CN207166287U - 一种飞轮电机轴系的旋转保护装置 - Google Patents

一种飞轮电机轴系的旋转保护装置 Download PDF

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钟国彬
徐旸
苏伟
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Abstract

本实用新型实施例公开了一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，包括：转轴、第一飞轮、圆柱壳、圆环板和飞轮壳体；所述转轴垂直设置于所述第一飞轮的圆心处；所述圆柱壳与所述第一飞轮沿所述转轴径向同轴非接触设置；所述圆环板与所述第一飞轮沿所述转轴轴向同轴非接触设置，所述圆环板位于所述第一飞轮的底部与所述飞轮壳体之间。本实用新型在支撑飞轮电子转子的工作轴承系统基础上，增设了圆环板壳组合结构，故障轴系在工作轴承失效后，高速旋转的飞轮会因为重力掉落在所述圆环板壳组合结构上，通过飞轮与圆柱壳和圆环板之间的摩擦消耗飞轮的动能，降低轴系解体的风险，解决了在轴承失效后难以降低轴系解体风险，避免轴系与静止部件碰摩的技术问题。

Description

一种飞轮电机轴系的旋转保护装置
技术领域
本实用新型涉及保护装置领域，尤其涉及一种飞轮电机轴系的旋转保护装置。
背景技术
飞轮储能机组一般采用高速轴系，因为旋转系统具有很大的动能，当高速轴系结构强度被破坏和轴承系统失效的时候，可能导致严重的设备损坏甚至危及人身安全。为了控制风险，现有的飞轮储能机组的安全防护有以下技术手段，首先是采用正确的结构力学计算分析方法，准确计算得到飞轮电机轴系旋转部件的应力应变-载荷特性数据，防止强度破坏；其次是采用正确的轴系动载荷计算方法，准确计算轴承的使用寿命，定期维护轴承系统，防止轴承失效引起轴系与静止部件碰摩引发严重故障。可是现有的安全防护只能减小高速轴系结构强度被破坏和轴承系统失效的风险，无法在轴承失效后避免轴系与静止部件碰摩引发严重故障，因此导致了在轴承失效后难以降低轴系解体风险，避免轴系与静止部件碰摩的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，本实用新型在支撑飞轮电子转子的工作轴承系统基础上，增设了圆环板壳组合结构，故障轴系在工作轴承失效后，高速旋转的飞轮会因为重力掉落在所述圆环板壳组合结构上，通过飞轮与圆柱壳和圆环板之间的摩擦消耗飞轮的动能，降低轴系解体的风险，解决了在轴承失效后难以降低轴系解体风险，避免轴系与静止部件碰摩的技术问题。
本实用新型提供的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，包括：转轴、第一飞轮、圆柱壳、圆环板和飞轮壳体；
所述飞轮壳体内设置有所述第一飞轮和所述转轴，所述第一飞轮与所述转轴固定连接，所述转轴垂直设置于所述第一飞轮的圆心处；
所述圆柱壳与所述第一飞轮沿所述转轴径向同轴非接触设置，所述圆柱壳位于所述第一飞轮与所述飞轮壳体之间；
所述圆环板与所述第一飞轮沿所述转轴轴向同轴非接触设置，所述圆环板位于所述第一飞轮的底部与所述飞轮壳体之间。
优选地，还包括：第一保护轴承、第一轴承座、第一轴向固定环和第二轴向固定环；
所述第一轴承座内设置有所述第一保护轴承，所述第一保护轴承与所述转轴同轴非接触设置；
所述第一轴向固定环位于所述第一保护轴承的顶部，所述第二轴向固定环位于所述第一保护轴承的底部，所述第一轴向固定环和所述第二轴向固定环用于轴向固定所述第一保护轴承。
优选地，还包括：第二保护轴承、第二保护轴承座；
所述第二保护轴承座设置于所述飞轮壳体内，位于所述第二保护轴承底部；
所述第二保护轴承与所述转轴同轴非接触设置。
优选地，所述圆柱壳与所述第一飞轮之间设置有第一径向间隙；
所述圆环板与所述第一飞轮之间设置有第一轴向间隙；
