CN113716428A - 一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，该系统包括承载组件和驱动承载组件上行或下行的动力组件；承载组件包括轿厢和对重；动力组件包括曳引绳、导向轮、驱动轮、变速箱、电机和飞轮；曳引绳绕设在驱动轮和导向轮上，且两端分别连接着轿厢和对重；电机通过变速箱与驱动轮连接，且通过变速箱将动力传递给驱动轮；飞轮通过变速箱与驱动轮连接，且通过变速箱接收并储存驱动轮的机械能。本发明通过利用飞轮储能，能够回收电梯空载上行和满载下行的重力势能，不仅解决了电梯电储能带来的消防和安全问题，而且还避免了电梯能量反馈和谐波对电网的冲击，提高了能源利用效率，降低了电梯能耗，从而降低了建筑耗能。

Description

一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统

技术领域

本发明涉及电梯技术领域，尤其涉及一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快，城市人口越来越多，人均占地面积也就越来越少，因此，高层建筑不断涌现并迅速成为了城市建筑的主要形式。

电梯作为一种结构复杂的垂直交通工具，普遍用于高层建筑乘人或者载运货物。在生活中，电梯于人们而言是一种方便快捷，也是必不可少的存在，不过，在电梯得到广泛普及和发展的同时，电梯的能耗也在以惊人的速度增长，那么随着能源问题的日益突出，电梯节能技术已就成为了人们关注的话题之一。

众所周知，在电梯运行过程中，电机有两种运行状态，即电动机状态和发电机状态。在某些电梯负载情况下，例如电梯空载下行或者电梯满载上行，电机需要克服一定阻力拉动电梯的轿厢及对重，此时电机会从电网(控制柜)吸取并消耗电能，处于电动机状态；而在另外一些负载情况下，例如电梯空载上行或者电梯满载下行，则由于轿厢与对重侧之间的重量不平衡，在重力作用下，空载的轿厢会自然上行，或者是满载的轿厢会自然下行，此时电机无需提供动力，处于发电机状态。

目前，当电机处于发电机状态时，传统的电梯会使用能耗电阻来消耗这部分能量，不仅造成了能量浪费，而且又导致内能增加，从而增加了机房散热的冷负荷。为了解决这一问题，现有技术一般就是通过电机将电梯的机械能转换为电能实时反馈到电网中实现能量回收，但不稳定的发电功率和谐波对电网的冲击较大，因而回收利用率较低。后来，也有现有技术是通过电化学或电容储能的方法储存电机的这部分发电量，然后再利用，这样既做到了能量回收，又避免了对电网的冲击，但电储能有着易燃、易爆、成本高等缺点，而且电梯的重力势能经过每级转化(机械能→电能→电化学储能→电能→机械能)都会存在能量转换损耗的问题，所以也不是最佳的电梯能量回收手段。

因此，很有必要对现有技术进行改进。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，所述系统包括承载组件和驱动所述承载组件上行或下行的动力组件；其中，

所述承载组件包括轿厢和对重；

所述动力组件包括曳引绳、导向轮、驱动轮、变速箱、电机和飞轮；

所述曳引绳绕设在所述驱动轮和所述导向轮上，且两端分别连接着所述轿厢和所述对重；

所述电机通过所述变速箱与所述驱动轮连接，且通过所述变速箱将动力传递给所述驱动轮；

所述飞轮通过所述变速箱与所述驱动轮连接，且通过所述变速箱接收并储存所述驱动轮的机械能。

进一步地，所述基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统中，所述变速箱包括驱动轴、支承滚轮轴承、离合器、储能轴、传动轴、正向同步器、正向齿轮、接合套、花键毂、反向同步器、反向齿轮和惰轮轴；

