CN110219920A - 一种多级卷簧能量储存与释放管理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，包括多个卷簧储能单元和一能量释放管控单元，所述各卷簧储能单元均包括卷簧、滑轮以及套筒，其中滑轮与套筒同轴并且相固定，滑轮为中空结构，滑轮内设有卷簧，卷簧外圈的端头与滑轮相固定；其中最上方的卷簧储能单元的套筒套设于所述中柱上，其卷簧内圈的端头其与中柱相固定，其余卷簧储能单元的套筒均套设与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒上，且各卷簧储能单元的卷簧内圈的端头与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒相固定；各卷簧储能单元的滑轮上均设有一动力件；本发明提供的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，能实现能量的多级存储与释放，达到对能量的有效管理。

Description

一种多级卷簧能量储存与释放管理装置
技术领域
本发明涉及卷簧储能技术领域，具体涉及一种多级卷簧能量储存与释放管理装置。
背景技术
由于人们对能源的迫切需求，具有很强的时间性和空间性。为了合理利用能源并提高能源的利用率，就需要借助一种装置，把一段时间内暂时不用的多余能量通过某种方法收集并储存起来，在需要使用时再释放，或者运往能量紧缺的地方再使用，因此，需要一种关于能量储存与释放管理的储能装置；
目前常用的能量储能器是电力储能器，即电池。其通过电化学进行储能，充放电过程为化学反应。但是铅酸电池会产生铅、汞、福等有毒有害重金属元素，并且电池安全性较差，容易发生爆炸，维护成本高，在高低温等恶劣环境下使用会受到限制，电池久放后，会不同程度上存在自放电现象，造成能源的损失；
弹簧作为一种常见的机械储能器，借助弹力控制机件的运动、缓冲或震动、贮蓄能量。弹簧具有良好的储存能量的功能，弹簧的能量缺少存储与管理，储存及释放能量无法精准控制，弹力大小不易调节等缺点；
当采用单个涡卷弹簧进行储能时，倔强系数通常为固定值。若倔强系数小，则柔性好，变形幅度大，容易控制储能精度，但储存的能量较少。若倔强系数大，则刚度大，变形幅度小，不易精确控制储能量的输出，但储能的能力强。因此，单个涡卷弹簧储能器无法兼顾吸储能力和放储精度，并且无法实现能量的多级存储与释放，缺乏对能量的管理。采用单个涡卷弹簧在长时间工作，会产生疲劳，出现永久变形，弹力减弱甚至消失的现象。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种储能效率高、储能时间久，能量存储与释放方便，能实现能量的多级存储与释放的多级卷簧能量储存与释放管理装置。
本发明的技术方案是：一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，包括纵向的中柱、多个沿中柱从上至下依次套设在一起的卷簧储能单元以及一用于控制各卷簧储能单元能量保持或释放的能量释放管控单元，所述各卷簧储能单元均包括卷簧、滑轮以及套筒，其中滑轮与套筒同轴并且相固定，滑轮为中空结构，滑轮内设有与其同轴的卷簧，卷簧外圈的端头与滑轮相固定；其中最上方的卷簧储能单元的套筒套设于所述中柱上，其卷簧内圈的端头其与所述中柱相固定，其余卷簧储能单元的套筒均套设与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒上，且各卷簧储能单元的卷簧内圈的端头与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒相固定；各卷簧储能单元的滑轮上均设有一用于带动滑轮转动储能的动力件。
上述套筒侧壁开设有多个沿其周向均布的限位孔；所述能量释放管控单元包括电动推杆，电动推杆的伸出端固定有电动推杆销，电动推杆销与所述限位孔配合来进行能量保持或释放。
上述中柱一端与底板固定连接，中柱另一端与用于包裹若干卷簧储能单元的外壳固定连接。
上述电动推杆固定在电机支架上，电机支架固定在所述底板内侧。
上述套筒下端为U型翻边结构，各卷簧储能单元套筒的U型翻边结构均套设与其上方相邻的卷簧储能单元套筒的U型翻边结构内部，U型翻边结构的外圈侧壁开设有所述限位孔。
上述动力件为绳子，绳子一端与滑轮固定连接，绳子另一端为自由端；所述外壳上开设有穿过绳子的开口。
上述卷簧外圈的端头通过销与滑轮相固定。
上述中柱上开设有固定孔，最上方的卷簧储能单元的卷簧内圈的端头插入到中柱上开设的固定孔中；所述套筒上也开设有固定孔，其余卷簧储能单元的卷簧内圈的端头均插入到与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒上开设的固定孔中。
本发明的有益效果：
