CN102518746A - 一种直槽高速内平衡变惯量飞轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，飞轮基体上具有径向直槽，槽内装配有可以沿槽滑动的质量块，控制质量块移动的是飞轮基体两侧的带有螺线槽的控制盘，特别适用于汽车和城市轨道车辆再生制动系统，其结构特征在于飞轮基体1开设有槽2和槽8，槽内安装有质量块5，通过控制螺线槽控制盘21、22即可以改变飞轮的惯量。

Description

一种直槽高速内平衡变惯量飞轮
技术领域
本发明涉及的是一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，飞轮基体上具有径向直槽，槽内装配有可以沿槽滑动的质量块，通过该质量块在槽内位置的移动，实现飞轮转动惯量的改变，通过把质量块分组分别控制，大大降低了单次操纵质量块的力，控制质量块移动的是飞轮基体两侧的带有螺线槽的控制盘，适用于汽车和城市轨道车辆传动系统和再生制动系统、新能源汽车自动变速器和动力辅助装置、风电发电系统，工矿机械、工程机械等领域。
背景技术
目前变惯量飞轮在转速高情况下，位置可变的质量块产生巨大的离心力，例如0.5kg的质量块，在半径为0.1m，转速为3000转/分钟时，其离心力约为5000N，是其重力的1000倍，在移动这些质量块达到改变转动惯量时，有时其需要的操纵力巨大，针对该种状况，提出了一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，由两侧的螺线槽控制盘平衡了大部分质量块的离心力，使得操纵力较小，以实现变惯量飞轮的高速化和快速改变其转动惯量，更好适应工程实践的需要。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处提供一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，能解决在高速时，有效降低变惯量飞轮的操纵力和较容易实现飞轮转动惯量的快速改变，由于提高了变惯量飞轮的转速，而飞轮存储的能量与转速的平方成正比，所以同时使得飞轮的尺寸和重量大幅减小，具体结构是由开设有直槽的飞轮基体、开设有螺线槽的控制盘、可移动质量块、离合器及分离轴承组成。
为实现上述目的，本发明采用如下技术措施：
一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，在需要飞轮的转动惯量降低时，操纵分离轴承压下控制压板，使得对应的可移动质量块内的支撑销插入两侧的螺线槽控制板，制动螺线槽控制板使得质量块移向圆心，使得其半径变小，达到降低飞轮整体转动惯量的目的，通过对质量块分组控制，能有效降低每次控制力的大小；在需要飞轮的转动惯量升高时，操纵分离轴承压下两侧控制压板，使得右控制压板上的销钉插入对应的可移动质量块内，拔起质量块在直槽上的支撑销，质量块沿飞轮基体内的直槽在两侧螺线槽控制下移向飞轮外端，使得其半径变大，达到增加飞轮整体转动惯量的目的。其特征在于飞轮基体1开设有槽2，槽2呈径向分布，槽2底部开设有通槽8，通槽8用以穿过支撑销43，槽2内装有质量块5，质量块5处于的位置时是其转动惯量最大的位置，质量块4处于的位置是其转动惯量最小的位置，质量块4和质量块5是同一质量块处于不同位置是的情况，飞轮基体1中心部位设有圆柱面3，和质量块4的内端面相配合，限制了质量块的内端极限位置，飞轮基体1两侧装有螺线槽控制盘21、22，在需要操纵相应质量块是，通过离合器部件12、13、26、27和制动器14，使得飞轮基体1和螺线槽控制盘21、22位置对正，通过分离轴承10、17压下控制压板11、18，螺线槽控制盘上的销钉16、19、24插入质量块5相应的位置，使得质量块的支撑销43、50插入螺线槽控制盘对应的螺线槽，在制动器14的作用下，质量块5被移向圆心；或者拔起对应的支持销35、42，质量块5在离心力作用下滑向外围，质量块5表面有缓冲层7，用以降低最大冲击力，质量块5内装有支撑销43、50，两者在弹簧45的作用下被限制在质量块5内部，支撑销43通过尾端45直接被销钉19操纵，支撑销50则通过推杆47和其尾端的曲拐49被销钉24操纵，支持销35、42由弹簧37分离，两者又通过钢片36连接，限制支撑销35和支撑销42最大的分离距离，销钉64内开设有槽62，槽62内通过钢片36和弹簧37，销钉16作用于销钉64尾端61时，推动销钉64左移，64左端接触钢片36，克服弹簧37的弹力，使得支撑销35、42缩入质量块5内，质量块5能在离心力作用下滑向飞轮基体1的外端。