所述驱动轴的一端通过一所述离合器与所述电机连接，另一端与所述驱动轮连接；

所述储能轴的一端通过另一所述离合器与所述飞轮连接；

所述正向同步器、正向齿轮、反向同步器、反向齿轮分别装配在所述传动轴上；

所述花键毂固定在所述传动轴上，且位于所述正向同步器与所述反向同步器之间，并与所述接合套啮合；

所述驱动轴、储能轴、传动轴、惰轮轴上均套设有所述支承滚轮轴承。

进一步地，所述基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统中，所述变速箱还包括壳体；

所述驱动轴、支承滚轮轴承、储能轴、传动轴、正向同步器、正向齿轮、接合套、花键毂、反向同步器、反向齿轮和惰轮轴均设置在所述壳体内；

所述离合器设置在所述壳体外。

进一步地，所述基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统中，所述导向轮位于靠近所述对重的一侧，所述驱动轮位于靠近所述轿厢的一侧。

进一步地，所述基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统中，所述导向轮与所述驱动轮呈等高设置。

进一步地，所述基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统中，所述飞轮为磁悬浮飞轮。

进一步地，所述基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统中，所述飞轮设置在真空室内。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，通过利用飞轮储能，能够回收电梯空载上行和满载下行的重力势能，不仅解决了电梯电储能带来的消防和安全问题，而且还避免了电梯能量反馈和谐波对电网的冲击，提高了能源利用效率，降低了电梯能耗，从而降低了建筑耗能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的变速箱的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的充能空载上行时或放能满载上行时各部件的运动方向示意图；

图4是本发明实施例提供的充能满载下行时或放能空载下行时各部件的运动方向示意图。

附图标记：

轿厢1，对重2，曳引绳3，导向轮4，驱动轮5，变速箱6，电机7，飞轮8；

壳体601，驱动轴602，支承滚轮轴承603，离合器604，储能轴605，传动轴606，正向同步器607，正向齿轮608，接合套609，花键毂610，反向同步器611，反向齿轮612，惰轮轴613。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有的电梯能量回收技术存在的缺陷，本申请人基于从事该行业设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得电梯能量回收技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图1～2，本发明实施例提供一种基于飞轮8储能的机械蓄能电梯系统，所述系统包括承载组件和驱动所述承载组件上行或下行的动力组件；其中，

所述承载组件包括轿厢1和对重2；所述轿厢1用于运送乘客和货物；所述对重2用于平衡所述轿厢1的自重和一部分载荷重量。

所述动力组件包括曳引绳3、导向轮4、驱动轮5、变速箱6、电机7和飞轮8；

所述曳引绳3绕设在所述驱动轮5和所述导向轮4上，且两端分别连接着所述轿厢1和所述对重2；所述导向轮4位于靠近所述对重2的一侧，所述驱动轮5位于靠近所述轿厢1的一侧，且呈等高设置；所述导向轮4用于拉开所述驱动轮5两侧的所述曳引绳3的距离，使所述曳引绳3垂直作用于所述对重2和所述轿厢1；所述驱动轮5用于将电机7产生的动力传递给所述曳引绳3，依靠所述曳引绳3与所述驱动轮5的绳槽之间的摩擦力来驱动所述轿厢1上行或下降。

所述电机7通过所述变速箱6与所述驱动轮5连接，且通过所述变速箱6将由电能转化的动力传递给所述驱动轮5；

所述飞轮8通过所述变速箱6与所述驱动轮5连接，且通过所述变速箱6接收并储存所述驱动轮5的机械能；具体的，所述变速箱6将所述驱动轮5的机械能传递给所述飞轮8，此时所述飞轮8在储能，转速增加；而在释能时，所述飞轮8的轴承对外做功，即将机械能重新传递回所述驱动轮5，转速降低。

为了减少空气阻力和能量损耗，优选的，所述飞轮8选型为磁悬浮飞轮，或者是将所述飞轮8设置在真空室内。

需要说明的是，所述电梯系统的其它设计，诸如电梯的安全保护、电气控制、门系统、随行电缆等的具体作用是保证电梯系统的各功能正常工作，鉴于该些设计在现有技术中已多有实现，也不是本方案设计的重点，在此不做深入的阐述。

