一种简谐势能稳压发电装置

摘要

本发明公开了一种简谐势能稳压发电装置，其包括壳体、陀螺、传动系统和发电机；所述的陀螺通过位于其上端的陀螺支撑轴悬挂于壳体内，并可往复摆动；所述的陀螺沿摆动方向的两侧分别设置陀螺N极永磁强磁块和陀螺S极永磁强磁块；在壳体内相对于陀螺N极永磁强磁块和陀螺S极永磁强磁块均设置固定永磁强磁块，所述的固定永磁强磁块与陀螺N极永磁强磁块、陀螺S极永磁强磁块均同磁极相对设置；所述的固定永磁强磁块上均设置风束喷嘴；所述的传动系统可将陀螺的摆动形成的动力传动到发电机。本发明使陀螺做的阻尼震动被转化成简谐运动，将陀螺简谐运动形成稳定的势能，再转化成稳定的机械动动能，从而再驱动发电机组发电。

说明书

技术领域

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种简谐势能稳压发电装置。

背景技术

石油、煤炭、天然气等化石资源或能源是不可再生的资源，在日益减少，并且，化石能源的应用造成的碳排放也在逐年增加，地球的气候也在逐渐变暖，已经严重影响了地球生命的生存环境。如今，也面临化石资源的日益贫乏，为了发展经济、保护地球、改善环境，各国大力提倡发展可再生循环资源和能源的应用，已经取得广泛的共识。

我国同国际上各国一道，积极开发发电方式的多样性，除了采用化石能源进行火力发电外，开始了核能发电、涡轮发电、水力发电、海洋潮流潮汐发电、风力发电、太阳能光伏发电、生物能发电等各种各样的方式，虽然发电方式多样性，也为解决非化石能源做出了一些贡献，但存在，比如：昼夜、四季、台风、阴雨、冰雹、风暴、洪水、泥石流等因素造成的供电量的不稳定、不长久，以及核辐射等多个的问题，其发电效果均存在一些问题，需亟待解决。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种简谐势能稳压发电装置。本发明提出了一种势能转化成机械动能，再进行发电的装置，采用做阻尼震动的陀螺，在其左右两侧分别设有一组同极永磁强磁铁块和多束压缩空气风束(也可以是高压水或蒸汽)喷嘴，在其强磁场同极相斥的磁场磁力和间歇风束喷嘴吹出压缩空气推力的双重作用下，使陀螺做的阻尼震动被转化成简谐运动，将陀螺简谐运动形成稳定的势能，再转化成稳定的机械动动能，从而再驱动发电机组发电的装置，可为用电单位24小时不间断的提供稳定的电源，而且，实现电流和电压稳压发电。

具体技术方案如下：

一种简谐势能稳压发电装置，其包括壳体、陀螺、传动系统和发电机；

所述的壳体内固设陀螺支撑轴，所述的陀螺通过位于其上端的陀螺支撑轴悬挂于壳体内，并可往复摆动；所述的陀螺沿摆动方向的两侧分别设置陀螺N 极永磁强磁块和陀螺S极永磁强磁块；

在壳体内相对于陀螺N极永磁强磁块和陀螺S极永磁强磁块均设置固定永磁强磁块，陀螺N极永磁强磁块、陀螺S极永磁强磁块均与其对应的固定永磁强磁块同磁极对应设置；所述的固定永磁强磁块上均设置出风端朝向陀螺的风束喷嘴，所述的风束喷嘴的入风端与壳体外部连通；

所述的传动系统可将陀螺的摆动形成的动力传动到发电机，从而驱动发电机发电。

上述装置可将陀螺由阻尼震动自动转化或实现简谐运动。陀螺是如同钟摆一样靠重力和惯性进行左右摆动的，由于空气的阻力、陀螺支撑轴摩擦力及传动装置(比如半圆形驱动齿轮)负荷的扭矩阻力等因素，陀螺的左右摆动运动，实际上是做阻尼振动，长久摆动的摆幅会越来越小，直到陀螺停止不动。因此，陀螺做阻尼振动来转化成机械动能，再驱动发电机发电的形式，是没有任何意义的。

