弹性储能组件及储能飞轮的制作方法

1.本实用新型涉及储能设备技术领域，具体涉及一种弹性储能组件及储能飞轮。


背景技术：

2.受季节、气候、昼夜等因素影响，新能源的发电功率往往难以保证平稳。以太阳能发电为例，太阳能发电的功率受太阳光照强度影响较大，夜间时段太阳能发电功率极低。这种不平稳的发电功率难以与需求相匹配，易造成供电频率和电压不稳等情况。
3.故而，为在电力充沛时储存多余电力，以供发电量不足时使用，实现电力的削峰填谷，需要采用储能设备对多余电力进行储存。常用的储能设备包括有蓄电池和储能飞轮等。
4.其中，若采用蓄电池进行储能，大容量的蓄电池将导致储能设备的成本较高；若采用储能飞轮进行储能，则往往通过增加转速和增大飞轮本体的重量以增加储能飞轮的储能能力，但飞轮本体的重量增大的越多，飞轮本体对支撑轴承的压力也将越大，对支撑轴承的要求则越高，且飞轮重量的增大也不益于储能飞轮的启动。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种弹性储能组件及储能飞轮，提高储能能力。
6.为了实现上述目的，提供一种弹性储能组件，包括有转轴、径向导轨、径向位移件、轴向套件、连接件以及弹性件。其中，所述径向导轨沿所述转轴的径向设置并与所述转轴相连；所述径向位移件可移动地设置于所述径向导轨上；所述轴向套件包括有相对设置的轴向固定件和轴向移动件，所述轴向固定件与所述转轴相对固定，所述轴向移动件可沿所述转轴的轴向移动；所述连接件的两端分别与所述径向位移件和所述轴向移动件转动相连；所述弹性件沿所述转轴的轴向设置于所述轴向固定件和所述轴向移动件之间。
7.可选地，若干个所述径向导轨沿所述转轴的轴线等角度均匀设置，所述径向位移件对应于所述径向导轨设置，所述连接件对应于所述径向位移件设置。
8.可选地，所述径向导轨包括有成对设置的径向子导轨。
9.可选地，所述转轴向径向外侧设置有凸起，且所述转轴上套设有一可沿所述转轴的轴向移动的套环，所述凸起相对于所述套环的表面形成所述轴向固定件，所述套环相对于所述凸起的表面形成所述轴向移动件。
10.可选地，所述弹性件为一弹簧，所述弹簧套设于所述转轴的径向外侧。
11.可选地，所述弹性储能组件还包括有固定环，所述固定环与所述转轴同轴设置，所述凸起呈环形，所述固定环和所述凸起之间设置有所述径向导轨。
12.可选地，所述弹性储能组件还包括有切削件，所述切削件设置于所述固定环的下侧。
13.可选地，所述弹性储能组件还包括有容纳腔，所述容纳腔设置于所述固定环的下侧，所述容纳腔上设有透孔，所述切削件设置于所述容纳腔内，且所述切削件的切削刃从所
述透孔伸出。
14.可选地，所述弹性储能组件还包括有伸缩件，所述伸缩件与所述切削件相连，用于使所述切削件可伸缩地设置于所述固定环的下侧。
15.可选地，所述伸缩件包括有导向滑杆和电磁阀，所述导向滑杆的一端和切削件远离切削刃的侧面连接，所述导向滑杆的另一端滑动贯穿至所述容纳腔的外侧，所述切削件和所述电磁阀相连。
16.可选地，在所述径向导轨的侧面上部近于径向内侧的位置开设有开槽，所述开槽用于容置润滑油。
17.本实用新型还提供一种储能飞轮，包括有外壳、前述弹性储能组件以及储能转子，所述外壳内具有真空环境，所述弹性储能组件设置于所述外壳内，所述储能转子与所述转轴相连。
18.本实用新型具有至少如下有益效果：
19.在转轴转动时所述弹性储能组件可积蓄弹性势能，将所述弹性储能组件应用至转动式的储能设备例如储能飞轮中时，有助于提高所述储能飞轮的储能能力；同时，相较于通过增加储能转子(例如储能飞轮的飞轮本体)的重量提高储能能力的方式，所述弹性储能组件具有重量增加少的优点，不会对支撑所述转轴的支承轴承造成过大的压力，有助于降低对支撑轴承的要求，并且初始转动惯量小、易于启动，尤其适用于新能源发电设备，能作为太阳能等新能源发电设备的储能设备。
