專利名稱：不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)，其利用飛輪與回轉(zhuǎn)儀儲存并增加動 能，而后將該動能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)亦可從電能產(chǎn)生動能。本 發(fā)明的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)提供一種產(chǎn)生電能及動能的裝置，其可應(yīng)用于各種機械及 電氣設(shè)備，包含電動車、機車、船只及飛機等等。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的數(shù)種發(fā)電方法各具不同的成本結(jié)構(gòu)、計畫前置時間以及優(yōu)缺點。習(xí)知發(fā)電 方法包括火力發(fā)電廠、燃氣輪機及水力發(fā)電機組?；鹆Πl(fā)電廠利用石油或煤為原料，但化石 燃料的燃燒會造成污染物質(zhì)的排放。燃氣輪機所需的計畫、投入至運作前置時間較短，但單 位市場附加價值的資金成本及營運成本相對較高。然而，如甲烷等氣態(tài)烴燃燒同樣會產(chǎn)生 污染環(huán)境的排放物。至于水力發(fā)電，由于此等計畫的性質(zhì)通常涉及郊區(qū)大規(guī)模土木工程，不 但計畫前置時間冗長，所耗資本也相當(dāng)龐大。在馬來西亞，除沙勞越以外，僅寥寥數(shù)處的十 年期水文資料顯示該地具有穩(wěn)定且可供發(fā)電的水力。水力發(fā)電場的另一不利因素在于其通 常座落于郊區(qū)叢林，因而需要布置長距離輸送線，方能將負載送至遙遠的負載中心，因而增 加成本負擔(dān)。除上述資源之外，如風(fēng)力及水利等環(huán)境電力源亦具開發(fā)價值。利用光電技術(shù)將太 陽能轉(zhuǎn)換為電能的阻礙因素在于光電組列所需的龐大設(shè)備成本。至于風(fēng)力發(fā)電則并非隨處 可行的方案。首先必須制定風(fēng)圖以決定適合利用風(fēng)力的地點。而適于利用風(fēng)力的地點卻可 能并非電力需求的所在地。習(xí)知領(lǐng)域中已有各種發(fā)電機。傳統(tǒng)汽油或柴油發(fā)電機必須使用化石燃料，對于環(huán) 境造成負面影響。同時，在運作期間，傳統(tǒng)發(fā)電機的燃料燃燒亦會造成空氣和噪音污染，因 而此種發(fā)電方式有致使環(huán)境問題惡化之虞。電池驅(qū)動發(fā)電機則為解決此一問題應(yīng)運而生。 例如，US2007/0216247A1專利揭示一自動馬達發(fā)電充電器，其包含整合于一外殼中的馬達 發(fā)電機與電路單元。前述發(fā)明中的馬達發(fā)電機系從電池接收電力。該電路單元選擇性地將 電力供往馬達發(fā)電機的馬達繞組。其中，電池的充電系依賴馬達發(fā)電機的發(fā)電運作。此前 案發(fā)明并不使用化石燃料，而是利用電池對馬達進行連續(xù)電能供應(yīng)。然而，其無法提供驅(qū)動 車輛運輸及其他機械的動能，亦未能提供放大輸入能量的裝置，因此在能量效率難免受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種目的在于提供一種不使用化石燃料或氣態(tài)烴的發(fā)電系統(tǒng)，避免排放 污染物質(zhì)，危害環(huán)境。本發(fā)明的另一目的在于提供一種高成本效益的發(fā)電系統(tǒng)，以便經(jīng)由分散式負載中 心供電至偏遠區(qū)域，以便節(jié)省建設(shè)發(fā)電廠或輸電系統(tǒng)設(shè)備所需之龐大成本。本發(fā)明的再一目的在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其可穩(wěn)定供電而無中斷之虞。本發(fā)明的目的亦在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其利用回轉(zhuǎn)儀增加旋轉(zhuǎn)飛輪之旋轉(zhuǎn)扭矩，以儲存及放大動能，并將此動能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明的目的并在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可取代傳統(tǒng)發(fā)電機以供電至包含 車輛在內(nèi)之各種電氣設(shè)備。
本發(fā)明的目的同時在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其產(chǎn)生動能以供車輛運輸系統(tǒng)或其他 機械之用。上述各項目的可通過本發(fā)明不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)加以實現(xiàn)。該不中斷電池驅(qū) 動發(fā)電系統(tǒng)包含至少二能量儲存裝置、一旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置、一飛輪、多個回轉(zhuǎn)儀、一軌道、 一板體、一傳動滾軸、一交流發(fā)電機、一電壓傳感器、一負載傳感器、一頻率傳感器、一充電 裝置、一控制器、一組切換器及一開關(guān)切換器。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置在該能量儲存裝置驅(qū)動 下，控制上述飛輪及回轉(zhuǎn)儀產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)以儲存并放大動能。