1、本发明可以减少化学污染，储能效率高，储能时间久，能量损失少，能实现能量的多级存储与释放。
2、本发明的优点在于：结构简单、紧凑、拆装方便、操作简便等，不仅能对卷簧弹性势能进行多级存储与释放，还可以进行能量的控制与管理。
3、能实现能量的多级存储与释放，可逐级存储和释放能量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明的卷簧结构的剖视图；
图4为本发明电动推杆与限位孔配合的示意图。
附图标记说明：
1、中柱；2、卷簧；3、滑轮；4、套筒；5、限位孔；6、电动推杆；7、电机支架；8、底板；9、外壳；10、绳子；11、销；12、固定孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
本发明实施例提供了一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，参见图1、图2、图3、图4，本发明的工作原理如下：
以三个卷簧储能单元从上至下依次套设在中柱上为例：
在具体描述工作原理时，最上方的卷簧储能单元为第一级卷簧储能单元，第一级卷簧储能单元下方与其相邻的卷簧储能单元为第二级卷簧储能单元，第二级卷簧储能单元下方与其相邻的卷簧储能单元为第三级卷簧储能单元；
第一级卷簧储能单元的卷簧为第一卷簧、第一级卷簧储能单元的滑轮为第一滑轮、第一级卷簧储能单元的套筒为第一套筒；第二级卷簧储能单元的卷簧为第二卷簧、第二级卷簧储能单元的滑轮为第二滑轮、第二级卷簧储能单元的套筒为第二套筒；第三级卷簧储能单元的卷簧为第三卷簧、第三级卷簧储能单元的滑轮为第三滑轮、第三级卷簧储能单元的套筒为第三套筒；
当选择第一级卷簧储能单元工作时，第一卷簧安装在第一滑轮内，并且第一卷簧的外圈的端头通过销与第一滑轮内径固定连接，第一卷簧的内圈的端头插入到中柱1的固定孔中，而中柱1一端与底板8固定连接，中柱1另一端与外壳9固定连接，所以中柱1是固定不动的，即第一卷簧的内圈的端头被固定住，第一滑轮的外径缠绕有绳子，绳子一端与第一滑轮固定连接，另一端为自由端，所以向下拉动绳子的自由端时，能带动第一滑轮一起旋转，第一滑轮旋转带动第一卷簧自由端随第一滑轮一起旋转，第一滑轮带动与其固定连接的第一套筒绕中柱17转动，从而第一卷簧实现变形储能；
第一卷簧对能量进行存储时，在控制信号的作用下，驱动电动推杆6工作，电动推杆6启动后，电动推杆6的伸出端带动其端部固定的电动推杆销插入到第一套筒上开设的限位孔内，这样第一套筒就被固定住，由于第一套筒与第一滑轮固定连接，造成第一滑轮无法反转，限制了安装在第一滑轮内的第一卷簧恢复弹性形变，至此，第一卷簧的弹性势能被保存。
当选择第二级卷簧储能单元工作时，由于第一级卷簧储能单元已经被锁止，因此，第一套筒停止转动，成为了固定端，第二卷簧的内圈的端头插入到第一套筒的固定孔中，所以第二卷簧的中心端被固定，第二卷簧的外圈的端头通过销与第二滑轮内径固定连接，第二滑轮的外径缠绕有绳子，绳子一端与第二滑轮固定连接，另一端为自由端，所以向下拉动绳子的自由端时，能带动第二滑轮一起旋转，第二滑轮旋转带动第二卷簧外圈的端头随第二滑轮一起旋转，第二滑轮带动与其固定连接的第二套筒绕第一套筒转动，从而第二卷簧实现变形储能；
第二卷簧对能量进行存储时，在控制信号的作用下，驱动电动推杆6工作，电动推杆6启动后，电动推杆6的伸出端带动其端部固定的电动推杆销插入到第二套筒上开设的限位孔内，这样第二套筒就被固定住，由于第二套筒与第二滑轮固定连接，造成第二滑轮无法反转，限制了安装在第二滑轮内的第二卷簧恢复弹性形变，至此，第二卷簧的弹性势能被保存。
当选择第三级卷簧储能单元工作时，由于第一级卷簧储能单元、第二级卷簧储能单元已经被锁止，因此，第二套筒停止转动，成为了固定端，第三卷簧的中心端插入到第二套筒的固定孔中，所以第三卷簧的中心端被固定，第三卷簧的外圈的端头通过销与第三滑轮内径固定连接，第三滑轮的外径缠绕有绳子，绳子一端与第三滑轮固定连接，另一端为自由端，所以向下拉动绳子的自由端时，能带动第三滑轮一起旋转，第三滑轮旋转带动第三卷簧外圈的端头随第三滑轮一起旋转，第三滑轮带动与其固定连接的第三套筒绕第二套筒转动，从而第三卷簧实现变形储能；
第三卷簧对能量进行存储时，在控制信号的作用下，驱动电动推杆6工作，电动推杆6启动后，电动推杆6的伸出端带动其端部固定的电动推杆销插入到第三套筒上开设的限位孔内，这样第三套筒就被固定住，由于第三套筒与第三滑轮固定连接，造成第三滑轮无法反转，限制了安装在第三滑轮内的第三卷簧恢复弹性形变，至此，第三卷簧的弹性势能被保存。
当第二级卷簧储能单元进行储能时，第一级卷簧储能单元存储的能量不受影响，当第三级卷簧储能单元进行储能时，第二级卷簧储能单元存储的能量不受影响，所以各级卷簧储能单元进行储能时均不受相互影响。
当只需要存储第一级卷簧储能单元的能量同时只需要释放第一级卷簧储能单元的能量时，只需控制电动推杆6的电动推杆销从第一套筒上开设的限位孔收回，不再锁止第一套筒以及第一滑轮的转动，此时完成了第一级能量的释放；
