CN208268338U - 一种多级式扭力弹簧储能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级式扭力弹簧储能器，该储能器包含：输入轴，穿设在输入轴上的扭力限制器主动件，中间轴，依次穿设在中间轴上的扭力限制器从动件、前法兰盘、多级套设扭力部件和后法兰盘，输出轴，以及穿设在输出轴上的失电制动器。其中，前法兰盘与扭力限制器从动件固定连接；后法兰盘与失电制动器固定连接。在多级套设扭力部件中：1级扭力部件包含：套设在输入轴上的1级扭力弹簧；m级扭力部件包含：由内到外依次套设在m‑1级扭力弹簧上的m‑1级支撑套和m级扭力弹簧，用于滑动连接m级扭力弹簧一端的m级弧形滑槽。本实用新型的多级式扭力弹簧储能器能够提高储能的能力和精度，同时储能器的使用寿命得到提高。

Description

一种多级式扭力弹簧储能器

技术领域

本实用新型涉及一种储能机构，具体涉及一种多级式扭力弹簧储能器。

背景技术

由于人们所需的能源都具有很强的时间性和空间性，为了合理利用能源并提高能源的利用率，就需要使用一种装置，把一段时间内暂时不用的多余能量通过某种方法收集并储存起来，在使用高峰期时再提取使用，或者运往能量紧缺的地方再使用，这就需要一种能量的储能器。

目前，常用的储能器有电力储能器，即蓄电池，其通过电化学进行储能，但是存在以下缺点：(1)充放电过程为化学反应，铅酸电池会产生铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质；(2)锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险；(3)需要保护线路，防止电池被过度充放电；(4)生产要求条件高，成本高；(5)使用条件有限制，高低温使用危险大；(6)不同程度上存在自放电现象，造成能源的损失。

目前，常用的储能器还有机械自重储能器，其利用提拉加载在活塞上的质量，将液体的液压能转化为重物的重力势能来储存能量。该储能器结构简单、压力稳定，主要用于冶金等大型液压系统的恒压供油。但是，该储能器体积、重量较大，其需要依托重力场，使用中受方向性的限制，不方便，而且反应慢，现在已很少使用。

现有技术的液/气压储能器，其对安装条件要求较高，需防振、防高温、防污染，还需要定期检查维护防泄漏。该储能器做功能力差，通常只用于控制回路中，其工作介质不循环使用，成本高。

而现有技术中也常采用单个扭簧进行储能，但是单个弹簧的倔强系数通常为固定值，倔强系数小的弹簧，柔性好，变形幅度大，容易控制储能精度，但储存的能量较少；倔强系数大的弹簧，刚度好，变形幅度小，不易精确控制储能量的输出，但储能的能力强。因此，单扭簧储能器无法兼顾吸储能力和放储精度，而且由于弹簧在长时间变形后，会产生疲劳，出现永久变形，弹力减弱甚至消失的现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多级式扭力弹簧储能器，该储能器解决了现有技术单个弹簧储存差使用寿命短的问题，能够提高储能的能力和精度，同时储能器的使用寿命得到提高。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种多级式扭力弹簧储能器，该储能器包含：输入轴，穿设在所述的输入轴上的扭力限制器主动件，中间轴，依次穿设在所述的中间轴上的扭力限制器从动件、前法兰盘、多级套设扭力部件和后法兰盘，输出轴，以及穿设在所述的输出轴上的失电制动器。

其中，所述的前法兰盘与扭力限制器从动件固定连接；所述的后法兰盘与失电制动器固定连接。

在所述的多级套设扭力部件中：1级扭力部件包含：套设在输入轴上的1级扭力弹簧；m级扭力部件包含：由内到外依次套设在m-1级扭力弹簧上的m-1级支撑套和m级扭力弹簧，用于滑动连接m级扭力弹簧一端的m级弧形滑槽，以及设置在前法兰盘和后法兰盘上的m-1级定位槽；其中，m＝2……n，n>2。

