本發(fā)明涉及資源與環(huán)境
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種重力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
：目前，我國日常生活中使用的電能依然采用石化燃料(煤、油、天然氣)為主要的發(fā)電形式，尤其以煤炭占據(jù)主導(dǎo)地位，但煤炭是不潔凈能源，嚴(yán)重地污染了環(huán)境，其對(duì)一次性PM2.5產(chǎn)生的貢獻(xiàn)率達(dá)63％，二次性達(dá)到了61％，這也是造成霧霾天氣的主要根源。隨著石化燃料的日漸枯竭和人類環(huán)保意識(shí)的提高，已開始漸漸地使用太陽能、風(fēng)能、海洋能等清潔能源來發(fā)電。然而，太陽能發(fā)電會(huì)受到天氣陰晴的影響，風(fēng)力發(fā)電會(huì)受到風(fēng)力大小影響，海洋能須考慮有無潮汐。而地球引力(又稱為重力)不需要開采運(yùn)輸加工，也無排放污染的后顧之憂，是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源，如果能夠利用地球引力作為機(jī)械動(dòng)力能源來發(fā)電，必將會(huì)對(duì)人類生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的重大影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種重力發(fā)電裝置，其能夠?qū)⒅亓C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能來發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種重力發(fā)電裝置，所述重力發(fā)電裝置包括：轉(zhuǎn)盤，其包括平行于地面而設(shè)置的轉(zhuǎn)軸、繞所述轉(zhuǎn)軸的外圓周面均布的多條滾道以及用于固定多條所述滾道的固定外圈，每條所述滾道的內(nèi)部容納一個(gè)滾子，當(dāng)所述轉(zhuǎn)盤位于平衡點(diǎn)時(shí)，所述滾子在所述滾道的起始端處獲得重力勢能，并在自身重力的作用下在所述滾道的內(nèi)部來回運(yùn)動(dòng)，使得所述轉(zhuǎn)盤右側(cè)的動(dòng)力矩大于左側(cè)的阻力矩，從而帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)盤沿順時(shí)針方向周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)裝置，其一端與所述轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸連接，另一端輸出所述轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)的輸入軸與所述傳動(dòng)裝置的另一端連接，并將所述轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤的力矩變化周期為360°/n，其中，n為所述滾道的數(shù)目，所述轉(zhuǎn)盤在每個(gè)所述力矩變化周期內(nèi)存在一個(gè)平衡點(diǎn)。優(yōu)選地，所述滾道的起始端設(shè)置于靠近所述轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，其縱截面設(shè)置為一段凸圓弧或者一段斜直線。優(yōu)選地，所述滾子設(shè)置為球形結(jié)構(gòu)或者圓柱形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述滾道的內(nèi)部與所述滾子接觸的部分兩側(cè)分別設(shè)置有多個(gè)滾珠。一些實(shí)施例中，所述重力發(fā)電裝置還包括變向桿，其位于所述轉(zhuǎn)盤的左下方，所述變向桿的一端固定于地面且沿水平方向位置可調(diào)，另一端延伸至經(jīng)過所述轉(zhuǎn)盤的圓心的水平線，所述滾道在其厚度方向的中部還設(shè)置有一段通槽，當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至左下方時(shí)所述變向桿插入所述通槽內(nèi)并與所述滾子接觸。優(yōu)選地，所述變向桿與所述滾子的接觸表面設(shè)置有多個(gè)滾針。一些實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)所述轉(zhuǎn)盤相互疊加繞所述轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，相鄰兩個(gè)所述轉(zhuǎn)盤之間具有相位差，所述相位差設(shè)置為360°/(nxm)，其中，n為所述滾道的數(shù)目，m為所述轉(zhuǎn)盤的數(shù)目。優(yōu)選地，相鄰兩個(gè)所述轉(zhuǎn)盤之間采用橫截面為十字型的十字型外圈固定連接。優(yōu)選地，所述固定外圈和所述十字型外圈分別一體成型，或者分別由多段圓弧組成。優(yōu)選地，所述滾道、所述固定外圈和所述十字型外圈分別采用鋁合金、鈦合金或者碳纖維中的任一種材料制成。