因此，本发明的装置增加了两种方式：一是：在陀螺两侧的永磁强磁块和壳体两侧的永磁强磁块。二是：在两侧的永磁强磁块设有多个风束喷嘴。

陀螺的摆动摆幅一般控制在36°，当陀螺向N极一侧摆动到最大幅度时，也就是最大18°时，陀螺N极永磁强磁块靠近固定永磁强磁块的N极，两个N 极在强磁磁场的磁力作用下，做同极相斥运动，陀螺只能向另一侧再摆动；同样，当陀螺向S极一侧摆动到最大幅度时，陀螺S极永磁强磁块靠近固定永磁强磁块的S极，两个S极在强磁磁场磁力的作用下，也做同极相斥运动，陀螺只能向N极一侧再摆动；

同时，当陀螺向N极一侧摆动到最高位置，也就是说左摆动幅度达到最大 18°时，即将再次下落的一瞬间，将压缩空气通过风束喷嘴喷吹到陀螺上，喷吹时间为0.5～2秒钟后再自动关闭，又给陀螺向S极一侧摆动了提供了一个微小辅助推力；反之，当陀螺向S极一侧摆动到最高位置，也就是说右摆动幅度达到最大18°时，即将再次下落的一瞬间，将压缩空气通过风束喷嘴喷吹到陀螺上，压缩空气的喷吹时间为0.5～2秒钟后再自动关闭，也又给陀螺向左摆动了提供了一个微小辅助推力；

如此，周而复始，往复运动，使陀螺左右摆动运动，本来做的是阻尼震动，在强磁磁场的磁力作用下和多束压缩空气风束喷嘴吹动下，陀螺左右摆动运动的阻尼震动，被转变成简谐运动，当陀螺的重量及杠杆长度足够时，所产生的势能，要远大于后续齿轮及发电机等合计的驱动力时，陀螺就会做间谐运动，周而复始，永不停止了。

进一步，所述的陀螺两侧均相对于风束喷嘴开设U型风槽，用于提高喷吹效率。

进一步，所述的固定永磁强磁块的下部均设置弹性限位器，防止陀螺左右摆动幅度过大，碰坏两侧4组磁铁体。

进一步，所述的传动系统包括固定于陀螺的半圆形驱动齿轮及齿条总成，所述的半圆形驱动齿轮位于陀螺的上部；所述的半圆形驱动齿轮通过齿轮及齿条总成将陀螺的往复运动转化为齿条总成的直线运动，再通过传动转化为圆周运动。

具体地，所述的半圆形驱动齿轮通过陀螺支撑轴与半圆形驱动齿轮进行紧密固定，形成一个紧密连接的主体，也利于后期维修、拆卸及更换部件。

再进一步，所述的齿条总成的下端固设与半圆形驱动齿轮的齿圈啮合的条形齿，所述的齿条总成通过固定于壳体内顶壁的吊挂机构连接于壳体，并可相对于吊挂机构沿陀螺的摆动方向往复直线运动；所述的齿条总成的一侧设置一对齿条卡叉；

所述的传动系统还包括主驱动齿轮，所述的主驱动齿轮绕固定的中心轴旋转；所述的主驱动齿轮上设置偏心固定轴；所述的齿条卡叉通过设置于其端部的卡叉固定销与摇臂杆转动连接；所述的摇臂杆的端部通过偏心固定轴与主驱动齿轮转动连接；

所述的主驱动齿轮与从动齿轮啮合，所述的从动齿轮上固设与其同轴的皮带轮，所述的皮带轮通过三角皮带驱动发电机三角皮带轮，所述的发电机三角皮带轮固定于发电机输入轴端。

陀螺左右摆动运动的阻尼震动，被转变成简谐运动时，所产生的势能，传递给陀螺成为一体的半圆形驱动齿轮，再通过半圆驱动齿轮的齿圈与啮合的条形齿驱动齿条总成，周而复始的做前后往复运动，从而势能被转化成往复的动能。驱动齿条总成前端的齿条卡叉和卡叉固定销，带动摇臂杆和偏心固定轴，驱动主驱动齿轮不停的做周而复始的圆周运动，陀螺做的简谐运动所产生的势能，彻底的被转变成朝同一个方向运动的机械动能。

