CN117167439B - 一种储能电磁式辅助制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电磁式辅助制动装置，包括真空部，所述真空部包括真空壳，所述真空壳一端可拆卸安装有第一密封盘，所述真空壳远离第一密封盘一端固定连接有第二密封盘，能量转换部，所述能量转换部包括磁轴承，所述磁轴承圆周外表面固定连接有与真空壳内壁相连接的安装板，本发明涉及储能装置技术领域。该一种储能电磁式辅助制动装置，能够有效地解决现有技术中，由于飞轮储能的飞轮重量大、重心高，飞轮在运转过程中，装配在磁轴承中的飞轮转子易造成飞轮径向位移，严重影响飞轮运行安全，通常会在飞轮转子轴的端部进行限位，一般飞轮转子轴为一体式设计，其轴端部会发生摩擦损耗，极大增加转子轴更换及对中调试难度的问题。

Description

一种储能电磁式辅助制动装置

技术领域

本发明涉及储能装置技术领域，具体涉及一种储能电磁式辅助制动装置。

背景技术

飞轮储能是一种物理储能，主要由飞轮、电机及电力电子变换装置三个核心部分组成，其原理利用高速旋转起来的飞轮所携带的惯性来储存能量，当有外部能量输入时，电力电子变换装置会将其转换为电能，然后电动机旋转把电能转换为飞轮的机械能并储存起来，之后如何要进行放电，只需调转流程由高速旋转的飞轮带动发电机，将机械动能转换为电能即可。

与其他储能方式相比，飞轮储能响应速度快，毫秒之间就能实现充放电的操作，且充放电循环次数能达上百万次，可稳定供电，很适合应用在航天卫星的日常供电当中，此外飞轮储能还被应用在了轨道交通的能量储存当中，例如地铁、高铁、大巴等，在进站时就可以利用飞轮将以前浪费掉的制动能量进行回收，之后再进行二次利用。由于飞轮重量大、重心高，飞轮在运转过程中，装配在磁轴承中的飞轮转子易造成飞轮径向位移，严重影响飞轮运行安全，通常会在飞轮转子轴的端部进行限位，一般飞轮转子轴为一体式设计，其轴端部会发生摩擦损耗，极大增加转子轴更换及对中调试的难度。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种储能电磁式辅助制动装置，能够有效地解决现有技术中，由于飞轮储能的飞轮重量大、重心高，飞轮在运转过程中，装配在磁轴承中的飞轮转子易造成飞轮径向位移，严重影响飞轮运行安全，通常会在飞轮转子轴的端部进行限位，一般飞轮转子轴为一体式设计，其轴端部会发生摩擦损耗，极大增加转子轴更换及对中调试难度的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种储能电磁式辅助制动装置，包括：

真空部，所述真空部包括真空壳，所述真空壳一端可拆卸安装有第一密封盘，所述真空壳远离第一密封盘一端固定连接有第二密封盘；

能量转换部，所述能量转换部包括磁轴承，所述磁轴承圆周外表面固定连接有与真空壳内壁相连接的安装板，所述磁轴承围成的空间内设有转子轴，所述转子轴圆周外表面通过连接板固定连接有飞轮本体；

其中，所述第二密封盘靠近飞轮本体一侧设置有光滑块，所述转子轴靠近第二密封盘一端可拆卸安装有与光滑块外表面相贴合的减阻器。

进一步地，所述转子轴远离减阻器一端传动连接有与第一密封盘内壁相连接的内置电机，所述内置电机内部电性连接有导线，且该导线远离内置电机一端贯穿第一密封盘并延伸至外部。

进一步地，所述第二密封盘靠近飞轮本体一侧开设有与光滑块圆周外表面相卡合的内置槽，所述光滑块靠近减阻器一侧为内凹式设计。

进一步地，所述减阻器包括减阻块，所述减阻块的外端固定连接有与光滑块的内凹面相贴合的圆锥块，所述转子轴靠近第二密封盘一端开设有减阻块外表面滑动连接的减阻槽。

进一步地，所述减阻槽内壁开设有球形槽，所述减阻块通过开设在其内部的容置腔滑动连接有与球形槽内壁相贴合的球型块，所述球型块远离球形槽一侧设有与球形槽内壁相连接的弹板。

