CN116006632A - 一种压力控制转角差的惯性飞轮 - Google Patents

Abstract

一种压力控制转角差的惯性飞轮，输出主轴可通过流体压力控制与惯性飞轮离合活动转动，惯性飞轮内设置有主转子和辅助转子同心轴连接并形成环形空间，主转子叶片和辅助转子叶片将该环形空间分割成至少两个腔室，通过两腔室的交替压力差并联动带动压力离合块的径向往复移动，控制主转子和辅助转子相对于惯性飞轮进行交替转动，输出主轴在与惯性飞轮在工作时在同转速和形成转动角度差中交替往复，成为一种数控液压步进式驱动电机，实现了旋转式油电混合发动机在吸气冲程时，数控电机可不变速而由输出主轴相对惯性飞轮的转角差来实现，在压缩冲程和膨胀做功冲程时，输出主轴与惯性飞轮锁紧，充分利用惯性飞轮的惯性储能。

Description

一种压力控制转角差的惯性飞轮

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种压力控制转角差的惯性飞轮。

背景技术

传统的惯性飞轮，转动轴与飞轮盘是固定的，转动轴的两侧转动是同步同转速的。

发明公布号CN 115163295 A公开了一种旋转式油电混合发动机，该发明申请所公布的技术特点为：外转子缸与内转子轴芯构成环形腔室，外转子叶与内转子叶将环形腔室划分成燃烧室和缓冲室，外转子与内转子在一周角内的变化角度差中同向转动，工作特点上利用数控电机的加速与减速使内外转子形成角度差从而完成内燃机吸气、压缩、膨胀、排气的四个冲程，其中，该技术优选地应用了数控电机先连接到惯性飞轮上，再从惯性飞轮通过动力输入轴连接到外转子上；从该技术公布和公知技术可以得知，惯性飞轮的质量较大，可以提供较大的转动惯量以抵抗膨胀冲程时的反作用力，但是也存在着技术缺陷，即在吸气冲程时不能快速反应进行减速，而且也会在减速时带来很大的能量损耗。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种压力控制转角差的惯性飞轮，包括与惯性飞轮固定连接的动力输入端轴侧，和可以通过离合控制与惯性飞轮固定或分离且与动力输入端轴侧可活动转动形成转角差的动力输出轴侧；利用气压或液压作为驱动动力，该驱动动力为离合的动力和形成转角差的动力，利用电磁阀或其他阀门进行数控控制，是一种反应迅速、动力大、体积小、高效节能的全新结构惯性飞轮。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种压力控制转角差的惯性飞轮，包括主转子、辅助转子、惯性飞轮、输入主轴、输出主轴、气压或液压腔。

所述的主转子，结构特点上，主转子包括主转子叶片，压力离合块。

所述的辅助转子，结构特点上，辅助转子包括辅助转子叶片，棘齿或压力离合块。

所述的惯性飞轮轴心贯通孔或单面凹槽，主转子和辅助转子置于该贯通孔或单面凹槽内，主转子与输出主轴连接或形成一体，输入主轴在输出主轴的惯性飞轮对面侧与惯性飞轮连接或形成一体，主转子叶片与辅助转子叶片将主转子与辅助转子形成的中空环腔分割为主动气或液压腔和辅助气或液压腔，主转子的压力离合块在气压或液压的推动下使主转子与惯性飞轮在锁紧与分离间切换，输出主轴与输入主轴在工作时在同转速和形成转动角度差中交替往复。

优选的，辅助转子的压力离合块在气压或液压的推动下使辅助转子与惯性飞轮在锁紧与分离间切换。

优选的，辅助转子的棘齿使辅助转子与惯性飞轮形成单向转动，反方向止逆。

优选的，压力离合块呈U型结构，U型口的凹槽内放置压力分隔环。

优选的，主转子在惯性飞轮外侧自由转动安装气或液进出环，所述进出环内设置至少两道环型槽道，分别连通到主动气或液压腔和辅助气或液压腔。

优选的，工作时，主转子、辅助转子、惯性飞轮同向转动，当通向辅助气或液压腔接头输入压力大于通向主动气或液压腔接头输入压力时，主转子的压力离合块与惯性飞轮锁紧，辅助转子可活动，辅助气或液压腔体积增大，辅助转子叶片向主转子叶片合拢；当通向辅助气或液压腔接头输入压力小于通向主动气或液压腔接头输入压力时，主转子的压力离合块与惯性飞轮分离，辅助转子与惯性飞轮锁紧或棘齿止逆，主动气或液压腔体积增大，主转子叶片远离辅助转子叶片。

