一种回转类家电制动辅助启动能量循环系统的制作方法
【专利摘要】一种回转类家电制动辅助启动能量循环系统，属于制动能量循环系统。方法：利用扭矩弹簧储能元件和功能转换控制，通过传动变速，有效收集做回转运动的家用电器停机制动时耗散的动能，存储于储能装置内，当电机再次启动时释放收集的能量，辅助电机启动，降低电机启动时能量消耗峰值；装置：传动变速模块(A)，分级储能模块(B)和功能切换模块(C)。传动变速模块由离合器，变速器，转换器组成；分级存储模块由四级储能扭矩弹簧配合棘轮棘爪机构组成；功能切换模块由电磁控制器实现。系统所收集能量期间没有多级能量转化，短时存储，及时释放，释放的能量直接作用于电机，辅助启动，降低电机启动能量消耗峰值，有效降低电机能耗，优化电机选型。
【专利说明】一种回转类家电制动辅助启动能量循环系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制动能量循环系统，特别是一种回转类家电制动辅助启动能量循环系统。
【背景技术】
[0002]进入21世纪以来，能源和环境对人类生活、社会发展的影响越来越大。其中，家用电器在生活中的使用已经占了很大一部分比例，其能源的巨大消耗我们不可忽视。当今地球资源(包括石油和森林资源)日趋枯竭并受到破坏，家电制造商已经意识到节能的重要性，研发了采用变频技术的空调，海尔自动挡1268滚筒洗衣机，采用高压无氟技术的冰箱等，由此可见，家电制造业正向节能高效方向不断发展。
[0003]从节约资源、资源再生以及环境保护与改善出发，能源的有效利用具有重要的意义，再生制动(Regenerative braking)亦称反馈制动，无疑可以进一步调高能源利用率，它是一种可以应用在回转类运转动力器件上的制动技术，在回转体运转需要制动的时，通常都是采用自然制动或者人为制动的方式，无论是哪种方式，都会在一定程度上造成能量的损失，这部分由于制动而耗散的能量是能够通过再生制动收集起来的。
[0004]目前，关于再生制动技术的研宄的方向主要集中在汽车的再生制动和工业回转体的再生制动，在家用电器方面的应用极少。并且已有的能量收集方式并不适合于回转类家电的负载状况。
[0005]因此我们从再生制动节能的思路出发，设计回转类家电的制动辅助启动能量循环系统，根据家电的实际负载状况采用扭矩弹簧的分级储能模块和功能切换模块，实现回转制动能量的收集和循环释放。回转类家电在我们日常生活中随处可见，由于回转类家电庞大的社会保有量和频繁的使用频率，本设计对回转类家电的节能技术的发展有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要提供一种能有效降低电机能耗，优化电机选型，节能环保的回转类家电制动辅助启动能量循环系统。
[0007]为了实现上述目的本发明所采用的技术方案是:包括能量循环系统装置和能量循环系统的转换方法；
[0008]所述的能量循环系统装置包括:传动变速模块(A)，分级储能模块(B)和功能切换丰旲块(C) O
[0009]所述的传动变速模块(A)由离合器、变速器和转换器组成；变速器通过离合器与转换器连接；
[0010]所述的分级存储模块⑶由储能扭矩弹簧单元88、棘轮(7)、内外啮合齿轮组9棘爪(10)组成；内外啮合齿轮组9、储能扭矩弹簧单元(8)和棘轮(7)从上至下顺序连接在第三传动轴(5)上，与棘轮(7)相对应的有棘爪(10)；
[0011]所述的功能切换模块(C)由电磁控制器实现。
[0012]所述的由离合器包括离合器上传动轴(17)、离合器主体(19)和离合器下传动轴
(20);离合器上传动轴(17)位于离合器下传动轴(20)上端，且位于同一轴心，在离合器上传动轴(17)和离合器下传动轴(20)上连接离合器主体(19)。
[0013]所述的变速器包括前端变速器和后端变速器，所述的前端变速器包括小带轮(1-1)、小带轮轴(1-2)、皮带(2)，大带轮(21)，第一齿轮(18);小带轮(1-1)装在小带轮轴(1-2)上，小带轮(I)与大带轮(21)之间连接有皮带(2)，第一齿轮(18)和大带轮(21)连接在离合器下传动轴(20)上；第一齿轮(18)和大带轮(21)之间有离合器主体(19);
