电力物理储能的飞轮过载保护系统

1.本发明属于储能领域。


背景技术：

2.飞轮储能是物理储能的一种，是将闲余的电能通过电机以扭矩的形式通过飞轮轴传递给飞轮，从而使飞轮累积旋转动能，在需要的时候再用飞轮的动能通过飞轮轴以扭矩的形式传递给发电机，从而使发电机输出电能；
3.飞轮旋转过程中本身蕴含大量能量，而飞轮能量的输入和输出的负载都通过飞轮轴来传递，由于现有的飞轮结构均是无法分割的单体结构，一旦飞轮轴因传动系统故障出现刹车、骤停等情况时，飞轮本身也会因此骤停，这样飞轮的旋转动能会瞬间全部释放到飞轮轴上，从而造成飞轮轴的瞬间扭矩骤增，造成飞轮轴以及传动系统的崩坏的风险。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电力物理储能的飞轮过载保护系统，能在飞轮轴的瞬间扭矩骤增时让外储能飞轮单独进入空转状态，从而降低飞轮轴的负担。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明的电力物理储能的飞轮过载保护系统，包括储能飞轮轴，所述储能飞轮轴上同轴心同步设置有储能飞轮组合体，所述储能飞轮组合体包括同轴心的内储能飞轮和外储能飞轮，所述内储能飞轮与外储能飞轮之间通过扭矩传递单元相互传递扭矩，从而使内储能飞轮与外储能飞轮相互传递扭矩；当内储能飞轮与外储能飞轮相互之间传递的扭矩超过预定值时，扭矩传递单元解除对内储能飞轮与外储能飞轮之间的扭矩传递。
6.进一步的，所述内储能飞轮同轴心一体化连接所述储能飞轮轴，所述内储能飞轮的两端外周均一体化设置有环状外缘，所述外储能飞轮的内圈的两端均一体化设置有环状内缘，各所述环状内缘与各所述环状外缘之间通过轴承转动配合。
7.进一步的，内储能飞轮与外储能飞轮之间形成环腔，所述扭矩传递单元在所述环腔中。
8.进一步的，所述内储能飞轮的外周圆弧面上设置有圆弧凹槽；外储能飞轮上沿径向方向设置有导向孔；
9.扭矩传递单元包括浮动座，浮动座上固定有导向杆，导向杆的活动插入导向孔中，从而使浮动座在导向杆的导向下沿外储能飞轮的径向方向浮动；
10.浮动座远离导向杆的一侧固定安装有轴承座，轴承座内通过轴承转动安装有中心转盘，中心转盘的两端同轴心一体化连接有第一外六角轴和第二外六角轴；还包括同轴心的第一浮动盘和第二浮动盘，第一浮动盘和第二浮动盘的轴心处分别同轴心镂空设置有第一内六角滑孔和第二内六角滑孔，第一外六角轴和第二外六角轴分别同轴心活动穿过第一内六角滑孔和第二内六角滑孔，从而使第一浮动盘和第二浮动盘随第一外六角轴和第二外
六角轴同步转动，且第一浮动盘和第二浮动盘分别沿第一外六角轴和第二外六角轴轴线滑动；
11.第一浮动盘的外周一体化连接有第一滚筒，第二浮动盘的外周一体化设置有第二滚筒；导向杆外套有弹簧，在弹簧弹性顶压第二浮动盘，使第一滚筒和第二滚筒均陷入圆弧凹槽内，且第一滚筒和第二滚筒的外弧面均紧贴圆弧凹槽的内弧面。
12.进一步的，第一滚筒和第二滚筒均陷入圆弧凹槽内的部分少于第一滚筒和第二滚筒自身体积的一半。
13.进一步的，所述第一外六角轴的中心转盘与第一浮动盘之间套有第一张力弹簧，所述第二外六角轴的中心转盘与第二浮动盘之间套有第二张力弹簧；所述第一张力弹簧和第二张力弹簧分别弹性顶压所述第一浮动盘和第二浮动盘，使第一浮动盘和第二浮动盘有相互远离至分别接触所述圆弧凹槽的两侧端面，所述圆弧凹槽的两侧端面分别限制第一浮动盘和第二浮动盘继续相互远离。
14.进一步的，当第一滚筒和第二滚筒从圆弧凹槽内滚出到与外周圆弧面滚动配合时，所述圆弧凹槽的两侧端面与第一浮动盘和第二浮动盘已经分离，在第一张力弹簧和第二张力弹簧的推力下第一浮动盘和第二浮动盘自动相互远离一段距离；将处于圆弧凹槽两侧的外周圆弧面记为边缘圆弧面；第一滚筒和第二滚筒沿外周圆弧面滚动的过程中，第一滚筒和第二滚筒再一次到达圆弧凹槽处时，已经相互远离的第一滚筒和第二滚筒与圆弧凹槽两侧的边缘圆弧面滚动配合，而不会重新陷入圆弧凹槽中。