此一動能被轉(zhuǎn)換為交流發(fā)電機轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生電功率。由于回轉(zhuǎn)儀可在回轉(zhuǎn)儀及飛輪運動時增加飛輪的慣性力，從而提 升飛輪的旋轉(zhuǎn)速度，因此增加動能總額，此動能又可被轉(zhuǎn)換為交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。此一 機制減少能量儲存裝置中驅(qū)動旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置所需消耗的化學(xué)能。因此，本發(fā)明的主要 特征在于與該等回轉(zhuǎn)儀耦接的飛輪。該等回轉(zhuǎn)儀可在飛輪運動時，增加飛輪的旋轉(zhuǎn)頻率。而 固設(shè)于飛輪邊緣上的軌道則可將旋轉(zhuǎn)飛輪的動能傳遞至一傳動滾軸，再由該傳動滾軸將該 動能傳遞至一接收系統(tǒng)，如車輛傳動系統(tǒng)。當(dāng)該第一能量儲存裝置于運作一段時間后能量 耗盡時，該第二能量儲存裝置接續(xù)運作以對該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置供應(yīng)能量。同時，充電裝置 從交流發(fā)電機擷取能量，并以該能量使第一能量儲存裝置恢復(fù)功率。因此，本發(fā)明另一主要 特征在于該能量儲存裝置的充電時間大幅短于運作時間。本發(fā)明系統(tǒng)并包含一控制器，用 以控制該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)的運作。該控制器經(jīng)由開關(guān)一組控制切換器，達成兩種 能量儲存裝置的間的切換，以及充電裝置的啟動。該控制器亦視需要控制由該能量儲存裝 置至該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置的能量開關(guān)供應(yīng)。該電壓傳感器、負載傳感器以及頻率傳感器并 對控制器提供切換邏輯決策所需的訊號。以下將配合


本發(fā)明。本發(fā)明提供一種不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)。

圖1為本發(fā)明不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)的立體圖。圖2為該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)的線路圖。圖3為能源產(chǎn)生器的剖視圖，其中利用一種將動能傳遞至接收系統(tǒng)的裝置。圖4為能源產(chǎn)生器的剖視圖，其中利用另一種將動能傳遞至接收系統(tǒng)的裝置。圖5為飛輪及回轉(zhuǎn)儀的側(cè)視圖，其中包括將動能傳遞至接收系統(tǒng)的裝置，且飛輪 處于靜止?fàn)顟B(tài)。圖6為飛輪及回轉(zhuǎn)儀的側(cè)視圖，其中包括將動能傳遞至接收系統(tǒng)的裝置，且飛輪 處于動作狀態(tài)。圖7為飛輪及回轉(zhuǎn)儀的俯視圖，其中包括將動能傳遞至接收系統(tǒng)的裝置。
具體實施例方式參閱圖1至3，本發(fā)明的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50包含一交流發(fā)電機16、一用 以驅(qū)動交流發(fā)電機16轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15、對該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15提供電力輸入的能量儲存裝置11及12、一用以監(jiān)控該能量儲存裝置11及12上電壓大小的電壓傳感器 13、一用以測量該交流發(fā)電機16轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的頻率傳感器14、一對該能量儲存裝置11及 12進行充電的充電裝置17、一用以偵測負載條件的負載傳感器19、一用以控制該不中斷電 池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50與輔助運作控制切換器21、22、23、24、25及26運作的控制器10，以及一 供使用者切換以開啟關(guān)閉該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50的開關(guān)切換器30。該能量儲存裝置11、12優(yōu)選為預(yù)設(shè)安培小時額定值或能力的DC蓄電池組。更詳 而言之，所述DC蓄電池組的再充電時間大幅短于其運作時間。該能量儲存裝置11、12亦可 為其他可儲存電能或電荷的設(shè)備，如超高電容器或超級電容器等等。這些能量儲存裝置11、 12提供電力輸入，以支持旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15的運作。該電壓傳感器13跨接于能量儲存裝置11、12，以便通過該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15上 的輸入電壓監(jiān)控第一或第二能量儲存裝置11或12上的電壓。該電壓傳感器13的較佳實 施方式為一欠壓繼電器(under voltage relay)。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15可為一配備有反 轉(zhuǎn)器(inverter)的DC馬達或AC馬達。