具体地，陀螺的样式可以是多样化，只要其重量和杠杆长度足够，摆动的幅度尽量大并科学，摆动时所产生的势能就会正比增加，陀螺体要求呈流线型，左右摆动时要尽量减少其在空气运动中的阻力，确保尽可能增大半圆形驱动齿轮的扭矩力。

具体地，为了增强主驱动齿轮运行稳定性，也为了使主驱动齿轮上偏心固定轴能顺利的做圆周运动，可在主驱动齿轮外侧，装有一个同心配重飞轮。配重飞轮的目的是要增加主驱动齿轮的圆周旋转的惯性，以利于摇臂杆带动偏心固定轴，顺利做循环的圆周旋转，从而驱动主驱动齿轮顺利也做圆周旋转。

具体地，半圆形驱动齿轮中间设有陀螺支撑轴，润滑效果要好，轴的加工精度要高，尽可能减少阻力。

具体地，所述的壳体优选为钢板制成。

具体地，每侧的风束喷嘴为多个。

进一步，本发明的装置还包括供风系统，所述的供风系统连通各个风束喷嘴。

再进一步，所述的供风系统包括旋涡气泵，所述的旋涡气泵连接压缩空气储罐的进风口；所述的风束喷嘴的进风端连接支风管，所述的支风管与压缩空气储罐的出风口连通；所述的支风管通过电磁阀控制。电磁阀根据陀螺运动的频率控制支风管的开启和关闭。

压缩空气储罐是由旋涡气泵产生一定压力的压缩空气，为压缩空气储罐提供压缩空气，压缩空气储罐的压力一般为0.03～0.3MPa。压缩空气的压力适应的范围大，风压相对较低，不像其它压缩空气发电机组，需要压缩气体的压力在0.4～0.8MPa，甚至更高压力、流量低、昂贵的空压机，因此，本专利的旋涡气泵，只需选择普通的高压离心风机或者旋涡气泵即可，具有设备普遍性、造价低、流量大等特点，而无需采用活塞空压机、螺杆空压机、旋涡空压机、离心空压机等流量小、非常昂贵的空压机设备。

具体地，旋涡气泵和压缩空气储罐之间可设置空气脱水净化装置。

具体地，为了防止旋涡气泵力选型较低时，造成压缩空气储罐的压强空气压力变小，在压缩空气储罐和支风管之间可设置电磁感应加热器，主要目的是可采用电磁感应，间接加热管道内的压缩空气，使管道内的气体迅速升温，发生急速膨胀，从而，压缩空气的压力增大。

具体地，旋涡气泵的动力来源，可以是其它机械动力，也可以是采用网上电源，也可以是采用自身发的电源。如果是旋涡气泵计划采用自身的发电电源，在本发明装置系统空车运作时，压缩空气储罐里又是空的时候，没有足够的压缩空气，则，旋涡气泵的电能可以采用电瓶供电，或是先停止工作，而采用人工辅助陀螺左右摆动，直到让发电机发出电后，再启动旋涡气泵，把压缩空气储罐充满压缩空气后，使本发明装置系统进行正常运转。

