动陀螺420竖直转动，并通过陀螺420转动时的进动作用使转盘200水平转动，从而带动转盘发电机500转动，使转盘发电机500发电。同时，当陀螺420的转速达到所需的转速后，为避免陀螺420转速过高，离合器330也可以与陀螺420断开驱动连接，避免驱动器继续驱动陀螺420提高转速。

陀螺支架410包括竖直套设于固定轴120上的固定柱411以及水平连接于固定柱411顶端的水平轴412。固定柱411的底端与转盘200紧固连接，并与转盘200一起随固定轴120做摇摆运动。水平轴412远离固定柱411的一端套设有陀螺轴承430，以通过陀螺轴承430与陀螺420传动连接。

在工作状态下，陀螺420在驱动器320的驱动下绕水平轴412转动，同时由于进动作用，其也存在绕固定轴120转动的趋势，故在速度达到一定值后，陀螺组件400围绕固定轴120转动，由于固定柱411紧固连接在转盘200上，故转盘200也会随陀螺组件400绕固定轴转动，从而带动转盘发电机500进行发电。并且，随着转速的升高，陀螺420又存在上下摇晃的趋势，当速度足够高时，陀螺组件400带动固定轴120围绕固定轴120底端做摇摆运动。同时转盘200与陀螺组件400紧固连接，故转盘200以及其上的驱动组件也随之做摇摆运动，直至在阻尼作用下摇摆幅度逐渐减小至趋向于没有。

请结合参阅图1，本公开还提出一种陀螺进动发电系统，其除包括如上所述的陀螺进动发电装置10外，还包括储电装置20和控制机构30。储电装置20分别与陀螺进动发电装置10的驱动器320、离合器330以及转盘发电机500电连接。控制机构30与陀螺进动发电装置10以及储电装置20电信号连接。当启动该陀螺进动发电系统时，控制机构30控制储电装置20向驱动器320供电，使驱动器320驱动陀螺420转动，并使陀螺420转速逐渐提高。同时，由于陀螺420的转动，转盘200也随之转动，并带动转盘发电机500的输入轴转动，并使转盘发电机500发电。转盘200的转速随陀螺420的转速逐渐提高，使转盘发电机500的发电功率逐渐提高。当陀螺420的转速达到预定发电转速时，转盘发电机500的发电功率已足够发电需要。此时，控制机构30控制储电装置20接收转盘发电机500产生的电能，并储存，即控制陀螺进动发电装置10向储电装置20充电。此时陀螺420的转速仍逐渐提高，当其转速到达预定停机转速时，整个陀螺进动发电装置10的发电功率达到了储电装置20能够承受的最大值，此时控制机构30控制离合器330脱离与陀螺420传动连接，并控制驱动器320停止驱动，使陀螺420靠惯性继续转动发电。当陀螺420的转速下降至预定驱动转速时，整个陀螺进动发电装置10的发电功率即将不足，此时控制机构30控制离合器330重新与陀螺420驱动连接，并控制驱动器320重新驱动陀螺420转动，使陀螺420的转速提升，直至再一次达到预定停机转速。在整个发电过程中，储电装置20需要间歇性脉冲式为驱动器320供电，作为陀螺进动发电系统启动发电的初始能源。

在本实施例中，预定发电转速、预定驱动转速以及预定停机转速可以根据储电装置20能够承受的额定电压、额定电流、容量以及电能的使用情况灵活设置，本公开在此不做限定。但其必须满足预定发电转速小于等于预定驱动转速小于预定停机转速。

本公开还提出一种陀螺进动发电系统的控制方法，其应用于上述的本公开还提出一种陀螺进动发电系统中，该控制方法包括：

步骤S100、控制离合器与所述陀螺传动连接，并控制驱动器驱动陀螺转动。

步骤S200、当所述陀螺转速达到预定发电转速时，控制陀螺进动发电装置向储电装置充电。

步骤S300、当所述陀螺转速达到预定停机转速时，控制所述离合器脱离与所述陀螺传动连接，并控制所述驱动器停止驱动，使所述陀螺靠惯性继续转动发电。

步骤S400、当所述陀螺转速达到预定驱动转速时，控制所述离合器重新与所述陀螺驱动连接，并控制所述驱动器重新驱动所述陀螺转动，直至再一次达到预定停机转速。

当启动该陀螺进动发电系统时，控制机构30控制储电装置20向驱动器320供电，使驱动器320驱动陀螺420转动，并使陀螺420转速逐渐提高。同时，由于陀螺420的转动，转盘200也随之转动，并带动转盘发电机500的输入轴转动，并使转盘发电机500发电。转盘200的转速随陀螺420的转速逐渐提高，使转盘发电机500的发电功率逐渐提高。当陀螺420的转速达到预定发电转速时，转盘发电机500的发电功率已足够发电需要。此时，控制机构30控制储电装置20接收转盘发电机500产生的电能，并储存，即控制陀螺进动发电装置10向储电装置20充电。此时陀螺420的转速仍逐渐提高，当其转速到达预定停机转速时，整个陀螺进动发电装置10的发电功率达到了储电装置20能够承受的最大值，此时控制机构30控制离合器330脱离与陀螺420传动连接，并控制驱动器320停止驱动，使陀螺420靠惯性继续转动发电。当陀螺420的转速下降至预定驱动转速时，整个陀螺进动发电装置10的发电功率即将不足，此时控制机构30控制离合器330重新与陀螺420驱动连接，并控制驱动器320重新驱动陀螺420转动，使陀螺420的转速提升，直至再一次达到预定停机转速。在整个发电过程中，储电装置20需要间歇性脉冲式为驱动器320供电，作为陀螺进动发电系统启动发电的初始能源。在本实施例中，预定发电转速、预定驱动转速以及预定停机转速可以根据储电装置20能够承受的额定电压、额定电流、容量以及电能的使用情况灵活设置，本公开在此不做限定。但其必须满足预定发电转速小于等于预定驱动转速小于预定停机转速。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。