該頻率傳感器14測量交流發(fā)電機16轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。該負載傳感器19測量負 載18所汲取的負載電流，其中不含充電裝置17的負載。該負載傳感器19可為一變流器。電壓傳感器13、頻率傳感器14以及負載傳感器19的輸出連接至控制器10的輸入 端，以對控制器10提供輸入，控制器10據(jù)以決定送往適當(dāng)裝置以控制該不中斷電池驅(qū)動發(fā) 電系統(tǒng)50運作的指令。利用輸入端接收的訊號，控制器10執(zhí)行各種切換器開關(guān)作業(yè)所需的必要指令，以 控制不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50的運作，這些切換器開關(guān)將于下文中詳述。控制器10的 輸入端電連接于一開關(guān)切換器30，該開關(guān)切換器30接收使用者啟動或關(guān)閉該不中斷電池 驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50的指令。該控制器10具有三個電連接輸入端，以分別接收電壓傳感器13、 頻率傳感器14以及負載傳感器19的輸出。該控制器10監(jiān)控電壓傳感器13測得的電壓， 并將之與控制器10預(yù)設(shè)的欠壓條件加以比較。該控制器10同時亦監(jiān)控頻率傳感器14測 得的旋轉(zhuǎn)速度，并將之與控制器10預(yù)設(shè)的頻率條件加以比較。該控制器10進一步監(jiān)控負 載傳感器19測得的電流，并將之與控制器10預(yù)設(shè)的電流條件加以比較。此控制器10可為 一離散數(shù)字電路、一離散模擬電路、一離散數(shù)字模擬混合電路、一數(shù)字微處理器或一數(shù)字微 控制器?？刂破?0包含一比較器，用以將該電壓傳感器13測得的電壓與預(yù)設(shè)欠壓條件加 以比較?？刂破?0并具有多個輸出端，以控制切換器21至26的開和關(guān)。該控制器可具有 一內(nèi)部電源，如DC電池。該控制器也可驅(qū)動能量儲存裝置11、12的電源以操作控制器10。能量儲存裝置11、12通過供應(yīng)切換器21、22并聯(lián)于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15的輸 入終端。該供應(yīng)切換器21、22，由控制器10控制，設(shè)定或預(yù)編程為彼此連結(jié)，優(yōu)選為電連結(jié)， 因此能量儲存裝置11、12不會同時連結(jié)于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15 (參見圖2)。該旋轉(zhuǎn)扭 矩產(chǎn)生裝置15的軸桿40通過皮帶輪傳動系統(tǒng)或齒輪驅(qū)動系統(tǒng)與交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械性連 結(jié)。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿的一端40優(yōu)選固定于不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50外殼 41頂部，因而可在不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50的運作中提供穩(wěn)定性。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝 置15的軸桿40與外殼41之間的連結(jié)可包括利用軸承作為飛輪31旋轉(zhuǎn)軸的樞轉(zhuǎn)點，以允 許不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50運作中該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的旋轉(zhuǎn)動作。該旋 轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的第二端可以相同或其他方式固定于外殼41底部，以提供穩(wěn)定性并允許扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的旋轉(zhuǎn)動作。該交流發(fā)電機16可為單相或三相交流發(fā)電機，或永久磁鐵交流發(fā)電機，其轉(zhuǎn)子經(jīng) 適當(dāng)傳動系統(tǒng)與該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40連結(jié)。前述的適當(dāng)傳動系統(tǒng)可為皮帶輪傳 動系統(tǒng)或齒輪驅(qū)動系統(tǒng)。此外，該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15的馬力額定值系相對小于該交流發(fā) 電機16的額定值。充電裝置17經(jīng)由一充電切換器26連接至該交流發(fā)電機16的輸出。控制器10負 責(zé)控制該充電切換器26的開關(guān)。當(dāng)需要全負載時，該控制器10傳送指令開啟充電切換器 26。請見圖3、4、5及6，該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15具有一垂直伸出的軸桿，供該飛輪31 連接其上。該飛輪31包含多個與邊緣33相接的輪輻32。至少二個托架34對稱相向固定 于該邊緣33。各托架34連接一回轉(zhuǎn)儀35。