所述第一径向间隙为1.5-3mm；
所述第一轴向间隙为1.5-3mm。
优选地，所述飞轮壳体与所述圆柱壳之间设置有径向安装间隙；
所述圆柱壳与所述圆环板之间设置有径向安装间隙。
优选地，所述径向安装间隙为0.1-0.2mm。
优选地，所述第一保护轴承为深沟球轴承。
优选地，还包括：第一锁紧螺钉、第一轴向限位环、第一保护轴颈环；
所述第一轴向限位环和所述第一保护轴颈环通过所述第一锁紧螺钉与所述转轴连接；
所述第一保护轴承分别与所述第一轴向限位环和所述第一保护轴颈环之间设置有第二轴向间隙；
所述第一保护轴承与所述转轴之间设置有第二径向间隙；
所述第二轴向间隙为0.3-0.5mm；
所述第二径向间隙为0.6-0.8mm。
优选地，所述第二保护轴承为深沟球轴承。
优选地，所述第二保护轴承与所述第一飞轮之间设置有第三轴向间隙；
所述第二保护轴承与所述转轴之间设置有第三径向间隙；
所述第三轴向间隙为1-2mm；
所述第三径向间隙为0.8-1.2mm。
从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供了一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，包括：转轴、第一飞轮、圆柱壳、圆环板和飞轮壳体；所述飞轮壳体内设置有所述第一飞轮和所述转轴，所述第一飞轮与所述转轴固定连接，所述转轴垂直设置于所述第一飞轮的圆心处；所述圆柱壳与所述第一飞轮沿所述转轴径向同轴非接触设置，所述圆柱壳位于所述第一飞轮与所述飞轮壳体之间；所述圆环板与所述第一飞轮沿所述转轴轴向同轴非接触设置，所述圆环板位于所述第一飞轮的底部与所述飞轮壳体之间。本实用新型在支撑飞轮电子转子的工作轴承系统基础上，增设了圆环板壳组合结构，故障轴系在工作轴承失效后，高速旋转的飞轮会因为重力掉落在所述圆环板壳组合结构上，通过飞轮与圆柱壳和圆环板之间的摩擦消耗飞轮的动能，降低轴系解体的风险，解决了在轴承失效后难以降低轴系解体风险，避免轴系与静止部件碰摩的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置的顶部结构放大的结构示意图；
其中，附图标记如下：
1、第一保护轴承；2、第一工作轴承；3、永磁轴承静环；4、飞轮电机轴系；41、第一锁紧螺钉；42、第一轴向限位环；43、第一保护轴颈环；44、永磁轴承动环；45、第二飞轮；46、转轴；47、电机转子；48、第一飞轮；481、第一飞轮底部突缘；49、第二轴向限位环；491、第二锁紧螺钉；5、第二保护轴承；6、第二工作轴承；7、第一轴承座；71、第一轴向固定环；72、第二轴向固定环；8、电机壳体；9、电机绕组；10、电机定子；11、飞轮壳体；12、圆环板壳组合结构；121、圆环板；122、圆柱壳；123、圆柱壳(第二层)；13、第二保护轴承座；14、第二轴承座。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，在支撑飞轮电子转子的工作轴承系统基础上，增设了圆环板壳组合结构，故障轴系在工作轴承失效后，高速旋转的飞轮会因为重力掉落在圆环板壳组合结构上，通过飞轮与圆柱壳和圆环板之间的摩擦消耗飞轮的动能，降低轴系解体的风险，解决了在轴承失效后难以降低轴系解体风险，避免轴系与静止部件碰摩的技术问题。
为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种飞轮电机轴系4的旋转保护装置的一个实施例，包括：包括：转轴46、第一飞轮48、圆柱壳122、圆环板121和飞轮壳体11；
飞轮壳体11内设置有第一飞轮48和转轴46，第一飞轮48与转轴46固定连接，转轴46垂直设置于第一飞轮48的圆心处；
圆柱壳122与第一飞轮48沿转轴46径向同轴非接触设置，圆柱壳122位于第一飞轮48与飞轮壳体11之间；
圆环板121与第一飞轮48沿转轴46轴向同轴非接触设置，圆环板121位于第一飞轮48的底部与飞轮壳体11之间。