優(yōu)選地，所述滾子采用不銹鋼材料制成。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤還包括固定軸，其布置為與所述轉(zhuǎn)軸同軸，且所述固定軸與所述轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有多個(gè)滾柱軸承，所述固定軸通過支架與地面固定。優(yōu)選地，所述傳動(dòng)裝置為輸送帶及帶輪、鏈條及鏈輪或者齒輪傳動(dòng)中的任意一種。優(yōu)選地，所述重力發(fā)電裝置還包括制動(dòng)系統(tǒng)，且所述制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)選為碟式制動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明的重力發(fā)電裝置利用滾子的重力帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能來發(fā)電，且不受天氣變化的影響，也不會(huì)像燃燒煤炭、石油一樣污染環(huán)境，具有廣闊的發(fā)展前景，有望成為世界新能源的主力軍。附圖說明通過參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。其中顯示：圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A示出了圖1中重力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)盤處于平衡點(diǎn)時(shí)各個(gè)滾子在滾道內(nèi)的位置；圖2B示出了圖2A中轉(zhuǎn)盤的滾道的縱截面；圖2C、2D分別為具有不同的滾道縱截面的轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3B示出了圖3A中的轉(zhuǎn)盤組的十字型外圈的結(jié)構(gòu)；圖4A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例三的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4B示出了圖4A中的轉(zhuǎn)盤的滾道的立體視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例四的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。應(yīng)當(dāng)理解，附圖并非按比例繪制，其為呈現(xiàn)了說明本發(fā)明的基本原理的各種示例性特征的略微簡化的畫法。此處所公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征(包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀)將部分地由具體所要應(yīng)用和使用的環(huán)境來確定。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本申請作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明，而非對(duì)該發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與發(fā)明相關(guān)的部分。實(shí)施例一圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，重力發(fā)電裝置100包括轉(zhuǎn)盤10、傳動(dòng)裝置20和發(fā)電機(jī)30。轉(zhuǎn)盤10包括平行于地面而設(shè)置的轉(zhuǎn)軸(圖中未示出)、繞轉(zhuǎn)軸的外圓周面均布的多條滾道12以及用于固定多條滾道12的固定外圈14，每條滾道12的內(nèi)部容納一個(gè)滾子13。滾子13可以為球形結(jié)構(gòu)，也可以為圓柱形結(jié)構(gòu)，其可以采用不銹鋼材料制成。固定外圈14可以一體成型，也可以由多段圓弧組成，以便于加工與組裝。滾道12和固定外圈14分別可以采用鋁合金、鈦合金或者碳纖維中的任一種材料制成。另外，轉(zhuǎn)盤10還包括固定軸15，其布置為與轉(zhuǎn)軸同軸，且固定軸15與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有多個(gè)滾柱軸承16，固定軸15通過支架(圖中未示出)與地面固定。如圖1所示，將轉(zhuǎn)盤10分成n等分，每等分處設(shè)置一條滾道12和在滾道12內(nèi)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)滾子13。轉(zhuǎn)盤10在0°至90°區(qū)間和270°至360°區(qū)間內(nèi)的各滾子13的重力對(duì)轉(zhuǎn)盤10產(chǎn)生的力矩之和為動(dòng)力矩，90°至270°區(qū)間內(nèi)各滾子13的重力對(duì)轉(zhuǎn)盤10產(chǎn)生的力矩之和為阻力矩，二者的合力矩決定了轉(zhuǎn)盤的狀態(tài)。