CN111059180B - 飞轮制动装置及飞轮电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞轮制动装置及飞轮电池，涉及飞轮电池技术领域，飞轮制动装置包括：支撑座、止停盘和抵接盘；抵接盘朝向止停盘的一面上设置有第一导向结构，止停盘朝向抵接盘的一面上设置有第二导向结构，第一导向结构和第二导向结构能够使抵接盘朝远离止停盘的一侧运动；支撑座朝向止停盘的一面上设置有粗糙结构；飞轮制动装置包括锁止机构，锁止机构用于在锁止时将抵接盘锁止在非制动状态；飞轮制动装置包括驱动机构，驱动机构用于将抵接盘朝远离止停盘方向推动，以使抵接盘呈制动状态，抵接盘处于制动状态时，抵接盘与飞轮转子抵接。

Description

飞轮制动装置及飞轮电池
技术领域
本发明涉及飞轮电池技术领域，尤其是涉及一种飞轮制动装置及飞轮电池。
背景技术
飞轮储能是一种机械储能技术，用于新能源汽车可实现快充快放，安全环保，可以消除车用锂电池存在的起火、充放电寿命短、电池性能受环境温度影响大、充电时间长、电池材料污染环境、电池面临回收等问题。
飞轮电池在工作时，如果飞轮转子出现异常，例如，偏离了平衡位置，需要对飞轮转子进行降速，以使其停止。现有的降速方法是通过飞轮电池向外接负载放电实现，但是，此种方法需要在飞轮电池外侧连接一个体积较大的负载，负载增加了飞轮电池的使用空间，并且放电的过程比较危险，有可能危及驾驶人员。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞轮制动装置及飞轮电池，以缓解了现有的飞轮体积大且降速过程具有危险性的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供的一种飞轮制动装置，用于装配在飞轮转子的端侧，所述飞轮制动装置包括：上下依次设置的支撑座、止停盘和抵接盘；
所述支撑座的一面上设置有径向限位槽，所述抵接盘和止停盘位于所述径向限位槽内，所述径向限位槽用于阻止所述抵接盘和止停盘沿径向运动；
所述抵接盘朝向所述止停盘的一面上设置有第一导向结构，所述止停盘朝向所述抵接盘的一面上设置有第二导向结构，所述第一导向结构和第二导向结构用于在所述抵接盘与所述止停盘发生相对转动时彼此接触滑动，并能够使所述抵接盘朝远离所述止停盘的一侧运动；
所述支撑座朝向所述止停盘的一面上设置有粗糙结构；
所述飞轮制动装置包括锁止机构，所述锁止机构用于在锁止时将所述抵接盘锁止在非制动状态，所述抵接盘处于非制动状态时，所述抵接盘与所述止停盘相对静止，且所述抵接盘与所述飞轮转子之间具有间隙；
所述飞轮制动装置包括驱动机构，所述驱动机构用于将所述抵接盘朝远离所述止停盘方向推动，以使所述抵接盘呈制动状态，所述抵接盘处于制动状态时，所述抵接盘与飞轮转子抵接。
进一步的，所述第一导向结构为由所述止停盘中心向外延伸的第一螺旋齿结构，所述第二导向结构为由所述抵接盘中心向外延伸的第二螺旋齿结构，所述第一螺旋齿结构与所述第二螺旋齿结构啮合。
进一步的，所述锁止机构包括设置在所述抵接盘上的永磁铁；所述锁止机构还包括用于固定在所述支撑座上的磁性连接部，所述磁性连接部位于所述抵接盘朝向所述止停盘的一侧，所述磁性连接部与所述永磁铁磁力连接。
进一步的，所述磁性连接部包括铁芯，所述铁芯用于与所述永磁铁磁力连接。
进一步的，所述驱动机构包括缠绕在所述铁芯外侧的通电线圈，以使所述磁性连接部形成电磁铁；所述电磁铁与所述永磁铁磁场方向相反，以使所述通电线圈通电后，所述电磁铁与所述永磁铁彼此之间产生斥力，将所述抵接盘朝远离所述止停盘的一侧推动。
进一步的，所述飞轮制动装置包括换向电路，所述通电线圈连接在所述换向电路中，所述换向电路用于改变流经所述通电线圈的电流的方向。
第二方面，本发明实施例提供的一种飞轮电池，包括飞轮转子和上述的飞轮制动装置；所述飞轮制动装置位于所述飞轮转子的端侧，且所述抵接盘背向所述止停盘的一面朝向所述飞轮转子的端面，抵接盘和飞轮转子之间具有间隙，且所述抵接盘能够在远离所述止停盘且未与所述止停盘分离时与所述飞轮转子的端面抵接。