具体地，电磁阀用电量很少，在整个装置系统运作前，可以采用电瓶供电，待发电机发出电后，可切换成自身发的电源。

本发明中可将风束喷嘴替换为高压水喷嘴。采用高压水，也可作为陀螺另外一种辅助推力。同时，将供气系统替换为高压水泵。

本发明中还可将风束喷嘴替换为蒸汽喷嘴。采用蒸汽，也可作为陀螺另外一种辅助推力。同时，将供气系统替换为蒸汽运行系统。

本发明的有益效果如下：

1、本发明将陀螺由阻尼震动自动转化或实现简谐运动，并将简谐运动产生的势能转化成机械运动的动能。

在强磁磁场的磁力作用下和多束压缩空气风束喷嘴吹动下，陀螺左右摆动运动的阻尼震动，被转变成简谐运动，当陀螺的重量及杠杆长度足够时，所产生的势能，要远大于后续齿轮及发电机等合计的驱动力时，陀螺就会做间谐运动，周而复始，永不停止了。进而，通过传动系统将陀螺做的简谐运动所产生的势能，彻底的转变成朝同一个方向运动的机械动能，驱动电动机的运转。

2、本发明采用中压压缩空气作为辅助推力。

本发明适用压力在0.03～0.3MPa的压缩空气，具有适应范围大的优点；而且，可使用较低风压，不像其它压缩空气发电机组，需要压缩气体的压力在 0.4～0.8MPa，甚至更高压力的压缩空气。因此，本专利的旋涡气泵，只需选择普通的高压离心风机或者旋涡气泵即可，具有设备普遍性、造价低、流量大等特点，而无需采用活塞空压机、螺杆空压机、旋涡空压机、离心空压机等流量小、非常昂贵的空压机设备。

本发明的辅助推力还可以替换为高压水或蒸汽。本发明的辅助推力还可以拓展到自然界的风能、水能、工业上产生的高压废气、高压废水等，进一步节约能源、优化发电效率。

3、本发明采用电磁感应加热增加压缩空气的压力。

为了防止旋涡气泵力选型较低时，造成压缩空气储罐的压强空气压力变小，本发明在压缩空气储罐和支风管之间可设置电磁感应加热器，可利用电磁感应间接加热管道内的压缩空气，使管道内的气体迅速升温，发生急速膨胀，从而压缩空气的压力增大。

4、本发明发电机发电量及电压是稳定的。

由于陀螺左右摆动运动的结构特别，从而实现了简谐运动，其摆动幅度也控制在36°内，也就是说陀螺做简谐运动，所产生的势能是非常稳定的，没有较大的波动，而后续转化成机械动能也自然是稳定的，其动能也不会有较大的波动，而发电机的工作性能也是稳定的，因此，发电机发出的电流及电压也必然是稳定的，发电的电量、电压不会有大的波动，是稳定的，非常有利于用电单位生产等应用。

附图说明

图1为实施例1中不包括供风系统的装置的主视示意图；

图2为实施例1中不包括供风系统的装置的俯视示意图；

图3实施例1中陀螺的侧视示意图；

图4为实施例1中装置的主视示意图；

图5为陀螺向左摆动的主视示意图；

图6为陀螺向右摆动的主视示意图；

图7为陀螺再次摆入中间的示意图；

图中：1、壳体；2、陀螺；2-1、陀螺N极永磁强磁块；2-2、陀螺S极永磁强磁块；2-3、U型风槽；3、固定永磁强磁块；4、风束喷嘴；5、陀螺支撑轴；6、弹性限位器；7、旋涡气泵；8、压缩空气储罐；8-1、进风口；8-2、出风口；8-3、排污阀；8-4、放散阀；9、半圆形驱动齿轮；9-1、齿圈；10、齿条总成；10-1、条形齿；10-2、齿条卡叉；10-3、卡叉固定销；10-4、往复运动轮；11、吊挂机构；12、主驱动齿轮；13、偏心固定轴；14、摇臂杆；15、从动齿轮；16、皮带轮；17、三角皮带；18、发电机三角皮带轮；19、发电机；20、配重飞轮；21、支风管；22、电磁阀；23、电磁感应加热器；24、空气脱水净化装置；25、供风总管；26、压力表；27、单向阀；28、陀螺固定销。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种简谐势能稳压发电装置，包括铁板制成的壳体1、陀螺2、传动系统和发电机19。

