CN208424082U - 一种转动惯量可控制的飞轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转动惯量可控制的飞轮，包括飞轮框架（1）、质量块（2）、驱动马达（3）、滑动杆（4）、蜗轮丝杆（5）、滑环（6）。所述蜗轮丝杆（5）在其朝飞轮中心的一端设置一锥形齿轮，并且与驱动马达（3）输出轴承端的齿轮盘啮合。驱动马达（3）在外部控制信号的作用下旋转并且驱动蜗轮丝杆（5）来回旋转，蜗轮丝杆（5）的旋转驱动着质量块（2）在滑动杆（4）上来回移动从而改变了飞轮的转动惯量。本飞轮可以在启动时减小转动惯量以提高响应速度，在遇到负荷干扰时可以增大转动惯量以减小扰动的影响使得转速更加平稳。本飞轮可以在控制信号的作用下调节转动惯量的大小，实现对旋转设备更加快速灵活的控制。

Description

一种转动惯量可控制的飞轮

技术领域

本实用新型涉及一种飞轮；具体是一种转动惯量可控制的飞轮。

背景技术

现在的发动机和发电机的转动惯量主要来源于发动机的飞轮和发电机的转子部分，而这些转动部件的转动惯量都是固定的。还有一些旋转的机械设备上使用的飞轮，其转动惯量都是恒定的。飞轮的转动惯量关系到发动机等旋转设备的响应速度和稳定性能，如果发动机的转动惯量小，则发动机控制的灵活性很好，启停时间短，响应速度快，但是易受扰动影响。如果发动机的转动惯量大，则发动机的速度控制响应慢，但是抗扰动性能好。在设计发动机的时候转动惯量是发动机非常重要的指标。如果在飞轮旋转时可以对其转动惯量进行增大和减小的控制，将获得非常好的发动机响应性能。本实用新型一种转动惯量可控制的飞轮可以按照需要调节飞轮的转动惯量，可以使发动机等旋转设备获得较好的速度响应性能并同时获得较好的抗负荷扰动的能力。

中国专利公开号CN107035815A公开了一种可变转动惯量轮轴。该轮轴在转速为零时，滑块位于轮轴中心附近，此时轮轴的转动惯量较小。当轮轴速度上升后滑块由离心力的作用向轮轴边缘移动，滑块上的止回销使得滑块只能往轮轴边缘滑动而不能向轮轴中心滑动。该可变转动惯量轮轴可以减小启动时的转动惯量，同时转速上升时转动惯量也会增加具有稳定高转速的能力。但是正如该说明书第14段末尾描述的那样，该装置在每次停止转动后需要人工松开滑块上的止回销并将滑块移动至离轮轴中心较近位置。同时由于止回销的作用使得滑块只能往轮轴边缘移动无法往轮轴中心方向移动，从轮轴启动至停止的整个期间内，滑块只有往轮轴边缘移动的一个方向行程，即只能增加转动惯量而不能减小转动惯量。其对转动惯量的改变很单一且是一次性的，同时需要人为参与滑块的复位。如果旋转设备起停频繁则该发明无法满足其自动化需求。

本实用新型一种转动惯量可控制的飞轮可以按照需要调节飞轮的转动惯量，可以使发动机等旋转设备获得较好的速度控制响应性能同时获得较好的抗负荷扰动的性能。在需要快速的响应性能时减小飞轮的转动惯量，在需要更加稳定及抗扰动性能时增大飞轮的转动惯量。可以实现对旋转设备更加快速和灵活的控制，提高对旋转设备的控制精度。

实用新型内容

本实用新型目的在于，提供一种转动惯量可控制的飞轮，实现根据旋转设备的响应性能要求来增大或者减小发动机等旋转设备的总转动惯量。提高了发动机等旋转设备的快速响应和抗扰动能力。