进一步的，所述飞轮电池包括控制器和平衡位置检测器，所述控制器分别与所述飞轮制动装置和平衡位置检测器连接，所述平衡位置检测器用于检测所述飞轮转子是否偏离平衡位置，所述控制器用于在所述飞轮转子偏离平衡位置时将锁止机构解锁，并使所述驱动机构将所述抵接盘朝远离所述止停盘的一侧推动。
进一步的，所述平衡位置检测器包括轴向传感器和径向传感器，所述轴向传感器朝向所述飞轮转子的端面，用于检测所述飞轮转子在轴向上是否偏移平衡位置；
所述径向传感器朝向所述飞轮转子的周向侧壁，用于检测所述飞轮转子在径向上是否偏移平衡位置。
进一步的，所述飞轮制动装置的数量为两个，两个所述飞轮制动装置设置在所述飞轮转子的两端侧。
本发明实施例提供的飞轮制动装置的工作原理如下：在飞轮转子没有产生异常现象时，锁止机构可以使抵接盘保持在非制动状态，也就是说，此时，抵接盘不与飞轮转子接触。而当飞轮转子工作异常时，锁止机构解除锁止，驱动机构启动并驱动抵接盘朝飞轮转子端面运动，抵接盘与飞轮转子端面抵接时，高速转动的飞轮转子将带动抵接盘一起转动，而在抵接盘和止停盘之间设置有第一导向结构和第二导向结构，可以将转动运动转化为沿轴向的直线运动，在抵接盘转动时，抵接盘与止停盘的距离会逐渐的增加，抵接盘与飞轮转子相抵接而不能继续运动，从而将抵接盘和止停盘锁死，二者一起转动，而止停盘的下方设置有粗糙结构，止停盘与粗糙结构摩擦，将机械能转化为热能，从而使飞轮转子降速。通过飞轮制动装置可以使飞轮转子将机械能转化为热能，可以使飞轮转子降速。相比于现有技术中通过放电的方式，将机械能转化为电能，本实施例中的能量转化所用到的装置相比于负载体积更小，并且机械能转化为热能的过程也比较安全。
本发明实施例提供的一种飞轮电池，包括飞轮转子和上述的飞轮制动装置，因为本发明实施例提供的飞轮电池引用了上述的飞轮制动装置，所以，本发明实施例提供的飞轮电池也具备飞轮制动装置的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的飞轮制动装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的飞轮制动装置的剖视图；
图3为图2中A位置的局部放大图；
图4为本发明实施例提供的飞轮制动装置的止停盘的示意图；
图5为本发明实施例提供的飞轮制动装置的抵接盘非制动状态的示意图；
图6为本发明实施例提供的飞轮制动装置的止停盘制动状态的示意图；
图7为本发明实施例提供的飞轮电池的剖视图。
图标：100-飞轮制动装置；110-支撑座；120-止停盘；121-第一螺旋齿结构；130-抵接盘；131-第二螺旋齿结构；132-永磁铁；140-粗糙结构；150-铁芯；160-通电线圈；200-飞轮转子；210-转子结构；311-外壳；312-底盘；410-磁轴承；420-插头；430-接口；500-轴芯；510-定子结构；610-轴向传感器；620-径向传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图6所示，本发明实施例提供的一种飞轮制动装置100，用于装配在飞轮转子200的端侧，所述飞轮制动装置100包括：上下依次设置的支撑座110、止停盘120和抵接盘130；所述支撑座110的一面上设置有径向限位槽，所述抵接盘130和止停盘120位于所述径向限位槽内，所述径向限位槽用于阻止所述抵接盘130和止停盘120沿径向运动，但是抵接盘130和止停盘120可以产生沿轴向的相对运动。
其中，限位槽可以为一个具有连续侧边的凹槽，也可以为在一个圆上间隔排布的多个限位结构所围成的空间限位结构。