附图说明
20.图1示例性示出本实用新型中储能飞轮在第一状态的示意图。
21.图2示例性示出本实用新型中储能飞轮在第二状态的示意图。
22.图3为图2的a处结构放大示意图。
23.图4为图2的b处结构放大示意图。
24.图中：110.转轴120.径向导轨121.径向子导轨122.开槽130.径向位移件140.轴向套件141.轴向固定件142.轴向移动件150.连接件 160.弹性件170.固定环180.切削件181.容纳腔182.透孔183.导向滑杆184.电磁阀210.外壳220.储能转子。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.参见图1至图4所示，本实用新型提供一种弹性储能组件，包括有转轴110、径向导轨120、径向位移件130、轴向套件140、连接件150以及弹性件160。
27.其中，所述径向导轨120沿所述转轴110的径向设置并与所述转轴110相连，所述径向位移件130可移动地设置于所述径向导轨120上，所述轴向套件 140包括有轴向固定件141和轴向移动件142，所述轴向固定件141与所述转轴 110相对固定，所述轴向移动件142可沿所述转轴110的轴向移动，所述弹性件 160沿所述转轴110的轴向设置于所述轴向固定
件141和所述轴向移动件142之间，所述连接件150的两端分别与所述径向位移件130和所述轴向移动件142 转动相连。
28.所述弹性储能组件处于第一状态时，所述转轴110不转动，所述弹性件160 推动所述轴向移动件142远离所述轴向固定件141，所述轴向移动件142通过所述连接件150带动所述径向位移件130沿所述径向导轨120向径向内侧靠近，所述弹性储能组件的重心位于所述转轴110的旋转轴110上。
29.所述弹性储能组件处于第二状态时，所述转轴110转动，所述转轴110通过所述径向导轨120带动所述径向位移件130旋转积蓄势能，当所述弹性件160 通过所述轴向移动件142和所述连接件150对所述径向位移件130的支持力小于所述径向位移件130受到的离心力时，所述径向位移件130沿所述径向导轨 120向径向外侧移动，并通过所述连接件150带动所述轴向移动件142下压所述弹性件160，被抵持于所述轴向固定件141和所述轴向移动件142之间的所述弹性件160受压变短并积蓄弹性势能。
30.可知，在转轴110转动时所述弹性储能组件可积蓄弹性势能，将所述弹性储能组件应用至转动式的储能设备例如储能飞轮中时，有助于提高所述储能飞轮的储能能力；同时，相较于通过增加储能转子220(例如储能飞轮的飞轮本体) 的重量提高储能能力的方式，本实施例所提供的所述弹性储能组件具有重量增加少的优点，不会对支撑所述转轴110的支承轴承造成过大的压力，有助于降低对支撑轴承的要求，并且初始转动惯量小、易于启动。所述弹性储能组件尤其适用于新能源发电设备，能作为太阳能等新能源发电设备的储能结构。
31.以下，在前述实施例的基础上，进一步结合附图对所述弹性储能组件的各主要部件进行示例说明。
32.在一些实施例中，为使得所述轴向移动件142沿所述转轴110轴向的运动更为平稳，以更为稳定地压缩和释放所述弹性件160，在所述储能飞轮中，若干所述径向导轨120沿所述转轴110的轴线等角度均匀设置，所述径向位移件130 对应于所述径向导轨120设置，所述连接件150对应于所述径向位移件130设置，即每个所述径向导轨120上均可移动地设置有一所述径向位移件130，且每个所述径向位移件130均通过一连接件150与所述轴向移动件142相连。
