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

背景技術(shù)：

機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)儲能元件為機(jī)械彈性儲能箱，每個(gè)儲能箱內(nèi)部有若干個(gè)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(dòng)式機(jī)械彈性儲能箱的發(fā)電時(shí)過程和儲能過程相反，是首尾聯(lián)動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)一步通過永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，儲能箱外壁質(zhì)量很大，導(dǎo)致其加減速都很緩慢，從而不僅導(dǎo)致整個(gè)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(dāng)?shù)哪芰繐p失，進(jìn)一步降低了整個(gè)儲能系統(tǒng)的效率。同時(shí)，增加儲能箱的個(gè)數(shù)，只能增加整個(gè)儲能系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行時(shí)間，儲能系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩仍和單個(gè)儲能箱相同，在一些時(shí)間較短但需求功率較大的場合并不適用。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種儲能過程和傳統(tǒng)串聯(lián)聯(lián)動(dòng)式儲能箱相同，但發(fā)電時(shí)所有儲能介質(zhì)能同時(shí)作用于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)軸從而可以最大限度的提高機(jī)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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(dòng)機(jī)械彈性儲能箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，該發(fā)明能最大程度提高儲能系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)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(shí)現(xiàn)的：

一種并聯(lián)發(fā)電式的聯(lián)動(dòng)機(jī)械彈性儲能箱，包括儲能箱箱體、儲能箱芯軸及多個(gè)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(dòng)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(dòng)軸，在儲能箱箱體內(nèi)的儲能箱芯軸上套裝多個(gè)儲能介質(zhì)，在每個(gè)儲能介質(zhì)內(nèi)均安裝有一平面蝸卷彈簧。

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

而且，多個(gè)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(shí)，儲能離合器得電接合，發(fā)電離合器失電分離，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)首個(gè)儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)，擰緊首個(gè)儲能箱儲能介質(zhì)，儲能介質(zhì)帶動(dòng)首個(gè)儲能箱芯軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第二個(gè)儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)，第二個(gè)儲能箱箱體擰緊其儲能介質(zhì)進(jìn)而帶動(dòng)其芯軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第三個(gè)儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)以此類推，直至第N個(gè)儲能箱芯軸，其和永磁同步發(fā)電機(jī)連接在一起，發(fā)電時(shí)固定不動(dòng)，這樣隨著電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，各個(gè)儲能箱儲能介質(zhì)被依次擰緊，儲能完畢。

(2)發(fā)電時(shí)，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(dòng)，這時(shí)發(fā)現(xiàn)，全部N個(gè)儲能箱的儲能介質(zhì)同時(shí)作用在儲能箱芯軸上，其受到的最大轉(zhuǎn)矩為單個(gè)儲能箱的N倍，放開儲能箱芯軸，儲能介質(zhì)釋放帶動(dòng)儲能箱芯軸進(jìn)而帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)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(dòng)能再通過永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，而且直接作用于芯軸帶動(dòng)永磁同步電機(jī)，芯軸的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于儲能箱箱體，在大轉(zhuǎn)矩和小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的雙重作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加會非常迅速，能量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)儲能時(shí)永磁同步電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩和單個(gè)儲能箱最大轉(zhuǎn)矩相同，可以用功率較小的永磁同步電機(jī)動(dòng)帶動(dòng)大容量的儲能系統(tǒng)儲能。

(2)發(fā)電時(shí)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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7是并聯(lián)發(fā)電式機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)多級裝配示意圖；

圖8是并聯(lián)發(fā)電式機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)儲能運(yùn)行等效示意圖；

圖9是并聯(lián)發(fā)電式機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行等效示意圖；

圖中標(biāo)號為：1-左端蓋；2-儲能箱芯軸；3-儲能介質(zhì)；4-螺釘；5-發(fā)電電磁離合器從動(dòng)軸；6-發(fā)電電磁離合器主動(dòng)軸；7-儲能電磁離合器從動(dòng)軸；8-儲能電磁離合器主動(dòng)軸；9-儲能箱箱體；10-右端蓋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1至圖4所示，一種發(fā)電時(shí)可并聯(lián)運(yùn)行的聯(lián)動(dòng)機(jī)械彈性儲能箱，包括儲能箱箱體9、儲能箱芯軸2及多個(gè)儲能介質(zhì)3，所述儲能箱箱體為圓筒形，在儲能箱箱體的軸向兩端分別封裝左端蓋1及右端蓋10，在右端蓋的中心同軸嵌裝儲能電磁離合器的從動(dòng)軸7，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(dòng)軸5，在儲能箱箱體內(nèi)的儲能箱芯軸上套裝多個(gè)儲能介質(zhì)，所述的儲能介質(zhì)也為圓筒形。在每個(gè)儲能介質(zhì)內(nèi)均安裝有一平面蝸卷彈簧。