該回轉(zhuǎn)儀35包含一連附于回轉(zhuǎn)儀軸桿37—端 的輪體36以及連附于該回轉(zhuǎn)儀軸桿37另一端的滾軸38。上述的回轉(zhuǎn)儀軸桿37裝設(shè)于托架34長孔中的軸承上。該托架34長孔中的軸承 設(shè)有提供懸吊裝置，以定位回轉(zhuǎn)儀35，使回轉(zhuǎn)儀35可產(chǎn)生平衡、旋轉(zhuǎn)及上傾/下傾動作。用 以定位回轉(zhuǎn)儀35的懸吊裝置在此較佳實施例中為一對將軸承殼體連接至托架34的梢。當(dāng) 飛輪31固定不動時，該輪體36的位置為低于水平軸10°以內(nèi)，因此該滾軸38停靠于該固 定板體39。輪體36的平衡對于回轉(zhuǎn)儀35的正常運作甚為重要。一軌道42可固定于飛輪31的邊緣33。該軌道42與一傳動滾軸43連結(jié)，該傳動 滾軸43的旋轉(zhuǎn)軸與軌道42的旋轉(zhuǎn)軸相交，優(yōu)選為90°垂直相交。一傳動軸桿44經(jīng)由一軸 承與傳動滾軸43連接，并將該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50與一接收系統(tǒng)，如車輛或機械傳 動系統(tǒng)。該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50的運作如以下說明，參照圖1至7所示。使用者打開控制器10上的開關(guān)切換器30即可啟動該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng) 50。在開關(guān)切換器30開啟前，先確定能量儲存裝置11、12完全充電。之后，當(dāng)開關(guān)切換器 30開啟，控制器10依據(jù)內(nèi)部設(shè)定的編程模式閉合供應(yīng)切換器21或22。為便于說明，在此假設(shè)供應(yīng)切換器21的初始設(shè)定為關(guān)閉。該供應(yīng)切換器21關(guān)閉 后，控制器10隨即關(guān)閉馬達切換器25及充電切換器24。而后該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15接收 電力供應(yīng)，因此啟動而將來自能量儲存裝置11的電能輸入轉(zhuǎn)換為輸出動作的動能，所謂輸 出動作亦即該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的旋 轉(zhuǎn)造成飛輪31的旋轉(zhuǎn)。而后飛輪31的旋轉(zhuǎn)帶動停留在固定板體39上的滾軸38，使之產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致回轉(zhuǎn)儀35的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)回轉(zhuǎn)儀35轉(zhuǎn)動，該輪體36亦旋轉(zhuǎn)同時抬起，因此迫使 滾軸38下降而離開該固定板體39。該輪體36的旋轉(zhuǎn)對旋轉(zhuǎn)運動中的飛輪31提供更大的 動量，致使飛輪31放大動能。動能的儲存與放大使得該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50產(chǎn)生 的功率輸出大于從能量儲存裝置11、12而來的功率輸入。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的旋轉(zhuǎn)將經(jīng)飛輪31放大的動能轉(zhuǎn)譯為交流發(fā)電 機16轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能。優(yōu)選的，該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15的軸桿40經(jīng)皮帶輪傳動系統(tǒng)連 接至交流發(fā)電機16的轉(zhuǎn)子。優(yōu)選的，與交流發(fā)電機16轉(zhuǎn)子接合的滑輪其直徑至少為該旋 轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15端滑輪的三倍。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15的軸桿40因此可以相當(dāng)于交 流發(fā)電機16轉(zhuǎn)子速率的倍速旋轉(zhuǎn)，從而賦予該交流發(fā)電機16較大的扭矩。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，依據(jù)實際使用的交流發(fā)電機16與旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15，將兩者進行相反的布置， 即使交流發(fā)電機16的轉(zhuǎn)子以快于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的速度旋轉(zhuǎn)，亦可實施于 本發(fā)明。該交流發(fā)電機16將來自轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)換為電能，此電能隨后可視需要輸出至負載 18或充電裝置17。本發(fā)明的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50亦可用以產(chǎn)生動能。在本實施例中，該飛輪 31沿其邊緣33的外圍裝設(shè)于軌道42。該軌道42與一傳動滾軸43耦合，因此該傳動滾軸 43的旋轉(zhuǎn)軸與軌道42的旋轉(zhuǎn)軸相交。