该方法具体包括以下步骤：
1)在飞轮不工作是，质量块处于质量块4的位置，支撑销35、42伸出质量块4外，此时飞轮的转动惯量最小，利于机构的启动。
2)在飞轮转动惯量需要降低时，先控制离合器部件12、13、26、27和制动器14，使得飞轮基体1和螺线槽控制盘21、22位置对正，压下控制压板11、18，使得某一组质量块5内的支撑销43、50插入螺线槽控制盘21、22内的螺线槽内，对应的质量块在螺线槽控制盘和飞轮基体1内直槽双重作用下，质量块5滑向飞轮基体的圆心方向，飞轮整体的转动惯量减小。
3)在飞轮转动惯量需要增加时，先控制离合器部件12、13、26、27和制动器14，使得飞轮基体1和螺线槽控制盘21、22位置对正，压下控制压板11、18，销钉16作用于销钉64的尾端61，使得支撑销35、42缩入质量块5内，质量块5在其自身离心力的作用下滑向飞轮基体1的外端，飞轮整体的转动惯量增加。
一种直槽高速内平衡变惯量飞轮是采取以下方案实现：一种直槽高速内平衡变惯量飞轮具体结构是由开设有直槽的飞轮基体、开设有螺线槽的控制盘、可移动质量块、离合器及分离轴承组成；其特征在于飞轮基体(1)开设有槽(2)，所述槽(2)呈径向分布，所述槽(2)底部开设有通槽(8)，所述通槽(8)用以穿过支撑销(43)，所述槽(2)内装有质量块(5)，所述质量块(5)处于位置是其转动惯量最大的位置，质量块(4)处于的位置是其转动惯量最小的位置，所述质量块(4)和所述质量块(5)是同一质量块处于不同位置时的情况，所述飞轮基体(1)和轴(9)同轴连接安装，所述飞轮基体(1)中心部位设有圆柱面(3)，所述圆柱面(3)和所述质量块(4)的内端面相配合，限制了所述质量块(4)的内端极限位置，所述飞轮基体(1)两侧同轴安装有螺线槽控制盘(21)和螺线槽控制盘(22)，所述螺线槽控制盘(21)和所述螺线槽控制盘(22)同轴安装连接，其外圆面同轴安装有制动器(14)，所述螺线槽控制盘(21)上装有销钉(19)和销钉(16)，所述销钉(16)同轴安装有回位弹簧(15)，所述销钉(19)同轴安装有回位弹簧(20)，所述螺线槽控制盘(22)上安装有销钉(24)，所述销钉(24)同轴安装有回位弹簧(23)，所述飞轮基体(1)同轴连接安装了离合器摩擦片(27)，所述螺线槽控制盘(22)同轴连接安装有离合器挡板(26)，离合器线圈(13)和离合器底板(12)与所述轴(9)同轴安装，所述离合器底板(12)固定安装，所述螺线槽控制盘(22)和所述螺线槽控制盘(21)通过轴承(25)与所述轴(9)同轴安装，在所述螺线槽控制盘(22)和所述螺线槽控制盘(21)两侧同轴安装有控制压板(11)和控制压板(18)，所述控制压板(11)通过分离轴承(10)与所述轴(9)同轴安装，所述控制压板(18)通过分离轴承(17)与所述轴(9)同轴安装，所述螺线槽控制盘(21)开设有螺线槽(30)和孔(28)、孔(29)，所述孔(28)和所述孔(29)位置与所述销钉(16)和销钉(19)对应，所述螺线槽控制盘(21)上开设有螺线槽(30)，所述螺线槽控制盘(21)开设有孔(31)，所述孔(31)与所述轴(9)同轴连接安装，所述螺线槽控制盘(22)开设有螺线槽(32)和孔(34)，所述孔(34)与所述销钉(24)位置对应，所述螺线槽控制盘(22)开设有孔(33)，所述孔(33)与所述轴(9)同轴安装，所述质量块(5)开设有孔(44)和孔(38)，所述孔(44)和所述孔(38)内同轴安装有支撑销(43)和支撑销(50)，所述支撑销(43)尾端(46)插入所述支撑销(50)内孔内，弹簧(45)连接所述支撑销(43)和所述支撑销(50)，使得所述支撑销