CN102979869B - 弹簧储能单元及弹簧储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弹簧储能单元和弹簧储能装置。所述弹簧储能单元用于存储或传递能量，包括壳体、位于壳体内的芯轴、两个以上的同向的涡卷弹簧，其中，所述涡卷弹簧的两端分别固定在所述壳体和芯轴上。芯轴和壳体的相对旋转可以改变涡卷弹簧的松紧状态，实现对所述弹簧储能单元的储能。多个涡卷弹簧同向的设置在同一壳体内，可以增加所述弹簧储能单元的容量。多个弹簧储能单元依次连接，在保持扭力恒定的同时，可以进一步增加容量。

Description

弹簧储能单元及弹簧储能装置

技术领域

本发明涉及弹簧储能单元，所述储能单元可以利用涡卷弹簧存储机械能，本发明还涉及包含了该储能单元的弹簧储能装置。

背景技术

在现有技术中，平面涡卷弹簧储能装置都是通过扭转卷轴卷紧涡一个弹簧而储能的，具有结构简单，使用寿命长，对环境不造成污染等。但是由于弹性材料的限制，能源储存密度低，现在一般是采用增大涡卷弹簧的横切面积来增加弹簧强度和增加弹簧的卷数、长度，以提高能量的储存密度。但是增大弹簧材料横切面会使弹簧强度增大却弹性降低，并且容易疲劳折断，增大弹簧的刚度还会造成适应性变差。增加平面涡卷弹簧的卷数虽然能增加能量储存，但会增大扭力、效率降低。另外，现有技术的涡卷弹簧是独立的，能量传输能力有限，不能适应不同场合的需要。基于此，有必要改进一下现有技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种弹簧储能单元，能在相同的空间里增大储能密度，并且能根据需要增加容量。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。

一种弹簧储能单元，用于存储或传递能量，其特征在于：包括壳体、位于壳体内的芯轴、两个以上同向的涡卷弹簧，其中，所述涡卷弹簧的两端分别固定在所述壳体和所述芯轴上。

在上述技术方案中，芯轴和壳体的相对旋转可以改变涡卷弹簧的松紧状态，实现对所述弹簧储能单元的储能。多个涡卷弹簧同向的设置在同一壳体内，可以增加所述弹簧储能单元的容量。

在发明的这种弹簧储能单元中，所述壳体的一端设有第一限位件，所述芯轴上设有可连接至所述第一限位件的第二限位件，并且所述第二限位件位于与所述第一限位件相反的一端。一个弹簧储能单元的所述第一限位件能连接至另一个弹簧储能单元的第二限位件，保证两个弹簧储能单元的扭矩相互传递，从而实现了容量的增加。由于前一壳体连接于后一芯轴，所以增加弹簧储能单元在提高储能量的同时，不会增加扭力，可以适用于扭力较小的风力发电装置。

在本发明的这种弹簧储能单元中，所述的两个以上的涡卷弹簧的轴向位置相同。在本方案中，处于同一平面的涡卷弹簧可以合理利用径向面积，降低单个弹簧储能装置的厚度。

在本发明的这种弹簧储能单元中，所述的两个以上的涡卷弹簧的轴向位置相互交错。在本方案中，涡卷弹簧的位置相互交错，适用于安装位置的面积较小而长度较大的场合。

一种弹簧储能装置，其特征在于：包括若干个弹簧储能单元、减速器、以及增速器，其中，若干个所述弹簧储能单元以芯轴连接至另一个壳体的方式依次连接，所述减速器的低速端和增速器的低速端分别连接至位于端部的所述壳体或者芯轴。

外界动能通过该减速器传递至弹簧储能单元，而弹簧储能单元经由增速器传递至输出端，该输出端可以是发电机。本发明的这种弹簧储能装置分别连接能量输入端和能量输出端，其可以作为暂时的存储装置将不稳定的能源转化为稳定的能源，以便人类直接利用。此外，这种弹簧储能装置也可以作为减震构件。

实施本发明的这种弹簧储能单元，具有以下有益效果：所述弹簧储能单元具有两个以上的涡卷弹簧，可以提高储能密度。所述弹簧储能装置可以作为减震装置或者能量储存装置。

附图说明

图1为本发明的这种弹簧储能单元的示意图，其中多个涡卷弹簧位于同一平面内；

图2为图1的另一种实施方式下的剖视图，其中涡卷弹簧是交错布置的；

图3为本发明的这种弹簧储能单元的组合状态；

图4为图3的剖视图，属于同一弹簧储能单元的涡卷弹簧处于同一平面；

图5为本发明的这种弹簧储能装置的示意图；

图6展示了本发明的这种弹簧储能装置的一种实施方式；

图7展示了本发明的这种弹簧储能装置的另一种实施方式；

图8展示了本发明的这种弹簧储能装置的又一种实施方式。

部分附图标记说明：壳体11、第一限位件111、芯轴12、第二限位件121、涡卷弹簧13、弹簧储能装置2、弹簧储能单元21、减速器22、增速器23、第一制动单元24、第二制动单元25、控制器26、风轮3、发电机4、发电/电动机5、太阳能电池组6、制动器7、动力装置8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述。