在此較佳實施例中，該傳動滾軸43的旋轉(zhuǎn)軸系與軌 道42的旋轉(zhuǎn)軸形成正交。該軌道42與傳動滾軸43優(yōu)選為傘齒輪。一傳動軸桿44經(jīng)由軸 承與該傳動滾軸43耦合。在飛輪31作動中，產(chǎn)生的動能經(jīng)由該軌道42傳遞至該傳動滾軸 43。傳動滾軸43的旋轉(zhuǎn)運動致使該傳動軸桿44旋轉(zhuǎn)。而后該傳動軸桿44將不中斷電池 驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50產(chǎn)生的動能傳遞至一接收系統(tǒng)，如車輛或機械傳動系統(tǒng)。舉例而言，該傳 動軸桿44可將該動能傳遞至一車輛傳動系統(tǒng)。該交流發(fā)電機16上裝設(shè)有一頻率傳感器14，用以監(jiān)控交流發(fā)電機16轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可知該頻率傳感器14亦可裝置于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15中以測 量該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15軸桿40的旋轉(zhuǎn)速度。該頻率傳感器14的輸出連接于控制器10 的一輸入端以控制馬達切換器25的開關(guān)。因此，當(dāng)該頻率傳感器14測得的旋轉(zhuǎn)速度超過 一設(shè)定值，該控制器開啟該馬達切換器25，使的不再對該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15供能。反之， 當(dāng)該頻率傳感器14測得的旋轉(zhuǎn)速度低于一設(shè)定的最小值，該控制器關(guān)閉該馬達切換器25 以啟動該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15。因此，該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50所需的輸入能量作業(yè) 可由該控制器10、馬達切換器25及頻率傳感器14有效控制。隨著運作時間的流逝，儲存于第一能量儲存裝置11的能量逐漸耗盡，因而該電壓 傳感器13可測量到該第一能量儲存裝置11輸出上的電壓下降。當(dāng)該第一能量儲存裝置11 輸出上的電壓降至一預(yù)設(shè)電壓標(biāo)準(zhǔn)，該控制器10致使該供應(yīng)切換器22與充電切換器23關(guān) 閉，并立即造成該供應(yīng)切換器21與充電切換器24開啟，因此該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50 運作所需的必要功率可由該第二能量儲存裝置12提供。由于該第二能量儲存裝置12在第 一能量儲存裝置11斷開前即已連接于系統(tǒng)，對負載18的電力供應(yīng)得以持續(xù)而不中斷。緊 接著供應(yīng)切換器22的關(guān)閉，該控制器10控制該充電切換器26關(guān)閉，將交流發(fā)電機16的輸 出連接至充電裝置17的輸入。同時，該控制器10控制該充電切換器23關(guān)閉。以此方式， 部份從第二能量儲存裝置12轉(zhuǎn)換而來的功率可用于供應(yīng)負載18，而部份用于該第一能量 儲存裝置11的充電。在此實施例中，該第一能量儲存裝置11為再充電時間遠短于運作時 間的DC蓄電池組。因此，該第一能量儲存裝置11可在第二能量儲存裝置12功率耗盡前完 成充電。當(dāng)該第一能量儲存裝置11完全充電后，該控制器10控制該充電切換器26與該充 電切換器23開啟。當(dāng)?shù)诙芰績Υ嫜b置12功率耗盡時，則以相同的方式運作，亦即以供應(yīng) 切換器22替換供應(yīng)切換器21而以充電切換器24替換充電切換器23。因此，依據(jù)需要在 第一能量儲存裝置11或第二能量儲存裝置12之間切換，對該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15供應(yīng)能 量。該負載傳感器19測量負載18提取的負載電流。如上所述，該負載傳感器19的輸 出連接于該控制器10的輸入端。當(dāng)該控制器10測得一預(yù)設(shè)數(shù)值的低負載電流，該控制器 10關(guān)閉該充電切換器26與其中一連接于閑置能量儲存裝置11或12的充電切換器23或24，如當(dāng)時并未對該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置15供給能量的能量儲存裝置11或12。因此，當(dāng)負 載18汲取低負載電流的同時，閑置能量儲存裝置11或12可進行充電。當(dāng)該控制器10測 得一預(yù)設(shè)數(shù)值的高負載電流時，該控制器10開啟充電切換器26與其中一連接于當(dāng)時充電 中的能量儲存裝置11或12的充電切換器23或24，藉以對負載18提供全額負載。此外，圖3所示的能源產(chǎn)生器中若有任何零件故障，進而導(dǎo)致整體能源產(chǎn)生器的 故障，則該控制器10將控制使能量儲存裝置11、12供應(yīng)能量至該負載18，繞過故障的能源 產(chǎn)生器。如此一來，可即使該能源產(chǎn)生器發(fā)生零件故障，負載18仍能接收該能量儲存裝置 11、12所供應(yīng)的能量。重復(fù)進行上述作業(yè)程序即可不斷產(chǎn)生環(huán)保電力，直到該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng) 50中零件到達其使用壽命上限。