(43)和所述支撑销(50)缩入所述质量块(5)内，台阶面(48)轴向定位了支撑销(43)和所述支撑销(50)，所述质量块(5)开设有孔(39)和槽(67)，所述孔(39)和槽(67)内安装有销钉(47)，所述销钉(47)尾端有曲拐(48)，所述销钉(19)推动所述支撑销(43)左移，所述销钉(24)推动所述销钉(47)右移，从而推动所述支撑销(50)右移，所述质量块(5)开设有孔(66)，所述孔(66)孔口同轴安装有空心螺母(60)，所述孔(66)内同轴安装有销钉(64)，所述销钉(64)开设有槽(62)，所述槽(62)内通过弹簧(37)，所述销钉(64)左端头接触钢片(36)，所述销钉(64)左端作用有回位弹簧(65)，使得所述销钉(64)右移，被所述空心螺母(60)限位，所述质量块(5)开设有孔(41)，所述孔(41)中间有缩小孔(40)，所述孔(41)内安装有支撑销(35)和支持销(42)，所述支撑销(35)和所述支持销(42)在弹簧(37)作用下伸出所述质量块(5)外，所述钢片(36)连接所述支撑销(35)和所述支持销(42)，所述销钉(16)作用于所述销钉(64)，所述销钉(64)左移，推动所述钢片(36)，拉动所述支撑销(35)和所述支持销(42)缩入所述质量块(5)体内，从而所述质量块(5)能在所述槽(2)内滑动，由于每个所述槽(2)内只有一个所述质量块(5)，所述所述销钉(16)和所述销钉(19)在同一时刻只有一个起作用，在所述支撑销(43)和所述支撑销(50)被压出受力后，所述控制压板(11)和所述控制压板(18)即松开，不在有力作用于所述销钉(19)和所述销钉(24)。
本发明“一种直槽高速内平衡变惯量飞轮”是利用直槽和螺线槽组合结构，经过精心设计后提出一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，用于汽车和城市轨道车辆传动系统和再生制动系统、新能源汽车自动变速器和动力辅助装置、风电发电系统，工矿机械、工程机械等领域，能有效提高系统的效率和更好适应变工况的传动情况。
本发明一种直槽高速内平衡变惯量飞轮的特点：
1、本发明飞轮基体采用直槽结构，控制盘用螺线槽结构，控制盘分担了绝大部分移动质量块的离心力，使得质量块移动时需要的操纵控制力大幅下降，达到飞轮变惯量速度快，控制消耗能量低的效果。
2、通过对质量块分组，每组为2块可移动质量块，分别对每组质量块进行控制，有效降低了每次需要控制的操纵力，使得变惯量飞轮机构体积小，质量轻。
3、用于控制的制动扭矩可以由负载提供，即飞轮在释放能量时，飞轮的转速总是高于负载的转速，在两者之间可以加一个离合器，这样制动扭矩的功率为PK＝TZ(ω1-ω2)，显然能有效降低制动扭矩的功率，提高系统的效率，PK为控制制动器消耗的功率，TZ为制动扭矩，ω1为螺线槽控制盘转速，ω2负载端的转速，这样系统在吸收能力和释放能量过程中的总效率能高于50％。
4、质量块分组以后能提供更自由的控制操纵方式，能有效适应负载的应用情况，例如用于城市公交车的制动能量回收和二次牵引时，在汽车行驶途中突然减速后又加速，本发明所述的变惯量飞轮就能有效在制动时吸收其动能，在加速时释放飞轮动能起到加速助力的目的。
5、采用直槽结构后，可移动质量的移动距离大幅减小，使得滑块的摩擦损耗大幅降低。
本发明一种直槽高速内平衡变惯量飞轮是针对目前变惯量飞轮的可移动质量离心力大而引起操纵控制力在飞轮高速时系统非常难提供如此大的力而设计，主要适用用于用于汽车和城市轨道车辆传动系统和再生制动系统、新能源汽车的变速系统或动力辅助系统，风电发电系统，工矿机械、工程机械等领域，能有效提高系统的效率和降低其体积和质量。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
附图1～附图7是一种直槽高速内平衡变惯量飞轮实施实例，本发明的实际使用并不局限于实施例。
具体实施方式
