RU100685U1

RU100685U1 - Flywheel energy store

Info

Publication number: RU100685U1
Application number: RU2010131732/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Зеленский; Александр Александрович Нюхалов
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2010-12-20

Abstract

Маховичный накопитель энергии, содержащий маховик, имеющий ось вращения, два блока управления, каждый из которых состоит из источника питания, выход которого подключен к входу генератора, выход которого соединен со входом пьезоэлектрического возбудителя и первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, пьезоэлектрического датчика, выход которого соединен со вторым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, выход которого связан с управляющим входом генератора, отличающийся тем, что в нем установлен двухопорный вибрационный подвес оси вращения, позволяющий удерживать маховик в состоянии левитации. Flywheel energy storage containing a flywheel having an axis of rotation, two control units, each of which consists of a power source, the output of which is connected to the input of the generator, the output of which is connected to the input of the piezoelectric exciter and the first input of the phase-locked loop, piezoelectric sensor, the output of which connected to the second input of the phase-locked loop, the output of which is connected to the control input of the generator, characterized in that it has a two-support vibration suspension of the rotation axis, which allows the flywheel to be kept in levitation.

Description

Полезная модель относится к системам управления, устройствам автоматики и распределения энергоресурсов. Может быть использована при создании альтернативных аккумуляторов энергии.The utility model relates to control systems, automation devices and energy distribution. It can be used to create alternative energy storage.

Известен маховичный накопитель энергии с магнитным подвесом (Дж.Джента. Накопление кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988, с.206-207), содержащий мотор-генератор, механически соединенный с маховиком с помощью гибкого вала, и повешенный к корпусу устройства с помощью активных магнитных подшипников. Активные магнитные подшипники являются электромагнитами с электронным управлением. Создаваемое ими локальное электромагнитное поле поддерживает маховик в состоянии левитации, исключая тем самым износ трущихся элементов, характерный для обычных (роликовых) подшипников. Данное устройство принято за прототип.Known flywheel energy storage with magnetic suspension (J. Gent. The accumulation of kinetic energy. Theory and practice of modern flywheel systems: TRANS. From English. - M.: Mir, 1988, p.206-207), containing a motor generator, mechanically connected with a flywheel using a flexible shaft, and hung from the device body using active magnetic bearings. Active magnetic bearings are electronically controlled electromagnets. The local electromagnetic field created by them maintains the flywheel in a state of levitation, thereby eliminating the wear of rubbing elements characteristic of conventional (roller) bearings. This device is taken as a prototype.

Недостатком устройства-прототипа является формируемое магнитными подшипниками сильное электромагнитное поле, что создает проблемы электромагнитной совместимости при компактном размещении электронных устройств, например, на борту летательного аппарата.The disadvantage of the prototype device is the strong electromagnetic field generated by the magnetic bearings, which creates electromagnetic compatibility problems when compactly placing electronic devices, for example, on board an aircraft.

В основу полезной модели поставлена задача - улучшить электромагнитную совместимость маховичного накопителя энергии с другими электронными устройствами.The utility model is based on the task of improving the electromagnetic compatibility of the flywheel energy storage device with other electronic devices.

Задача решается за счет того, что в маховичном накопителе энергии, содержащем маховик, имеющий ось вращения, два блока управления, каждый из которых состоит из источника питания, выход которого подключен ко входу генератора, выход которого соединен со входом пьезоэлектрического возбудителя и первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, пьезоэлектрического датчика, выход которого соединен со вторым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, выход которого связан с управляющим входом генератора, согласно полезной модели установлен двухопорный вибрационный подвес оси вращения, позволяющий удерживать маховик в состоянии левитации.The problem is solved due to the fact that in a flywheel energy storage device containing a flywheel having an axis of rotation, two control units, each of which consists of a power source, the output of which is connected to the input of the generator, the output of which is connected to the input of the piezoelectric exciter and the first input of the phase device automatic frequency control, a piezoelectric sensor, the output of which is connected to the second input of the phase-locked loop, the output of which is connected to the control input of the generator, according to the useful if installed double-seat vibrating suspension axis of rotation, which allows to hold the flywheel in a state of levitation.

На фигуре 1 показана структурная схема устройства, на фигуре 2 изображена функциональная схема первого блока управления.Figure 1 shows a structural diagram of a device, figure 2 shows a functional diagram of a first control unit.