在本实施例中，如图2所示，所述变速箱6包括驱动轴602、支承滚轮轴承603、离合器604、储能轴605、传动轴606、正向同步器607、正向齿轮608、接合套609、花键毂610、反向同步器611、反向齿轮612和惰轮轴613；

所述驱动轴602的一端通过一所述离合器604与所述电机7连接，另一端与所述驱动轮5连接；

所述储能轴605的一端通过另一所述离合器604与所述飞轮8连接；不管是与所述电机7连接的离合器604还是与所述飞轮8连接的离合器604，其都是做功时闭合，不做功时分离，以控制所述电机7或所述飞轮8的接入，降低启动接入时轴轮的冲击。

所述正向同步器607、正向齿轮608、反向同步器611、反向齿轮612分别装配在所述传动轴606上；所述正向同步器607使所述正向齿轮608和所述传动轴606同步转动，具体的，当所述正向同步器607与所述正向齿轮608压紧时，通过摩擦力可使所述正向齿轮608与所述传动轴606同步转动。所述正向齿轮608传递所述传动轴606的扭矩到所述驱动轴602上。

所述花键毂610固定在所述传动轴606上，且位于所述正向同步器607与所述反向同步器611之间，并与所述接合套609啮合；所述接合套609能被其上的变向推杆推动，以向所述正向同步器607或所述反向同步器611移动。当所述接合套609被推向所述正向同步器607并将其与所述正向齿轮608压紧时，将传递扭矩到所述正向齿轮608；当所述接合套609被推向所述反向同步器611并将其与所述反向齿轮612压紧时，将传递扭矩到所述反向齿轮612。

所述反向同步器611使所述反向齿轮612和所述传动轴606同步转动；所述反向齿轮612用于传递所述传动轴606的扭矩到所述反向齿轮612上，所述反向齿轮612啮合到所述惰轮轴613上，所述惰轮轴613可保持所述飞轮8的单向转动，惰轮可改变所述驱动轴602的转动方向。

所述驱动轴602、储能轴605、传动轴606、惰轮轴613上均套设有所述支承滚轮轴承603。

优选的，所述变速箱6还包括壳体601；

所述驱动轴602、支承滚轮轴承603、储能轴605、传动轴606、正向同步器607、正向齿轮608、接合套609、花键毂610、反向同步器611、反向齿轮612和惰轮轴613均设置在所述壳体601内；

所述离合器604设置在所述壳体601外。

为了更加清晰的展现本发明实施例的方案实施过程，下面以具体的实例进行详细介绍。

(一)充能：

如图3所示，若此时空载上行，则所述对重2的重力＞所述轿厢1的重力；所述驱动轮5由于重力驱动而按图3所示的方向转动，与所述飞轮8连接的所述离合器604闭合，所述接合套609上的变向推杆将所述接合套609推向所述正向同步器607。所述驱动轮5的动能通过所述驱动轴602的齿轮与所述正向齿轮608啮合，带动传动轴606，传递扭矩到所述储能轴605，从而带动所述飞轮8旋转充能。各部件的运动方向如图3中的箭头所示，此时重力势能转换为飞轮8动能。

如图4所示，若此时满载下行时，则所述对重2的重力＜所述轿厢1的重力；所述驱动轮5由于重力驱动而按图4所示的方向转动，与所述飞轮8连接的所述离合器604闭合，所述接合套609上的变向推杆将所述接合套609推向所述反向同步器611。所述驱动轮5的动能通过所述驱动轴602的齿轮和惰轮613，与所述反向齿轮612啮合，带动传动轴606，传递扭矩到所述储能轴605，从而带动所述飞轮8旋转充能。各部件的运动方向如图4中的箭头所示，此时重力势能转换为飞轮8动能。

