轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及慣性飛輪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛 輪。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛輪是一種旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)，有著廣泛的應(yīng)用背景。例如在不間斷電源設(shè)備、風(fēng)力發(fā) 電渦輪機等領(lǐng)域，飛輪可以用來做儲能裝置，將其他形式的能量儲存為動能。在內(nèi)燃機、交 流發(fā)電機等領(lǐng)域，飛輪可作為平滑角速度波動的裝置。理論上來講，飛輪存儲的動能正比于 角速度的平方和轉(zhuǎn)動慣量；因此，改變飛輪的儲能可以通過改變飛輪的角速度或改變轉(zhuǎn)動 慣量來完成。為了在保持角速度不變的情況下實現(xiàn)飛輪與負(fù)載的連續(xù)過渡，實際應(yīng)用中常 常通過改變飛輪的轉(zhuǎn)動慣量來實時調(diào)節(jié)飛輪的儲能。
[0003] 目前改變飛輪轉(zhuǎn)動慣量的方法通常有以下幾種：通過改變連接在飛輪主體上的 滑塊與轉(zhuǎn)軸之間的距離、通過控制飛輪中液體的多少改變飛輪的質(zhì)量、通過改變飛輪的形 狀、或通過復(fù)雜的齒輪機構(gòu)等等。但相對而言現(xiàn)有技術(shù)的各方案產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)控制難 度大，調(diào)節(jié)范圍有限且很難實現(xiàn)精確調(diào)節(jié)。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實用新型實施例提供了一種結(jié)構(gòu)簡單的轉(zhuǎn)動慣量連 續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛輪，通過可調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)軸之間角度的若干臂梁來調(diào)節(jié)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。
[0005] 在本實用新型的技術(shù)方案中，提供了一種轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征 在于，所述旋轉(zhuǎn)飛輪包括：中心軸、多個臂梁和兩個連接裝置；其中，所述兩個連接裝置分 別連接各個所述臂梁的兩端，所述兩個連接裝置同軸放置且安裝在所述中心軸上；多個所 述臂梁相對所述中心軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置，每個所述臂梁具有一定范圍內(nèi)的自由彎折角度，所述 臂梁的不同彎折角度對應(yīng)所述兩個連接裝置之間的不同距離。
[0006] 優(yōu)選地，每個所述臂梁包括兩個柱/條狀物實體，兩所述實體通過轉(zhuǎn)動副連接，所 述臂梁的彎折角度為兩所述實體之間的夾角。
[0007] 優(yōu)選地，兩所述實體之間的夾角變小時，所述轉(zhuǎn)動副遠(yuǎn)離或靠近所述中心軸。
[0008] 優(yōu)選地，每個所述連接裝置包括主體和一個軸承，所述臂梁的一端通過旋轉(zhuǎn)副連 接到所述主體，所述中心軸與所述軸承連接。
[0009] 優(yōu)選地，所述中心軸為滑桿，所述兩個連接裝置中的一個固定安裝在所述滑桿的 一端，另一個通過套管套接在所述滑桿上并可沿所述滑桿滑動。
[0010] 優(yōu)選地，所述中心軸為作動器，所述作動器為可伸縮結(jié)構(gòu)；所述作動器放置在所述 飛輪內(nèi)部，所述作動器的兩端分別與所述兩個連接裝置固定連接。
[0011] 優(yōu)選地，所述可伸縮結(jié)構(gòu)為可相對滑動的套筒與活動桿的結(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)動副或所述旋轉(zhuǎn)副包括至少一個同軸連接的空心圓柱體，所述空 心圓柱體中穿設(shè)有作為轉(zhuǎn)動軸的鉚釘。
[0013] 優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)飛輪與位置控制伺服系統(tǒng)相耦接，所述位置控制伺服系統(tǒng)向所 述旋轉(zhuǎn)飛輪輸出位置控制信號，以使所述旋轉(zhuǎn)飛輪的受控部件到達(dá)預(yù)期的實際位置。
[0014] 優(yōu)選地，所述一定范圍內(nèi)的自由彎折角度為0~180°。
