储能发电装置的制作方法

本发明涉及一种储能发电装置。

背景技术：

电能的使用存在着用电高峰期和用电低谷期，因此会出现电能供应不足或电能有剩余的现象；在用电低谷期时，火力发电厂通常关闭一些机组或利用储能装置来减少电的浪费，风能发电、太阳能发电等也通常利用储能装置将电能转换成其他形式进行存储；当用电高峰时再将存储的能量装换成电能输送给电网。这种形式中，具有电能转换成化学能和再将化学能转换成电能两个过程，其损耗较大，且生产电池以及电池最终废弃后均会对环境产生具大的影响。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种的储能发电装置。

为达到上述目的，本发明一种储能发电装置，包括飞轮、驱动机构和发电机构；所述飞轮的中心穿设有中心转轴；

所述驱动机构包括用于为飞轮使能的电动机；所述电动机的转子与飞轮的中心转轴的其中一端同轴设置或传动连接；

所述发电机构包括一鼠笼式感应发电机，所述鼠笼式感应发电机的转子与所述飞轮的中心转轴的另一端连接。

进一步地，所述飞轮的直径与所述电动机转子的直径的比例至少为10：1。

进一步地，所述飞轮的直径与所述鼠笼式感应发电机转子的直径的比例至少为10:1。

进一步地，所述的发电装置还包括电动机控制单元：其包括角度传感器或位置传感器以及驱动电源控制单元；

所述的角度传感器或位置传感器安装在旋转轴的一侧，用以检测电动机转子的旋转角度或位置；并将检测到的角度信息输出给驱动电源控制单元；

所述驱动电源控制单元用于接收角度传感器或位置传感器输出的电动机转子的位置信息或旋转的角度信息，并依据角度信息或位置信息为电动机的定子线圈提供相应频率的驱动电压。

进一步地，所述的鼠笼式感应发电机的定子由发电线圈和励磁线圈组成；所述的发电装置还包括发电机控制单元：其包括发电机角度传感器和脉冲电压发生器；

所述发电机角度传感器与所述脉冲电压发生器通讯连接，用于检测发电机转子的旋转角度并将检测到的角度信息输出给脉冲电压发生器；

所述脉冲电压发生器用于接收发电机角度传感器输出的发电机转子旋转的角度信息，并依据所述角度信息为鼠笼式感应发电机的提供脉冲电压。

进一步地，在发电机的负载侧还包括用于检测电网电压的电压检测装置，所述电压检测装置与所述脉冲电压发生器通讯连接，用于控制脉冲电压发生器的工作电压的幅值。

为达到上述目的，本发明一种储能发电装置，包括飞轮和既能驱动飞轮转动又能利用发电的鼠笼式电机；

所述飞轮的中心穿设有中心转轴，所述中心转轴与所述鼠笼式电机转子的转轴连接；

所述鼠笼式电机的定子由发电线圈和励磁线圈组成；所述鼠笼式电机作为为鼠笼式感应发电机时，所述励磁线圈的输入端通过第一切换开关连接有脉冲电压发生器，所述发电线圈的输出端通过单刀双掷开关与负载连接；所述鼠笼式电机作为电动机时，所述定子的发电线圈与励磁线圈串联作为电动机的定子绕组，所述电动机的定子绕组的输入端通过所述单刀双掷开关与控硅驱动电源控制单元连接。

进一步地，还包括用于检测转子旋转角度的角度传感器；

所述角度传感器与所述脉冲电压发生器通讯连接；所述鼠笼式电机作为发电机时，所述角度传感器用于检测电机转子旋转角度并将检测到的角度信息输出给脉冲电压发生器；脉冲电压发生器接收角度传感器输出的转子的旋转的角度信息，并依据所述角度信息为鼠笼式感应发电机的定子的励磁线圈提供脉冲电压；

所述角度传感器与所述驱动电源控制单元通讯连接；所述鼠笼式电机作为电动机时，所述角度传感器用于将检测转子的旋转角度信息输出给驱动电源控制单元；所述驱动电源控制单元用于接收角度传感器输出的转子的旋转的角度信息，并依据角度信息为电动机的定子线圈提供相应频率的工作电压。