需要说明的是，当第一工作轴承2和第二工作轴承6失效后，第一飞轮48轴向掉落于圆环板壳组合结构12上，同时由于径向约束不足，第一飞轮48与圆柱壳122和圆环板121发生摩擦，消耗第一飞轮48的动轮，降低轴系解体的危险；
圆柱壳122可以为一层也可以为多层，图中为两层，分别为圆柱壳122和圆柱壳(第二层)123；
轴系未发生故障的时候第一飞轮48与圆环板壳组合结构12不接触，避免产生摩擦影响飞轮电机轴系4的正常工作。
请参阅图1，本实用新型实施例提供的另一种飞轮电机轴系4的旋转保护装置的一个实施例，包括：转轴46、第一飞轮48、圆柱壳122、圆环板121和飞轮壳体11；
飞轮壳体11内设置有第一飞轮48和转轴46，第一飞轮48与转轴46固定连接，转轴46垂直设置于第一飞轮48的圆心处；
圆柱壳122与第一飞轮48沿转轴46径向同轴非接触设置，圆柱壳122位于第一飞轮48与飞轮壳体11之间；
圆环板121与第一飞轮48沿转轴46轴向同轴非接触设置，圆环板121位于第一飞轮48的底部与飞轮壳体11之间。
进一步地，还包括：第一保护轴承1、第一轴承座7、第一轴向固定环71和第二轴向固定环72；
第一轴承座7内设置有第一保护轴承1，第一保护轴承1与转轴46同轴非接触设置；
第一轴向固定环71位于第一保护轴承1的顶部，第二轴向固定环72位于第一保护轴承1的底部，第一轴向固定环71和第二轴向固定环72用于轴向固定第一保护轴承1。
进一步地，还包括：第二保护轴承5、第二保护轴承座13；
第二保护轴承座13设置于飞轮壳体11内，位于第二保护轴承5底部；
第二保护轴承5与转轴46同轴非接触设置。
需要说明的是，第一保护轴承1的内径和第一工作轴承2的内径(15-30mm)相同；第一保护轴承1与转轴46非接触设置，第一保护轴承1在飞轮电机轴系4正常运行或者微小振动的时候不会与飞轮电机轴系4接触，避免影响飞轮电机轴系4的正常工作；当飞轮电机轴系4的位移约束超过永磁轴承(由永磁轴承静环3和永磁轴承动环44组成)、第一工作轴承2和第二工作轴承6的约束能力之后，首先起保护作用的是与飞轮电机轴系4部件间隙最小的第一保护轴承1，约束飞轮电机轴系4的位移，为工作人员争取故障反应处理的时间；
因为第二保护轴承5与转轴46非接触设置，第二保护轴承5在飞轮电机轴系4正常运行或者微小振动的时候不会与飞轮电机轴系4接触，避免影响飞轮电机轴系4的正常工作；当第一保护轴承1失效之后，起保护作用的是第二保护轴承5，约束飞轮电机轴系4的位移，进一步为工作人员争取故障反应处理的时间；第二保护轴承座13可以旋转；第二保护轴承5失效后，飞轮电机轴系4带动第二保护轴承座13旋转，与飞轮壳体11底部旋转摩擦，耗散飞轮电机轴系4的能量；所有轴承失效后。第一飞轮48轴向掉落于圆环板壳组合结构12上，径向约束不足，第一飞轮48与圆柱壳122和圆环板121发生摩擦，消耗第一飞轮48的动轮，降低轴系解体的危险。
请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的另一种飞轮电机轴系4的旋转保护装置的一个实施例，包括：转轴46、第一飞轮48、圆柱壳122、圆环板121和飞轮壳体11；
飞轮壳体11内设置有第一飞轮48和转轴46，第一飞轮48与转轴46固定连接，转轴46垂直设置于第一飞轮48的圆心处；
圆柱壳122与第一飞轮48沿转轴46径向同轴非接触设置，圆柱壳122位于第一飞轮48与飞轮壳体11之间；
圆环板121与第一飞轮48沿转轴46轴向同轴非接触设置，圆环板121位于第一飞轮48的底部与飞轮壳体11之间。
进一步地，还包括：第一保护轴承1、第一轴承座7、第一轴向固定环71和第二轴向固定环72；
第一轴承座7内设置有第一保护轴承1，第一保护轴承1与转轴46同轴非接触设置；
第一轴向固定环71位于第一保护轴承1的顶部，第二轴向固定环72位于第一保护轴承1的底部，第一轴向固定环71和第二轴向固定环72用于轴向固定第一保护轴承1。
