帶傳動裝置的飛輪電池的製作方法
2023-04-22 20:33:31 1
專利名稱：帶傳動裝置的飛輪電池的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種飛輪電池。
背景技術：
如何高效地將電能儲存起來，一直是人類社會關注的重大課題。目前商業化的儲 電裝置幾乎都是各種化學蓄電池，但是它們一直無法擺脫化學電池固有的弊病能量密度 小、汙染大、壽命短等缺陷。因此，近年來物理儲電裝置受到了科技界的廣泛重視，其中飛輪 電池(也有稱飛輪儲能裝置)已經顯現出巨大的優勢比能量高、比功率大、體積小、充電快 (以分鐘計，而化學電池以小時計)、壽命長、無任何廢氣廢料汙染等特點。近十年來，國外研究機構和公司已開發出了實用化水平的飛輪電池產品，主要用 於軍事、宇航、通訊、能源、交通等部門行業，其中在航天衛星、風力發電、電動汽車、大功率 設備等諸多領域投入了實際運營，取得了一定的成效。我國的研究工作起步較晚，研究單位 也較少，整體處於跟蹤國外技術發展的層次。
發明內容為了克服已有儲能電池的結構複雜、使用壽命短、可靠性差、造價高、運行維護成 本高、存在汙染的不足，本實用新型提供一種結構緊湊、使用壽命長、可靠性高、造價不高、 運行維護成本低、無汙染的帶傳動裝置的飛輪電池。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種帶傳動裝置的飛輪電池，包括飛輪裝置、傳動裝置、電動機和發電機，所述的 飛輪裝置包括飛輪、飛輪轉軸和飛輪機殼，所述的傳動裝置包括傳動機構和傳動機殼，所述 的電動機包括電動機轉子、電動機定子、電動機轉軸和電動機機殼，所述的電動機定子固接 在電動機機殼內側，所述的電動機轉子固接在電動機轉軸上，所述的發電機包括發電機轉 子、發電機定子和發電機機殼，所述的發電機定子固接在發電機機殼內側，所述的飛輪固接 在飛輪轉軸上，所述的飛輪轉軸通過軸承被支承在飛輪機殼上，所述的飛輪轉軸的一端伸 出飛輪機殼外，所述的發電機轉子固接在轉軸伸出飛輪機殼外的軸段上，所述的電動機通 過傳動機構與飛輪轉軸的另一端聯接，所述的電動機機殼固接在所述的傳動機殼上，所述 的傳動機殼固接在飛輪機殼上，所述的發電機機殼固接在飛輪機殼上。進一步，所述的傳動機構為變速機構，變速機構包括輸入齒輪、輸出齒輪和雙向離 合器，所述的輸出齒輪與所述飛輪轉軸的一端固接，所述的輸入齒輪與所述的電動機轉軸 空套聯接，所述的飛輪轉軸與所述的電動機轉軸處於同一軸心線上，所述的雙向離合器設 置在輸入齒輪和輸出齒輪之間。再進一步，所述的變速機構還包括中間轉軸、中間小齒輪、中間大齒輪和單向離合 器，所述的輸入齒輪與所述的中間大齒輪嚙合，所述的輸出齒輪與所述的中間小齒輪嚙合， 所述的中間大齒輪與所述的中間轉軸空套聯接，所述的中間小齒輪與所述的中間轉軸固 接，所述的單向離合器設置在中間大齒輪和中間小齒輪之間。[0009]更進一步，所述的變速機構還包括中間轉軸、中間小齒輪、中間大齒輪和單向離合 器，所述的輸入齒輪與所述的中間大齒輪嚙合，所述的輸出齒輪與所述的中間小齒輪嚙合， 所述的中間大齒輪與所述的中間轉軸固接，所述的中間小齒輪與所述的中間轉軸空套聯 接，所述的單向離合器設置在中間大齒輪和中間小齒輪之間。所述的飛輪電池還包括電動機驅動器，所述的電動機與電動機驅動器連接，電動 機驅動器與電網連接。所述的電動機為同步電動機。或者是，所述的電動機為雙轉子電動機或雙定子電 動機。所述的飛輪電池還包括變換器，所述的發電機與變換器連接，變換器與負載連接。所述的發電機為直流發電機，所述的變換器為DC/DC變換器，直流發電機與DC/DC 變換器連接，DC/DC變換器與負載連接。所述的發電機為交流發電機，所述的變換器為AC/AC變換器，交流發電機與AC/AC 變換器連接，AC/AC變換器與負載連接。所述的飛輪電池還包括發電機控制器，發電機控制器與發電機連接。所述的飛輪電池還包括電池控制器，所述的電池控制器與電動機驅動器、發電機 控制器、變換器連接。所述的飛輪電池還包括電池控制器，所述的電池控制器與電動機驅動器、變換器連接。