进一步地，还包括调节部，所述调节部包括底座，所述底座顶部固定连接有机架，所述机架内部转动连接有承重板，所述承重板顶部通过连接块与真空壳圆周外表面固定连接，所述承重板底部固定连接有与机架内壁底部相连接的弯板，所述机架内部转动连接有与承重板下表面相贴合的凸杆，所述凸杆一端贯穿机架并固定连接有大齿轮，所述机架外表面转动连接有与大齿轮的齿牙相啮合的小齿轮。

进一步地，所述承重板通过开设在其内部的通孔安装有垫管，所述垫管顶端采用喇叭口设计，所述垫管的喇叭口表面紧密贴合有直杆，所述直杆一端贯穿垫管并与机架内壁底部螺纹连接，所述直杆的直径小于垫管的内径。

本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明设置有减阻器和光滑块，减阻器中的减阻块滑动卡合在减阻槽中，并且减阻块内的球型块卡合在球形槽中，圆锥块的尖端与光滑块的内凹面相贴合，二者接触面非常小，毫秒响应时间内能量的损耗可忽略，转子轴、减阻器以及光滑块从左到右依次贴合，光滑块对减阻器、转子轴起到限位作用，避免转子轴、飞轮本体、减阻器发生径向位移。同时圆锥块的尖端和光滑块的内凹面之间难免存在摩擦损耗，需要对其进行更换，转子轴并无磨损不需要更换，省去转子轴对中调试的麻烦。

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他的附图。

图1为本发明实施例立体的结构示意图；

图2为本发明实施例真空部立体局部剖面的结构示意图；

图3为本发明实施例真空壳、第一密封盘以及第二密封盘立体分离的结构示意图；

图4为本发明实施例转子轴和减阻器立体分离的结构示意图；

图5为本发明实施例减阻器立体局部剖面的结构示意图；

图6为本发明实施例调节部立体局部剖面的结构示意图；

图7为本发明实施例承重板、垫管以及直杆立体状态转化的结构示意图。

图中的标号分别代表：1、真空部；11、真空壳；12、第一密封盘；13、第二密封盘；2、能量转换部；21、磁轴承；22、转子轴；23、飞轮本体；231、光滑块；232、内置槽；24、减阻器；241、减阻块；242、圆锥块；243、减阻槽；244、球形槽；245、球型块；246、弹板；25、内置电机；251、导线；3、调节部；31、底座；32、机架；33、承重板；34、弯板；35、凸杆；36、大齿轮；37、小齿轮；38、垫管；39、直杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例：

请参阅图1-图7，本发明提供一种技术方案：一种储能电磁式辅助制动装置，包括：

真空部1，真空部1包括真空壳11，真空壳11一端可拆卸安装有第一密封盘12，真空壳11远离第一密封盘12一端固定连接有第二密封盘13，真空壳11、第一密封盘12以及第二密封盘13围成的密封空间为真空环境（真空壳11外表面安装有真空阀，利用真空泵进行抽取其内部的空气），以减少空气摩擦，提高净效率输入和输出；

能量转换部2，能量转换部2包括磁轴承21，磁轴承21圆周外表面固定连接有与真空壳11内壁相连接的安装板，磁轴承21围成的空间内设有转子轴22，转子轴22圆周外表面通过连接板固定连接有飞轮本体23，磁轴承21利用电磁铁和铁磁材料之间的作用力实现转子轴22的无接触悬浮，具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点，从而降低能量损耗，飞轮本体23可以高速旋转，其转速只受飞轮本体23材料强度的限制，功耗和噪声极低，飞轮本体23一般采用高强度碳素纤维复合材料；