进一步地，还包括：第二保护轴承5、第二保护轴承座13；
第二保护轴承座13设置于飞轮壳体11内，位于第二保护轴承5底部；
第二保护轴承5与转轴46同轴非接触设置。
需要说明的是，第二保护轴承5的内径比第二工作轴承6的内径(15-30mm)大30-60mm；
第二工作轴承6为滚子轴承，无轴向约束能力。
进一步地，圆柱壳122与第一飞轮48之间设置有第一径向间隙；
圆环板121与第一飞轮48之间设置有第一轴向间隙；
第一径向间隙为1.5-3mm；
第一轴向间隙为1.5-3mm。
需要说明地是，第一轴向间隙和第一径向间隙的存在让轴系未发生故障的时候第一飞轮48与圆环板壳组合结构12不接触，避免产生摩擦影响飞轮电机轴系4的正常工作，第一径向间隙和第一轴向间隙的取值参考了电机定转子气隙的设计值；
第一轴向间隙和第一径向间隙的取值参考了电机定转子气隙(动、静部件径向间隙)，既要防止非故障状态下飞轮和圆环板壳组合结构12的接触，也要使间隙值小于电机定转子气隙。
进一步地，飞轮壳体11与圆柱壳122之间设置有径向安装间隙；
圆柱壳122与圆环板121之间设置有径向安装间隙。
进一步地，径向安装间隙为0.1-0.2mm。
需要说明的是，径向安装间隙的存在便于圆柱壳122与圆环板121之间以及圆环板壳组合结构12和飞轮壳体11之间的安装；
安装间隙选择0.1-0.2mm不仅便于圆柱壳122与圆环板121之间以及圆环板壳组合结构12和飞轮壳体11之间的安装，同时又不至于太松散。
进一步地，第一保护轴承1为深沟球轴承。
进一步地，还包括：第一锁紧螺钉41、第一轴向限位环42、第一保护轴颈环43；
第一轴向限位环42和第一保护轴颈环43通过第一锁紧螺钉41与转轴46连接；
第一保护轴承1分别与第一轴向限位环42和第一保护轴颈环43之间设置有第二轴向间隙；
第一保护轴承1与转轴46之间设置有第二径向间隙；
第二轴向间隙为0.3-0.5mm；
第二径向间隙为0.6-0.8mm。
需要说明的是，第一保护轴承1的内径和第一工作轴承2的内径(15-30mm)相同；因为第二轴向间隙和第二径向间隙的存在，第一保护轴承1在飞轮电机轴系4正常运行或者微小振动的时候不会与飞轮电机轴系4接触，避免影响飞轮电机轴系4的正常工作，第二轴向间隙的取值参考了电磁悬浮轴系保护轴承间隙的工程设计值；
第二轴向间隙和第二径向间隙的选取参考了电磁悬浮轴系保护轴承间隙的工程设计值。
进一步地，第二保护轴承5为深沟球轴承。
进一步地，第二保护轴承5与第一飞轮48之间设置有第三轴向间隙；
第二保护轴承5与转轴46之间设置有第三径向间隙；
第三轴向间隙为1-2mm；
第三径向间隙为0.8-1.2mm。
需要说明的是，第二保护轴承5的内径比第二工作轴承6的内径(15-30mm)大30-60mm；
第二保护轴承座13可以旋转；
第二工作轴承6为滚子轴承，无轴向约束能力；
飞轮电机轴系4的重量比永磁轴承(永磁轴承静环3和永磁轴承动环44组成)的轴向承载力大2-5％，这超出的部分由第一工作轴承2承担；
因为第三轴向间隙和第三径向间隙的存在，第二保护轴承5在飞轮电机轴系4正常运行或者微小振动的时候不会与飞轮电机轴系4接触，避免影响飞轮电机轴系4的正常工作；
当承载能力最弱的第一工作轴承2失效时，约束能力不足，飞轮电机轴系4上端径向位移、轴向位移约束超过飞轮电机轴系4与第一保护轴承1之间的间隙时，第一保护轴承1处于工作状态，但由于间隙的存在，为轴承的非正常工作状态，因此，第一保护轴承1逐渐失效；
第一保护轴承1失效后，飞轮电机轴系4在重力作用下，向下移动，坐落在第二保护轴承5上，由于永磁轴承(永磁轴承静环3和永磁轴承动环44组成)间隙增加，卸载能力减少，第二保护轴承5因内径较大，其承载力远高于第一保护轴承1和第一工作轴承2，但其高速能力不足，因此不能长期工作；
当第二保护轴承5失效时，飞轮电机轴系4摩擦急剧增加或粘着第二保护轴承5的内外圈，带动第二保护轴承座13旋转，第二保护轴承座13与飞轮壳体11底部旋转摩擦，耗散飞轮电机轴系4的动能；