所述電動機上安裝位置傳感器，所述的位置傳感器與電動機驅動器、電池控制器 連接。本實用新型的技術構思為將飛輪裝置、傳動裝置、電動機和發電機等成熟技術與 裝置，通過特定的連接方式集成為一個整體裝置，並與相關驅動器和控制器等一起，組成一 種實用化的飛輪電池，可實現特定的工程應用。本實用新型主要是針對一些特定的應用用途，例如電動汽車充電站、蓄能電站等， 提出了一種帶傳動裝置的飛輪電池及其控制系統，包括飛輪裝置、電動機、發電機、驅動與 控制單元等，它可方便的組合成各種儲電容量需求的蓄電系統，並具有結構緊湊、使用壽命 長、可靠性高、造價不高、運行維護成本低、無汙染等優點。本實用新型的有益效果主要表現在本實用新型的飛輪電池，採用成熟技術與裝 置，具有便於組建各種容量的蓄電系統、結構緊湊、使用壽命長、可靠性高、造價不高、運行 維護成本低、無汙染等優點。
圖1是一種帶傳動裝置的飛輪電池機械結構實施例的結構示意圖。圖2是一種帶傳動裝置的飛輪電池實施例的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。參照圖1、圖2，一種帶傳動裝置的飛輪電池，包括飛輪裝置1、電動機2、發電機3 和傳動裝置b，所述的飛輪裝置1包括飛輪11、飛輪轉軸12和飛輪機殼13，所述的傳動裝置
5包括傳動機構b和傳動機殼bl，所述的電動機2包括電動機轉子21、電動機定子22、電動 機機殼23和電動機轉軸24，所述的電動機定子22固結在其機殼23內側，所述的電動機轉 子21固接在電動機轉軸24上，所述的發電機3包括發電機轉子31、發電機定子32和發電 機機殼33，所述的發電機定子32固結在發電機機殼33內側，所述的飛輪11固結在飛輪轉 軸12上，所述的飛輪轉軸12通過軸承4被支承在飛輪機殼13上，所述的飛輪轉軸12的一 端伸出飛輪機殼13外，所述的發電機轉子31固接在飛輪轉軸12伸出飛輪機殼13外的軸 段上，所述的電動機2通過變速裝置b與飛輪轉軸12的另一端聯接，所述的電動機機殼23 固接在所述的傳動機殼bl上並與電動機轉子21配合，所述的傳動機殼bl固接在飛輪機殼 13上，所述的發電機機殼33固接在飛輪機殼13上並與發電機轉子31配合。所述傳動機構b為變速機構，所述變速機構還包括輸入齒輪b2、輸出齒輪b3和雙 向離合器M1，所述的輸出齒輪b3與所述飛輪轉軸12的一端固接，所述的輸入齒輪b2與所 述的電動機轉軸24空套聯接，所述的飛輪轉軸12與所述的電動機轉軸24處於同一軸心線 上，所述的雙向離合器Ml設置在輸入齒輪b2和輸出齒輪b3之間，所述的雙向離合器Ml即 可與輸入齒輪b2結合也可與輸出齒輪b3結合但不會同時與它們結合。所述的變速機構還包括中間轉軸b4、中間小齒輪b5、中間大齒輪b6和單向離合器 M2，所述的輸入齒輪b2與所述的中間大齒輪b6嚙合，所述的輸出齒輪b3與所述的中間小 齒輪b5嚙合。所述的中間大齒輪b6與所述的中間轉軸b4空套聯接，所述的中間小齒輪b5 與所述的中間轉軸b4固接，所述的單向離合器M2設置在中間大齒輪b6和中間小齒輪b5 之間，所述的單向離合器M2可與中間大齒輪b6結合但不會與中間小齒輪b5結合；當然也 可以，所述的中間大齒輪b6與所述的中間轉軸b4固接，所述的中間小齒輪b5與所述的中 間轉軸b4空套聯接，所述的單向離合器M2設置在中間大齒輪b6和中間小齒輪b5之間，所 述的單向離合器M2可與中間小齒輪b5結合但不會與中間大齒輪b6結合。參考圖2，所述的飛輪電池還包括電動機驅動器6，所述的電動機2與電動機驅動 器6通過導線51連接，電動機驅動器6與電網通過導線51連接，所述的導線51不限於1