与现有技术相比，实施本发明的一种压力控制转角差的惯性飞轮，输出主轴可通过流体压力控制与惯性飞轮离合活动转动，惯性飞轮内设置有主转子和辅助转子同心轴连接并形成环形空间，主转子叶片和辅助转子叶片将该环形空间分割成至少两个腔室，通过两腔室的交替压力差并联动带动压力离合块的径向往复移动，控制主转子和辅助转子相对于惯性飞轮进行交替转动，输出主轴在与惯性飞轮在工作时在同转速和形成转动角度差中交替往复，成为一种数控液压步进式驱动电机，实现了旋转式油电混合发动机在吸气冲程时，数控电机可不变速而由输出主轴相对惯性飞轮的转角差来实现，在压缩冲程和膨胀做功冲程时，输出主轴与惯性飞轮锁紧，充分利用惯性飞轮的惯性储能。

附图说明

图1为结构展开左视立体图。

图2为结构展开右视立体图。

图3为左视立体图。

图4为右视立体图。

图5为内部控制件结构立体图。

图6为内部控制件结构展开左视立体图。

图7为内部控制件结构展开右视立体图。

图8为截面位置指示图。

图9为A-A截面图。

图10为B-B截面图。

图11为B-B截面立体图。

图12为C-C截面图。

图13为D-D截面图。

图14为另一种方式的辅助转子制动结构。

图15为工作原理示意图1。

图16为工作原理示意图2。

图17为另一种方式工作原理示意图。

附图标记说明：1—主转子，101—主转子芯，102—压力离合块，103—压力分隔环，104—主转子叶片，105—辅助气或液压腔进出口，106—主动气或液压腔进出口，107—离合块滑槽，108—输出主轴，2—辅助转子，201—辅助转子离合块盖，202—棘齿，203—棘齿弹簧，204—辅助转子叶片，205—棘齿槽，3、惯性飞轮，301—主动离合块的配合齿，302—辅助转子棘齿的配合齿，4—止推轴承，401—止推轴承卡环，5—深沟轴承，6—气或液进出环，601—通向主动气或液压腔接头，602—通向辅助气或液压腔接头，7—输入端法兰联轴器，8—主动气或液压腔，9—辅助气或液压腔。

补充说明：图14的截面C’-C’是指在图8的截面位置指示图上的C-C截面反方向视图，图17的2’、102’、103’、601’、602’分别为类似上述对应2、102、103、601、602的结构，为另一种方式工作原理下的局部改变。

其中，“气或液压腔”为一个名称整体，指气压或者液压腔室。

实施方式

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，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例，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，术语“上”、 “下”、 “前”、“后”、 “左”、 “右”、“竖直”、 “水平”、 “顶”、“底” “内”、 “外”、“顺时针”、“逆时针”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1~图4所示，一种压力控制转角差的惯性飞轮，所包括的零部件有：主转子1，主转子芯101，压力离合块102，压力分隔环103，主转子叶片104，辅助气或液压腔进出口105，主动气或液压腔进出口106，离合块滑槽107，输出主轴108，辅助转子2，辅助转子离合块盖201，棘齿202，棘齿弹簧203，辅助转子叶片204，棘齿槽205，惯性飞轮3，主动离合块的配合齿301，辅助转子棘齿的配合齿302，止推轴承4，止推轴承卡环401，深沟轴承5，气或液进出环6，通向主动气或液压腔接头601，通向辅助气或液压腔接头602，输入端法兰联轴器7。

结合如图5、图6、图7所示，主转子1上开设离合块滑槽107，内置压力离合块102，其中压力离合块102呈U型结构，U型口的凹槽内放置压力分隔环103，压力分隔环103呈环圈结构，压力离合块102在离合块滑槽107内可沿压力分隔环103径向移动。

主转子1内连接主转子芯101，主转子芯101与离合块滑槽107形成管道空间，密封包围压力离合块102，再与主转子1、压力分隔环103固定密封，将压力离合块102的U型上下半部划分为两个气压或液压腔室，其中压力离合块102靠径向外侧的腔室与辅助气或液压腔进出口105连通，靠轴心侧的腔室与主动气或液压腔进出口106连通。