[0014]所述的后端变速器包括第二齿轮(3)、第三齿轮(4)、第三传动轴(5)、第四齿轮
(6)、第二传动轴12、第二传动轴(12)、第三传动轴(5);第二齿轮(3)连接在第二传动轴
(12)上，第二齿轮(3)与第一齿轮(18)啮合；第三齿轮⑷和第四齿轮(6)连接在第三传动轴(5)上。
[0015]所述的转换器包括)挡板(15)、下挡板(15-1)、惰轮(13)和功能转换齿轮(14)组成；上挡板(15)、功能转换齿轮(14)和下挡板(15-1)顺序连接在第二传动轴(12)上，与第四齿轮(6)啮合有惰轮(13)，功能转换齿轮(14)在第二传动轴(12)上滑动，上端与惰轮(13)啮合，下端与第三齿轮(4)啮合。
[0016]所述的电磁控制器包括:第三电磁装置(11)，第一电磁阀开关(M)，第二电磁阀开关(N)以及洗衣机控制系统；第一电磁阀开关(M)控制内外啮合齿轮组(9)的啮合与分离；第二电磁阀开关(N)控制棘轮棘爪的闭合和放开；第三电磁装置(11)控制功能转换齿轮
(14)的上位和回位；通过洗衣机控制系统实现三者的协同交替控制。
[0017]所述的能量循环系统的转换方法:利用扭矩弹簧储能元件和功能转换控制，通过传动变速，有效收集做回转运动的家用电器停机制动时耗散的动能，存储于储能装置内，当电机再次启动时释放收集的能量，辅助电机启动，降低电机启动时能量消耗峰值；
[0018](I)回转轴运转状态:洗衣机甩桶正常运转甩干衣物；
[0019](2)停止动力状态:甩桶电机停电，此时开始收集能量。传动变速模块(A)中离合器主体(19)闭合，转换轮落下，传动变速模块㈧开始工作，分级存储模块⑶中，棘爪(7)处于卡死状态；
[0020](3)回转轴停转状态:离合器主体(19)分离使收集能量分离，储能部分处于静止，棘爪(7)卡死；
[0021 ] (4)待机状态:洗衣机处在漂洗过程中，该系统处于待机状态；
[0022](5)再次启动状态:离合器主体(19)再次闭合，调整功能转换齿轮(14)，棘爪(7)放开，是第三传动轴(5)倒转，使存储的能量输出；
[0023](6)速度达到极限状态:弹簧能量已释放完全，离合器主体(19)分离，系统与电机分离，洗衣机甩桶正常运转。
[0024]有益效果，由于采用了上述方案，本系统通过传动变速模块(A)实现减速增扭的功能。传动变速模块(A)中，能量输入和输出功能的切换是靠一个竖直放置的功能转换齿轮(14)来实现。功能转换齿轮(14)的工作位置由电磁力来控制，当电磁控制装置断电，功能转换齿轮(14)依靠自身重力回落，进入能量收集状态，通过棘轮机构实现能量的存储；当电磁控制装置通电，功能转换齿轮(14)上位，进入系统能量回流状态。
[0025]在能量输入时采用小带轮(1-1)，皮带(2)，大带轮(21)引入，配合离合器主体
(19)控制，离合器主体(19)将家用电器电机的输出端与本系统的传动变速与功能切换模块相连。
[0026]采用储能扭矩弹簧单元(8)作为储能载体，并且应用了分级储能的策略。
[0027]棘轮(7)棘爪(10)机构以及功能转换齿轮(14)的控制通过电磁控制，接入电磁控制模块(C)。
[0028]采用分级储能装模块(B)，主要收集全自动洗衣机在甩干制动过程中摩擦损失的能量，将剩余动能存储为扭矩弹簧的弹性势能，在洗衣机再次启动甩干系统运转时，将能量释放，此能量并入用桶电机启动时的运转系统，辅助电机启动。由于用桶启动时电机消耗功率较大，应用此装置可以明显降低能耗，从而达到节能环保的目的。
[0029]其一，本发明根据回转类家电功率小和占用空间小的特点利用扭矩弹簧构建储能装置，并提出了分级储能控制的策略，并能作为一个独立能量模块安装于与洗衣机类似的回转类电器上。