其中，所述的m-1级定位槽与所述的m-1级支撑套相对应，以固定所述的m-1级支撑套；所述的m级弧形滑槽设置在所述的前法兰盘上。

其中，所述1级扭力弹簧的一端固定连接在所述的前法兰盘上，另一端固定连接在所述的后法兰盘上；所述m级扭力弹簧的另一端固定连接在所述的后法兰盘上。

在使用状态时，所述的1级扭力弹簧在所述的前法兰盘的带动下直接扭转，所述的m级扭力弹簧从m级弧形滑槽的初始位置滑动至终端位置，开始扭转。

优选地，所述的扭力限制器从动件和前法兰盘上均设有键槽；所述的中间轴上设有键，该键卡设于键槽内，以将所述的中间轴与扭力限制器从动件和前法兰盘固定连接。

优选地，所述的扭力限制器主动件和扭力限制器从动件之间设有摩擦片。

优选地，所述的失电制动器为电磁式失电制动器，其包含：依次设置在所述的输出轴上的失电制动器活动盘和失电制动器固定盘；所述的失电制动器活动盘与后法兰盘固定连接。

优选地，所述后法兰盘的一表面上设有若干固定孔一；所述的失电制动器活动盘上设有与所述的固定孔一相对应的固定孔二。

该储能器还包含：穿设在所述的固定孔一和固定孔二内的紧固螺栓，以及套设在该紧固螺栓上且与其相适配的弹簧垫。

所述后法兰盘的另一表面上设有与扭力弹簧相对应的扭力弹簧固定孔，扭力弹簧的另一端固定在该扭力弹簧固定孔上。

优选地，所述的m级弧形滑槽中，各级弧形滑槽对应的圆心角大小不同，m+1级弧形滑槽的圆心角大于m级弧形滑槽的圆心角。

优选地，所述的m-1级扭力弹簧的弹簧刚度系数小于所述的m级扭力弹簧的弹簧刚度系数。

优选地，各级扭力弹簧的长度一致；所述的m-1级支撑套的长度大于所述的m-1级扭力弹簧的长度。

优选地，所述后法兰盘的中心孔内径大于中间轴的直径；该储能器还包含：设置在所述后法兰盘的中心孔内且与其相适配的轴承；所述的轴承穿设在所述的中间轴上。

优选地，该储能器还包含：套设在所述的多级套设扭力部件上的保护套；所述的m级弧形滑槽内设有微型轴承，所述的m级扭力弹簧的一端插设在对应的m级弧形滑槽的微型轴承内。

本实用新型的多级式扭力弹簧储能器，解决了现有技术单个弹簧储存差使用寿命短的问题，具有以下优点：

(1)本实用新型的储能器采用多级弹簧层层嵌套，分段接力参与储能，使用的扭力弹簧线径和外形直径逐个加大，通过弧形滑槽的长度不同，控制各级扭力弹簧依次储能，能够保护扭力弹簧，提高扭力弹簧的寿命；

(2)本实用新型的储能器采用的扭力弹簧的刚度系数不同，通过选用不同的弹簧进行组合可以改变储能量的大小和精度，外层大弹簧刚度系数大，主要用于提高储能量的大小，但其精度较差，而内层的小弹簧刚度系数小，可以弥补该不足；

(3)本实用新型的储能器采用扭力限制器和失电制动器，头部吸收能量，尾部释放能量，工作互不干扰；

(4)本实用新型的储能器采用输入轴和输出轴，均为旋转运动形式，便于嵌入机械系统，易于安装；

(5)本实用新型的储能器为纯机械结构，全寿命周期及工作全过程中无化学反应参与，而且对密封性要求不高，无泄露风险，其为纯机械结构，工作可靠，不易损坏，对温度、湿度、气压等环境变化不敏感，可维修性好，便于拆卸，可只更换失效的弹簧，无须整体更换。