15.进一步的，所述第一外六角轴和第二外六角轴的末端分别固定设置有第一限位头和第二限位头。
16.有益效果：本发明的结构简单，飞轮轴输入或输出的扭矩大小超过预定值时，圆弧凹槽内表面与第一滚筒和第二滚筒之间的作用力足以克服弹簧的弹力，使第一滚筒和第二滚筒从圆弧凹槽内滚出到与外周圆弧面滚动配合，弹簧适应性的被压缩，这时圆弧凹槽的两侧端面与第一浮动盘和第二浮动盘已经分离，在第一张力弹簧和第二张力弹簧的推力下第一浮动盘和第二浮动盘自动相互远离一段距离，使第一滚筒和第二滚筒作为一个整体的轴向区间变大；第一滚筒和第二滚筒从圆弧凹槽内滚出到与外周圆弧面滚动配合后，内储能飞轮与外储能飞轮的同步状态解除，内储能飞轮与外储能飞轮之间发生相对转动，内储能飞轮与外储能飞轮之间发生相对转动的过程中，第一滚筒和第二滚筒沿外周圆弧面滚动，第一滚筒和第二滚筒再一次到达圆弧凹槽处时，已经相互远离的第一滚筒和第二滚筒与圆弧凹槽两侧的边缘圆弧面滚动配合，而不会重新陷入圆弧凹槽中，有效避免第一滚筒和第二滚筒冲击圆弧凹槽的现象；进而使外储能飞轮单独进入空转的过程；阻断了外储能飞轮对飞轮轴的输出扭矩过程，也阻断了外储能飞轮接收扭矩的过程，因此飞轮轴所受力矩会自动变小，进而避免了飞轮轴因负载过大而绷断的风险。
附图说明
17.附图1为飞轮组合体结构示意图；
18.附图2为附图1的纵剖视图；
19.附图3为附图1的横剖视图；
20.附图4为附图3的标记13处的放大示意图；
21.附图5为内储能飞轮与扭矩传递单元的配合示意图；
22.附图6为附图5的变换视角后的剖视图；
23.附图7为附图6的基础上扭矩传递单元拆出后的示意图；
24.附图8为扭矩传递单元剖视图；
25.附图9为扭矩传递单元拆卸示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
27.如附图1至9所示的电力物理储能的飞轮过载保护系统；
28.如图1包括储能飞轮轴8，储能飞轮轴8上同轴心同步设置有储能飞轮组合体41，闲余的电能通过电机以扭矩的形式通过飞轮轴8传递给飞轮组合体41，从而使飞轮组合体41累积旋转动能，在需要的时候再用飞轮组合体41的动能通过飞轮轴8以扭矩的形式传递给发电机，从而使发电机输出电能；
29.本方案的核心思路是：储能飞轮组合体41包括同轴心的内储能飞轮12和外储能飞轮15，如图3，内储能飞轮12与外储能飞轮15之间通过扭矩传递单元13相互传递扭矩，从而使内储能飞轮12与外储能飞轮15相互传递扭矩；当内储能飞轮12与外储能飞轮15相互之间传递的扭矩超过预定值时，扭矩传递单元13解除对内储能飞轮12与外储能飞轮15之间的扭矩传递，从而使外储能飞轮15进入空转状态，降低飞轮轴8负载；
30.本方案的具体结构如下：
31.如图2内储能飞轮12同轴心一体化连接储能飞轮轴8，内储能飞轮12的两端外周均一体化设置有环状外缘17，外储能飞轮15的内圈的两端均一体化设置有环状内缘43，各环状内缘43与各环状外缘17之间通过轴承41转动配合，使内储能飞轮12与外储能飞轮15之间形成环腔16，扭矩传递单元13在环腔16中。
32.如图4、5、6；内储能飞轮12的外周圆弧面12.1上设置有圆弧凹槽11，圆弧凹槽11的圆弧轴线与内储能飞轮12的轴线平行；圆弧凹槽11沿轴向方向的宽度小于外周圆弧面12.1的轴向方向的宽度，将处于圆弧凹槽11两侧的外周圆弧面12.1记为边缘圆弧面a12.1；外储能飞轮15上沿径向方向设置有一对导向孔14；