多個(gè)儲能介質(zhì)與儲能箱箱體的環(huán)壁通過螺釘4固定，為了防止儲能介質(zhì)繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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。

多個(gè)儲能箱組成機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)的方式為：永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸插入首個(gè)儲能箱儲能電磁離合器主動(dòng)軸8的卡槽從而緊固在一起，首個(gè)儲能箱芯軸2左端依次插入第二個(gè)儲能箱儲能電磁離合器主動(dòng)軸8和發(fā)電電磁離合器主動(dòng)軸6的卡槽從而緊固在一起，第二個(gè)儲能箱芯軸2左端依次插入第三個(gè)儲能箱儲能電磁離合器主動(dòng)軸8和發(fā)電電磁離合器主動(dòng)軸6的卡槽的卡槽從而緊固在一起，以此類推，根據(jù)實(shí)際需求直至第N個(gè)儲能箱，第N個(gè)儲能箱芯軸2左端通過聯(lián)軸器和永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接，從而構(gòu)成了一個(gè)機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)。

本發(fā)明的工作過程為：

儲能時(shí)，儲能離合器得電主動(dòng)軸8和從動(dòng)軸10接合，發(fā)電離合器失電主動(dòng)軸6和從動(dòng)軸5分離，永磁同步電動(dòng)機(jī)通過接合的主動(dòng)軸8和從動(dòng)軸10帶動(dòng)首個(gè)儲能箱箱體9旋轉(zhuǎn)，擰緊首個(gè)儲能箱儲能介質(zhì)3，儲能介質(zhì)3帶動(dòng)首個(gè)儲能箱芯軸2旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過接合的主動(dòng)軸8和從動(dòng)軸10帶動(dòng)第二個(gè)儲能箱箱體9旋轉(zhuǎn)，第二個(gè)儲能箱箱體9擰緊其儲能介質(zhì)儲能介質(zhì)3帶動(dòng)其芯軸2旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過接合的主動(dòng)軸8和從動(dòng)軸10帶動(dòng)第三個(gè)儲能箱箱體旋轉(zhuǎn)，以此類推，直至第N個(gè)儲能箱芯軸2，其和永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接在一起，發(fā)電時(shí)被固定，這樣隨著電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，各個(gè)儲能箱儲能介質(zhì)被依次擰緊，儲能完畢。

發(fā)電時(shí)，儲能離合器失電主動(dòng)軸8和從動(dòng)軸10分離，發(fā)電離合器得電主動(dòng)軸6和從動(dòng)軸5接合，儲能箱箱體9被固定，這時(shí)發(fā)現(xiàn)，全部N個(gè)儲能箱的儲能介質(zhì)3同時(shí)作用在通過發(fā)電離合器接合從而連接在一起的儲能箱芯軸2上，其受到的最大轉(zhuǎn)矩為單個(gè)儲能箱的N倍，放開第N儲能箱芯軸2，由于首個(gè)儲能箱芯軸發(fā)電離合器無任何連接可自由運(yùn)動(dòng)，所有儲能箱儲能介質(zhì)3同時(shí)釋放帶動(dòng)相互兩兩連接的儲能箱芯軸2進(jìn)而帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。如圖3和圖4所示，儲能過程本發(fā)明和常規(guī)串聯(lián)聯(lián)動(dòng)式儲能系統(tǒng)相同，可以看出，隨著儲能箱數(shù)量的增加，電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩不變，只是儲能時(shí)間相應(yīng)的增加，發(fā)電過程傳統(tǒng)串聯(lián)聯(lián)動(dòng)式儲能系統(tǒng)隨著儲能箱數(shù)量的增加，儲能系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩不變，只是相應(yīng)的發(fā)電時(shí)間增加，如圖5和圖6所示，而本發(fā)明則是發(fā)電時(shí)間不變，儲能系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的增加。同時(shí)由于儲能箱的彈性勢能的釋放不再通過儲能箱箱體的旋轉(zhuǎn)，而且直接作用于芯軸帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)，芯軸的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于儲能箱箱體，在大轉(zhuǎn)矩和小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的雙重作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加會非常迅速，能量釋放也會更加快速，適用于大功率場合。