附图说明

图1为本实用新型的多级式扭力弹簧储能器的结构示意图。

图2为本实用新型的多级式扭力弹簧储能器的主视图。

图3为本实用新型的前法兰盘的一表面的结构示意图。

图4为本实用新型的前法兰盘的另一表面的结构示意图。

图5为本实用新型的后法兰盘的一表面的结构示意图。

图6为本实用新型的后法兰盘的另一表面的结构示意图。

图7为本实用新型一实施例的多级式扭力弹簧储能器的侧视图。

标号：1-输入轴；2-扭力限制器主动件；3-扭力限制器从动件；4-前法兰盘；5-键；6-中间轴；7-一级扭力弹簧；8-一级支撑套；9-二级扭力弹簧；10-二级支撑套；11-三级扭力弹簧；12-保护套；13-轴承；14-扭力弹簧固定孔；15-紧固螺栓；16-支撑套定位槽；17-后法兰盘；18A-固定孔一；18B-固定孔二；19-失电制动器活动盘；20-失电制动器固定盘；21-输出轴；22-二级弧形滑槽；23-三级弧形滑槽。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

一种多级式扭力弹簧储能器，如图1所示，为本实用新型的多级式扭力弹簧储能器的结构示意图，如图2所示，为本实用新型的多级式扭力弹簧储能器的主视图，该储能器包含：输入轴1，穿设在输入轴1上的扭力限制器主动件2，中间轴6，依次穿设在中间轴6上的扭力限制器从动件3、前法兰盘4、多级套设扭力部件和后法兰盘17，输出轴21，以及穿设在输出轴21上的失电制动器。

其中，前法兰盘4与扭力限制器从动件3固定连接；后法兰盘17与失电制动器固定连接。

在多级套设扭力部件中：1级扭力部件包含：套设在输入轴1上的1级扭力弹簧；m级扭力部件包含：由内到外依次套设在m-1级扭力弹簧上的m-1级支撑套和m级扭力弹簧，用于滑动连接m级扭力弹簧一端的m级弧形滑槽，以及设置在前法兰盘4和后法兰盘17上的m-1级定位槽；其中，m＝2……n，n>2。如图3所示，为本实用新型的前法兰盘的一表面的结构示意图，如图5所示，为本实用新型的后法兰盘的一表面的结构示意图，前法兰盘4和后法兰盘17上均设有m-1级定位槽。

其中，m-1级定位槽与m-1级支撑套相对应，以固定m-1级支撑套，支撑套能够防止各级扭力弹簧运动时相互干涉。

其中，1级扭力弹簧的一端固定连接在前法兰盘4上，另一端固定连接在后法兰盘17上；如图3所示，为本实用新型的前法兰盘的一表面的结构示意图，如图4所示，为本实用新型的前法兰盘的另一表面的结构示意图，m级弧形滑槽设置在前法兰盘4上，m级扭力弹簧一端滑动连接在该m级弧形滑槽内，另一端固定连接在后法兰盘17上。

在受力时，扭力限制器主动件2带动扭力限制器从动件3转动，前法兰盘4在扭力限制器从动件3作用下转动，1级扭力弹簧在前法兰盘4的带动下直接扭转，m级扭力弹簧从m级弧形滑槽的初始位置滑动至终端位置，开始扭转，以保护弹簧。

根据本实用新型一实施例，n＝3，含有3层套设的扭力部件，如图7所示，为本实用新型一实施例的多级式扭力弹簧储能器的侧视图，在输出轴21上由内到外依次套设有：一级扭力弹簧7、一级支撑套8、二级扭力弹簧9、二级支撑套10和三级扭力弹簧11，二级扭力弹簧9滑动设置在二级弧形滑槽22内，三级扭力弹簧11滑动设置在三级弧形滑槽23。

根据本实用新型一实施例，扭力限制器从动件3和前法兰盘4上均设有键槽；中间轴6上设有键5，该键5卡设于键槽内，以将中间轴6与扭力限制器从动件3和前法兰盘4固定连接。

根据本实用新型一实施例，扭力限制器主动件2和扭力限制器从动件3之间设有摩擦片，以摩擦贴合。本实用新型采用的扭力限制器为摩擦片式，又称力矩过载保护器，作用是防止扭力弹簧过载，在过载时摩擦片打滑，保护弹簧和储能器。