其中，第二密封盘13靠近飞轮本体23一侧设置有光滑块231，转子轴22靠近第二密封盘13一端可拆卸安装有与光滑块231外表面相贴合的减阻器24。

转子轴22远离减阻器24一端传动连接有与第一密封盘12内壁相连接的内置电机25，内置电机25内部电性连接有导线251，且该导线251远离内置电机25一端贯穿第一密封盘12并延伸至外部。

第二密封盘13靠近飞轮本体23一侧开设有与光滑块231圆周外表面相卡合的内置槽232，光滑块231靠近减阻器24一侧为内凹式设计。

减阻器24包括减阻块241，减阻块241的外端固定连接有与光滑块231的内凹面相贴合的圆锥块242，圆锥块242的尖端与光滑块231的内凹面相贴合，二者接触面非常小，毫秒响应时间内能量的损耗可忽略，同时转子轴22、减阻器24以及光滑块231从左到右依次贴合，光滑块231对减阻器24、转子轴22起到限位作用，避免转子轴22、飞轮本体23、减阻器24发生径向位移，转子轴22靠近第二密封盘13一端开设有减阻块241外表面滑动连接的减阻槽243。

减阻槽243内壁开设有球形槽244，减阻块241通过开设在其内部的容置腔滑动连接有与球形槽244内壁相贴合的球型块245，球型块245远离球形槽244一侧设有与球形槽244内壁相连接的弹板246，转子轴22、飞轮本体23、减阻器24同步高速旋转过程中，球型块245受离心力作用，球型块245紧密贴合在球形槽244内，进一步加强减阻块241和转子轴22之间的贴合强度，避免减阻块241发生径向振动。

还包括调节部3，调节部3包括底座31，底座31顶部固定连接有机架32，机架32内部转动连接有承重板33，承重板33顶部通过连接块与真空壳11圆周外表面固定连接，承重板33底部固定连接有与机架32内壁底部相连接的弯板34，机架32内部转动连接有与承重板33下表面相贴合的凸杆35，凸杆35一端贯穿机架32并固定连接有大齿轮36，机架32外表面转动连接有与大齿轮36的齿牙相啮合的小齿轮37，手动缓慢旋转小齿轮37带动大齿轮36轻微旋转，利用凸杆35推动承重板33轻微旋转，进而带动真空部1和能量转换部2同步旋转，直至转子轴22的中心轴线和磁轴承21的中心轴线均保持水平状态，接着锁紧小齿轮37。

承重板33通过开设在其内部的通孔安装有垫管38，垫管38顶端采用喇叭口设计，垫管38的喇叭口表面紧密贴合有直杆39，直杆39一端贯穿垫管38并与机架32内壁底部螺纹连接，直杆39的直径小于垫管38的内径。

参考图1-7，飞轮储能可应用在轨道交通的能量储存当中，例如地铁、高铁、大巴等，在进站时就可以利用飞轮将以前浪费掉的制动能量进行回收，之后再进行二次利用。由于飞轮重量大、重心高，飞轮在运转过程中，装配在磁轴承中的飞轮转子易造成飞轮径向位移，严重影响飞轮运行安全，通常会在飞轮转子轴的端部进行限位，一般飞轮转子轴为一体式设计，其轴端部会发生摩擦损耗，极大增加转子轴更换及对中调试的难度；

为了克服上述存在的缺陷，对此本发明设计一种储能电磁式辅助制动装置，首先本发明装置可用于轨道交通的辅助制动，其次可将制动能量进行回收利用，再其次本发明装置中的转子轴22和减阻器24采用可分离式结构取代常规的一体式设计，并省去更换时二次调试的麻烦。