为了实现上述的目的，本实用新型采用如下技术方案时：一种转动惯量可控制的飞轮由飞轮框架、质量块、驱动马达、滑动杆、蜗轮丝杆、弹簧、滑环组成。所述蜗轮丝杆贯穿于质量块本体中部的孔内，并且蜗轮丝杆杆体的螺纹与质量块中部孔内的螺纹相互配合，涡轮丝杆的旋转驱动着质量块在滑动杆上来回移动，质量块的移动改变了飞轮的转动惯量。

所述蜗轮丝杆通过两个滚动轴承固定在飞轮框架上，蜗轮丝杆在其靠飞轮中心的一端设置有锥形齿轮，并且与驱动马达输出轴承端的齿轮盘啮合。

所述的滑动杆两端固定在飞轮框架上，并且穿插入质量块两边所设置的贯穿孔内，质量块可以在滑动杆上来回滑动。

在靠近飞轮的中心位置设置有滑环，滑环将驱动马达的电源和外部控制信号接入飞轮，外部接入的控制信号为增大转动惯量和减小转动惯量。当外部控制信号为增大转动惯量时，接触器K1吸合使驱动马达得电从而驱动质量块朝飞轮外缘滑动。当外部控制信号为减小转动惯量时接触器K2吸合使驱动马达反向转动并驱动质量块朝飞轮中心方向滑动。

在发动机等的旋转设备上安装此种飞轮后，外部的速度控制系统可以按照需求给出增大或者减小飞轮转动惯量的控制信号。外部需要通过滑环为驱动马达连接电源，同时为增大转动惯量和减小转动惯量的命令提供无源常开触点并连接接至滑环上。本实用新型通过控制驱动马达的正反转来改变质量块离飞轮中心的距离，可以灵活地控制飞轮的转动惯量。安装了此飞轮的设备，在需要快速的响应性能时减小转动飞轮的转动惯量，在需要很好的抗扰动性能时可以增大飞轮的转动惯量。

附图说明

图1为一种转动惯量可控制的飞轮的结构图。

图2为一种转动惯量可控制的飞轮的电气原理图。

图3为一种转动惯量可控制的飞轮的已增大转动惯量的飞轮状态结构图。

图4为一种转动惯量可控制的飞轮的驱动马达输出轴承端齿轮与蜗轮丝杆齿轮的实施图。

图中：1-飞轮框架、2-质量块、3-驱动马达、4-滑动杆、5-蜗轮丝杆、6-滑环、7--转动惯量增大接触器、8-转动惯量减小接触器、9-马达刹车、10-滑环接线端、11-增大限位开关、12-减小限位开关、13-弹簧。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。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获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种转动惯量可控制的飞轮。包括飞轮框架1、质量块2、驱动马达3、滑动杆4、蜗轮丝杆5、滑环6、增大限位开关11、减小限位开关12和弹簧13组成。所述涡轮丝杠5穿入质量块2本体中部的孔内，并且蜗轮丝杆5杆体的螺纹与质量块2孔内的螺纹相互配合，蜗轮丝杆5的旋转驱动着质量块2在滑动杆4上来回移动。所述质量块2本体两边有贯穿孔，质量块2两边的滑动杆4穿入质量块2本体两边的贯穿孔内，质量块2可以在滑动杆4上来回移动。所述滑动杆4具有一定强度、表面光滑且两端固定在飞轮框架1上。在质量块2本体靠近飞轮中心的端面上连接有弹簧13，弹簧13的另一端连接至飞轮框架1上。在飞轮高速旋转时质量块2将获得很大的离心力，而弹簧13的拉力可以抵消部分质量块2的离心力，从而减小驱动马达3在减小转动惯量时的负荷。

