CN102122859A - 一种高速柔性飞轮储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速柔性飞轮储能装置，包括上柔性轴、飞轮本体、电机、上滚动轴承、下滚动轴承和下柔性轴，电机位于飞轮本体的下方，飞轮本体上端通过上柔性轴支承在上滚动轴承上，飞轮本体下端通过下柔性轴支承在下滚动轴承上，所述的飞轮本体的上端面设置有环形槽，并且在环形槽中设置有处于自由状态的钢球。该高速柔性飞轮储能可以在飞轮高速旋转的时候，使飞轮方便快捷的达到自动平衡目的，保证整个装置的稳定运行。

Description

一种高速柔性飞轮储能装置

技术领域

本发明属于机械零件中的飞轮装置，具体来说，涉及一种高速柔性飞轮储能装置。

背景技术

随着飞轮储能技术的迅速发展，飞轮旋转速度向着高速化方向发展。在转子制造与使用中，由于材料的不均匀、制造工艺误差、装配误差等多方面因素，飞轮转子总存在或大或小的不平衡量。高速转子将在不平衡力的作用下，而发生强迫振动。为了控制转子运行时振幅在允许范围之内，在运行前必须要作动平衡处理。传统的动平衡方法是去重法，借助于动平衡机，寻找到不平衡量，再用机械加工的方法，去掉多余的质量，从而达到动平衡的目的。然而针对由复合材料制成的飞轮本体，例如碳纤维制成的飞轮本体，由于机械加工较为困难，这种去重法不宜使用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种高速柔性飞轮储能装置，该飞轮储能装置可以在飞轮高速旋转的时候，使飞轮方便快捷的达到自动平衡目的，保证整个装置的稳定运行。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明的高速柔性飞轮储能装置，包括上柔性轴、飞轮本体、电机、上滚动轴承、下滚动轴承和下柔性轴，电机位于飞轮本体的下方，飞轮本体上端通过上柔性轴支承在上滚动轴承上，飞轮本体下端通过下柔性轴支承在下滚动轴承上，其特征在于，所述的飞轮本体的上端面设置有环形槽，并且在环形槽中设置有处于自由状态的钢球。

有益效果：与现有技术相比，采用本发明的技术方案的有益效果是：1.能够达到完全或者部分消除飞轮本体上的不平衡量。本技术方案中，飞轮本体的上端面设置有环形槽，并且在环形槽中设置有处于自由状态的钢球。当飞轮装置运行在临界转速之下时，飞轮本体自身的静不平衡量会使飞轮本体的质心位于装置的挠性旋转轴线的外侧。此时，钢球也位于装置的柔性旋转轴线的外侧。当飞轮装置通过临界转速时，飞轮转子的质心会转向180°，飞轮转子的质心会位于安装的轴线与柔性旋转轴线之间，而钢球由于惯性作用，仍然在装置的柔性旋转轴线的外侧，也就是说沿着轨道滚动半圈，停在飞轮的残余不平衡量所在径向位置的反侧，从而达到完全或者部分消除飞轮本体不平衡的目的。通过该装置能够达到完全或者部分消除飞轮本体上的不平衡量。

2. 调节自动平衡量便捷。根据不平衡的大小，可添加适量的钢球，从而使飞轮振动时能控制在允许的范围之内。在环形槽中的增加或者减少钢球，非常便利，从而使得调节自动平衡量也变得十分便利。

3.整个装置具有结构简单可靠的优点，自动平衡过程具有简单快捷的优点。本发明的技术方案，仅在飞轮本体的上端面设置环形槽，并且在环形槽中放置钢球即可达到自动平衡的目的。环形槽的加工简单便捷。自动平衡装置包含飞轮本体、环形槽和钢球。自动平衡装置结构简单可靠。通过钢球的自由旋转，可以快速达到自动平衡的目的。整个自动平衡过程也十分简单迅捷。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图2是本发明中飞轮本体的俯视图。