轉(zhuǎn)盤10的力矩變化周期為360°/n，轉(zhuǎn)盤10在每個(gè)力矩變化周期內(nèi)均存在一個(gè)平衡點(diǎn)。本實(shí)施例優(yōu)選以n＝12為例，共有12條滾道和12個(gè)滾子。滾道12的起始端設(shè)置于靠近轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，其縱截面設(shè)置為一段凸圓弧或者一段斜直線。當(dāng)轉(zhuǎn)盤10位于某個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)，滾子13在滾道12的起始端處獲得重力勢能，并在自身重力的作用下在滾道12的內(nèi)部來回運(yùn)動(dòng)，使得轉(zhuǎn)盤10右側(cè)的動(dòng)力矩大于左側(cè)的阻力矩，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤10沿順時(shí)針方向周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)裝置20的一端與轉(zhuǎn)盤10的轉(zhuǎn)軸連接，另一端輸出轉(zhuǎn)盤10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)裝置20可以為輸送帶及帶輪、鏈條及鏈輪或者齒輪傳動(dòng)中的任意一種，以輸送帶及帶輪為例，帶輪分為主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪，主動(dòng)帶輪與轉(zhuǎn)盤10的轉(zhuǎn)軸連接，通過輸送帶將主動(dòng)帶輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到從動(dòng)帶輪。為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，主動(dòng)帶輪的直徑大于從動(dòng)帶輪的直徑。輸送帶可以優(yōu)選為同步帶，帶輪可以為同步帶輪，通過同步帶的齒與同步帶輪的齒槽相嚙合來傳遞動(dòng)力。發(fā)電機(jī)30的輸入軸與傳動(dòng)裝置20的另一端連接，例如與從動(dòng)帶輪連接，并將轉(zhuǎn)盤10的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)的形式很多，此處不做限制，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。下面結(jié)合圖2A、2B詳細(xì)描述轉(zhuǎn)盤10的工作原理。圖2A示出了圖1中重力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)盤處于平衡點(diǎn)時(shí)各個(gè)滾子在滾道內(nèi)的位置。如前所述，滾道12的起始端設(shè)置于靠近轉(zhuǎn)軸11的一側(cè)，其縱截面設(shè)置為一段凸圓弧或者一段斜直線。以滾道12的起始端的縱截面設(shè)置為一段凸圓弧a為例，如圖2A所示，假設(shè)轉(zhuǎn)盤10旋轉(zhuǎn)至-8.5°(以順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正)時(shí)，第1號(hào)滾子所在的滾道的一段直線段b與水平位置的夾角為8.5°，即轉(zhuǎn)盤10位于一個(gè)平衡點(diǎn)，此時(shí)第1號(hào)滾子恰好位于滾道12的起始端的一段凸圓弧a的初始位置，并在此處獲得重力勢能，在自身重力的作用下第1號(hào)滾子將沿著滾道的凸圓弧a的切線方向向下滾動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤10旋轉(zhuǎn)到0°時(shí)，第1號(hào)滾子將滑過直線段b而運(yùn)動(dòng)到滾道的末端，并獲得動(dòng)能，此時(shí)力臂最大，第1號(hào)滾子產(chǎn)生的動(dòng)力矩也將最大，第7號(hào)滾子位于內(nèi)圓弧側(cè)與外圓弧側(cè)之間某一個(gè)位置，與第5、6號(hào)滾子一起產(chǎn)生主要的阻力矩。轉(zhuǎn)盤10旋轉(zhuǎn)一周過程中第1號(hào)滾子在滾道內(nèi)的其它位置如圖2A中第2號(hào)至第12號(hào)滾子當(dāng)前所在的位置一致。也就是說，每個(gè)滾子13在轉(zhuǎn)盤10旋轉(zhuǎn)至-8.5°的位置時(shí)都將獲得勢能重力勢能，并在轉(zhuǎn)盤10到達(dá)0°時(shí)獲得最大的動(dòng)能，此時(shí)動(dòng)力矩最大。由于每個(gè)滾道12相隔30°，因此，轉(zhuǎn)盤10的力矩變化周期為30°。應(yīng)當(dāng)說明的是，本實(shí)施例以圖2A所示的滾道12和滾子13為例可以得知-8.5°的位置為轉(zhuǎn)盤10的平衡點(diǎn)，但并不限于該角度值，如果滾道12和滾子13設(shè)計(jì)為其它的尺寸，該平衡點(diǎn)的角度值有可能略有不同，但對(duì)這種方案的轉(zhuǎn)盤10來說，總會(huì)在一個(gè)力矩變化周期內(nèi)存在一個(gè)平衡點(diǎn)使得某個(gè)滾子13在此處獲得重力勢能并在重力的作用下開始向下滾動(dòng)。