所述的壳体1内固设陀螺支撑轴5，所述的陀螺2通过位于其上端的陀螺支撑轴12悬挂于壳体1内，并可往复摆动；所述的陀螺2沿摆动方向的两侧分别设置陀螺N极永磁强磁块2-1和陀螺S极永磁强磁块2-2。

在壳体1内，相对于陀螺N极永磁强磁块2-1和陀螺S极永磁强磁块2-2 均设置固定永磁强磁块3，陀螺N极永磁强磁块2-1、陀螺S极永磁强磁块2-2 均与其对应的固定永磁强磁块3同磁极相向设置；所述的固定永磁强磁块3上均设置多个出风端朝向陀螺2的风束喷嘴4，所述的风束喷嘴4的入风端与壳体外部连通。

所述的陀螺2两侧均相对于风束喷嘴4开设U型风槽2-3。

每个固定永磁强磁块3的下部均设置一个弹性限位器6，以防止陀螺1左右摆动幅度过大，碰坏两侧4块的磁铁体。

所述的传动系统包括固定于陀螺2的半圆形驱动齿轮9，所述的半圆形驱动齿轮9位于陀螺2的上部；所述的陀螺2通过陀螺支撑轴5与半圆形驱动齿轮9连接，并通过陀螺固定销28进行紧密固定，形成一个紧密连接的主体，使半圆形驱动齿轮9和陀螺2可同步摆动，并利于后期维修、拆卸及更换部件。

所述的陀螺2呈流线型，左右摆动时可尽量减少其在空气运动中的阻力，确保尽可能增大半圆形驱动齿轮9的扭矩力。

所述的传动系统包括齿条总成10，所述的齿条总成10的下端固设与半圆形驱动齿轮9的齿圈9-1啮合的条形齿10-1，所述的齿条总成10通过固定于壳体1内顶壁的吊挂机构11连接于壳体1，并可相对于吊挂机构11沿陀螺2的摆动方向往复直线运动；所述的齿条总成10的一侧设置一对齿条卡叉10-2；

所述的吊挂机构11为两组，均沿齿条总成10的运动方向开设适配齿条总成10的通道，齿条总成10上设置相应于所述通道的往复运动轮10-4，往复运动轮10-4在通道内运动，可使齿条总成10相对于吊挂机构11沿陀螺2的摆动方向往复直线运动；

所述的传动系统还包括主驱动齿轮12，所述的主驱动齿轮12绕固定的中心轴旋转；所述的主驱动齿轮12上设置偏心固定轴13；所述的齿条卡叉10-2 通过设置于其端部的卡叉固定销10-3与摇臂杆14转动连接；所述的摇臂杆14 的端部通过偏心固定轴13与主驱动齿轮12转动连接；

所述的主驱动齿轮12与从动齿轮15啮合，所述的从动齿轮15上固设与其同轴的皮带轮16，所述的皮带轮16通过三角皮带17驱动发电机三角皮带轮18，所述的发电机三角皮带轮18固定于发电机19输入轴；

为了增强主驱动齿轮12运行稳定性，也为了使主驱动齿轮12上偏心固定轴13能顺利的做圆周运动，在主驱动齿轮12外侧，装有一个同心的配重飞轮20。

上述装置还包括供风系统，所述的供风系统包括旋涡气泵7，所述的旋涡气泵7通过管路连接压缩空气储罐8的进风口8-1；旋涡气泵7和压缩空气储罐8之间设置空气脱水净化装置24；所述的风束喷嘴4的进风端连接支风管21，所述的支风管21与压缩空气储罐8的出风口8-2通过供风总管25连接；所述的过供风总管25的末端设置电磁感应加热器23；所述的支风管21设置电磁阀 22。

