[發(fā)明專利]一種并聯(lián)發(fā)電式的聯(lián)動機械彈性儲能箱

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• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN106894956A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 米增強;鄭曉明;余洋;湯敬秋
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F03G1/02
• 分類號: F03G1/02;H02K7/10;H02K7/18
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司12209
• 代理人: 陳娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種并聯(lián)發(fā)電式的聯(lián)動機械彈性儲能箱結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，屬于儲能與機械制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機械彈性儲能系統(tǒng)儲能元件為機械彈性儲能箱，每個儲能箱內(nèi)部有若干個儲能介質(zhì)，儲能介質(zhì)為大型平面蝸卷彈簧。以往的串聯(lián)聯(lián)動式機械彈性儲能箱的發(fā)電時過程和儲能過程相反，是首尾聯(lián)動式，也就是說儲能介質(zhì)的彈性勢能要通過儲能箱的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為動能進一步通過永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，儲能箱外壁質(zhì)量很大，導致其加減速都很緩慢，從而不僅導致整個系統(tǒng)反應(yīng)緩慢而且在控制儲能箱轉(zhuǎn)速的過程中有相當?shù)哪芰繐p失，進一步降低了整個儲能系統(tǒng)的效率。同時，增加儲能箱的個數(shù)，只能增加整個儲能系統(tǒng)的發(fā)電運行時間，儲能系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩仍和單個儲能箱相同，在一些時間較短但需求功率較大的場合并不適用。

本發(fā)明設(shè)計了一種儲能過程和傳統(tǒng)串聯(lián)聯(lián)動式儲能箱相同，但發(fā)電時所有儲能介質(zhì)能同時作用于永磁同步電機轉(zhuǎn)軸從而可以最大限度的提高機械彈性儲能系統(tǒng)輸出功率的結(jié)構(gòu)，對本系統(tǒng)在一些大功率場合的應(yīng)用有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有輸出功率不足的缺陷，提供一種并聯(lián)發(fā)電式的聯(lián)動機械彈性儲能箱結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，該發(fā)明能最大程度提高儲能系統(tǒng)發(fā)電運行時的功率，在大功率需求場合有重要的意義。

本發(fā)明所述的問題是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種并聯(lián)發(fā)電式的聯(lián)動機械彈性儲能箱，包括儲能箱箱體、儲能箱芯軸及多個儲能介質(zhì)，在儲能箱箱體的軸向兩端分別封裝左端蓋及右端蓋，在右端蓋的中心同軸嵌裝儲能電磁離合器的從動軸，在儲能箱箱體內(nèi)同軸穿裝一儲能箱芯軸，儲能箱芯軸的左端從左端蓋穿出，儲能箱芯軸的右端在儲能箱箱體內(nèi)且連接發(fā)電電磁離合器的從動軸，在儲能箱箱體內(nèi)的儲能箱芯軸上套裝多個儲能介質(zhì)，在每個儲能介質(zhì)內(nèi)均安裝有一平面蝸卷彈簧。

而且，多個儲能箱連接組成機械彈性儲能系統(tǒng)，具體的連接方式為：永磁同步電動機轉(zhuǎn)軸插入首個儲能箱儲能電磁離合器主動軸的卡槽，首個儲能箱芯軸左端依次插入第二個儲能箱儲能電磁離合器主動軸和發(fā)電電磁離合器主動軸的卡槽，第二個儲能箱芯軸左端依次插入第三個儲能箱儲能電磁離合器主動軸和發(fā)電電磁離合器主動軸的卡槽，根據(jù)實際需求直至第N個儲能箱，第N個儲能箱芯軸左端通過聯(lián)軸器和永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)軸連接，從而構(gòu)成了一個機械彈性儲能系統(tǒng)。

而且，多個儲能介質(zhì)與儲能箱箱體的環(huán)壁通過螺釘固定。

而且，在儲能箱芯軸的外壁沿軸向一體制有一條芯軸凸鍵，所述的儲能介質(zhì)中心制有與芯軸及凸鍵適配的通孔。

本發(fā)明的具體工作方式為:

(1)儲能時，儲能離合器得電接合，發(fā)電離合器失電分離，電動機帶動首個儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)，擰緊首個儲能箱儲能介質(zhì)，儲能介質(zhì)帶動首個儲能箱芯軸旋轉(zhuǎn)，進而帶動第二個儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)，第二個儲能箱箱體擰緊其儲能介質(zhì)進而帶動其芯軸旋轉(zhuǎn)，進而帶動第三個儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)以此類推，直至第N個儲能箱芯軸，其和永磁同步發(fā)電機連接在一起，發(fā)電時固定不動，這樣隨著電動機的運行，各個儲能箱儲能介質(zhì)被依次擰緊，儲能完畢。

(2)發(fā)電時，儲能離合器失電分離，發(fā)電離合器得電接合，儲能箱箱體固定動，這時發(fā)現(xiàn)，全部N個儲能箱的儲能介質(zhì)同時作用在儲能箱芯軸上，其受到的最大轉(zhuǎn)矩為單個儲能箱的N倍，放開儲能箱芯軸，儲能介質(zhì)釋放帶動儲能箱芯軸進而帶動永磁同步發(fā)電機發(fā)電，而且由于儲能箱的彈性勢能不再通過儲能箱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動能再通過永磁同步發(fā)電機發(fā)電，而且直接作用于芯軸帶動永磁同步電機，芯軸的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量要遠遠小于儲能箱箱體，在大轉(zhuǎn)矩和小的轉(zhuǎn)動慣量的雙重作用下，電機轉(zhuǎn)速增加會非常迅速，能量。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果：

(1)儲能時永磁同步電機最大輸出轉(zhuǎn)矩和單個儲能箱最大轉(zhuǎn)矩相同，可以用功率較小的永磁同步電機動帶動大容量的儲能系統(tǒng)儲能。

(2)發(fā)電時通過控制儲能發(fā)電離合器儲能系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，所有的儲能介質(zhì)同時直接作用于芯軸，避免儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)帶來的不利因素，極大的提高了儲能系統(tǒng)最大輸出功率。

附圖說明

圖1是儲能箱軸向剖面圖；

圖2是儲能箱徑向剖面圖；

圖3是串聯(lián)發(fā)電式機械彈性儲能系統(tǒng)儲能發(fā)電過程輸入輸出轉(zhuǎn)矩特性(儲能過程)；

圖4是串聯(lián)發(fā)電式機械彈性儲能系統(tǒng)儲能發(fā)電過程輸入輸出轉(zhuǎn)矩特性(發(fā)電過程)；

圖5是并聯(lián)發(fā)電式機械彈性儲能系統(tǒng)儲能發(fā)電過程輸入輸出轉(zhuǎn)矩特性(儲能過程)；

圖6是并聯(lián)發(fā)電式機械彈性儲能系統(tǒng)儲能發(fā)電過程輸入輸出轉(zhuǎn)矩特性(發(fā)電過程)；