如图1、2所示的发明的这种弹簧储能单元21，用于存储或传递能量，包括壳体11、位于壳体11内的芯轴12、两个以上的同向的涡卷弹簧13，其中，所述涡卷弹簧13的两端分别固定在所述壳体11和芯轴12上。在图1中，三个涡卷弹簧13轴对称地布置在芯轴12和壳体11之间，对称布置可以保证受力均匀，是较为优选的选择。当然，采用其他数目的涡卷弹簧13，并采用非对称地布置也是允许的。如图1，涡卷弹簧13可以处于同于平面内，以降低整体的厚度。如图2，涡卷弹簧13也可以轴向交错布置，以降低整体的面积。

图3、4可以体现多个弹簧储能单元21的连接方式。其中，所述壳体11的一端设有第一限位件111，所述芯轴12上设有可连接至所述第一限位件111的第二限位件121，并且所述第二限位件121位于与所述第一限位件11相反的一端。参照图3，在本实施例中，连接件14作为芯轴12与壳体11的联轴器，所述连接件14上设有第一凹槽141和第二凹槽142，所述第一凹槽141连接至壳体11而所述第二凹槽142连接至芯轴12。当然，采用其他方式连接壳体11和芯轴12也是可以的，在此无需赘述。

如图5，所示的本发明的这种弹簧储能装置2，包括若干个弹簧储能单元21、减速器22、以及增速器23，其中，若干个所述弹簧储能单元21以芯轴连接至另一个壳体的方式依次连接，所述减速器22的低速端和增速器23的低速端分别连接至位于端部的所述壳体或者芯轴。

图6和图7为所述弹簧储能装置的两种具体应用。在图6中，所述弹簧储能装置2的输入端连接风轮3，输出端连接发电机4。发电机4的输出端连接至用电器，该用电器可以是电灯。第一制动单元24和第二制动单元25提供单一方向的旋转，其中，所述第一制动单元24的提供的旋转方向与所述弹簧储能单元21的拧紧方向相同，而所述第二制动单元25提供的旋转方向与所述弹簧储能单元21的放松方向相同。弹簧储能单元21的扭矩较大，而转速较低，所述减速器22和增速器23主要用于调整转速，以平衡涡卷弹簧和风轮3以及发电机4的转速需求。

参照图6，经过弹簧储能装置2后，风轮3的不稳定的动能转化为转速较为稳定的动能输出至发电机4。由于弹簧储能装置2的转速是可变的，优选地采用控制器26控制弹簧储能装置2的转速。该弹簧储能装置2可以是磁动调速装置，其提供一收敛的反馈调节。具体的，控制器26获得发电机的电流输出，并据此调整弹簧储能装置的转速，从而达到控制发电机电能输出的目的。

图7中增加了太阳能电池组6。在阳光充足的时候，由太阳能电池组6向发电/电动机5供电，发电/电动机5将电能转化为机械能存储在弹簧储能装置2中。在风能充足的时候，由风轮3将能量存储至弹簧储能装置2，最终实现风光互补。制动器7可以防止弹簧储能装置2的反转。在用电器需要电能的时候，弹簧储能装置2驱动发电/电动机5工作，将机械能输出至用电器。

在图8中，弹簧储能单元21作为储能装置，其输入端与输出端相同，均通过制动器7连接至动力装置8。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式。但本发明保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种弹簧储能装置，其特征在于：包括若干个弹簧储能单元、减速器、以及增速器，其中，若干个所述弹簧储能单元以芯轴连接至另一个壳体的方式依次连接，所述减速器的低速端和增速器的低速端分别连接至位于端部的所述壳体或者芯轴，其中，所述壳体的一端设有第一限位件，所述芯轴上设有可连接至所述第一限位件的第二限位件，并且所述第二限位件位于与所述第一限位件相反的一端，连接件作为芯轴与壳体的联轴器，所述连接件上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽连接至壳体而所述第二凹槽连接至芯轴；所述弹簧储能单元包括壳体、位于壳体内的芯轴、两个以上同向的涡卷弹簧，其中，所述涡卷弹簧的两端分别固定在所述壳体和所述芯轴上。