本发明蓄能发电设备利用飞轮对能量进行存储、转化为飞轮的动能，在需要用电时，再利用飞轮与鼠笼式感应发电机进行发电，为负载或电网供电；本发明利用角度传感器检测中心转轴的旋转角度，在为飞轮蓄能时，依据中心转轴的旋转角度即依据电动机转子的旋转角度，控制驱动电源控制单元为电动机的定子提供三相交变电流，保证了电动机转子转速小于磁场变化速度；在使用飞轮发电时，利用角度传感器检测到的中心转轴的旋转角度、即依据鼠笼式感应发电机转子的旋转角度，来控制脉冲电压发生器为鼠笼式感应发电机的转子提供脉冲电流。

针对上述问题本发明提供一种发电系统，包括一真空罩，在所述的真空罩内设置有上述的储能发电装置。

针对上述问题本发明提供一种发电系统，包括一真空罩，在所述的真空罩内成对设置有上述的储能发电装置，其中，成对设置的储能发电装置的飞轮的旋转方向相反。

本发明储能系统将若干个蓄能发电设备呈中心对称设置在真空罩中，相对应的一组蓄能发电设备中的飞轮的旋转方向相反，保证了真空罩的平衡。

针对上述问题本发明提供一种发电系统，包括一万向支架，发电系统真空罩的中心轴安装在万向支架上。

针对上述问题本发明提供一种发电系统，包括风力发电机、驱动单元以及如上述的发电系统或蓄能装置。

附图说明

图1是本发明储能发电装置结构示意图；

图2为本发明发电机和电动机为同一个时的电机结构及切换示意图；

图3为本发明鼠笼式感应发电机结构示意图；

图4为本发明脉冲电压发生器产生的脉冲电压曲线与发电机发电线圈产生的电压曲线图；

图5为本发明储能发电系统中的飞轮与真空罩的位置关系示意图；

图6为本发明储能发电系统中真空罩与万向支架的结构关系示意图；

图7为本发明发电机与各电路通讯关系示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明旨在通过飞轮来存储能量，并利用该能量依据用户需要提供电能。其工作过程主要包括蓄能和发电两个环节。在蓄能环节主要是将需要存储的电能转换为飞轮的动能，即利用多余的电能通过电动机带动飞轮转动，从而将电能转换成飞轮旋转所产生的机械能存储起来。

而在发电环节，则是将飞轮旋转的机械能通过发电机转换成电能输出给用户使用。

具体的，本发明一种储能发电装置，包括飞轮、驱动机构和发电机构；所述飞轮的中心穿设有中心转轴；

所述驱动机构包括用于为飞轮使能的电动机；所述电动机的转子与飞轮的中心转轴的其中一端同轴设置或传动连接；所述发电机构包括一鼠笼式感应发电机，所述鼠笼式感应发电机的转子与所述飞轮的中心转轴的另一端连接。

综上可以看出，本发明去除了传统的风能发电、太阳能发电等电瓶将电能转换成化学能进行存储的过程；而是将电能通过飞轮直接将电能转换成机械能储存起来，从而减少了电池对环境造成的影响，同时，由于没有的生产电池和电池最终废弃所产生的污染，因此节能、环保效果明显。

我们知道，飞轮的转速越高，其能积累的能量就越大，因此，较佳的，所述的驱动机构中的电机为鼠笼式异步电机：

对于异步电机有如下公式：n＝60f(1-s)/p

其中，n-实际转速；f-供电电源频率；s-转差率；p-极对数。

依据上式常用以下三种方法来进行调速：(1)改变极对数作几档的有极调速；(2)通过改变定子端电压或改变转子电阻变转差率调速；(3)改变供电电源频率也称变频调速。

对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率的同时还要调整电压，故称变压变频调速，简称vvvf。

因此本实施例中的电动机控制单元：其包括角度传感器或位置传感器以及驱动电源控制单元(变频变压调速控制器)；其中，角度传感器或位置传感器安装在旋转轴的一侧，用以用于检测电动机转子的旋转角度或位置；并将检测到的角度信息输出给驱动电源控制单元；

驱动电源控制单元用于接收角度传感器或位置传感器输出的电动机转子的位置信息或旋转的角度信息，并依据角度信息或位置信息为电动机的定子线圈提供相应频率相应电压的驱动电压。