[0015] 基于本實用新型的技術(shù)方案，每個臂梁與轉(zhuǎn)軸之間構(gòu)成一定角度，飛輪的轉(zhuǎn)動慣 量由這一角度決定；因此通過改變這一角度，即可改變飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。進(jìn)一步根據(jù)本實用 新型的機械結(jié)構(gòu)，改變兩個連接裝置間的距離即可改變臂梁與轉(zhuǎn)軸之間角度的大小，而連 接裝置的距離又是實時且連續(xù)可調(diào)的。因此，本實用新型可通過控制兩個連接裝置間的距 離來實現(xiàn)控制飛輪轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的目的，其結(jié)構(gòu)簡單，既適用于大范圍的改變飛輪的 轉(zhuǎn)動慣量的情形，也適用于小范圍改變飛輪轉(zhuǎn)動慣量的情形。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需 要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實 施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0017] 圖1為本實用新型實施例1中旋轉(zhuǎn)飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本實用新型實施例1中臂梁的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為本實用新型實施例1中連接裝置的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為本實用新型實施例1理論分析的抽象結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5為本實用新型的優(yōu)選實施例中耦接位置控制伺服系統(tǒng)的示意圖；
[0022] 圖6為本實用新型實施例2中旋轉(zhuǎn)飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖7為本實用新型實施例2理論分析的抽象結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖8為本實用新型實施例3中旋轉(zhuǎn)飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖9為本實用新型實施例4中旋轉(zhuǎn)飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新 型實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0027] 本實用新型提供一種以新方式實現(xiàn)改變飛輪轉(zhuǎn)動慣量的技術(shù)方案。采用本實用新 型實施例所設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，既適用于大范圍的改變飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的情形，也適用 于小范圍改變飛輪轉(zhuǎn)動慣量的情形。
[0028] 實施例1:
[0029] 在本實用新型的實施例中，一個轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛輪包括：中心軸、多個 臂梁2和兩個連接裝置1;其中，兩個連接裝置1分別連接各個臂梁2的兩端，兩個連接裝置 1同軸放置且安裝在所述中心軸上；多個臂梁2可同時繞中心軸旋轉(zhuǎn)，每個臂梁2可在一定 角度范圍內(nèi)自由彎折并由此改變兩個連接裝置1之間的距離。參見圖1，在本實用新型的實 施例1中，旋轉(zhuǎn)飛輪包括6個臂梁2,每個臂梁2包括兩個長方體21、22,兩長方體21、22通 過轉(zhuǎn)動副連接，兩長方體之間可在一定角度范圍內(nèi)自由彎折。優(yōu)選每個臂梁的兩長方體所 在平面與中心軸平行，更優(yōu)選地中心軸通過該平面，即各個臂梁所在的多個平面相交于中 心軸處。在圖1中，臂梁彎折時轉(zhuǎn)動副遠(yuǎn)離中心軸，臂梁彎折角度即兩長方體間夾角范圍為 0~180°。此外，顯然臂梁采用圓柱體或其他形式的柱/條狀物實體均可適用于本實用新 型，臂梁的個數(shù)不限，多個臂梁的間隔均勻或不均勻設(shè)置均可。因而此處的文字及附圖描述 僅作為示例的實施例，不應(yīng)理解為對本實用新型技術(shù)方案的具體限制。
[0030] 進(jìn)一步參見圖2,連接每個臂梁兩長方體21、22的轉(zhuǎn)動副221由至少一個（圖2中 優(yōu)選為三個）同軸連接的空心圓柱體組成，一鉚釘23作為轉(zhuǎn)動軸穿過圓柱體。兩長方體21、 22的另一端通過旋轉(zhuǎn)副連接各連接裝置，旋轉(zhuǎn)副與轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)相似，同樣由至少一個（圖2 中優(yōu)選為三個）同軸連接的空心圓柱體組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，旋轉(zhuǎn)副/轉(zhuǎn)動副 的結(jié)構(gòu)并不局限于圖2所示，其他可連接兩物體端部并可在一定范圍內(nèi)繞軸旋轉(zhuǎn)的活動連 接件均可適用于本實用新型，因而此處不應(yīng)理解為對本實用新型旋轉(zhuǎn)副/轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)的具 體限制。再參見圖3,連接裝置1包括主體11和一個軸承13,臂梁通過旋轉(zhuǎn)副連接到主體 11，中心軸與軸承13連接。連接裝置優(yōu)選為均勻的板狀或塊狀物，實施例1中為多邊形板 狀，兩個連接裝置所在的平面相互平行且與中心軸垂直。