压缩空气储罐8、供风总管25及支风管21上均设有压力表26，压缩空气储罐8上还设有排污阀8-3和放散阀8-4。

旋涡气泵7与空气脱水净化装置24之间设置单向阀27，压缩空气储罐8 与电磁感应加热器23之间的供风总管25上设置单向阀27。

使用上述装置时，陀螺2往复摆动陀螺的摆动摆幅一般控制在36°，当陀螺2向N极一侧摆动到最大幅度时，也就是最大18°时，陀螺N极永磁强磁块2-1靠近固定永磁强磁块3的N极，两个N极在强磁磁场的磁力作用下，做同极相斥运动，陀螺2只能向另一侧再摆动；同样，当陀螺2向S极一侧摆动到最大幅度时，陀螺S极永磁强磁块2-2靠近固定永磁强磁块3的S极，两个S 极在强磁磁场磁力的作用下，也做同极相斥运动，陀螺2只能向N极一侧再摆动；

同时，当陀螺2向N极一侧摆动到最高位置，也就是说左摆动幅度达到最大18°时，即将再次下落的一瞬间，将压缩空气通过风束喷嘴喷吹到陀螺2上，喷吹时间为0.5～2秒钟后再关闭，又给陀螺2向S极一侧摆动了提供了一个微小辅助推力；反之，当陀螺2向S极一侧摆动到最高位置，也就是说右摆动幅度达到最大18°时，即将再次下落的一瞬间，将压缩空气通过风束喷嘴喷吹到陀螺2上，压缩空气的喷吹时间为0.5～2秒钟后再关闭，也又给陀螺2向左摆动了提供了一个微小辅助推力。

供气系统为风束喷嘴4供气。电磁感应加热器23采用电磁感应间接加热供风总管25内的压缩空气，使气体迅速升温，发生急速膨胀，从而，压缩空气的压力增大。

如此，周而复始，往复运动，使陀螺2左右摆动运动，本来做的是阻尼震动，在强磁磁场的磁力作用下和多束压缩空气吹动下，陀螺2左右摆动运动的阻尼震动，被转变成简谐运动，当陀螺2的重量及杠杆长度足够时，所产生的势能，要远大于后续齿轮及发电机19等合计的驱动力时，陀螺就会做简谐运动，周而复始，永不停止了。

陀螺2左右摆动运动的阻尼震动，被转变成简谐运动时，所产生的势能，传递给陀螺成为一体的半圆形驱动齿轮9，再通过半圆驱动齿轮9的齿圈9-1 与啮合的条形齿10-1驱动齿条总成10，周而复始的做前后往复运动，从而势能被转化成往复的动能。驱动齿条总成前端的齿条卡叉和卡叉固定销，带动摇臂杆14和偏心固定轴13，驱动主驱动齿轮12不停的做周而复始的圆周运动。具体地，如图5所示，当陀螺2摆动到左侧时，也同时驱动着半圆形驱动齿轮 9向右侧摆动最大18°，半圆驱动齿轮9的齿圈也向右运动最大18°的弦线距离，驱动齿条总成10前端的齿条卡叉10-2连接的摇臂杆14，驱动着偏心固定轴13由D点转动到A点。如图1所示，当陀螺2再次摆动回中间位置，半圆形驱动齿轮9及驱动齿条总成10也回归到中间位置，驱动着偏心固定轴13由 A点转动到B点。如图6所示，当陀螺2摆动到右侧时，驱动着偏心固定轴由 B点，转动到C点。如图7所示，当陀螺2再次摆动回中间位置，驱动着偏心固定轴13由C点转动到D点。

驱动齿条总成10前端的齿条卡叉10-2和卡叉固定销10-3，带动摇臂杆14 和偏心固定轴13，驱动主驱动齿轮12不停的由A、B、C、D点的圆圈顺行，不停的周而复始做圆周运动，陀螺2做的简谐运动所产生的势能，彻底的转变成朝同一个方向运动的机械动能。

实施例2

一种简谐势能稳压发电装置，与实施例1的区别在于，将风束喷嘴4替换为高压水喷嘴；同时，将供气系统替换为高压水泵。

实施例3

一种简谐势能稳压发电装置，与实施例1的区别在于，将风束喷嘴4替换为饱和蒸汽喷嘴；同时，将供气系统替换为饱和蒸汽运行系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。