结合如图12所示，辅助转子2呈杯状结构，杯腔内设置至少一个辅助转子叶片204，主转子芯101上设置至少一个主转子叶片104，主转子芯101的主转子叶片104部分伸入辅助转子2的杯腔内，主转子叶片104与辅助转子叶片204将主转子1与辅助转子2形成的中空环腔分割为主动气或液压腔8和辅助气或液压腔9，同理杯状结构可以由主转子芯101和辅助转子2互换。

辅助转子2远离主转子1的杯状端部上设置棘齿槽205，棘齿槽205内安装棘齿202和棘齿弹簧203，辅助转子离合块盖201与辅助转子2固定连接，包夹棘齿202和棘齿弹簧203。

主转子1的主转子芯101穿过辅助转子2的杯状端部，止推轴承4和止推轴承卡环401进行连接主转子1和辅助转子2，使得两转子轴向固定而径向可自由转动，从而使得所形成的主动气或液压腔8和辅助气或液压腔9既体积可变又密封。

惯性飞轮3轴心贯通孔或单面凹槽，主转子1和辅助转子2紧密连接置于该贯通孔或单面凹槽内，主转子1与输出主轴108连接或形成一体，输入主轴在输出主轴108的惯性飞轮3对面侧与惯性飞轮3连接或形成一体，所述的输入主轴可以是输入端法兰联轴器7，辅助转子离合块盖201通过深沟轴承5与惯性飞轮3连接，主转子1通过深沟轴承5与惯性飞轮3连接。

惯性飞轮3对应主转子1侧设置一圈主动离合块的配合齿301，所述齿与压力离合块102可离合控制进行锁紧与分离间切换；惯性飞轮3对应辅助转子2侧设置一圈辅助转子2的棘齿202的配合齿302，该齿与棘齿202向配合使得辅助转子2可在惯性飞轮3内单向转动，反方向止逆。

主转子1在惯性飞轮3外侧自由转动安装气或液进出环6，所述进出环内设置至少两道环型槽道，分别连通到主动气或液压腔8和辅助气或液压腔9，气或液进出环6上设置通向主动气或液压腔接头601和通向辅助气或液压腔接头602。

如图8至图17所示，一种压力控制转角差的惯性飞轮的应用场景包括如发明公布号CN 115163295 A公开的一种旋转式油电混合发动机，动作需求是在旋转式油电混合发动机在吸气冲程时，数控电机和惯性飞轮3可不变速而由输出主轴108相对惯性飞轮3的转角差来实现，即通过压力控制使主动气或液压腔8膨胀使输出主轴108与惯性飞轮3形成转角差来实现；在压缩冲程和膨胀做功冲程时，输出主轴108与惯性飞轮3锁紧，充分利用惯性飞轮3的惯性储能，是通过转换输入到的辅助气或液压腔9压力大于主动气或液压腔8来实现，此时主转子1相对惯性飞轮3固定，辅助气或液压腔9的膨胀推动辅助转子叶片204转动向主转子叶片104靠拢，棘齿202往解锁方向转动。

气或液进出环6上的通向主动气或液压腔接头601通过主动气或液压腔进出口106与主动气或液压腔8连通，同时又和主转子1的压力离合块102的径向内侧密封腔相连；通向辅助气或液压腔接头602通过辅助气或液压腔进出口105与辅助气或液压腔9连通，同时又和主转子1的压力离合块102的径向外侧密封腔相连。

初始工作时，外气压或液压驱动系统通过电磁阀或其他阀门先对通向辅助气或液压腔接头602进行加压，此时压力离合块102受到径向向外的推力，压力离合块102与惯性飞轮锁紧，外转动力通过输入端法兰联轴器7带动惯性飞轮3且同速带动主转子1及输出主轴108。

工作第二步时，需要输出主轴108减速时，外气压或液压驱动系统通过电磁阀或其他阀门进行压力输出切换，对通向主动气或液压腔接头601加压且对通向辅助气或液压腔接头602进行减压，此时压力离合块102受到径向向内的推力，压力离合块102与惯性飞轮3分离，解除锁紧配合，此时主动气或液压腔8压力增大，主转子叶片104和辅助转子叶片204受到大小相同方向相反的作用力，但辅助转子叶片204在辅助转子2的棘齿202的止逆作用下，辅助转子2不能相对惯性飞轮3往前转动，因此膨胀的压力推动主转子叶片104相对惯性飞轮3往后转动，主转子1带动输出主轴108相对惯性飞轮3原转速往后转动，带动旋转式油电混合发动机燃烧室的张开从而完成吸气冲程。