33.如图7、8、9；扭矩传递单元13包括浮动座64，浮动座64上固定有一对平行的导向杆2，一对导向杆2的末端活动插入一对导向孔14中，从而使浮动座64在导向杆2的导向下沿外储能飞轮15的径向方向浮动；
34.浮动座64远离导向杆2的一侧固定安装有轴承座10，轴承座10内通过轴承3转动安装有中心转盘9，中心转盘9的两端同轴心一体化连接有第一外六角轴8.1和第二外六角轴8.2；还包括同轴心的第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2，第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2的轴心处分别同轴心镂空设置有第一内六角滑孔4.1和第二内六角滑孔4.2，第一外六角轴8.1和第二外六角轴8.2分别同轴心活动穿过第一内六角滑孔4.1和第二内六角滑孔4.2，从而使第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2随第一外六角轴8.1和第二外六角轴8.2同步转动，且第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2分别沿第一外六角轴8.1和第二外六角轴8.2轴线滑动；
35.第一浮动盘5.1的外周一体化连接有第一滚筒6.1，第二浮动盘5.2的外周一体化设置有第二滚筒6.2；第一滚筒6.1和第二滚筒6.2的外径与圆弧凹槽11的内弧面内径一致；
36.如图8，导向杆2外套有弹簧1，在弹簧1弹性顶压第二浮动盘5.2，使第一滚筒6.1和第二滚筒6.2均陷入圆弧凹槽11内，且第一滚筒6.1和第二滚筒6.2的外弧面均紧贴圆弧凹槽11的内弧面；为了避免第一滚筒6.1和第二滚筒6.2完全卡死在圆弧凹槽11内的问题；第一滚筒6.1和第二滚筒6.2均陷入圆弧凹槽11内的部分少于第一滚筒6.1和第二滚筒6.2自身体积的一半；保证了“内储能飞轮12与外储能飞轮15之间传递的扭矩时，圆弧凹槽11内表面对第一滚筒6.1和第二滚筒6.2作用力在弹簧1轴线方向上存在一个能克服弹簧1弹力的分力”；
37.第一外六角轴8.1的中心转盘9与第一浮动盘5.1之间套有第一张力弹簧7.1，第二外六角轴8.2的中心转盘9与第二浮动盘5.2之间套有第二张力弹簧7.2；第一张力弹簧7.1和第二张力弹簧7.2分别弹性顶压第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2，使第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2有相互远离至分别接触圆弧凹槽11的两侧端面11.1，圆弧凹槽11的两侧端面11.1分别限制第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2继续相互远离；
38.当第一滚筒6.1和第二滚筒6.2从圆弧凹槽11内滚出到与外周圆弧面12.1滚动配合时，圆弧凹槽11的两侧端面11.1与第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2已经分离，在第一张力弹簧7.1和第二张力弹簧7.2的推力下第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2自动相互远离一段距离；第一滚筒6.1和第二滚筒6.2沿外周圆弧面12.1滚动的过程中，第一滚筒6.1和第二滚筒6.2再一次到达圆弧凹槽11处时，已经相互远离的第一滚筒6.1和第二滚筒6.2与圆弧凹槽11两侧的边缘圆弧面a12.1滚动配合，而不会重新陷入圆弧凹槽11中；