(二)储能：

储能时，所述离合器604分离，所述飞轮8依靠自身惯性储存动能。

(三)放能：

如图3所示，若此时满载上行，则所述对重2重力＜所述轿厢1重力；所述飞轮8驱动所述变速箱6做功，所述驱动轮5按图3所示的方向转动。与所述飞轮8连接的所述离合器604闭合，与所述电机7连接的所述离合器604分离，所述接合套609上的变向推杆将所述接合套609推向所述正向同步器607，所述飞轮8的动能通过所述储能轴605、传动轴606、正向齿轮608，传递扭矩到所述驱动轴602，带动所述驱动轮5旋转。各部件运动方向如图3中的箭头所示。所述飞轮8做功，所述飞轮8的动能转换为电梯的重力势能。

如图4所示，若此时空载下行，则所述对重2的重力＞所述轿厢1的重力。所述飞轮8驱动所述变速箱6做功，所述驱动轮5按图4所示的方向转动。与所述飞轮8连接的所述离合器604闭合，与所述电机7连接的所述离合器604分离，所述接合套609上的变向推杆将所述接合套609推向所述反向同步器611。所述飞轮8的动能通过所述储能轴605、传动轴606、反向齿轮612，经惰轮换向后，传递扭矩到所述驱动轴602，带动所述驱动轮5旋转。各部件的运动方向如图4中的箭头所示。所述飞轮8做功，所述飞轮8的动能转换为电梯的重力势能。

由于大多数的电梯载物具有守恒的通行特征，上楼载重＝下楼载重(如一天内居民电梯上楼人数≈下楼人数)，故只需少量电力以提供动力抵消摩擦损失和特殊通行时做功以及提供电梯中电气设备的工作电力，便可实现蓄能电梯的低运行能耗。

当所述飞轮8储能不足以提供满载上行和空载上行的能量时，与所述电机7连接的的离合器604闭合，在市电的供应下，所述电机7通过所述变速箱6做功，驱动电梯运行。

尽管本文中较多的使用了轿厢，对重，曳引绳，导向轮，驱动轮，变速箱6，电机7，飞轮等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明实施例提供的一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，通过利用飞轮储能，能够回收电梯空载上行和满载下行的重力势能，不仅解决了电梯电储能带来的消防和安全问题，而且还避免了电梯能量反馈和谐波对电网的冲击，提高了能源利用效率，降低了电梯能耗，从而降低了建筑耗能。

至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。

提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。

在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。

空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。

Claims (7)

1.一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述系统包括承载组件和驱动所述承载组件上行或下行的动力组件；其中，

所述承载组件包括轿厢和对重；

所述动力组件包括曳引绳、导向轮、驱动轮、变速箱、电机和飞轮；

所述曳引绳绕设在所述驱动轮和所述导向轮上，且两端分别连接着所述轿厢和所述对重；

所述电机通过所述变速箱与所述驱动轮连接，且通过所述变速箱将动力传递给所述驱动轮；

所述飞轮通过所述变速箱与所述驱动轮连接，且通过所述变速箱接收并储存所述驱动轮的机械能。

2.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述变速箱包括驱动轴、支承滚轮轴承、离合器、储能轴、传动轴、正向同步器、正向齿轮、接合套、花键毂、反向同步器、反向齿轮和惰轮轴；

所述驱动轴的一端通过一所述离合器与所述电机连接，另一端与所述驱动轮连接；

所述储能轴的一端通过另一所述离合器与所述飞轮连接；

所述正向同步器、正向齿轮、反向同步器、反向齿轮分别装配在所述传动轴上；

所述花键毂固定在所述传动轴上，且位于所述正向同步器与所述反向同步器之间，并与所述接合套啮合；

所述驱动轴、储能轴、传动轴、惰轮轴上均套设有所述支承滚轮轴承。

3.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述变速箱还包括壳体；

所述驱动轴、支承滚轮轴承、储能轴、传动轴、正向同步器、正向齿轮、接合套、花键毂、反向同步器、反向齿轮和惰轮轴均设置在所述壳体内；

所述离合器设置在所述壳体外。

4.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述导向轮位于靠近所述对重的一侧，所述驱动轮位于靠近所述轿厢的一侧。

5.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述导向轮与所述驱动轮呈等高设置。

6.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述飞轮为磁悬浮飞轮。

7.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，其特征在于，所述飞轮设置在真空室内。

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