33.在一些实施例中，为使得所述径向位移件130的运动更为稳定，所述径向导轨120包括有成对设置的径向子导轨121，每个所述径向位移件130可移动地设置于一组成对设置的所述径向子导轨121上。
34.具体地讲，参见图1所示，在本实施例中，沿所述转轴110的周向均匀地布置有三组成对设置的径向导杆以作为三组所述径向导轨120，每一所述径向导杆即为一所述径向子导轨121，所述径向导杆均由所述转轴110向径向外侧延伸。在每组所述径向导杆上均设置有一导向滑块作为所述径向位移件130，所述导向滑块上对应于所述径向导杆设置有两处滑孔以供一组所述径向导杆穿过，进而所述导向滑块可沿所述径向导杆滑动。在每个所述导向滑块上均设置有一连接杆作为所述连接件150，所述连接杆的两端分别与所述径向位移件130和所述轴向移动件142转动连接。其中，所述转动连接包括但不限于铰接座转动连接和销轴转动连接。
35.可以理解的是，在其他实施例中，所述径向位移件130和所述径向导轨120 之间可
移动的配合方式不限于滑动配合，也可以为滚动配合。例如所述径向位移件130具有可沿所述径向导轨120滚动的滚珠以实现滚动配合等。
36.在一些实施例中，所述转轴110向径向外侧设置有凸起，且所述转轴110 上套设有一可沿所述转轴110的轴向移动的套环，所述凸起相对于所述套环的表面形成所述轴向固定件141，所述套环相对于所述凸起的表面形成所述轴向移动件142。
37.具体地讲，参见图1和图2所示，在本实施例中，所述转轴110的径向侧面设置有环形的所述凸起，所述套环套设于所述转轴110上且位于所述转轴110 的上侧，所述套环可沿所述转轴110滑动，所述凸起为所述轴向固定件141，所述套环为所述轴向移动件142，所述弹性件160为一符合所需弹性力需求的弹簧，所述弹簧套设于所述转轴110的径向外侧且位于所述轴向固定件141和所述轴向移动件142之间。当所述套环沿所述转轴110向近于所述凸起的方向滑动时，所述轴向固定件141和所述轴向移动件142分别抵持于所述弹簧的两端，并使得所述弹簧被压缩，以储存弹性势能。
38.可以理解的是，在其他实施例中，所述径向位移件130和所述径向导轨120 之间可移动的配合方式不限于滑动配合，也可以为滚动配合。例如所述套环内具有可沿所述转轴110滚动的滚珠以实现滚动配合等。
39.可以理解的是，在其他实施例中，所述弹性件160还可以为互斥强力磁体或者弹性套筒等，例如所述弹性件160为分别与所述轴向固定件141和所述轴向移动件142相连的两块互斥强力磁体。
40.在一些实施例中，所述弹性储能组件的结构与图1和图2所示的实施例大致相同，不同之处在于，所述轴向套件140并不与所述转轴110同轴设置。例如，在所述转轴110的外侧设置有一壳体，所述壳体上设置有与所述转轴110 的轴线相平行的导向轴，所述轴向固定件141和轴向移动件142设置在所述导向轴上，所述弹性件160套设于所述导向轴上且位于所述轴向固定件141和所述轴向移动件142之间。
41.在一些实施例中，为使得所述径向位移件130沿所述径向导轨120的移动更为流畅和稳定，在所述径向导轨120的侧面上部近于径向内侧的位置开设有开槽122，所述开槽122用于容置润滑油。