参照附图1～附图6，一种直槽高速内平衡变惯量飞轮结构特征为(如附图1～附图6)：开设有直槽的飞轮基体1中有直槽2和槽8，飞轮基体1的直径为235mm，直槽2槽宽全为30mm，槽深60mm，槽8槽宽全为10mm，质量块5为0.5kg，(如附图1所示)，螺线槽控制盘18和22，其直径均为240mm，盘厚度为10mm，螺线槽深为7mm，材料为304不锈钢，轴9采用45钢调质处理，直径为60mm，离合器为电磁离合器，型号为DLD40(如附图2～附图4所示)，质量块5材料为45钢，支撑销43和支撑销50的直径为8mm，支撑销35和支撑销42直径为6mm，均为热处理后的钢材(如附图5～附图7所示)。

Claims (5)

1.一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，具有转动惯量可变的装置，其特征在于结构是由开设有直槽的飞轮基体、开设有螺线槽的控制盘、可移动质量块、离合器及分离轴承组成组成，飞轮基体(1)开设有槽(2)，槽(2)呈径向分布，槽(2)底部开设有通槽(8)，通槽(8)用以穿过支撑销(43)，槽(2)内装有质量块(5)，飞轮基体(1)两侧同轴安装有螺线槽控制盘(21)和螺线槽控制盘(22)，螺线槽控制盘(21)和螺线槽控制盘(22)同轴安装连接，其外圆面同轴安装有制动器(14)，螺线槽控制盘(21)上装有销钉(19)和销钉(16)，销钉(16)同轴安装有回位弹簧(15)，销钉(19)同轴安装有回位弹簧(20)，螺线槽控制盘(22)上安装有销钉(24)，销钉(24)同轴安装有回位弹簧(23)，螺线槽控制盘(21)上开设有螺线槽(30)，飞轮基体(1)同轴连接安装了离合器摩擦片(27)，螺线槽控制盘(22)同轴连接安装有离合器挡板(26)，离合器线圈(13)和离合器底板(12)与轴(9)同轴安装，离合器底板(12)固定安装，螺线槽控制盘(22)和螺线槽控制盘(21)通过轴承(25)与轴(9)同轴安装，在螺线槽控制盘(22)和螺线槽控制盘(21)两侧同轴安装有控制压板(11)和控制压板(18)，控制压板(11)通过分离轴承(10)与轴(9)同轴安装，控制压板(18)通过分离轴承(17)与轴(9)同轴安装，螺线槽控制盘(22)开设有螺线槽(32)，质量块(5)开设有孔(44)和孔(38)，孔(44)和孔(38)内同轴安装有支撑销(43)和支撑销(50)，支撑销(43)尾端(46)插入支撑销(50)内孔内，弹簧(45)连接支撑销(43)和支撑销(50)，使得支撑销(43)和支撑销(50)缩入质量块(5)内，台阶面(48)轴向定位了支撑销(43)和支撑销(50)，质量块(5)开设有孔(39)和槽(67)，孔(39)和槽(67)内安装有销钉(47)，质量块(5)开设有孔(66)，孔(66)孔口同轴安装有空心螺母(60)，孔(66)内同轴安装有销钉(64)，销钉(64)开设有槽(62)，槽(62)内通过弹簧(37)，销钉(64)左端头接触钢片(36)，销钉(64)左端作用有回位弹簧(65)，质量块(5)开设有孔(41)，孔(41)中间有缩小孔(40)，孔(41)内安装有支撑销(35)和支持销(42)，支撑销(35)和支持销(42)在弹簧(37)作用下伸出质量块(5)外，钢片(36)连接支撑销(35)和支持销(42)。
2.根据权利要求1所述的一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，其特征在于：飞轮基体(1)开设有槽(2)，槽(2)的个数可为4-20个。
3.根据权利要求1所述的一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，其特征在于：螺线槽控制盘(21)开设有螺线槽(30)，螺线槽的个数可以为1个。
4.根据权利要求1所述的一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，其特征在于：螺线槽控制盘(22)开设有螺线槽(32)，螺线槽的个数可以为1个。
5.根据权利要求1所述的一种直槽高速内平衡变惯量飞轮，其特征在于：螺线槽控制盘可只用螺线槽控制盘(21)或螺线槽控制盘(22)其中一个。
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