39.如图8，第一外六角轴8.1和第二外六角轴8.2的末端分别固定设置有第一限位头5.1和第二限位头5.2；起到最终定位的作用，初始状态下第一限位头5.1和第二限位头5.2分别与第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2保持一定的距离。
40.初始状态下，在弹簧1弹性顶压第二浮动盘5.2，使第一滚筒6.1和第二滚筒6.2均陷入圆弧凹槽11内，且第一滚筒6.1和第二滚筒6.2的外弧面均紧贴圆弧凹槽11的内弧面；
41.飞轮轴8上没有输入或输出扭矩时：飞轮组合体41为匀速空转的储能状态，内储能飞轮12和外储能飞轮15同步转动，内储能飞轮12与外储能飞轮15之间不传递扭矩；
42.飞轮轴8输入或输出扭矩时，飞轮组合体41进入加速或减速状态，内储能飞轮12与外储能飞轮15之间传递扭矩；飞轮轴8输入或输出的扭矩大小与内储能飞轮12和外储能飞轮15之间传递的扭矩大小呈线性正相关；当飞轮轴8输入或输出的扭矩大小没有超过预定值时，相当于内储能飞轮12与外储能飞轮15之间传递的扭矩大小没有超过预设值，内储能飞轮12与外储能飞轮15之间的扭矩的传递是基于圆弧凹槽11内表面与第一滚筒6.1和第二滚筒6.2之间产生的周向作用力来实现的；圆弧凹槽11内表面与第一滚筒6.1和第二滚筒6.2之间的作用力不足以克服弹簧1的弹力，因此第一滚筒6.1和第二滚筒6.2仍然处于陷入圆弧凹槽11中的状态，内储能飞轮12和外储能飞轮15保持同步，使飞轮组合体41作为一个整体旋转；
43.当飞轮轴8输入或输出的扭矩大小超过预定值时，说明飞轮轴8出现了因传动系统故障出现刹车、骤停或过快加减速等情况，由于飞轮组合体41作为一个整体的旋转动能是巨大的，飞轮轴8存在绷断的风险，这时内储能飞轮12与外储能飞轮15之间传递的扭矩大小超过了预设值，圆弧凹槽11内表面与第一滚筒6.1和第二滚筒6.2之间的作用力足以克服弹簧1的弹力，使第一滚筒6.1和第二滚筒6.2从圆弧凹槽11内滚出到与外周圆弧面12.1滚动
配合，弹簧1适应性的被压缩，这时圆弧凹槽11的两侧端面11.1与第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2已经分离，在第一张力弹簧7.1和第二张力弹簧7.2的推力下第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2自动相互远离一段距离，直至第一浮动盘5.1和第二浮动盘5.2被第一限位头5.1和第二限位头5.2定位，使第一滚筒6.1和第二滚筒6.2作为一个整体的轴向区间变大；第一滚筒6.1和第二滚筒6.2从圆弧凹槽11内滚出到与外周圆弧面12.1滚动配合后，内储能飞轮12与外储能飞轮15的同步状态解除，内储能飞轮12与外储能飞轮15之间发生相对转动，内储能飞轮12与外储能飞轮15之间发生相对转动的过程中，第一滚筒6.1和第二滚筒6.2沿外周圆弧面12.1滚动，第一滚筒6.1和第二滚筒6.2再一次到达圆弧凹槽11处时，已经相互远离的第一滚筒6.1和第二滚筒6.2与圆弧凹槽11两侧的边缘圆弧面a12.1滚动配合，而不会重新陷入圆弧凹槽11中，有效避免第一滚筒6.1和第二滚筒6.2再一次陷入圆弧凹槽11中而发生冲击振动的现象；进而使外储能飞轮15单独进入空转的过程；阻断了外储能飞轮15对飞轮轴8的输出扭矩过程，也阻断了外储能飞轮15接收扭矩的过程，因此飞轮轴8所受力矩会自动变小，进而避免了飞轮轴8因负载过大而绷断的风险；
44.后续外储能飞轮15会因能量耗尽自动停下来，然后通过检修解决飞轮轴8负载过大的情况后，人工将第一滚筒6.1和第二滚筒6.2重新卡入圆弧凹槽11中即可。
45.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。