工作原理：

当有外部能量输入时，外部的电力电子变换装置会将其转换为电能，并通过能量转换部2上的导线251导入内置电机25中，从而内置电机25开始驱动转子轴22不断转动，带动飞轮本体23开始旋转，把电能转换为机械能并储存起来。其中，真空壳11一端可拆卸安装有第一密封盘12，真空壳11远离第一密封盘12一端固定连接有第二密封盘13，真空壳11、第一密封盘12以及第二密封盘13围成的密封空间为真空环境（真空壳11外表面安装有真空阀，利用真空泵进行抽取其内部的空气），以减少空气摩擦，提高净效率输入和输出。当飞轮本体23的能量需要输出时，内置电机25又作为发电机，飞轮本体23通过转子轴22带动内置电机25进行发电，将其动能转化为电能，再利用导线251通过外部电力电子变换装置转化成负载所需的各种频率、电压等级的电能。

为了防止飞轮本体23在高速运转过程中，装配在磁轴承21中的飞轮本体23易造成转子轴22及自身径向位移。本发明设有减阻器24，减阻器24中的减阻块241滑动卡合在减阻槽243中，并且减阻块241内的球型块245卡合在球形槽244中，圆锥块242的尖端与光滑块231的内凹面相贴合，二者接触面非常小，毫秒响应时间内能量的损耗可忽略，同时光滑块231设置在第二密封盘13，由于第一密封盘12、第二密封盘13、真空壳11通过螺纹组结合成一个整体，进而转子轴22、减阻器24以及光滑块231从左到右依次贴合，光滑块231对减阻器24、转子轴22起到限位作用，避免转子轴22、飞轮本体23、减阻器24发生径向位移。

减阻器24、光滑块231的更换方式及优点：

减阻器24和光滑块231长期使用后，圆锥块242的尖端和光滑块231的内凹面之间难免存在摩擦损耗，需要对其进行更换，转子轴22并无磨损不需要更换，省去转子轴22对中调试的麻烦。此时只需先将第二密封盘13拆卸，第二密封盘13翻转90°（内置槽232的端口朝下），光滑块231受自身重力影响脱离内置槽232，再将圆锥块242和减阻块241向外拉动即可（圆锥块242外表面开设有吊装孔），减阻块241沿着减阻槽243内壁向外滑动时，球型块245受到减阻槽243内壁推力作用，球型块245向减阻块241的容置腔内部滑动，弹板246发生弹性形变。

球形槽244、球型块245、弹板246设计优点：

其一，更换后的减阻块241滑入减阻槽243中后，球型块245受弹板246弹力作用，快速卡入球形槽244，对减阻块241进行快速定位，并防止减阻块241自动滑入；

其二，转子轴22、飞轮本体23、减阻器24同步高速旋转过程中（光滑块231保护静止状态），球型块245受离心力作用，球型块245紧密贴合在球形槽244内，进一步加强减阻块241和转子轴22之间的贴合强度（圆锥块242的尖端受到光滑块231限位），避免减阻块241发生径向振动。

由于转子轴22悬空在磁轴承21内，安装时需要保证转子轴22的中心轴线和磁轴承21的中心轴线均保持水平，由于水平基层面倾斜度存在偏差，此时需要对真空部1和能量转换部2的倾斜角度进行调整，一般采用调节垫片厚度来控制二者倾斜位置，反复更换垫片，调节效率低下。

本发明中，初始时，调节部3上的承重板33受到弯板34弹力作用（弯板34处于弯曲受压状态），承重板33下表面与凸杆35外表面紧密贴合，此时通过手动缓慢旋转小齿轮37带动大齿轮36轻微旋转（二者线速度一致，大齿轮36旋转角度很小），利用凸杆35推动承重板33轻微旋转（弯板34发生轻微变化，但始终处于受压状态，确保承重板33平衡），进而带动真空部1和能量转换部2同步旋转，直至转子轴22的中心轴线和磁轴承21的中心轴线均保持水平状态，接着锁紧小齿轮37，上述调节方式，具有调节快、操作便捷、范围广等特点，满足一定范围内使用需求。