工作第三步时，需要输出主轴108加速时，外气压或液压驱动系统通过电磁阀或其他阀门进行压力输出切换，对通向辅助气或液压腔接头602加压且对通向主动气或液压腔接头601进行减压，此时压力离合块102受到径向向外的推力，压力离合块102与惯性飞轮3锁紧，惯性飞轮3的较大转动惯量带动主转子1快速回复到惯性飞轮3的转速，主转子1带动输出主轴108带动旋转式油电混合发动机燃烧室的合拢从而完成吸气冲程以及为后续的膨胀做功冲程提供具备较大转动惯量的反作用力；以此同时，辅助气或液压腔9压力增大，主转子叶片104和辅助转子叶片204受到大小相同方向相反的作用力，但主转子叶片104已因压力离合块102与惯性飞轮3锁紧，辅助气或液压腔9压力增大只促使辅助转子2相对惯性飞轮3转动，由于棘齿202的单向止逆性，辅助转子2相对惯性飞轮3向后转动，辅助转子叶片204相对惯性飞轮3向后转动向主转子叶片104合拢，为下一循环时进入上述工作第二步提供转动空间。

如图17所示，辅助转子2的止逆结构还可以有另一种结构方式，即棘轮202、棘齿弹簧203、棘齿槽205可参考主转子1的压力离合块102的方式，在主动气或液压腔8与辅助气或液压腔9交替气压差时，辅助转子2的压力离合块102’的径向往复与主转子1的压力离合块102的径向往复刚好相反交替。

一种压力控制转角差的惯性飞轮，通过微电脑数控控制电磁阀或其他阀门的开关，通过高压气体或液体对惯性飞轮3内的转子形成密封腔进行交替施压，快速反应锁紧与分离输出主轴108与惯性飞轮3的连接，稳定地保持惯性飞轮3的转动惯量和惯性储能，利用相对转动的运动原理，交替地利用主转子1和辅助转子2与惯性飞轮3的相对静止，使得旋转式油电混合发动机各冲程快速反应且能耗很低，是一种具备数控液压驱动步进电机功能的惯性飞轮。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种压力控制转角差的惯性飞轮，其特征在于，包括主转子、辅助转子、惯性飞轮、输入主轴、输出主轴、气压或液压腔；主转子包括主转子叶片，压力离合块；辅助转子包括辅助转子叶片，棘齿或压力离合块；

惯性飞轮轴心贯通孔或单面凹槽，主转子和辅助转子置于该贯通孔或单面凹槽内，主转子与输出主轴连接或形成一体，输入主轴在输出主轴的惯性飞轮对面侧与惯性飞轮连接或形成一体，主转子叶片与辅助转子叶片将主转子与辅助转子形成的中空环腔分割为主动气或液压腔和辅助气或液压腔，主转子的压力离合块在气压或液压的推动下使主转子与惯性飞轮在锁紧与分离间切换，输出主轴与输入主轴在工作时在同转速和形成转动角度差中交替往复。

2.根据权利要求1所述的一种压力控制转角差的惯性飞轮，其特征在于，辅助转子的压力离合块在气压或液压的推动下使辅助转子与惯性飞轮在锁紧与分离间切换。

3.根据权利要求1所述的一种压力控制转角差的惯性飞轮，其特征在于，辅助转子的棘齿使辅助转子与惯性飞轮形成单向转动，反方向止逆。

4.根据权利要求1所述的一种压力控制转角差的惯性飞轮，其特征在于，压力离合块呈U型结构，U型口的凹槽内放置压力分隔环。

5.根据权利要求1所述的一种压力控制转角差的惯性飞轮，其特征在于，主转子在惯性飞轮外侧自由转动安装气或液进出环，所述进出环内设置至少两道环型槽道，分别连通到主动气或液压腔和辅助气或液压腔。

6.根据权利要求1所述的一种压力控制转角差的惯性飞轮，其特征在于，工作时，主转子、辅助转子、惯性飞轮同向转动，当通向辅助气或液压腔接头输入压力大于通向主动气或液压腔接头输入压力时，主转子的压力离合块与惯性飞轮锁紧，辅助转子可活动，辅助气或液压腔体积增大，辅助转子叶片向主转子叶片合拢；当通向辅助气或液压腔接头输入压力小于通向主动气或液压腔接头输入压力时，主转子的压力离合块与惯性飞轮分离，辅助转子与惯性飞轮锁紧或棘齿止逆，主动气或液压腔体积增大，主转子叶片远离辅助转子叶片。

Images