此時，只要選擇性更換零件，即可使該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電 系統(tǒng)50恢復(fù)運作。以上敘述系以二能量儲存裝置11、12為例。唯本領(lǐng)域技術(shù)人員可知本發(fā)明亦可僅 以單一能量儲存裝置運作。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦可知本發(fā)明系統(tǒng)中可設(shè)置三個或三個以上的 能量儲存裝置，以延長不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50的運作時間及使用壽命。該能量儲存裝 置11、12可為任何串聯(lián)或并聯(lián)的能量儲存形式。雖然本發(fā)明通過上述較佳實施例進行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解上述例示的實 施方式可在不脫離本發(fā)明精神的范疇內(nèi)為各種變化修改。包括尺寸、重量及回轉(zhuǎn)儀35和飛 輪31的形式調(diào)整，皆屬本發(fā)明顯而易見的變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知在另一實施例中，該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50產(chǎn)生的動 能亦可利用于該傳動滾軸43與該傳動軸桿44，使之作用為一 CVT傳動系統(tǒng)，如第4圖所示。 在此實施例中，一板體46固定于飛輪31底座，因此飛輪31的旋轉(zhuǎn)造成板體46的旋轉(zhuǎn)。該 傳動滾軸43與板體46接觸，因此該飛輪31的旋轉(zhuǎn)運動帶動該傳動滾軸43隨之旋轉(zhuǎn)。一 耦合于該傳動軸桿44的致動器45可將該傳動滾軸43沿該板體46的半徑推往或推離該板 體46的中心。由于該板體46的中心圓周小于該板體46的外圓周，該傳動滾軸43沿板體 46半徑移動時，其旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生變化。因此來自飛輪31的動能以可變化的方式傳遞至該傳 動滾軸43，繼而至該傳動軸桿44。該飛輪31、傳動滾軸43與板體46的直徑比可調(diào)整以適 應(yīng)各種系統(tǒng)。藉此方式，該傳動滾軸43與該傳動軸桿44可作用為各種不同車輛的CVT傳 動系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可了解，在此所述將該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50生的動能 傳遞應(yīng)用的方法僅為眾多可行安排中的一種。例如，亦可將皮帶輪系統(tǒng)裝置于該旋轉(zhuǎn)扭矩 產(chǎn)生裝置15的軸桿40上，以將軸桿40的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的動能傳遞至一接收系統(tǒng)。據(jù)此， 所有此等修改亦應(yīng)包含于如以下申請專利范圍所定義之本發(fā)明范圍或其等同物之范圍。
權(quán)利要求
一種不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)50，其特征在于一能量儲存裝置(11、12)；一負載(18)，能量輸出連接于一控制器(10)；一旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)，經(jīng)由供應(yīng)切換器(21、22)、一馬達切換器(25)與該能量儲存裝置(11、12)輸入連接以及與該控制器(10)輸入連接；一交流發(fā)電機(16)，以其轉(zhuǎn)子機械連結(jié)該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的軸桿(40)，并輸出連接至該負載(18)；一飛輪(31)，連結(jié)該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的軸桿(40)以儲存并放大動能；一軌道(42)，連結(jié)該飛輪(31)的邊緣(33)，用以傳遞動能至一傳動滾軸(43)；一板體(46)，設(shè)置于該飛輪(31)的基座，用以傳遞動能至一傳動滾軸(43)；一傳動滾軸(43)，與該軌道(42)或板體(46)結(jié)合以接收因應(yīng)該飛輪(31)旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的動能；一傳動軸桿(44)，連結(jié)該傳動滾軸(43)，用以傳遞該旋轉(zhuǎn)動能至一接收系統(tǒng)；至少一對回轉(zhuǎn)儀(35)，連結(jié)該飛輪(31)以在該飛輪(31)的旋轉(zhuǎn)運動中對該飛輪(31)提供較大動量；一托架(34)，設(shè)置于該飛輪(31)上，用以懸吊該回轉(zhuǎn)儀(35)；一電壓傳感器(13)，用以監(jiān)控該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)輸入端上的電壓；一頻率傳感器(14)，用以監(jiān)控該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)軸桿(40)或該交流發(fā)電機(16)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度；一負載傳感器(19)，用以測量該負載(18)所汲取的負載電流；一用于能量儲存裝置(11、12)的充電