^^ o所述的飛輪電池還包括變換器7，所述的發電機3與變換器7通過導線51連接， 變換器7與負載通過導線51連接，所述的導線51不限於1條。所述的發電機為直流發電 機，所述的變換器為DC/DC變換器，直流發電機與DC/DC變換器連接，DC/DC變換器與負載 連接。所述的發電機為交流發電機，所述的變換器為AC/AC變換器，交流發電機與AC/AC變 換器連接，AC/AC變換器與負載連接。所述的飛輪電池還包括發電機控制器8，發電機控制器8與發電機3通過導線52 連接，所述的導線52不限於1條。所述的飛輪電池還包括電池控制器9，所述的電池控制器9與電動機驅動器6、變 換器7、發電機控制器8通過導線52連接，所述的導線52不限於1條。所述電動機2上安裝位置傳感器a，所述的位置傳感器a與電動機驅動器6、電池 控制器9通過導線52連接，所述的導線52不限於1條。所述的位置傳感器a將電動機轉子21的轉角位置信號發送給電動機驅動器6，以 便電動機驅動器6對電動機2實施控制。所述的位置傳感器a將電動機轉子21的轉角位置信號發送給電池控制器9，電池控制器9通過計算可實時掌握飛輪11的轉速，從而對整個飛輪電池實施充放電控制。帶變速裝置的飛輪電池的工作原理充電過程當飛輪電池需要充電時，電池控制器9根據飛輪11的轉速決定雙向離 合器Ml和單向離合器M2的結合方向，當飛輪11的轉速低於設定的某一低轉速值時，令雙 向離合器Ml與輸入齒輪b2結合、單向離合器M2與中間大齒輪b6結合，此時的傳動路線為 「電動機轉軸24 —輸入齒輪b2 —中間大齒輪b6 —中間轉軸b4 —中間小齒輪b5 —輸出齒 輪b3 —飛輪轉軸12」；當飛輪11的轉速高於設定的某一高轉速值時，令雙向離合器Ml與 輸出齒輪b3結合、單向離合器M2不與中間大齒輪b6結合，此時的傳動路線為「電動機轉軸 24 —輸出齒輪b3 —飛輪轉軸12」。然後電池控制器9向電動機驅動器6發出指令，電動機 驅動器6立即根據指令運行電動機2，電動機轉子21被驅動後帶動電動機轉軸24轉速升 高，此時飛輪11也隨之轉速升高，因此飛輪11儲存的機械能升高。當飛輪11達到允許的 上限轉速或指令要求的轉速後停止充電，飛輪11繼續轉動，其儲存的機械能得以儲存，此 時發電機轉子31也隨之轉動。放電過程當飛輪電池需要放電時，電池控制器9向發電機控制器8發出指令，發 電機控制器8立即根據指令運行發電機3，發電機轉子31在飛輪裝置儲存的機械能帶動下 使發電機3按照發電機控制器8要求的發電參數發電，發電機3發出的電經過變換器7變 換成負載所需的電參數要求。當發電機3達到指令要求後停止發電，由於飛輪11儲存的機 械能被消耗，此後飛輪11將以較低的轉速繼續轉動。當飛輪11降低到允許的下限轉速時， 電池控制器9將隨時發出指令停止放電過程，之後電池控制器9將根據控制程序擇機運行 充電過程。上述充電過程和發電過程可根據需要在電池控制器9的控制下分別運行或同時 運行。
權利要求一種帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的飛輪電池包括飛輪裝置、傳動裝置、電動機和發電機，所述的飛輪裝置包括飛輪、飛輪轉軸和飛輪機殼，所述的傳動裝置包括傳動機構和傳動機殼，所述的電動機包括電動機轉子、電動機定子、電動機轉軸和電動機機殼，所述的電動機定子固接在電動機機殼內側，所述的電動機轉子固接在電動機轉軸上，所述的發電機包括發電機轉子、發電機定子和發電機機殼，所述的發電機定子固接在發電機機殼內側，所述的飛輪固接在飛輪轉軸上，所述的飛輪轉軸通過軸承被支承在飛輪機殼上，所述的飛輪轉軸的一端伸出飛輪機殼外，所述的發電機轉子固接在轉軸伸出飛輪機殼外的軸段上，所述的電動機通過傳動機構與飛輪轉軸的另一端聯接，所述的電動機機殼固接在所述的傳動機殼上，所述的傳動機殼固接在飛輪機殼上，所述的發電機機殼固接在飛輪機殼上。
2.如權利要求1所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的傳動機構為變速 機構，變速機構包括輸入齒輪、輸出齒輪和雙向離合器，所述的輸出齒輪與所述飛輪轉軸的 一端固接，所述的輸入齒輪與所述的電動機轉軸空套聯接，所述的飛輪轉軸與所述的電動 機轉軸處於同一軸心線上，所述的雙向離合器設置在輸入齒輪和輸出齒輪之間。