当只需要存储第一级卷簧储能单元的能量和第二级卷簧储能单元的能量时，存储后如果需要释放第一级卷簧和第二级卷簧的能量时，只需控制电动推杆6的电动推杆销从第二套筒上开设的限位孔和第一套筒上开设的限位孔收回，此时完成了第二级卷簧储能单元的能量和第一级卷簧储能单元的能量的释放；
当三级卷簧储能单元的能量全部存储并且逐一释放时，则控制电动推杆6的电动推杆销先从第三套筒上开设的限位孔收回，即不在不再锁止第三套筒以及第三滑轮的转动，第三级卷簧储能单元的能量被释放；之后控制电动推杆6的电动推杆销再从第二套筒上开设的限位孔收回，即不在不再锁止第二套筒以及第二滑轮的转动，第二级卷簧储能单元的能量被释放；最后控制电动推杆6的电动推杆销从第一套筒上开设的限位孔收回，即不在不再锁止第一套筒以及第一滑轮的转动，第一级卷簧储能单元的能量被释放，即实现能量的逐级释放。
综上以三个卷簧储能单元为例，为三级卷簧储能单元的能量储能与释放过程，多个卷簧储能单元的工作过程以此类推即可。
综上所述，本发明提供的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，既可以减少化学污染，又可以不受恶劣环境条件使用限制，储能效率高，储能时间久，并且能量损失少，存储与释放方便，还可以实现能量的多级存储与释放，达到对能量的有效管理；同时该装置每一次的储能，都是从卷簧的自由的初始态开始，不会存在弹力抵抗，消耗多余能量，即使一级有微小的能量需要存储，该发明可保证每次能量均可收集。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，包括纵向的中柱(1)、多个沿中柱(1)从上至下依次套设在一起的卷簧储能单元以及一用于控制各卷簧储能单元能量保持或释放的能量释放管控单元，所述各卷簧储能单元均包括卷簧(2)、滑轮(3)以及套筒(4)，其中滑轮(3)与套筒(4)同轴并且相固定，滑轮(3)为中空结构，滑轮(3)内设有与其同轴的卷簧(2)，卷簧(2)外圈的端头与滑轮(3)相固定；最上方的卷簧储能单元的套筒(4)套设于所述中柱(1)上，其卷簧(2)内圈的端头与所述中柱(1)相固定，其余卷簧储能单元的套筒(4)均套设于其上方相邻的卷簧储能单元的套筒(4)上，且各卷簧储能单元的卷簧(2)内圈的端头与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒(4)相固定；各卷簧储能单元的滑轮(3)上均设有一用于带动滑轮转动储能的动力件。
2.如权利要求1所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述套筒(4)侧壁开设有多个沿其周向均布的限位孔(5)；所述能量释放管控单元包括电动推杆(6)，电动推杆(6)的伸出端固定有电动推杆销，电动推杆销与所述限位孔(5)配合来进行能量保持或释放。
3.如权利要求1所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述中柱(1)一端与底板(8)固定连接，中柱(1)另一端与用于包裹若干卷簧储能单元的外壳(9)固定连接。
4.如权利要求3所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述电动推杆(6)固定在电机支架(7)上，电机支架(7)固定在所述底板(8)内侧。
5.如权利要求2所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述套筒(4)下端为U型翻边结构，各卷簧储能单元套筒(4)的U型翻边结构均套设与其上方相邻的卷簧储能单元套筒(4)的U型翻边结构内部，U型翻边结构的外圈侧壁开设有所述限位孔(5)。
6.如权利要求3所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述动力件为绳子(10)，绳子(10)一端与滑轮(3)固定连接，绳子(10)另一端为自由端；所述外壳(9)上开设有穿过绳子(10)的开口。
7.如权利要求1所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述卷簧(2)外圈的端头通过销(11)与滑轮(3)相固定。
8.如权利要求1所述的一种多级卷簧能量储存与释放管理装置，其特征在于，所述中柱(1)上开设有固定孔(12)，最上方的卷簧储能单元的卷簧(2)内圈的端头插入到中柱(1)上开设的固定孔中；所述套筒(4)上也开设有固定孔(12)，其余卷簧储能单元的卷簧(2)内圈的端头均插入到与其上方相邻的卷簧储能单元的套筒(4)上开设的固定孔(12)中。
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