发电部分也采用鼠笼式感应发电机，传统的鼠笼式感应发电机是利用转子中的剩磁来进行发电的，其发电效率较低，且其无法控制何时发电以及发多少电的问题。

因此，本发明的鼠笼式感应发电机的定子部分由发电线圈和励磁线圈组成；所述的发电装置还包括发电机控制单元：其包括发电机角度传感器和脉冲电压发生器(对于发电机和驱动电机两用的电机来说，其角度传感器为同一个)；

其中，励磁线圈可利用辅助电源为其供电，以为转子充磁；转子在充磁后继续旋转，从而使发电线圈切割磁力线以实现发电。

所述发电机角度传感器与所述脉冲电压发生器通讯连接，用于检测发电机转子的旋转角度并将检测到的角度信息输出给脉冲电压发生器；

所述脉冲电压发生器用于接收发电机角度传感器输出的发电机转子旋转的角度信息，并依据所述角度信息为鼠笼式感应发电机的定子的励磁线圈提供脉冲电压。

综上，可知，本发明的驱动电机和发电电机可以为同一电机。从而可以实现在不同时间使用不同功能，以减小整体的体积。

综上可以看出，本发明去除了传统的风能发电、太阳能发电等电瓶将电能转换成化学能进行存储的过程；而是将电能通过飞轮直接将电能转换成机械能储存起来，从而减少了电池对环境造成的影响，同时，由于没有的生产电池和电池最终废弃所产生的污染，因此节能、环保效果明显。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

在蓄能环节其具体通过电动机带动飞轮转动，将需要存储的电能转换为飞轮的动能，因为电动机的转子与飞轮的中心转轴同轴设置，所以飞轮的转速即为电动机转子的转速，由于飞轮的转速较高且惯性较大，要想使电动机正常工作就需要保证电动机转子转速小于磁场变化速度，即飞轮的转速小于电动机磁场变化的速度，其磁场变化的速度由定子绕组通入交流电的电压频率以及磁极的对数决定，因此需要控制定子线圈工作电压的频率。

在发电环节，因为鼠笼式感应发电机的转子的转轴与飞轮的中心转轴同轴设置，所以飞轮的转速即为发电机转子的转速，具体的，发电机一般包括外围的定子和在定子内可转动的转子。发电机的定子部分由发电线圈和励磁线圈组成；在发电时励磁线圈利用辅助电源为其供电，以为转子充磁；转子在充磁后继续旋转，从而使发电线圈切割磁力线以实现发电；因为用户用电量不是固定的，因此需要依据用户或电网需求来调整励磁脉冲，改变磁场的强弱来满足不同发电量的需求。

本发明中飞轮的中心转轴的一端可以同轴设置既能驱动飞轮转动又能利用飞轮发电的鼠笼式电机。

实施例1

结合图1，本实施例中一种储能发电装置，包括飞轮1、驱动机构和发电机构；所述飞轮的中心穿设有中心转轴1-1；

所述驱动机构包括用于为飞轮使能的电动机2；所述电动机的转子21与飞轮的中心转轴的其中一端连接；

所述发电机构包括一鼠笼式感应发电机3，所述鼠笼式感应发电机的转子31与所述飞轮的中心转轴的另一端连接。

本实施例中所述驱动及机构为电动机或原动机。

实施例2

作为实施例1具体方案，所述飞轮的直径与所述电动机转子的直径的比例至少为10：1；所述飞轮的直径与所述鼠笼式感应发电机转子的直径的比例至少为10:1。

本发明储能发电装置利用飞轮对能量进行存储、转化为飞轮的动能，在需要用电时，将利用飞轮与鼠笼式感应发电机进行发电，为负载或电网供电；本发明利用飞轮代替传统的蓄电池对能量进行存储，避免了蓄电池充放电过程中的能量损耗，使用寿命长并且更加环保。

实施例3

结合图1和图2，作为实施例1的进一步改进，还包括用于向电动机定子线圈通入电流的驱动电源控制单元8和电动机角度传感器4；所述电动机角度传感器4设置在电动机的定子上，所述驱动电源控制单元与所述电动机角度传感器通讯连接，用于接收所述电动机角度传感器输出的电动机转子旋转的角度信息，并依据角度信息为电动机的定子线圈提供相应频率的工作电压。