图3是本发明中环形槽的一种横向截面图。

图中有：钢球1、上滚动轴承2、上柔性轴3、环形槽4、飞轮本体5、电机6、下滚动轴承7、下柔性轴8。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的一种高速柔性飞轮储能装置，包括上柔性轴3、飞轮本体5、电机6、上滚动轴承2、下滚动轴承7和下柔性轴8。整个飞轮储能装置采用立式结构。电机6位于飞轮本体5的下方。电机6既可以当电动机带动飞轮本体5转动，将电能转换为动能，也可以当发电机，把高速旋转的飞轮本体5的动能转换为电能。上柔性轴3固定连接在飞轮本体5的上端，下柔性轴8固定连接在飞轮本体5的下端。飞轮本体5上端通过上柔性轴3支承在上滚动轴承2上，飞轮本体5下端通过下柔性轴8支承在下滚动轴承7上。上柔性轴3和下柔性轴8的刚度很小。在飞轮本体5转动时，上柔性轴3和下柔性轴8可以弯曲，所以飞轮为柔性转子装置。飞轮本体5的上端面设置有环形槽4，并且在环形槽4中设置有处于自由状态的钢球1。钢球1可以在环形槽4中无障碍自由转动。

该结构的高速柔性飞轮储能装置在工作时，能够达到自动平衡的原理是：当飞轮装置运行在临界转速之下时，飞轮本体5自身的静不平衡量会使飞轮本体5的质心位于装置的挠性旋转轴线的外侧，即所谓的重边飞出现象。此时，钢球1也位于装置的柔性旋转轴线的外侧。当飞轮装置通过临界转速时，即运行在临界转速之上时，飞轮转子的质心会转向180°，飞轮转子的质心会位于安装的轴线与柔性旋转轴线之间，称之为“自动对中”， 而钢球1由于惯性作用，仍然在装置的柔性旋转轴线的外侧，也就是说沿着轨道滚动半圈，停在飞轮的残余不平衡量所在径向位置的反侧，从而达到完全或者部分消除飞轮本体5不平衡的目的。

进一步，如图3所示，所述的环形槽4的横截面是底部带有圆形倒角的矩形，并且圆形倒角的半径小于钢球1的半径。在环形槽4中设置圆形倒角，可以防止应力集中。环形槽4的横截面是底部带有圆形倒角的矩形，并且圆形倒角的半径小于钢球1的半径。这样，钢球1与环形槽4之间的接触就是点接触，钢球1可以自由滚动不受限制。

进一步，所述的环形槽4靠近飞轮本体5的外缘。环形槽4的数量可以有多个，但是通常来说，一个即可满足使用要求。环形槽4的位置及尺寸依飞轮本体5以及钢球1的数量而定。当飞轮本体5的不平衡量很大的时候，如果环形槽4直径偏大，那么钢球1的数量就可以偏少；如果环形槽4直径偏小，那么钢球1的数量就可以偏多。另外，因为飞轮本体5的不平衡量往往是不知道的，所以，环形槽4的位置靠近飞轮本体5的外缘。环形槽4到飞轮本体5的外缘的距离依飞轮本体5的大小决定。

进一步，所述的环形槽4的深度大于钢球1的直径。为保证钢球1在飞轮本体5倾斜时不会滚出，环形槽4的深度宜大于钢球1的直径。优选环形槽4的深度至少是钢球1直径的1.5倍，例如环形槽4的深度是钢球1直径的1.5倍、2倍或者2.5倍。以上对于环形槽4深度的限定仅仅是优选，不是唯一限定。环形槽4的具体深度需要综合考虑飞轮本体5的尺寸和钢球1的尺寸而定，不能一概而论。

Claims (4)

1.一种高速柔性飞轮储能装置，包括上柔性轴（3）、飞轮本体（5）、电机（6）、上滚动轴承（2）、下滚动轴承（7）和下柔性轴（8），电机（6）位于飞轮本体（5）的下方，飞轮本体（5）上端通过上柔性轴（3）支承在上滚动轴承（2）上，飞轮本体（5）下端通过下柔性轴（8）支承在下滚动轴承（7）上，其特征在于，所述的飞轮本体（5）的上端面设置有环形槽（4），并且在环形槽（4）中设置有处于自由状态的钢球（1）。     

2.按照权利要求1所述的高速柔性飞轮储能装置，其特征在于，所述的环形槽（4）的横截面是底部带有圆形倒角的矩形，并且圆形倒角的半径小于钢球（1）的半径。

3.按照权利要求1或2所述的高速柔性飞轮储能装置，其特征在于，所述的环形槽（4）靠近飞轮本体（5）的外缘。

4.按照权利要求3所述的高速柔性飞轮储能装置，其特征在于，所述的环形槽（4）的深度大于钢球（1）的直径。

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