裝置(17)，具有連接于該交流發(fā)電機(16)輸出的輸入，且充電裝置(17)的輸出經(jīng)由充電切換器(23、24)連接于該能量儲存裝置(11、12)；一控制器(10)，控制供應(yīng)切換器(21、22)、馬達切換器(25)與充電切換器(23、24、26)的開和關(guān)，由此控制該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)的運作；一開關(guān)切換器(30)，供使用者切換該不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)開和關(guān)；且其中由該飛輪(31)儲存并由回轉(zhuǎn)儀(35)放大的該動能被該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的軸桿(40)傳遞至該交流發(fā)電機(16)的轉(zhuǎn)子，藉此允許該交流發(fā)電機(16)將動能轉(zhuǎn)換為電能，且其中由該飛輪(31)產(chǎn)生的動能經(jīng)該軌道(42)、傳動滾軸(43)與傳動軸桿(44)被傳遞至一接收系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該能量儲存裝置 (11、12)包含一第一能量儲存裝置(11)以及一第二能量儲存裝置(12)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該能量儲存 裝置(11、12)包含DC蓄電池組，該DC蓄電池組的再充電時間短于運作時間。
4.如權(quán)利要求1或3所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該系統(tǒng)包含 至少一能量儲存裝置(11、12)。
5.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該能量儲存裝置 (11、12)系一超高電容器或一超級電容器。
6.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該交流發(fā)電機 (16)的轉(zhuǎn)子經(jīng)由一皮帶輪傳動系統(tǒng)機械連結(jié)于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的軸桿(40)。
7.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該交流發(fā)電機 (16)的轉(zhuǎn)子經(jīng)由增速/減速齒輪傳動裝置機械連結(jié)于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的軸桿 (40)。
8.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生 裝置(15)軸桿(40)速度為至少該交流發(fā)電機(16)轉(zhuǎn)子速度的三倍或交流發(fā)電機(16)轉(zhuǎn) 子速度為至少旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)軸桿(40)速度的三倍。
9.如權(quán)利要求8所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于通過設(shè)定分別與 該轉(zhuǎn)子和軸桿(40)耦合的滑輪或齒輪的直徑，可調(diào)整該交流發(fā)電機(16)轉(zhuǎn)子速度與該旋 轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)軸桿(40)速度的比率。
10.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生 裝置(15)耦合于該飛輪(31)，因此可于該飛輪(31)到達一設(shè)定速度時儲存動能。
11.如權(quán)利要求1或10所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該至少一 對回轉(zhuǎn)儀(35)耦合于該飛輪(31)以對在該飛輪(31)的旋轉(zhuǎn)運動中對該飛輪(31)提供較 大動量，藉此使該飛輪(31)具有放大動能的作用。
12.如權(quán)利要求1或11所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該托架 (34)包含一軸承，該軸承裝設(shè)于托架(34)的長孔中，該托架(34)系連結(jié)于飛輪(31)以定 位并平衡該回轉(zhuǎn)儀(35)，且允許該回轉(zhuǎn)儀(35)的旋轉(zhuǎn)以及上傾/下傾動作。
13.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該軌道(42)與 傳動滾軸(43)為傘齒輪，其旋轉(zhuǎn)軸相交以將動能經(jīng)由傳動軸桿(44)傳遞至一接收系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該軌道(42)為 一齒輪或任何適合導(dǎo)引該傳動滾軸(43)旋轉(zhuǎn)運動的裝置。
15.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該軌道(42)、傳 動滾軸(43)及傳動軸桿(44)可利用習(xí)用于傳遞旋轉(zhuǎn)動能的任何形式傳動裝置加以取代。