圖2B示出了圖2A中的轉(zhuǎn)盤的滾道的縱截面。如前所述，以滾道12的起始端的縱截面設(shè)置為一段凸圓弧a為例，滾道12的縱截面由一段凸圓弧a、一段直線段b、一段外圓弧L2、一段小于60°的長圓弧c和一段內(nèi)圓弧L1封閉而成。其中，內(nèi)圓弧L1設(shè)置為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸11的一段圓弧，其角度等于360°/n，n為滾道的數(shù)目，本實(shí)施例中內(nèi)圓弧L1即為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸11的一段30°的圓弧。外圓弧L2設(shè)置為對(duì)應(yīng)于L型外圈固定外圈14的一段圓弧，直線段b則為轉(zhuǎn)盤10的12等分線的一部分。凸圓弧a和長圓弧c的獲得方法如下：以圖2A中轉(zhuǎn)盤圓心為圓心，以直線段b所在的過圓心的等分線作為基準(zhǔn)，畫一條沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)30°的直線，該直線與轉(zhuǎn)軸11的外圓周相交于一點(diǎn)，以該點(diǎn)為基點(diǎn)沿逆時(shí)針方向在轉(zhuǎn)軸11的等分外圓弧的1/3處獲得點(diǎn)P1，然后以轉(zhuǎn)盤的半徑為半徑，畫一條經(jīng)過P1點(diǎn)的小于60°的長圓弧c，且長圓弧c與固定外圈14的交點(diǎn)為P2，P2到水平線的距離以能夠容納滾子13為宜，將長圓弧c繞轉(zhuǎn)盤圓心O順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°后與直線段b相交的圓弧部分作為凸圓弧a，這樣便得到了滾道12的縱截面上的凸圓弧a和長圓弧c。隨著轉(zhuǎn)盤10的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，滾子13將在滾道12的封閉空間內(nèi)沿逆時(shí)針方向來回運(yùn)動(dòng)。為了進(jìn)一步減小滾子13運(yùn)動(dòng)過程中與滾道12的摩擦，可以在滾道12的內(nèi)部凸圓弧a、直線段b和長圓弧c與滾子13接觸的部分兩側(cè)分別設(shè)置有多個(gè)滾珠120，如圖2B所示。作為一種可選的實(shí)施方式，滾道12的起始端的縱截面還可以設(shè)置為一段斜直線。圖2C、2D分別為具有不同的滾道縱截面的轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2C所示，轉(zhuǎn)盤10a的滾道12a的縱截面可以由一段斜直線a’、一段直線段b’、一段外圓弧L2、一段直線與圓弧組成的復(fù)合段c’封閉而成。此時(shí)第6、7、8號(hào)滾子均處于滾道的介于內(nèi)圓弧側(cè)與外圓弧側(cè)之間的某一個(gè)位置，與5號(hào)滾子一起產(chǎn)生主要的負(fù)力矩。如圖2D所示，轉(zhuǎn)盤10b的滾道12b的縱截面還可以由一段斜直線a”、一段直線段b”、一段外圓弧L2、兩段直線組成的復(fù)合段c”封閉而成。此時(shí)第6號(hào)滾子位于滾道的外圓弧側(cè)，第7號(hào)滾子處于滾道的介于內(nèi)圓弧側(cè)與外圓弧側(cè)之間某一個(gè)位置，與5號(hào)滾子一起產(chǎn)生主要的負(fù)力矩。凸圓弧能保證滾子在最佳時(shí)間點(diǎn)抵達(dá)滾道的最大力臂的位置，而斜直線有可能使?jié)L子在滾道的某個(gè)平衡位置處長時(shí)間停留而錯(cuò)過最佳力臂的位置。盡管如此，轉(zhuǎn)盤的滾道不限于圖示幾種結(jié)構(gòu)形式，只要滿足轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)到某一個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)，其中某一個(gè)滾子將獲得重力勢能并在重力的作用下有開始向下滾動(dòng)的趨勢均可。下面結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)描述一下轉(zhuǎn)盤10的在一個(gè)力矩變化周期內(nèi)的合力矩和輸出功率。以圖2A所示的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)為例，假設(shè)轉(zhuǎn)盤10的直徑為8.5m(中型重力發(fā)電裝置)，轉(zhuǎn)軸11的外徑為1.5m，滾柱軸承16的直徑為1.35m，滾子13為圓柱型結(jié)構(gòu)，直徑為0.4m，高度為0.4m，采用不銹鋼材料，重量約為400kg。力臂長度L＝滾子13在滾道12內(nèi)的作用點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸11的外圓周的距離與轉(zhuǎn)軸11的壁厚、滾柱軸承16的外圈厚度之和。作用力角度α＝滾子13在滾道12內(nèi)的作用點(diǎn)在轉(zhuǎn)盤10上的圓心角。