3.如權利要求2所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的變速機構還包括 中間轉軸、中間小齒輪、中間大齒輪和單向離合器，所述的輸入齒輪與所述的中間大齒輪齧 合，所述的輸出齒輪與所述的中間小齒輪嚙合，所述的中間大齒輪與所述的中間轉軸空套 聯接，所述的中間小齒輪與所述的中間轉軸固接，所述的單向離合器設置在中間大齒輪和 中間小齒輪之間。
4.如權利要求2所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的變速機構還包括 中間轉軸、中間小齒輪、中間大齒輪和單向離合器，所述的輸入齒輪與所述的中間大齒輪齧 合，所述的輸出齒輪與所述的中間小齒輪嚙合，所述的中間大齒輪與所述的中間轉軸固接， 所述的中間小齒輪與所述的中間轉軸空套聯接，所述的單向離合器設置在中間大齒輪和中 間小齒輪之間。
5.如權利要求1 4之一所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的飛輪電 池還包括電動機驅動器，所述的電動機與電動機驅動器連接，電動機驅動器與電網連接。
6.如權利要求5所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的電動機為同步電 動機。
7.如權利要求5所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的電動機為雙轉子 電動機或雙定子電動機。
8.如權利要求1 4之一所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的飛輪電 池還包括變換器，所述的發電機與變換器連接，變換器與負載連接。
9.如權利要求8所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的發電機為直流發 電機，所述的變換器為DC/DC變換器，直流發電機與DC/DC變換器連接，DC/DC變換器與負 載連接。
10.如權利要求8所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的發電機為交流發 電機，所述的變換器為AC/AC變換器，交流發電機與AC/AC變換器連接，AC/AC變換器與負 載連接。
11.如權利要求5所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的飛輪電池還包括發電機控制器，發電機控制器與發電機連接。
12.如權利要求11所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的飛輪電池還包 括電池控制器，所述的電池控制器與電動機驅動器、發電機控制器、變換器連接。
13.如權利要求4所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述的飛輪電池還包括 電池控制器，所述的電池控制器與電動機驅動器、變換器連接。
14.如權利要求5所述的帶傳動裝置的飛輪電池，其特徵在於所述電動機上安裝位置 傳感器，所述的位置傳感器與電動機驅動器、電池控制器連接。
專利摘要一種帶傳動裝置的飛輪電池，傳動裝置包括傳動機構和傳動機殼，電動機包括電動機轉子、電動機定子、電動機轉軸和電動機機殼，電動機定子固接在電動機機殼內側，電動機轉子固接在電動機轉軸上，發電機包括發電機轉子、發電機定子和發電機機殼，發電機定子固接在發電機機殼內側，飛輪固接在飛輪轉軸上，飛輪轉軸通過軸承被支承在飛輪機殼上，飛輪轉軸的一端伸出飛輪機殼外，發電機轉子固接在轉軸伸出飛輪機殼外的軸段上，電動機通過傳動機構與飛輪轉軸的另一端聯接，電動機機殼固接在傳動機殼上，傳動機殼固接在飛輪機殼上，發電機機殼固接在飛輪機殼上。本實用新型結構緊湊、使用壽命長、可靠性高、造價不高、運行維護成本低、無汙染。
文檔編號H02K7/18GK201682355SQ20102019277
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者謝偉東 申請人:浙江工業大學