42.具体地讲，参见图3所示，在本实施例中所述径向导轨120包括有光滑的所述径向导杆，在所述径向导杆的侧面上部靠近所述转轴110的位置开设有开槽122，所述导向滑块(即所述径向位移件130)上开设有与所述径向导杆相适配的滑孔，所述开槽122内填充有润滑油，转轴110转动时，润滑油在离心力的作用下移动到所述滑孔和所述径向导杆之间的间隙，实现所述径向导杆和所述导向滑块之间的润滑。
43.在一些实施例中，所述弹性储能组件还包括有固定环170，所述固定环170 与所述转轴110同轴设置，所述固定环170和所述凸起之间设置有所述径向导轨120。所述固定环170能起到对所述径向导轨120的固定作用，以保证所述径向导轨120的连接稳定。
44.具体地讲，参见图1和图2所示，在本实施例中，所述凸起设置于所述转轴110的径向外侧，所述凸起的外周侧与所述径向导轨120近于所述转轴110 的一端固定连接，所述固定环170与所述转轴110同轴设置，所述固定环170 的内周侧和所述径向导轨120远离所述转轴110的一端固定连接。
45.在一些实施例中，由于所述弹性储能组件在转动时可能出现晃动现象，尤其是在
低速转动时易于出现重心不稳的晃动，因此，在设置有所述固定环170 的实施例的基础上，所述弹性储能组件还包括有切削件180，所述切削件180设置于所述固定环170的下侧，当所述弹性储能组件发生晃动时，将导致所述固定环170晃动并与下侧的所述切削件180相接触，所述固定环170向下偏移的部分将被所述切削件180切割，从而能对所述固定环170的重量进行调整以减少所述储能飞轮的晃动。
46.在一些实施例中，在前述设置有所述切削件180的实施例的基础上，为了使所述切削件180的切削可控，所述弹性储能组件还包括有伸缩件，所述伸缩件与所述切削件180相连，用于使所述切削件180可伸缩地设置于所述固定环 170的下侧。
47.在一些实施例中，在前述设置有所述切削件180的任一实施例的基础上，所述弹性储能组件还包括有容纳腔181，所述容纳腔181设置于所述固定环170 的下侧，所述容纳腔181上设有透孔182，所述切削件180设置于所述容纳腔 181内，且所述切削件180的切削刃从所述透孔伸出。所述容纳腔181用于安装所述切削件180并形成保护，所述切削件180被容置于所述容纳腔181内，不易于在不必要时与其他结构相接触。同时，所述切削件180切削所述固定环170 产生的废屑还能通过所述透孔182进入所述容纳腔181，以免废屑对所述储能飞轮的运行造成影响，还有助于保证所述储能飞轮的清洁且便于清理。
48.具体地讲，参见图2和图4所示，在本实施例中设置有所述切削件180、伸缩件和容纳腔181。其中，在近于所述固定环170边缘的下侧位置设置有一箱体，所述箱体内形成有所述容纳腔181，所述切削件180和所述伸缩件设置于所述容纳腔181内。所述切削件180为一切削刀，所述切削刀的切削刃朝向所述固定环170。所述伸缩件包括有导向滑杆183和电磁阀184，所述导向滑杆183的一端和所述切削刀远离所述切削刃的侧面连接，所述导向滑杆183的另一端滑动贯穿并延伸至所述容纳腔181的外侧，所述电磁阀184设置于所述容纳腔181 的内壁与所述切削刀之间并与所述切削刀相连，所述电磁阀184的输入端和外部控制开关的输出端电连接，所述容纳腔181设有供电缆穿过且密封设置的穿线孔。使用时，所述电磁阀184可带动所述切削刀运动以实现伸缩，所述导向滑杆183用于在伸缩过程中为所述切削刀导向，以便所述切削刀能更为准确的运动至所需位置。
49.当所述弹性储能组件出现晃动时，通过所述电磁阀184推动所述切削刀上移并对所述固定环170向下偏移的部分进行切割，切削下的废屑通过所述透孔 182落入到所述容纳腔181内，通过对所述固定环170重量的调整，调整了所述弹性储能组件的重心，降低了所述弹性储能组件的晃动。