單個(gè)滾子的重力產(chǎn)生的力矩(N.m)為：T(Rol)＝G×L×cos(α)＝m×g×L×cosα(1)轉(zhuǎn)盤合力矩(N.m)為：滾柱軸承摩擦引起的功率損失。滾柱軸承16的摩擦力矩為：Mf＝μxGxd/2(3)其中，μ為摩擦系數(shù)，G為滾柱軸承負(fù)荷，即滾道和所有滾子的重力，d為滾柱軸承公稱直徑。摩擦系數(shù)μ受軸承型式、軸承負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、潤滑方式等的影響較大，一般條件下穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸承摩擦系數(shù)取值為0.008～0.0012，本實(shí)施例中取中間值0.001計(jì)算。忽略傳動(dòng)裝置20在傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)30的過程中的摩擦力矩，轉(zhuǎn)盤有效輸出力矩為：M＝Ts-Mf(4)轉(zhuǎn)盤功率(W)為：Ps＝Mx2πxn/60(5)其中，n為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，按保守值估計(jì)n＝10r/min來計(jì)算。表1如表1所示，在0～30°的一個(gè)力矩變化周期內(nèi)，轉(zhuǎn)盤內(nèi)各個(gè)滾子的合力矩在多數(shù)時(shí)間內(nèi)處于正力矩狀態(tài)，只是某一個(gè)滾子在平衡點(diǎn)21.5°(或者上一個(gè)滾子的平衡點(diǎn)-8.5°)處的合力矩為負(fù)力矩-382N.m，但即使最差時(shí)的阻力矩和也遠(yuǎn)小于正力矩和，并且由于慣性，轉(zhuǎn)盤會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)至30°時(shí)合力矩又達(dá)到最大值6369N.m，開始了另一個(gè)周期的變化。實(shí)施例二從上述表1中可以看出，轉(zhuǎn)盤在平衡點(diǎn)(21.5°)的負(fù)力矩會(huì)造成輸出力矩有振蕩，動(dòng)能不穩(wěn)定，導(dǎo)致滾柱軸承16受力不均勻，容易發(fā)生疲勞破壞，因此有必要在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。圖3A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中的重力發(fā)電裝置100A與實(shí)施例一中的重力發(fā)電裝置100結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于，采用兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)盤10相互疊加組成轉(zhuǎn)盤組10A繞轉(zhuǎn)軸11同步旋轉(zhuǎn)，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10之間具有相位差，該相位差設(shè)置為360°/(nxm),其中，n為滾道12的數(shù)目，m為轉(zhuǎn)盤10的數(shù)目，m可以取為2，3，6，或者其它數(shù)目，此處不作限定。圖3B示出了圖3A中的轉(zhuǎn)盤組的十字型外圈的結(jié)構(gòu)。相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10之間通過橫截面為十字型的十字型外圈17固定連接為一個(gè)整體，十字型外圈17可以一體成型，也可以由多段圓弧組成。十字型外圈17可以采用鋁合金、鈦合金或者碳纖維中的任一種材料制成。十字型外圈17的最外側(cè)面上還可以設(shè)置有多個(gè)通孔171，以便于通過該孔組裝和拆卸轉(zhuǎn)盤10。本實(shí)施例中的重力發(fā)電裝置100A采用兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)盤10相互疊加組成轉(zhuǎn)盤組10A所產(chǎn)生的合力矩將始終為正，消除了在平衡點(diǎn)處的負(fù)力矩的不良影響。單個(gè)轉(zhuǎn)盤10的合力矩Ts如式(2)所示，轉(zhuǎn)盤組10A的合力矩Tm為：仍然以實(shí)施例一的中型重力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)盤10的各個(gè)尺寸參數(shù)為例，結(jié)合表2～表4中的數(shù)據(jù)描述一下不同數(shù)目的轉(zhuǎn)盤組在一個(gè)周期內(nèi)的合力矩值。表2中的力矩合計(jì)值采用2個(gè)轉(zhuǎn)盤10組成的轉(zhuǎn)盤組進(jìn)行計(jì)算，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10之間的相位差設(shè)置為15°。表3中的力矩合計(jì)值采用3個(gè)轉(zhuǎn)盤10組成的轉(zhuǎn)盤組進(jìn)行計(jì)算，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10之間的相位差設(shè)置為10°。