根据本实用新型一实施例，失电制动器为电磁式失电制动器，其包含：依次设置在输出轴21上的失电制动器活动盘19和失电制动器固定盘20；失电制动器活动盘19与后法兰盘17固定连接。

根据本实用新型一实施例，如图5所示，为本实用新型的后法兰盘的一表面的结构示意图，如图6所示，为本实用新型的后法兰盘的另一表面的结构示意图，后法兰盘17的一表面上设有若干固定孔一18A；失电制动器活动盘19上设有与固定孔一18A相对应的固定孔二18B。

该储能器还包含：穿设在固定孔一18A和固定孔二18B内的紧固螺栓15，以及套设在该紧固螺栓15上且与其相适配的弹簧垫。弹簧垫能防止紧固螺栓15松脱。

所述后法兰盘17的另一表面上设有与扭力弹簧相对应的扭力弹簧固定孔14，扭力弹簧的另一端固定在该扭力弹簧固定孔14上。

根据本实用新型一实施例，m级弧形滑槽中，各级弧形滑槽对应的圆心角大小不同，m+1级弧形滑槽的圆心角大于m级弧形滑槽的圆心角。

根据本实用新型一实施例，m-1级扭力弹簧的弹簧刚度系数小于m级扭力弹簧的弹簧刚度系数。本实用新型采用多级弹簧层层嵌套，分段接力参与储能，使用的弹簧长度均相等，线径和外形直径逐个加大，即半径越小的弹簧，倔强系数越小，储能量越小，位置就越靠近中心轴。

根据本实用新型一实施例，各级扭力弹簧的长度一致；m-1级支撑套的长度大于m-1级扭力弹簧的长度。

根据本实用新型一实施例，所述后法兰盘17的中心孔内径大于中间轴6的直径；该储能器还包含：设置在所述后法兰盘17的中心孔内且与其相适配的轴承13(可以选用球轴承)；轴承13穿设在中间轴6上。

根据本实用新型一实施例，该储能器还包含：套设在多级套设扭力部件上的保护套12，防止杂物进入，影响扭力弹簧工作，延长扭力弹簧使用寿命。

m级弧形滑槽内设有微型轴承，m级扭力弹簧的一端插设在对应的m级弧形滑槽的微型轴承内，以利于m级扭力弹簧在m级弧形滑槽内滑动。

本实用新型的多级式扭力弹簧储能器的工作原理，具体如下：

在储能时，输入轴21旋转，以使扭力限制器主动件2带动扭力限制器从动件3旋转，最里层的1级扭力弹簧最先被扭转，开始储能。此时，其他扭力弹簧的扭臂通过微型轴承在弧形滑槽内从起始位置开始滑动，在未滑动至终端位置时，扭力弹簧未受扭转，不参与储能。当能量输入逐渐增加，前法兰盘4的旋转角度随之逐渐增大，各级扭力弹簧(由低到高)的扭臂依次转到所在弧形滑槽的终端位置，然后扭力弹簧被扭转，进而开始依次储能，级数最大的扭力弹簧最后被储能。在能量过载时，扭力限制器主动件2和扭力限制器从动件3之间的摩擦片打滑，扭力限制器主动件2继续旋转，扭力限制器从动件3停止旋转，以保护扭力弹簧。

在能量输出时，失电制动器电路先接通，输出轴21旋转，以带动失电制动器活动盘19转动，进而带动后法兰盘17转动，以使扭力弹簧反向转动。1扭力弹簧级数直接反向转动，而级数最大的扭力弹簧最先回转至初始位置，再反向转动，在此过程中，级数最大的扭力弹簧在回转至初始位置后不再参加储能，使其弹性得到保护。因而，即使由于长时间使用，存在扭力弹簧出现失效现象，也是先从里层最小级数的扭力弹簧开始，对储能器的整体储量影响不大，且维修时只需更换个别失效的弹簧即可，经济性好。