16.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該不中斷電池 驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)進一步設(shè)有一頻率傳感器(14)，該頻率傳感器(14)裝設(shè)于該旋轉(zhuǎn)扭矩 產(chǎn)生裝置(15)或該交流發(fā)電機(16)上以分別監(jiān)控該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)軸桿或該交 流發(fā)電機(16)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并提供輸出至該控制器(10)以調(diào)控馬達切換器(25)的開 關(guān)，且因此調(diào)控該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的啟動與關(guān)閉，而最小化發(fā)電時對該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn) 生裝置(15)的功率輸入。
17.如權(quán)利要求1或16所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該不中斷 電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)進一步設(shè)有一負載傳感器(19)，該負載傳感器(19)用以測量該 負載(18)所汲取的負載電流，該負載傳感器(19)的輸出連接該控制器(10)的輸入端，以 提供一輸入訊號至該控制器(10)，而發(fā)送適當(dāng)指令以于負載低時啟動閑置能量儲存裝置 (11、12)的充電，或于需要時啟動負載(18)利用其全額功率。
18.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該交流發(fā)電機 (16)系單相交流發(fā)電機。
19.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該交流發(fā)電機 (16)系一三相交流發(fā)電機。
20.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該交流發(fā)電機(16)系一永久磁鐵交流發(fā)電機。
21.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該控制器(10)系一離散數(shù)字電路、一離散模擬電路、一離散數(shù)字模擬混合電路、一數(shù)字微處理器或一數(shù)字 微控制器。
22.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生 裝置(15)系一設(shè)有一反轉(zhuǎn)器的DC馬達或一設(shè)有一反轉(zhuǎn)器的AC馬達。
23.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生 裝置(15)系一永久磁鐵馬達或一感應(yīng)馬達。
24.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于連接該控制器 (10)的該電壓傳感器(13)測量能量儲存裝置輸出端上的電壓，以偵測何時該電壓降低至 一預(yù)設(shè)在該控制器(10)內(nèi)的電壓，此時該能量儲存裝置輸出端的電壓即視為耗盡。
25.如權(quán)利要求1所述的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)，其特征在于對該控制器 (10)的電力供應(yīng)為一內(nèi)部電源或從當(dāng)時運作中的能量儲存裝置(11、12)取得的電力。
全文摘要
一種不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)，不需使用化石燃料或外部能量源進行再充電即可產(chǎn)生電能及動能。其交替利用兩組能量儲存裝置(11、12)以驅(qū)動一旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)帶動一飛輪(31)的旋轉(zhuǎn)運動，而該飛輪(31)又耦接于回轉(zhuǎn)儀(35)，因此該回轉(zhuǎn)儀(35)可儲存并放大動能。該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置驅(qū)動一交流發(fā)電機(16)以將此動能轉(zhuǎn)換為電能。該飛輪(31)亦可合設(shè)于一軌道(42)，該軌道(42)連接一傳動滾軸(43)，以將該動能經(jīng)由一傳動軸桿(44)傳遞至一接收系統(tǒng)，例如一車輛或機械傳動系統(tǒng)。產(chǎn)生的電能可部份用于該能量儲存裝置(11、12)的充電，其中該能量儲存裝置(11、12)的充電時間短于運作時間。一連接至負載傳感器(19)、電壓傳感器(13)以及頻率傳感器(14)的控制器(10)控制該旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生裝置(15)的電力供應(yīng)，藉此提高能量效率，因而構(gòu)成本發(fā)明的不中斷電池驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(50)。
文檔編號H02K53/00GK101873056SQ20091016204
公開日2010年10月27日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者張迪生, 張錦頌 申請人:環(huán)?？萍伎毓捎邢薰?br>