表4中的力矩合計(jì)值采用6個(gè)轉(zhuǎn)盤10組成的轉(zhuǎn)盤組計(jì)算，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10之間的相位差設(shè)置為5°。從表2～表4中的力矩合計(jì)值可以得知，轉(zhuǎn)盤10的數(shù)量越多，輸出的合力矩的振蕩越小，動(dòng)能越穩(wěn)定，例如，6個(gè)轉(zhuǎn)盤10組成的轉(zhuǎn)盤組在0～30°的周期內(nèi)的合力矩幾乎一致，均為19520N.m，只是在平衡點(diǎn)處略小一些，振蕩量約占合力矩的9.2％。但是轉(zhuǎn)盤10組合使用后，在平衡點(diǎn)(21.5°)處的輸出力矩均為正力矩，例如，2個(gè)轉(zhuǎn)盤、3個(gè)轉(zhuǎn)盤和6個(gè)轉(zhuǎn)盤組成的轉(zhuǎn)盤組在平衡點(diǎn)(21.5°)處的合力矩分別為3763N.m，7951N.m和17725N.m，比表1中單個(gè)轉(zhuǎn)盤在此平衡點(diǎn)的負(fù)力矩(-382N.m)提高了很多。表22個(gè)轉(zhuǎn)盤組合各轉(zhuǎn)盤位置TS1TS2組力矩合計(jì)N.m0°合力矩0°+15°6,3691,4617,8305°合力矩5°+20°5,1837945,97710°合力矩10°+25°3,1332,5815,71315°合力矩15°+30°1,4616,3697,83020°合力矩20°+35°7945,1835,97725°合力矩25°+40°2,5813,1335,71321.5°合力矩21.5°+36.5°-3824,1453,763表33個(gè)轉(zhuǎn)盤組合各轉(zhuǎn)盤位置TS1TS2TS3轉(zhuǎn)盤組力矩合計(jì)N.m0°合力矩0°/10°/20°6,3693,13379410,2955°合力矩5°/15°/25°5,1831,4612,5819,22510°合力矩10°/20°/30°3,1337946,36910,29515°合力矩15°/25°/35°1,4612,5815,1839,22520°合力矩20°/30°/40°7946,3693,13310,29525°合力矩25°/35°/45°2,5815,1831,4619,22521.5°合力矩21.5°/1.5°/11.5°-3825,5892,7447,951表46個(gè)轉(zhuǎn)盤組合各轉(zhuǎn)盤位置TS1TS2TS3TS4TS5TS6轉(zhuǎn)盤組力矩合計(jì)N.m0°合力矩0°5°10°15°20°25°6,3695,1833,1331,4617942,58119,5205°合力矩5°10°15°20°25°0°5,1833,1331,4617942,5816,36919,52010°合力矩10°15°20°25°0°5°3,1331,4617942,5816,3695,18319,52015°合力矩15°20°25°0°5°10°1,4617942,5816,3695,1833,13319,52020°合力矩20°25°0°5°10°15°7942,5816,3695,1833,1331,46119,52025°合力矩25°0°5°10°15°20°2,5816,3695,1833,1331,46179419,52021.5°合力矩21.5°26.5°1.5°6.5°11.5°16.5°5,5894,1452,744905-3824,72317,725重力發(fā)電裝置100A采用6個(gè)轉(zhuǎn)盤10組合時(shí)的平均合力矩約為18622N.m，滾柱軸承16的摩擦力矩約為381N.m，約占轉(zhuǎn)盤平均合力矩的2％，可以忽略不計(jì)。轉(zhuǎn)盤輸出功率約為19.5kW，年發(fā)電量約為615GWh。實(shí)施例三由于前述實(shí)施例中單個(gè)轉(zhuǎn)盤10的滾子13在運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)盤10的左下方90°至180°的區(qū)域內(nèi)時(shí)，總是不可避免地產(chǎn)生負(fù)力矩，即使多個(gè)轉(zhuǎn)盤10組合使用后的正力矩始終大于負(fù)力矩，克服了負(fù)力矩的不良影響，但在平衡點(diǎn)處還是會(huì)略有振蕩。因此本實(shí)施例中的重力發(fā)電裝置在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改進(jìn)。圖4A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例三的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4B示出了圖4A中的轉(zhuǎn)盤的滾道的立體視圖。本實(shí)施例中的重力發(fā)電裝置200與實(shí)施例一中的重力發(fā)電裝置100結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于，在轉(zhuǎn)盤10’的左下方設(shè)置有變向桿18，如圖4A所示，變向桿18的一端固定于地面且沿水平方向位置可調(diào)，另一端延伸至經(jīng)過轉(zhuǎn)盤圓心的水平線。變向桿18的縱截面可以設(shè)置為圓弧，也可以為直線，或者直線與弧線組合，還可以為非圓弧的曲線，此處不做限制。