[0031] 在本實用新型的實施例1中，中心軸為滑桿4,兩個連接裝置1的其中一個固定安 裝在滑桿4的一端，另一個通過套管3套接在滑桿4上并可沿滑桿4滑動。具體地，如圖1 所示，套管3與一個連接裝置的軸承13的內(nèi)圈旋緊，滑桿4穿過套管3并與另一連接裝置 的軸承13的內(nèi)圈旋緊。旋轉(zhuǎn)飛輪工作時，滑桿4和套管3并不隨飛輪旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)；臂梁的 彎折角度改變，套管3可以沿滑桿4直線滑動，從而改變兩個連接裝置間距離。在飛輪運行 過程中，既可固定滑桿4并控制套管3的運動亦可固定套管3控制滑桿4的運動。
[0032] 下面對實施例1的實現(xiàn)原理做理論分析，結(jié)合圖2以及圖4的抽象示意圖，對于每 個臂梁，m代表每一長方體的質(zhì)量，1為連接裝置連接點到旋轉(zhuǎn)中心的距離，L、W和T分別代 表長方體的長、寬和厚度，角度0為長方體與旋轉(zhuǎn)軸方向的夾角。如果忽略轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動 慣量，則臂梁的轉(zhuǎn)動慣量可以表示為
【主權(quán)項】
1. 一種轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)飛輪包括：中心軸、多個 臂梁和兩個連接裝置；其中， 所述兩個連接裝置分別連接各個所述臂梁的兩端，所述兩個連接裝置同軸放置且安裝 在所述中心軸上； 多個所述臂梁相對所述中心軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置，每個所述臂梁具有一定范圍內(nèi)的自由彎折 角度，所述臂梁的不同彎折角度對應(yīng)所述兩個連接裝置之間的不同距離。
2. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，每個所述臂梁包括兩個柱/條狀物實 體，兩所述實體通過轉(zhuǎn)動副連接，所述臂梁的彎折角度為兩所述實體之間的夾角。
3. 如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，兩所述實體之間的夾角變小時，所述轉(zhuǎn) 動副遠(yuǎn)離或靠近所述中心軸。
4. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，每個所述連接裝置包括主體和一個軸 承，所述臂梁的一端通過旋轉(zhuǎn)副連接到所述主體，所述中心軸與所述軸承連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述中心軸為滑桿，所述兩個連接裝置 中的一個固定安裝在所述滑桿的一端，另一個通過套管套接在所述滑桿上并可沿所述滑桿 滑動。
6. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述中心軸為作動器，所述作動器為可 伸縮結(jié)構(gòu)；所述作動器放置在所述飛輪內(nèi)部，所述作動器的兩端分別與所述兩個連接裝置 固定連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述可伸縮結(jié)構(gòu)為可相對滑動的套筒 與活動桿的結(jié)構(gòu)。
8. 如權(quán)利要求2-4中任一項所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動副或所述旋轉(zhuǎn)副 包括至少一個同軸連接的空心圓柱體，所述空心圓柱體中穿設(shè)有作為轉(zhuǎn)動軸的鉚釘。
9. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)飛輪與位置控制伺服系統(tǒng)相 耦接，所述位置控制伺服系統(tǒng)向所述旋轉(zhuǎn)飛輪輸出位置控制信號，以使所述旋轉(zhuǎn)飛輪的受 控部件到達(dá)預(yù)期的實際位置。
10. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)飛輪，其特征在于，所述一定范圍內(nèi)的自由彎折角度為 0 ~180。。
【專利摘要】本實用新型涉及慣性飛輪技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)飛輪，包括：中心軸、多個臂梁和兩個連接裝置；其中，兩個連接裝置分別連接各個臂梁的兩端，兩個連接裝置同軸放置且安裝在所述中心軸上；多個臂梁相對中心軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置，每個臂梁具有一定范圍內(nèi)的自由彎折角度，臂梁的不同彎折角度對應(yīng)兩個連接裝置之間的不同距離。本實用新型中，通過調(diào)節(jié)兩個連接裝置的距離，可以改變兩個實體與轉(zhuǎn)軸之間的角度，從而改變飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，其結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣。
【IPC分類】F16F15-31
【公開號】CN204493579
【申請?zhí)枴緾N201520132904
【發(fā)明人】陳志強, 胡銀龍
【申請人】香港大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月9日