如图2和图3所示，所述抵接盘130朝向所述止停盘120的一面上设置有第一导向结构，所述止停盘120朝向所述抵接盘130的一面上设置有第二导向结构，所述第一导向结构和第二导向结构用于在所述抵接盘130与所述止停盘120发生相对转动时彼此接触滑动，并能够使所述抵接盘130朝远离所述止停盘120的一侧运动。第一导向结构和第二导向结构上均设置有导向斜面，且第一导向结构上的导向斜面和第二导向结构上的导向斜面接触并可以彼此滑动，当抵接盘130相对于止停盘120发生转动时，两个导向斜面发生滑动，从而将转动转化为沿轴向的直线运动，并且通过设置斜面的倾斜方向，可以使飞轮转子200带动抵接盘130转动时，抵接盘130和止停盘120之间的距离增加。
所述支撑座110朝向所述止停盘120的一面上设置有粗糙结构140，粗糙结构140用于转动的止停盘120滑动摩擦，以将机械能转化为热能，从而降低飞轮转子200的速度。
如图3所示，所述飞轮制动装置100包括锁止机构，所述锁止机构用于在锁止时将所述抵接盘130锁止在非制动状态，所述抵接盘130处于非制动状态时，所述抵接盘130与所述止停盘120相对静止，且所述抵接盘130与所述飞轮转子200之间具有间隙，避免抵接盘130在飞轮正常工作时与飞轮转子200接触。
所述飞轮制动装置100包括驱动机构，所述驱动机构用于将所述抵接盘130朝远离所述止停盘120方向推动，以使所述抵接盘130呈制动状态，所述抵接盘130处于制动状态时，所述抵接盘130与飞轮转子200抵接。
如图5和图6所示，本发明实施例提供的飞轮制动装置100的工作原理如下：在飞轮转子200没有产生异常现象时，锁止机构可以使抵接盘130保持在非制动状态，也就是说，此时，抵接盘130不与飞轮转子200接触。而当飞轮转子200工作异常时，锁止机构解除锁止，驱动机构启动并驱动抵接盘130朝飞轮转子200端面运动，抵接盘130与飞轮转子200端面抵接时，高速转动的飞轮转子200将带动抵接盘130一起转动，而在抵接盘130和止停盘120之间设置有第一导向结构和第二导向结构，可以将转动运动转化为沿轴向的直线运动，在抵接盘130转动时，抵接盘130与止停盘120的距离会逐渐的增加，因为飞轮制动装置安装在飞轮电池内后，抵接盘和止停盘二者两侧分别为飞轮转子和支撑座，所以，抵接盘远离止停盘的距离是有限的，当抵接盘与飞轮转子接触时，且不能在继续进行远离运动了，而止停盘也是紧紧的压接在粗糙结构上，从而将抵接盘130和止停盘120锁死，二者一起转动，而止停盘120的下方设置有粗糙结构140，止停盘120与粗糙结构140摩擦，将机械能转化为热能，从而使飞轮转子200降速。通过飞轮制动装置100可以使飞轮转子200将机械能转化为热能，可以使飞轮转子200更快的降速。相比于现有技术中通过放电的方式，将机械能转化为电能，本实施例中的能量转化所用到的装置相比于负载体积更小，并且机械能转化为热能的过程也比较安全。
在本实施例中，所述第一导向结构可以为由所述止停盘120中心向外延伸的第一螺旋齿结构121，所述第二导向结构为由所述抵接盘130中心向外延伸的第二螺旋齿结构131，所述第一螺旋齿结构121与所述第二螺旋齿结构131啮合。沿止停盘120的周向，第一螺旋齿结构121的数量为多个，同样的，沿抵接盘130的周向，第二螺旋齿结构131的数量为多个，第一螺旋齿结构121与所述第二螺旋齿结构131的横截面为三角形。在非制动状态时，第一螺旋齿结构121位于两个第二螺旋齿结构131之间，第二螺旋齿结构131位于两个第一螺旋齿结构121之间，抵接盘130和止停盘120之间的距离最小。当抵接盘130与止停盘120发生相对转动时，第二螺旋齿结构131可以沿着第一螺旋齿结构121的斜面向远离止停盘120的方向运动，从而将转动运动转化为沿轴向的直线运动。
所述锁止机构包括设置在所述抵接盘130上的永磁铁132；所述锁止机构还包括用于固定在所述支撑座110上的磁性连接部，所述磁性连接部位于所述抵接盘130朝向所述止停盘120的一侧，永磁铁132可以吸附在支撑座110上，从而使抵接盘130维持非制动状态。
磁性连接部可以由铁、钴、镍等磁性材料制成。在本实施例中，所述磁性连接部包括铁芯150，所述铁芯150用于与所述永磁铁132磁力连接，结构简单易于实现。