本實(shí)施例中的變向桿18的縱截面為圓弧，直徑設(shè)置為與轉(zhuǎn)盤10’的外徑相同。如圖4B所示，滾道12’在其厚度方向的中部還設(shè)置有一段通槽H，當(dāng)轉(zhuǎn)盤10’旋轉(zhuǎn)至左下方時(shí)變向桿18插入通槽H內(nèi)并與滾子13接觸，滾子13優(yōu)選為圓柱形結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步減小滾子13運(yùn)動(dòng)過程中與變向桿18的摩擦，可以在變向桿18與滾子13的接觸表面設(shè)置有多個(gè)滾針。這樣，當(dāng)單個(gè)轉(zhuǎn)盤10’運(yùn)動(dòng)至90°時(shí)，滾子13剛好位于滾道12’的末端，轉(zhuǎn)盤繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至180°區(qū)域的過程中，滾子13將沿著變向桿18的圓弧切線方向運(yùn)動(dòng)，使得第5、6、7號(hào)滾子的重力作用力臂減小，因此阻力矩也將會(huì)減小。仍然以實(shí)施例一的中型重力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)盤的各個(gè)尺寸參數(shù)為例，采用具有通槽H的滾道結(jié)構(gòu)和變向桿，結(jié)合表5中的數(shù)據(jù)描述一下在一個(gè)力矩變化周期內(nèi)的輸出力矩和功率大小。從表5中可以看出，與表1中的數(shù)值相比，重力發(fā)電裝置200的轉(zhuǎn)盤10’在某一個(gè)位置時(shí)的合力矩Ts的最大值由原來的6369N.m變?yōu)楝F(xiàn)在的21261N.m，增加了約3.4倍。在平衡點(diǎn)21.5°處的合力矩值也由原來的負(fù)力矩-382N.m變?yōu)楝F(xiàn)在的正力矩14628N.m，比實(shí)施例一中重力發(fā)電裝置100的轉(zhuǎn)盤方案減少了負(fù)力矩，從而使合力矩大幅增加。表5實(shí)施例四實(shí)施例三中的兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)盤10’也可以相互疊加組成轉(zhuǎn)盤組10’A繞轉(zhuǎn)軸11同步旋轉(zhuǎn)，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10’之間通過橫截面為十字型的十字型外圈17固定連接。圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例四的重力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例中的重力發(fā)電裝置200A與實(shí)施例二中的重力發(fā)電裝置100A結(jié)構(gòu)類似，由多個(gè)轉(zhuǎn)盤10’組成轉(zhuǎn)盤組10’A，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)盤10’之間通過橫截面為十字型的十字型外圈17固定連接為一個(gè)整體。不同之處在于，每個(gè)轉(zhuǎn)盤10’還包括變向桿18，其一端與地面固定，另一端延伸至經(jīng)過轉(zhuǎn)盤圓心的水平線。滾道12’在其厚度方向的中部設(shè)置有一段通槽H，當(dāng)單個(gè)轉(zhuǎn)盤10’旋轉(zhuǎn)至左下方時(shí)變向桿18插入通槽H內(nèi)并與滾子13接觸。由于單個(gè)轉(zhuǎn)盤10’在平衡點(diǎn)21.5°處的合力矩值已變?yōu)檎?，那么轉(zhuǎn)盤組10’A在運(yùn)動(dòng)至平衡點(diǎn)處產(chǎn)生的合力矩的振蕩也將進(jìn)一步地減小。以實(shí)施例三的中型重力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)盤10’的各個(gè)尺寸參數(shù)為例，結(jié)合表6中的數(shù)據(jù)描述6個(gè)轉(zhuǎn)盤10’組成的轉(zhuǎn)盤組10’A的合力矩?cái)?shù)值表。表66個(gè)轉(zhuǎn)盤組合各轉(zhuǎn)盤位置TS1TS2TS3TS4TS5TS6轉(zhuǎn)盤組力矩合計(jì)N.m0°合力矩0°5°10°15°20°25°21,26120,32418,25915,69614,73918,527108,8075°合力矩5°10°15°20°25°0°20,32418,25915,69614,73918,52721,261108,80710°合力矩10°15°20°25°0°5°18,25915,69614,73918,52721,26120,324108,30715°合力矩15°20°25°0°5°10°15,69614,73918,52721,26120,32418,259108,80720°合力矩20°25°0°5°10°15°14,73918,52721,26120,32418,25915,696108,80725°合力矩25°0°5°10°15°20°18,52721,26120,32418,25915,69614,739108,80721.5°合力矩21.5°26.5°1.5°6.5°11.5°16.5°20,64419,96317,35515,47714,62819,063107,120從表6中可以看出，組合后的力矩值更加穩(wěn)定，與表4中的數(shù)值相比可以看出，轉(zhuǎn)盤組10’A的最大合力矩Tm由原來的19520N.m變?yōu)楝F(xiàn)在的108807N.m，增加了約5.6倍，在平衡點(diǎn)處的振蕩量也由原來的9.2％降為1.5％，動(dòng)能輸出更加穩(wěn)定。