当所有轴承失效后，第一飞轮48径向约束不足，其位移超过第一飞轮48与圆环板壳组合结构12之间的间隙，与圆柱壳122发生摩擦，圆柱壳122与圆柱壳(第二层)123发生摩擦，耗散能量，第一飞轮48轴向坐落于圆环板壳组合结构12的圆环板121上，发生摩擦，消耗飞轮电机轴系4的动能。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，包括：转轴、第一飞轮、圆柱壳、圆环板和飞轮壳体；
所述飞轮壳体内设置有所述第一飞轮和所述转轴，所述第一飞轮与所述转轴固定连接，所述转轴垂直设置于所述第一飞轮的圆心处；
所述圆柱壳与所述第一飞轮沿所述转轴径向同轴非接触设置，所述圆柱壳位于所述第一飞轮与所述飞轮壳体之间；
所述圆环板与所述第一飞轮沿所述转轴轴向同轴非接触设置，所述圆环板位于所述第一飞轮的底部与所述飞轮壳体之间。
2.根据权利要求1所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，还包括：第一保护轴承、第一轴承座、第一轴向固定环和第二轴向固定环；
所述第一轴承座内设置有所述第一保护轴承，所述第一保护轴承与所述转轴同轴非接触设置；
所述第一轴向固定环位于所述第一保护轴承的顶部，所述第二轴向固定环位于所述第一保护轴承的底部，所述第一轴向固定环和所述第二轴向固定环用于轴向固定所述第一保护轴承。
3.根据权利要求1所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，还包括：第二保护轴承、第二保护轴承座；
所述第二保护轴承座设置于所述飞轮壳体内，位于所述第二保护轴承底部；
所述第二保护轴承与所述转轴同轴非接触设置。
4.根据权利要求1所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，
所述圆柱壳与所述第一飞轮之间设置有第一径向间隙；
所述圆环板与所述第一飞轮之间设置有第一轴向间隙；
所述第一径向间隙为1.5-3mm；
所述第一轴向间隙为1.5-3mm。
5.根据权利要求1所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，
所述飞轮壳体与所述圆柱壳之间设置有径向安装间隙；
所述圆柱壳与所述圆环板之间设置有径向安装间隙。
6.根据权利要求5所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，
所述径向安装间隙为0.1-0.2mm。
7.根据权利要求2所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，
所述第一保护轴承为深沟球轴承。
8.根据权利要求2所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，还包括：第一锁紧螺钉、第一轴向限位环、第一保护轴颈环；
所述第一轴向限位环和所述第一保护轴颈环通过所述第一锁紧螺钉与所述转轴连接；
所述第一保护轴承分别与所述第一轴向限位环和所述第一保护轴颈环之间设置有第二轴向间隙；
所述第一保护轴承与所述转轴之间设置有第二径向间隙；
所述第二轴向间隙为0.3-0.5mm；
所述第二径向间隙为0.6-0.8mm。
9.根据权利要求3所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，
所述第二保护轴承为深沟球轴承。
10.根据权利要求3所述的一种飞轮电机轴系的旋转保护装置，其特征在于，
所述第二保护轴承与所述第一飞轮之间设置有第三轴向间隙；
所述第二保护轴承与所述转轴之间设置有第三径向间隙；
所述第三轴向间隙为1-2mm；
所述第三径向间隙为0.8-1.2mm。
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