进一步的，所述驱动机构包括缠绕在所述铁芯150外侧的通电线圈160，以使所述磁性连接部形成电磁铁；所述电磁铁与所述永磁铁132磁场方向相反，以使所述通电线圈160通电后，所述电磁铁与所述永磁铁132彼此之间产生斥力，将所述抵接盘130朝远离所述止停盘120的一侧推动。
如图3所示，本实施例中利用永磁铁132、铁芯150和通电线圈160实现锁止机构和驱动机构的功能，结构更加的简单，设计合理。工作原理如下：当飞轮转子200正常工作时，通电线圈160不通电，抵接盘130上的永磁铁132与支撑座110上的铁芯150磁力连接，而当飞轮转子200工作异常需要制动时，对通电线圈160通电，使其与铁芯150形成电磁铁，电磁铁的磁场方向与永磁铁132相反，从而对永磁铁132产生斥力，将抵接盘130朝飞轮转子200端面推去。
进一步的，所述飞轮制动装置100包括换向电路，所述通电线圈160连接在所述换向电路中，所述换向电路用于改变流经所述通电线圈160的电流的方向。
通过换向电路可以使流经通电线圈160的电流方向改变，进而使电磁铁的磁场方向改变。非制动状态时，电磁铁产生的磁场方向可以与永磁铁132相同，二者相互吸引，这样可以使永磁铁132和电磁铁之间的结合力更大，避免抵接盘130与支撑座110意外分离。
如图7所示，本发明实施例提供的一种飞轮电池，包括飞轮转子200和上述的飞轮制动装置100；所述飞轮制动装置100位于所述飞轮转子200的端侧，且所述抵接盘130背向所述止停盘120的一面朝向所述飞轮转子200的端面，抵接盘130和飞轮转子200之间具有间隙，且所述抵接盘130能够在远离所述止停盘120且未与所述止停盘120分离时与所述飞轮转子200的端面抵接。
飞轮电池包括轴芯500和飞轮转子200；所述轴芯500位于所述飞轮转子200内；所述飞轮转子200包括转子结构210；所述轴芯500上设置有与所述转子结构210对应的定子结构510。
所述飞轮电池包括控制器和平衡位置检测器，所述控制器分别与所述飞轮制动装置100和平衡位置检测器连接，所述平衡位置检测器用于检测所述飞轮转子200是否偏离平衡位置，所述控制器用于在所述飞轮转子200偏离平衡位置时将锁止机构解锁，并使所述驱动机构将所述抵接盘130朝远离所述止停盘120的一侧推动。
具体的，所述平衡位置检测器包括轴向传感器610和径向传感器620，所述轴向传感器610朝向所述飞轮转子200的端面，用于检测所述飞轮转子200在轴向上是否偏移平衡位置，轴向传感器610可以位于飞轮转子200两端侧的磁轴承410上；所述径向传感器620朝向所述飞轮转子200的周向侧壁，径向传感器620可以位于芯轴内，用于检测所述飞轮转子200在径向上是否偏移平衡位置。
飞轮电池还包括底盘312和外壳311，飞轮转子200真空密封在外壳311和底盘312内，飞轮制动装置100的数量为两个，两个飞轮制动装置100分别设置在飞轮转子200的上下两端侧，其中用一个飞轮制动装置100固定在底盘312上，另一个固定在外壳311上，需要说明的，本实施例中的飞轮电池中，底盘312和外壳311上的结构可以形成飞轮制动装置100上的支撑座110。
在外壳311上设置有插头420和接口430，插头420用于实现飞轮电池与外界的电连接，接口430用于对飞轮电池进行抽真空。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种飞轮制动装置，用于装配在飞轮转子(200)的端侧，其特征在于，所述飞轮制动装置(100)包括：上下依次设置的支撑座(110)、止停盘(120)和抵接盘(130)；
所述支撑座(110)的一面上设置有径向限位槽，所述抵接盘(130)和止停盘(120)位于所述径向限位槽内，所述径向限位槽用于阻止所述抵接盘(130)和止停盘(120)沿径向运动；
所述抵接盘(130)朝向所述止停盘(120)的一面上设置有第一导向结构，所述止停盘(120)朝向所述抵接盘(130)的一面上设置有第二导向结构，所述第一导向结构和第二导向结构用于在所述抵接盘(130)与所述止停盘(120)发生相对转动时彼此接触滑动，并能够使所述抵接盘(130)朝远离所述止停盘(120)的一侧运动；