本實(shí)施例中的重力發(fā)電裝置200A采用6個(gè)轉(zhuǎn)盤組合時(shí)的平均輸出力矩約為107，963N.m，滾柱軸承16的摩擦力矩約為381N.m，約占轉(zhuǎn)盤平均合力矩的不足1％，可以忽略不計(jì)。轉(zhuǎn)盤10’A的輸出功率約為113KW，年發(fā)電量約為3565GWh，極大地改善了重力發(fā)電裝置的發(fā)電效果。另外，由于重力發(fā)電裝置體積龐大，各零部件重量也很重，為了便于啟動(dòng)和關(guān)閉該重力發(fā)電裝置，還需要配備制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)選采用汽車前輪普遍用到的碟式制動(dòng)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是作用靈敏，散熱良好，不必調(diào)整制動(dòng)間隙，保養(yǎng)容易。碟式制動(dòng)在固定外圈上設(shè)置多個(gè)制動(dòng)碟，制動(dòng)碟的兩邊各有一平坦的制動(dòng)蹄，制動(dòng)總泵的油壓壓送到分缸時(shí)，使制動(dòng)蹄夾住制動(dòng)碟，以達(dá)到制動(dòng)的效果。實(shí)用性近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)能、太陽能、水能、核能等能源正在逐漸替代石化燃料來發(fā)電。本申請中的重力發(fā)電裝置利用地球引力作為能源進(jìn)行發(fā)電屬于世界首創(chuàng)，地球引力是一個(gè)穩(wěn)定的能源資源，本發(fā)電裝置除了必要的檢修外，可以一直穩(wěn)定的做功發(fā)電，其輸出功率就是實(shí)際有效功率。因此，本發(fā)電裝置發(fā)電量就遠(yuǎn)大于目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)，甚至核能發(fā)電機(jī)。以重力發(fā)電裝置100A和200A的技術(shù)方案為例，采用同樣的方法，假設(shè)轉(zhuǎn)盤10’的直徑為10m(大型重力發(fā)電裝置)，轉(zhuǎn)軸11的外徑為1.8m，滾子13為圓柱型結(jié)構(gòu)，直徑為0.45m,高度為0.45m，采用不銹鋼材料，重量約為750kg，轉(zhuǎn)盤組的轉(zhuǎn)速按保守值估計(jì)n＝10r/min來計(jì)算。單臺(tái)大型重力發(fā)電裝置的年發(fā)電量與風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、水能發(fā)電、核能發(fā)電的年發(fā)電量進(jìn)行比較，見表7。表7據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年北京市全年用電量為9130億KWh，按照表的計(jì)算結(jié)果，只需12臺(tái)重力發(fā)電裝置200A或者66臺(tái)重力發(fā)電裝置100A即可滿足供北京市全全年的用電需求。另外，國家能源局2016年7月份發(fā)布的1-6月份全國社會(huì)用電量為27759億KWh，預(yù)計(jì)全年全國社會(huì)用電量為55520億KWh，需要約700臺(tái)重力發(fā)電裝置200A。由于在發(fā)電功率的計(jì)算過程中，忽略了滾子與滾道之間的滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦、轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)過程中的空氣阻力以及傳動(dòng)裝置的傳遞功率損失等，上述重力發(fā)電裝置的實(shí)際需求數(shù)量可能偏大于計(jì)算值。重力發(fā)電裝置具有巨大的發(fā)電潛能，不像風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)等會(huì)受天氣變化的影響，也不像燃燒煤炭、石油一樣嚴(yán)重地污染了環(huán)境，更不會(huì)像核電站一樣在裂變反應(yīng)中產(chǎn)生對(duì)人體危害很大的中子和放射性廢料，完全可以替代現(xiàn)有的所有發(fā)電方式，可廣泛應(yīng)用于日常用電、高鐵、地鐵、煉鐵等各種領(lǐng)域，尤其對(duì)于目前日趨嚴(yán)重的霧霾治理必將起到積極有效的促進(jìn)作用。以上描述僅為本申請的較佳實(shí)施例以及對(duì)所運(yùn)用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時(shí)也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案。當(dāng)前第1頁1 2 3