本实施例中在为飞轮蓄能时，电动机角度传感感知转轴预定位置的相位，以便提供合适频率的驱动电压，即依据电动机角度传感器检测到的电动机转子的旋转角度，控制驱动电源控制单元为电动机的定子提供相应频率的工作电压，保证了电动机转子转速小于磁场变化速度，保证的蓄能发电设备的正常运行。本实施例中也可以不设置电动机角度传感器、即将驱动电源控制单元与实施例3中的发电机角度传感器通讯连接，

实施例4

结合图1和图7，作为实施例1的进一步改进，本实施例中还包括发电机角度传感器4和脉冲电压发生器5；

所述发电机角度传4感器设置在鼠笼式感应发电子的定子32上，所述发电机角度传感器4与所述脉冲电压发生器5通讯连接，用于检测鼠笼式感应发电机转子的旋转角度并将检测到的角度信息输出给脉冲电压发生器；

所述脉冲发生器用于接收发电机角度传感器输出的角度信息，并依据所述角度信息为鼠笼式感应发电机的转子31提供脉冲电压。

本实施例中在使用飞轮发电时，利用发电机角度传感器检测到的中心转轴的旋转角度、即依据鼠笼式感应发电机转子的旋转角度，来控制脉冲电压发生器为鼠笼式感应发电机的转子提供脉冲电压，实现了根据需要或用户的用电量的大小，提供合适的频率的励磁电压；具体的，当用电量较大时提供给励磁线圈的励磁电压的频率就高，发电机输出的电量就大；当用量较小时提供给励磁线圈的励磁电压频率就低，发电机输出的电量就少，实现了依据实际需求控制脉冲电压，控制了发电装置的发电量。

实施例5

作为实施例1的进一步改进，在发电机的负载侧还设置有用于检测电网电压的电压检测装置6，所述电压检测装置与所述脉冲电压发生器通讯连接，用于控制脉冲电压发生器的工作频率或脉冲频率。

本实施中通过设置电压检测装置，当检测到电网电压低于预设值时控制脉冲电压发生器产生脉冲电压，使鼠笼式发电机工作，为电网或用电装置供电。

实施例6

结合图2和图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，飞轮中心转轴只有一侧设置有鼠笼式电机，鼠笼式电机既可以作为发电机用又可以作为电动机使用；鼠笼式电机的定子由发电线圈和励磁线圈组成。所述鼠笼式电机作为鼠笼式感应发电机使用时，励磁线圈的输入端通过第一切换开关b连接c1、c2和c3进而连接脉冲电压发生器5，利用脉冲电压啊发生器为励磁线圈提供励磁电压；发电线圈的输出端通过单刀双掷开关a连接b1、b2和b3进而连接负载。所述鼠笼式电机作为电动机时，所述定子的发电线圈与励磁线圈串联作为电动机的定子绕组，所述电动机的定子绕组的输入端通过所述单刀双掷开关a连接a1、a2和a3进而控与硅驱动电源控制单元8连接，并断开第一切换开关b。

实施例7

结合图3，作为实施例6的具体方案，所述鼠笼式感应电机的定子上设置有用于检测转子旋转角度的角度传感41；角度传感器41与所述脉冲电压发生器5通讯连接，脉冲电压发生器接收角度传感器输出的转子的旋转的角度信息，并依据所述角度信息为鼠笼式感应发电机的定子的励磁线圈提供脉冲电压，当励磁线圈有脉冲电流通过时，由于转子在飞轮的带动下不停的旋转，转子感应产生磁场，由于磁场旋转，定子切割磁场产生电流，实现发电，如图4，为脉冲电压和发电机发电曲线图。

本实施例中在利用鼠笼式感应电机为飞轮蓄能时，角度传感器41与驱动电源控制单元通讯连接，用于将检测到的旋转角度信息输出给驱动电源控制单元8；驱动电源控制单元8接收角度传感器输出的转子的旋转的角度信息，并依据角度信息为作为电动机时的定子线圈提供相应频率的工作电压。