В состав маховичного накопителя энергии с вибрационным подвесом входит маховик 1, имеющий ось вращения 2, вибрационный подвес, имеющий первую 3 и вторую 4 опоры, а также первый 5 и второй 6 блоки управления. На фиг.2 показана функциональная схема первого блока управления 5, состоящая из источника питания 7, выход которого подключен ко входу генератора 8, выход которого соединен с пьезоэлектрическим возбудителем 9 и первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты 11, а также пьезоэлектрического датчика 10, выход которого соединен со вторым входом устройства фазовой автоподстройки частоты 11, выход которого соединен с управляющим входом генератора 8. Пьезоэлектрический возбудитель 9 и пьезоэлектрический датчик 10 связаны с первой опорой 3 виброподвеса. Второй блок управления 6 имеет аналогичную структуру.The structure of the flywheel energy storage device with a vibration suspension includes a flywheel 1 having a rotation axis 2, a vibration suspension having a first 3 and a second 4 supports, as well as a first 5 and a second 6 control unit. Figure 2 shows the functional diagram of the first control unit 5, consisting of a power source 7, the output of which is connected to the input of the generator 8, the output of which is connected to the piezoelectric exciter 9 and the first input of the phase-locked loop 11, as well as the piezoelectric sensor 10, the output of which connected to the second input of the phase-locked loop 11, the output of which is connected to the control input of the generator 8. The piezoelectric driver 9 and the piezoelectric sensor 10 are connected to the first support 3 in and suspension. The second control unit 6 has a similar structure.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Источник питания 7 обеспечивает требуемый режим работы генератора 8, который вырабатывает переменное напряжение с частотой, близкой к резонансной частоте первой опоры 3 вибрационного подвеса. Пьезоэлектрический возбудитель 9 преобразует данный электрический сигнал в частоту механических колебаний. В результате в зазоре между первой опорой вибрационного подвеса 3 и осью вращения 2 маховика 1 образуется газовое виброполе, удерживающее маховик в состоянии левитации (Биушкин В.А., Хаханкина Н.Б. Управление электромеханическими характеристиками вибровозбудителей газового подвеса //Управление и микропроцессоры: темат. сб. научн. трудов. /ЧПИ. - Челябинск, 1990, с.143-151). Частота механических колебаний контролируется с помощью пьезоэлектрического датчика 10. В случае расхождения сигналов с выхода генератора 8 и выхода пьезоэлектрического датчика 10 по частоте и фазе, в устройстве фазовой автоподстройки частоты 11 формируется сигнал рассогласования, который поступает на управляющий вход генератора 8, изменяя параметры сигнала на его выходе. Тем самым достигается резонансный режим работы вибрационного подвеса, обеспечивающий наилучшие технические характеристики маховичного накопителя энергии.The power source 7 provides the required operating mode of the generator 8, which generates an alternating voltage with a frequency close to the resonant frequency of the first support 3 of the vibration suspension. The piezoelectric driver 9 converts this electrical signal into a frequency of mechanical vibrations. As a result, in the gap between the first support of the vibrational suspension 3 and the axis of rotation 2 of the flywheel 1, a gas vibrofield is formed that keeps the flywheel in a levitation state (Biushkin V.A., Khakhankina N.B. Control of the electromechanical characteristics of the vibration exciters of the gas suspension // Control and microprocessors: topics collection of scientific works / NPI - Chelyabinsk, 1990, p.143-151). The frequency of mechanical vibrations is controlled using a piezoelectric sensor 10. If the signals from the output of the generator 8 and the output of the piezoelectric sensor 10 differ in frequency and phase, a mismatch signal is generated in the phase-locked loop 11, which is fed to the control input of the generator 8, changing the signal parameters by his exit. Thereby, a resonant mode of operation of the vibration suspension is achieved, providing the best technical characteristics of the flywheel energy storage device.

Аналогично работает второй канал блока управления 5. Преимуществом вибрационного подвеса является отсутствие сил трения, приводящего к потерям энергии в роликовых подшипниках, а также отсутствие электромагнитных полей, характерных для магнитных подшипников.The second channel of the control unit 5 works similarly. The advantage of the vibration suspension is the absence of friction forces leading to energy losses in the roller bearings, as well as the absence of electromagnetic fields characteristic of magnetic bearings.

Claims

A flywheel energy storage device containing a flywheel having a rotation axis, two control units, each of which consists of a power source, the output of which is connected to the input of the generator, the output of which is connected to the input of the piezoelectric exciter and the first input of the phase-locked loop, the piezoelectric sensor, the output of which connected to the second input of the phase-locked loop, the output of which is connected to the control input of the generator, characterized in that it has a double support vibration ion suspension rotation axis that allows to hold the flywheel in a state of levitation.