所述支撑座(110)朝向所述止停盘(120)的一面上设置有粗糙结构(140)；
所述飞轮制动装置(100)包括锁止机构，所述锁止机构用于在锁止时将所述抵接盘(130)锁止在非制动状态，所述抵接盘(130)处于非制动状态时，所述抵接盘(130)与所述止停盘(120)相对静止，且所述抵接盘(130)与所述飞轮转子(200)之间具有间隙；
所述飞轮制动装置(100)包括驱动机构，所述驱动机构用于将所述抵接盘(130)朝远离所述止停盘(120)方向推动，以使所述抵接盘(130)呈制动状态，所述抵接盘(130)处于制动状态时，所述抵接盘(130)与飞轮转子(200)抵接。
2.根据权利要求1所述的飞轮制动装置，其特征在于，所述第一导向结构为由所述止停盘(120)中心向外延伸的第一螺旋齿结构(121)，所述第二导向结构为由所述抵接盘(130)中心向外延伸的第二螺旋齿结构(131)，所述第一螺旋齿结构(121)与所述第二螺旋齿结构(131)啮合。
3.根据权利要求1所述的飞轮制动装置，其特征在于，所述锁止机构包括设置在所述抵接盘(130)上的永磁铁(132)；所述锁止机构还包括用于固定在所述支撑座(110)上的磁性连接部，所述磁性连接部位于所述抵接盘(130)朝向所述止停盘(120)的一侧，所述磁性连接部与所述永磁铁(132)磁力连接。
4.根据权利要求3所述的飞轮制动装置，其特征在于，所述磁性连接部包括铁芯(150)，所述铁芯(150)用于与所述永磁铁(132)磁力连接。
5.根据权利要求4所述的飞轮制动装置，其特征在于，所述驱动机构包括缠绕在所述铁芯(150)外侧的通电线圈(160)，以使所述磁性连接部形成电磁铁；所述电磁铁与所述永磁铁(132)磁场方向相反，以使所述通电线圈(160)通电后，所述电磁铁与所述永磁铁(132)彼此之间产生斥力，将所述抵接盘(130)朝远离所述止停盘(120)的一侧推动。
6.根据权利要求5所述的飞轮制动装置，其特征在于，所述飞轮制动装置(100)包括换向电路，所述通电线圈(160)连接在所述换向电路中，所述换向电路用于改变流经所述通电线圈(160)的电流的方向。
7.一种飞轮电池，其特征在于，包括飞轮转子(200)和权利要求1-6任意一项所述的飞轮制动装置(100)；所述飞轮制动装置(100)位于所述飞轮转子(200)的端侧，且所述抵接盘(130)背向所述止停盘(120)的一面朝向所述飞轮转子(200)的端面，抵接盘(130)和飞轮转子(200)之间具有间隙，且所述抵接盘(130)能够在远离所述止停盘(120)且未与所述止停盘(120)分离时与所述飞轮转子(200)的端面抵接。
8.根据权利要求7所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮电池包括控制器和平衡位置检测器，所述控制器分别与所述飞轮制动装置(100)和平衡位置检测器连接，所述平衡位置检测器用于检测所述飞轮转子(200)是否偏离平衡位置，所述控制器用于在所述飞轮转子(200)偏离平衡位置时将锁止机构解锁，并使所述驱动机构将所述抵接盘(130)朝远离所述止停盘(120)的一侧推动。
9.根据权利要求8所述的飞轮电池，其特征在于，所述平衡位置检测器包括轴向传感器(610)和径向传感器(620)，所述轴向传感器(610)朝向所述飞轮转子(200)的端面，用于检测所述飞轮转子(200)在轴向上是否偏移平衡位置；
所述径向传感器(620)朝向所述飞轮转子(200)的周向侧壁，用于检测所述飞轮转子(200)在径向上是否偏移平衡位置。
10.根据权利要求7所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮制动装置(100)的数量为两个，两个所述飞轮制动装置(100)设置在所述飞轮转子(200)的两端侧。
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