本实施例中所述的角度传感器为霍尔角度传感器或电位器角度传感器。本实施例中，所述角度传感器的个数也可以为两个或多个，具体可以依据电动机和发电机的个数来确定。

其中，上述各实施例中的储能发电装置可以应用在任何需要发电装置的领域。

实施例8

结合图5，本实施例提供一种发电系统，包括一真空罩，在所述的真空罩9内成对设置有如上所述的储能发电装置，其中，成对设置的储能发电装置的飞轮的旋转方向相反。图5中真空罩内的储能发电装置设置有4个。

本实施例中通过增加真空罩，可以减少空气对飞轮旋转产生的影响。

实施例9

结合图6，本实施例提供一种发电系统，包括4个储能发电装置，还包括一真空罩9，所述真空罩9和一万向支架，真空罩9的中心轴安装在万向支架上。这种结构，使整个设备就形成了一个回转仪(陀螺仪)，从而可以使飞轮的中心转轴始终与地球的自旋转轴平行，以最大限度的减少外界环境对设备运行产生的影响以防止外界环境发生变化时(如有其它外力作用于设备上时)对设备本身造成的损害。

实施例10

本实施例中提供一种风力发电系统，包括风力发电机、驱动单元以及若干对蓄能装置；

所述风力发电机的电压输出端与储能发电装置中的驱动电源控制单元(变频变压调速控制器)的输入端连接；具体的所述储能发电装置呈中心对称设置在一真空罩中，所述真空罩的中心轴安装在一万向支架上。

本实施例中的风力发电系统，通过将若干对储能发电装置呈中心对称设置在真空罩中，相对应的一组蓄能发电设备中的飞轮的旋转方向相反，保证了真空罩的平衡，利用设置的万向支架，保证了真空罩内的储能发电装置的飞轮的旋转方向可以进行调整，实现了飞轮的中心转轴与地球的自转转轴的自动平行。本发明储能发电系统利用飞轮对能量进行存储、转化为飞轮的动能，在需要用电时，再利用飞轮与鼠笼式感应发电机进行发电，根据实际需求进行发电为负载或电网供电；本发明在对飞轮蓄能时可以利用风能、潮汐能、太阳能等将能源转化成飞轮的动能，利用飞轮不停的旋转以动能的形式对能量进行存储，代替了传统的蓄电池对能量进行存储，避免了蓄电池充放电过程中的能量损耗，使用寿命长并且更加环保。与此同时，本发明能平衡电网负载昼夜不均匀的问题，其可以在夜间电网负载较少时进行储能，在白天电网负载较多时释放存储的电能，减缓白天电网的用电压力。

通过上述实施例可知，当飞轮的质量足够大以及飞轮的转速足够快时，本发明的发电系统或储能装置将可以储存非常多的能量，而使得发明的发电系统或储能装置可以应用于各种领域。

实施例11

本实施例提供一种用于汽车的发电系统，包括上述各实施例中的发电系统或储能装置。

将上述的发电系统或储能装置安装在汽车上后，在使用前需先对发电系统或储能装置进行“充电”。例如，可以利用现有电动汽车的充电桩对汽车进行“充电”：即利用外在电源接通电动机的电源、连通驱动电源控制单元，利用电动机的旋转带动飞轮转动，使飞轮获得足够的能量，即为飞轮“充电”，当飞轮获得预定的能量后切断电源或切断驱动电源控制单元结束“充电”；当汽车出行时，只需，利用飞轮的转动带动发电机的转子转动，以使发电机发电，来为汽车供电，当汽车中途需要停止行驶时，可以通过控制脉冲电压发生器来控制发电机停止发电，以减少发电系统能量的损耗即“飞轮动能的损耗”，当汽车再次启动时，可以再次切入脉冲电压发生器，使发电机继续发电，来为汽车提供电能。本实施例中飞轮在完成储能后，汽车可以在运行时切入发电系统来进行发电，在停止运行时切出发电系统，以此避免了发电系统的损耗，保证了汽车可以连续或间断的行驶预定的路程。

当然，依据上述描述可知，本发明的储能装置可以根据需要用于各个领域，如飞机、火车、轮船等各种运载工具，也可以做为应急电源、便携式电源等，在此不一一赘述。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。