50.参见图1至图4所示，本实用新型还提供一种储能飞轮，包括有外壳210、前述弹性储能组件以及储能转子220，其中，所述外壳210内具有真空环境，所述弹性储能组件设置于所述外壳210内，所述储能转子220与所述转轴110相连。
51.在一些实施例中，所述储能转子220设置于所述转轴110的端部，所述弹性储能组件设置于所述储能转子220的轴向内侧。
52.具体地讲，参见图1和图2所示，所述转轴110近于顶端的位置处设置有飞轮本体(即所述储能转子220)，所述套环套设于所述转轴110上且位于所述飞轮本体和所述凸起之间，所述凸起为所述轴向固定件141，所述套环为所述轴向移动件142，所述飞轮本体还能起到对所述套环的限位作用，以防止所述套环由所述转轴110脱出。
53.可以理解的是，所述储能飞轮包括有前述实施例中所示出所述弹性储能组件，因
此其具有前述实施例所具备的相应结构并能实现相应的技术效果，本实施例不再多做赘述。
54.参见图1所示，所述储能飞轮处于第一状态，此时所述转轴110不转动，所述弹簧(即所述弹性件160)推动所述套环远离所述凸起，使得所述轴向固定件141和所述轴向移动件142相互远离，所述弹簧处于释能状态，所述套环通过所述连接杆(即所述连接件150)带动所述导向滑块(即所述径向位移件130) 沿所述径向导杆(即所述径向导轨120)向所述凸起靠近，此时所述储能飞轮的重心位于所述转轴110的旋转轴线上。
55.参见图2所示，所述储能飞轮处于第二状态，此时外部的电动机带动所述转轴110转动，所述转轴110通过所述径向导杆带动所述导向滑块旋转积蓄势能，当所述弹簧通过所述套环和所述连接杆对所述导向滑块的支持力小于所述导向滑块受到的离心力时，所述导向滑块沿所述径向导杆向径向外侧滑动，且所述导向滑块通过所述连接杆带动所述套环下压所述弹簧，所述弹簧受压变短并积蓄势能，所述储能飞轮积蓄的部分势能转变为所述弹簧上积蓄的弹性势能。
56.可知，在所述储能飞轮中，在通过所述储能转子220积蓄转动势能的基础上，还通过所述弹性储能组件积蓄弹性势能，有助于提高所述储能飞轮的储能能力，并且相较于通过增加所述储能转子220的重量提高储能能力的方式，本实施例所提供的储能飞轮重量增加少的优点，增大了功率密度，不会对支撑所述转轴110的支承轴承造成过大的压力，有助于降低对支撑轴承的要求，并且还由于初始转动惯量小而易于启动。
57.参见图1、图2和图4所示，当所述储能飞轮出现低速重心不稳晃动时，控制所述转轴110的转速为30-700r/s，所述电磁阀184(即所述伸缩件)推动所述切削刀(即所述切削件180)向上移动，所述切削刀对所述固定环170(即所述固定件)向下偏移的部分切割，切削下的废屑通过所述透孔182落入到所述容纳腔181内，其中，所述切削刀升起后所述固定环170和所述切削刀之间的距离为1.0-5.0mm。通过切削对所述固定环170的重量分布进行调整，能调整所述弹性储能组件的整体重心，降低晃动。
58.综上所述，所述弹性储能组件在转轴110转动时可积蓄弹性势能，将所述弹性储能组件应用至转动式的储能设备例如储能飞轮中时，有助于提高所述储能飞轮的储能能力；同时，相较于通过增加储能转子220(例如储能飞轮的飞轮本体)的重量提高储能能力的方式，本实施例所提供的所述弹性储能组件具有重量增加少的优点，不会对用于支撑所述转轴110的支承轴承造成过大的压力，有助于降低对支撑轴承的要求，并且初始转动惯量小、易于启动。
59.可以理解的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。