在失电制动器电路断开时，失电制动器固定盘20通过摩擦力矩使失电制动器活动盘19和后法兰盘17停止转动，进而使输出轴21停止转动，弹簧储能器停止能量输出。

综上所述，本实用新型的多级式扭力弹簧储能器能够提高储能的能力和精度，同时储能器的使用寿命得到提高。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，该储能器包含：输入轴(1)，穿设在所述的输入轴(1)上的扭力限制器主动件(2)，中间轴(6)，依次穿设在所述的中间轴(6)上的扭力限制器从动件(3)、前法兰盘(4)、多级套设扭力部件和后法兰盘(17)，输出轴(21)，以及穿设在所述的输出轴(21)上的失电制动器；

其中，所述的前法兰盘(4)与扭力限制器从动件(3)固定连接；所述的后法兰盘(17)与失电制动器固定连接；

在所述的多级套设扭力部件中：

1级扭力部件包含：套设在输入轴(1)上的1级扭力弹簧；

m级扭力部件包含：由内到外依次套设在m-1级扭力弹簧上的m-1级支撑套和m级扭力弹簧，用于滑动连接m级扭力弹簧一端的m级弧形滑槽，以及设置在前法兰盘(4)和后法兰盘(17)上的m-1级定位槽；其中，m＝2……n，n>2；

其中，所述的m-1级定位槽与所述的m-1级支撑套相对应，以固定所述的m-1级支撑套；所述的m级弧形滑槽设置在所述的前法兰盘(4)上；

其中，所述1级扭力弹簧的一端固定连接在所述的前法兰盘(4)上，另一端固定连接在所述的后法兰盘(17)上；所述m级扭力弹簧的另一端固定连接在所述的后法兰盘(17)上；

在使用状态时，所述的1级扭力弹簧在所述的前法兰盘(4)的带动下直接扭转，所述的m级扭力弹簧从m级弧形滑槽的初始位置滑动至终端位置，开始扭转。

2.根据权利要求1所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述的扭力限制器从动件(3)和前法兰盘(4)上均设有键槽；所述的中间轴(6)上设有键(5)，该键(5)卡设于键槽内，以将所述的中间轴(6)与扭力限制器从动件(3)和前法兰盘(4)固定连接。

3.根据权利要求2所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述的扭力限制器主动件(2)和扭力限制器从动件(3)之间设有摩擦片。

4.根据权利要求3所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述的失电制动器为电磁式失电制动器，其包含：依次设置在所述的输出轴(21)上的失电制动器活动盘(19)和失电制动器固定盘(20)；所述的失电制动器活动盘(19)与后法兰盘(17)固定连接。

5.根据权利要求4所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述后法兰盘(17)的一表面上设有若干固定孔一(18A)；所述的失电制动器活动盘(19)上设有与所述的固定孔一(18A)相对应的固定孔二(18B)；

该储能器还包含：穿设在所述的固定孔一(18A)和固定孔二(18B)内的紧固螺栓(15)，以及套设在该紧固螺栓(15)上且与其相适配的弹簧垫；

所述后法兰盘(17)的另一表面上设有与扭力弹簧相对应的扭力弹簧固定孔(14)，扭力弹簧的另一端固定在该扭力弹簧固定孔(14)上。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述的m级弧形滑槽中，各级弧形滑槽对应的圆心角大小不同，m+1级弧形滑槽的圆心角大于m级弧形滑槽的圆心角。

7.根据权利要求6所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述的m-1级扭力弹簧的弹簧刚度系数小于所述的m级扭力弹簧的弹簧刚度系数。

8.根据权利要求7所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，各级扭力弹簧的长度一致；所述的m-1级支撑套的长度大于所述的m-1级扭力弹簧的长度。

9.根据权利要求8所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，所述后法兰盘(17)的中心孔内径大于中间轴(6)的直径；

该储能器还包含：设置在所述后法兰盘(17)的中心孔内且与其相适配的轴承(13)；

所述的轴承(13)穿设在所述的中间轴(6)上。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的多级式扭力弹簧储能器，其特征在于，该储能器还包含：套设在所述的多级套设扭力部件上的保护套(12)；

所述的m级弧形滑槽内设有微型轴承，所述的m级扭力弹簧的一端插设在对应的m级弧形滑槽的微型轴承内。