在承重板33位置确定后，需要对其进行进一步的固定，由于承重板33旋转角度存在偏差，传统的螺栓组固定无法满足需求，本发明利用垫管38和直杆39的配合取代传统的螺栓组。承重板33发生倾斜后，嵌套在其内部的垫管38跟随同步倾斜（倾斜角度非常小），直杆39的直径小于垫管38的内径，用于克服垫管38倾斜偏差，直杆39始终保持竖直状态（对应机架32内壁底部的螺纹孔），通过扳手旋拧直杆39，直杆39与机架32内壁底部的螺纹孔之间螺纹连接（四组直杆39交替旋拧），直至直杆39的弧面紧密贴合在垫管38的喇叭口外表面，机架32、承重板33、垫管38以及直杆39结合成一个整体，锁紧承重板33。

以上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，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种储能电磁式辅助制动装置，其特征在于，包括：

真空部（1），所述真空部（1）包括真空壳（11），所述真空壳（11）一端可拆卸安装有第一密封盘（12），所述真空壳（11）远离第一密封盘（12）一端固定连接有第二密封盘（13）；

能量转换部（2），所述能量转换部（2）包括磁轴承（21），所述磁轴承（21）圆周外表面固定连接有与真空壳（11）内壁相连接的安装板，所述磁轴承（21）围成的空间内设有转子轴（22），所述转子轴（22）圆周外表面通过连接板固定连接有飞轮本体（23）；

其中，所述第二密封盘（13）靠近飞轮本体（23）一侧设置有光滑块（231），所述转子轴（22）靠近第二密封盘（13）一端可拆卸安装有与光滑块（231）外表面相贴合的减阻器（24）；

其中，所述第二密封盘（13）靠近飞轮本体（23）一侧开设有与光滑块（231）圆周外表面相卡合的内置槽（232），所述光滑块（231）靠近减阻器（24）一侧为内凹式设计，所述减阻器（24）包括减阻块（241），所述减阻块（241）的外端固定连接有与光滑块（231）的内凹面相贴合的圆锥块（242），所述转子轴（22）靠近第二密封盘（13）一端开设有减阻块（241）外表面滑动连接的减阻槽（243），所述减阻槽（243）内壁开设有球形槽（244），所述减阻块（241）通过开设在其内部的容置腔滑动连接有与球形槽（244）内壁相贴合的球型块（245），所述球型块（245）远离球形槽（244）一侧设有与球形槽（244）内壁相连接的弹板（246）。

2.根据权利要求1所述的一种储能电磁式辅助制动装置，其特征在于：所述转子轴（22）远离减阻器（24）一端传动连接有与第一密封盘（12）内壁相连接的内置电机（25），所述内置电机（25）内部电性连接有导线（251），且该导线（251）远离内置电机（25）一端贯穿第一密封盘（12）并延伸至外部。

3.根据权利要求1所述的一种储能电磁式辅助制动装置，其特征在于：还包括调节部（3），所述调节部（3）包括底座（31），所述底座（31）顶部固定连接有机架（32），所述机架（32）内部转动连接有承重板（33），所述承重板（33）顶部通过连接块与真空壳（11）圆周外表面固定连接，所述承重板（33）底部固定连接有与机架（32）内壁底部相连接的弯板（34），所述机架（32）内部转动连接有与承重板（33）下表面相贴合的凸杆（35），所述凸杆（35）一端贯穿机架（32）并固定连接有大齿轮（36），所述机架（32）外表面转动连接有与大齿轮（36）的齿牙相啮合的小齿轮（37）。

4.根据权利要求3所述的一种储能电磁式辅助制动装置，其特征在于：所述承重板（33）通过开设在其内部的通孔安装有垫管（38），所述垫管（38）顶端采用喇叭口设计，所述垫管（38）的喇叭口表面紧密贴合有直杆（39），所述直杆（39）一端贯穿垫管（38）并与机架（32）内壁底部螺纹连接，所述直杆（39）的直径小于垫管（38）的内径。