图2所示为一种转动惯量可控制的飞轮的电气原理图。如图2所示，本飞轮通过滑环6接入三相电源和控制信号。控制信号包含增大转动惯量和减小转动惯量，当外部控制系统需要增大或者减小转动惯量时，需将外部连接至增加和减小转动惯量接线端的触点闭合即可。外部的触点闭合使得K1或者K2得电吸合，K1或者K2的吸合给驱动马达3通入三相电源。图2的控制回路中，K1和K2的常闭触点分别被串接至对方的电源回路中，可实现两接触器之间的互锁以防止出现同时接收到增大和减小转动惯量命令的误操作。同时安装在飞轮上的转动惯量增大限位开关11和转动惯量减小限位开关12被分别串接至两个接触器的电源回路。在转动惯量增大至最大时，质量块2触碰到增大限位开关11并切断接触器k1的电源使得驱动马达3停止运转。在转动惯量减小至最小时，质量块2触碰到减小限位开关12并切断接触器k2的电源使得驱动马达3停止运转。图2中驱动马达3配备有制动装置9，在驱动马达3得电时制动装置9停止制动，当停止驱动马达3的供电后，制动装置9立即制动。制动装置9可以防止质量块2在离心力的作用下滑动。

图3给出了一种转动惯量可控制的飞轮的已增大至最大转动惯量的飞轮状态结构图，如图3所示质量块2已经滑动至飞轮的外缘，此时质量块2的与飞轮的中心距离增大。在飞轮旋转时，质量块2所做圆周运动的半径相比质量块2靠近飞轮中心所做圆周运动的半径增大，此时飞轮的转动惯量最大。

图4给出了驱动马达3输出端圆盘齿轮与蜗轮丝杆5的锥形齿轮的实施图。所述蜗轮丝杆5在其靠飞轮中心的一端设置有锥形齿轮并且与驱动马达3输出轴承端的齿轮盘啮合。

作为本实用新型另一种实施方案，可以制作一个电气控制盒安装于飞轮外面，将增加转动惯量继电器和减小转动惯量继电器置于此电气控制盒内便于检修。

Claims (4)

1.一种转动惯量可控制的飞轮，由飞轮框架（1）、质量块（2）、驱动马达（3）、滑动杆（4）、蜗轮丝杆（5）、滑环（6）、转动惯量增大接触器（7）、转动惯量减小接触器（8）、马达刹车（9）、增大限位开关（11）、减小限位开关（12）、弹簧（13）组成，其特征在于：所述驱动马达（3）的输出轴承末端设置有齿轮盘，齿轮盘与蜗轮丝杆（5）上的锥形齿轮啮合，驱动马达（3）的旋转带动蜗轮丝杆（5）旋转；所述质量块（2）的本体中部开有孔并且孔内设置有螺纹，蜗轮丝杆（5）穿插入质量块（2）本体中部的孔内，蜗轮丝杆（5）上的螺纹和质量块（2）本体中部孔的孔内螺纹相配合，蜗轮丝杆（5）转动时可以推动质量块（2）来回移动；所述弹簧（13）一端固定在质量块朝飞轮中心一侧的端面上，另一端与飞轮框架（1）的中心部分连接，弹簧的拉力可以抵消一部分飞轮高速旋转时质量块受到的离心力；所述转动惯量增大接触器（7）和转动惯量减小接触器（8）分别与外部的控制信号串联连接，两接触器的吸合控制驱动马达（3）的正反转。

2.按照权利要求1所述的一种转动惯量可控制的飞轮，其特征在于：所述滑环（6）连接外部系统接入的电源和控制信号，控制信号包含增大和减小转动惯量。

3.按照权利要求1所述的一种转动惯量可控制的飞轮，其特征在于：所述滑动杆（4）的两端固定在飞轮框架（1）上，滑动杆（4）的杆体设置有增大限位开关（11）和减小限位开关（12），限位开关用于限制质量块（2）的行程。

4.按照权利要求1所述的一种转动惯量可控制的飞轮，其特征在于：所述驱动马达（3）上设置有马达刹车（9）驱动马达（3）得电时马达刹车（9）停止制动，驱动马达（3）不工作时马达刹车（9）开始制动。