[0030]其二，本系统所收集能量期间没有多级能量转化，短时存储，及时释放，释放的能量直接作用于电机，辅助启动，降低电机启动能量消耗峰值，有效降低电机能耗，优化电机选型。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明的总体方案结构图。
[0032]图2为本发明实施例系统流程图。
[0033]图3为本发明的结构图。
[0034]图4为本发明实施例弹簧分级储能系统装置运动简图。
[0035]图5为本发明实施例转换轮竖直运动控制示意图。
[0036]图6为本发明实施例单级能量存储释放装置示意图。
[0037]图中，1-1、小带轮；1_2、小带轮轴；2、皮带；3、第二齿轮；4、第三齿轮；5、第三传动轴；6、第四齿轮；7、棘轮；8、储能扭矩弹簧单元；9、内外啮合齿轮组；10、棘爪；11、第三电磁装置；12、第二传动轴；13、惰轮；14、功能转换齿轮；15a、上挡板；15b、下挡板；17、离合器上传动轴；18、第一齿轮；19、包括离合器主体；20、离合器下传动轴；21、大带轮；22、滑动支架；23、扭矩弹簧；24、壳体；25、压缩弹簧;A、传动变速模块；B、分级储能模块；C功能切换模块;M、第一电磁阀开关；N、第二电磁阀开关。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0039]该制动能量循环系统包括能量循环系统装置和能量循环系统的转换方法；
[0040]所述的能量循环系统装置包括:传动变速模块A，分级储能模块B和功能切换模块C。
[0041]所述的传动变速模块A由离合器、变速器和转换器组成；变速器通过离合器与转换器连接；
[0042]所述的分级存储模块B由储能扭矩弹簧单元8、棘轮7、内外啮合齿轮组9、棘爪10组成；内外啮合齿轮组9、储能扭矩弹簧单元8和棘轮7从上至下顺序连接在第三传动轴5上，与棘轮7相对应的有棘爪10 ;所述的储能扭矩弹簧单元8包括有第一储能扭矩弹簧8a、第二储能扭矩弹簧8b、第三储能扭矩弹簧8c和第四储能扭矩弹簧8d，四个储能扭矩弹簧在第三传动轴5上自下而上顺序排列安装；所述的内外啮合齿轮组9包括有第一内外啮合齿轮9a、第二内外啮合齿轮％、第三内外啮合齿轮9c和第四内外啮合齿轮9d，四个内外啮合齿轮与四个储能扭矩弹簧对应连接。
[0043]所述的功能切换模块C由电磁控制器实现。
[0044]所述的由离合器包括离合器上传动轴17、离合器主体19和离合器下传动轴20 ;离合器上传动轴17位于离合器下传动轴20上端，且位于同一轴心，在离合器上传动轴17和离合器下传动轴20上连接离合器主体19。
[0045]所述的变速器包括前端变速器和后端变速器，所述的前端变速器包括小带轮1-1、小带轮轴1-2、皮带2、大带轮21和第一齿轮18 ;小带轮1-1装在小带轮轴1-2上，小带轮I与大带轮21之间连接有皮带2，第一齿轮18和大带轮21连接在离合器下传动轴20上；第一齿轮18和大带轮21之间有离合器主体19。
[0046]所述的后端变速器包括第二齿轮3、第三齿轮4、第三传动轴5、第四齿轮6、第二传动轴12、第三传动轴5 ;第二齿轮3连接在第二传动轴12上，第二齿轮3与第一齿轮18啮合；第三齿轮4和第四齿轮6连接在第三传动轴5上。
[0047]所述的转换器包括上挡板15a、下挡板15b、惰轮13和功能转换齿轮14组成；上挡板15a、功能转换齿轮14和下挡板15b顺序连接在第二传动轴12上，与第四齿轮6啮合有惰轮13，功能转换齿轮14在第二传动轴12上滑动，上端与惰轮13啮合，下端与第三齿轮4啮合。
[0048]所述的电磁控制器包括第三电磁装置11，第一电磁阀开关M，第二电磁阀开关N以及洗衣机控制系统组成。第一电磁阀开关M控制内外啮合齿轮组9的啮合与分离；第二电磁阀开关N控制棘轮棘爪的闭合和放开；第三电磁装置11控制功能转换齿轮14的上位和回位；通过洗衣机控制系统实现三者的协同交替控制。
[0049]所述的能量循环系统的转换方法:利用扭矩弹簧储能元件和功能转换控制，通过传动变速，有效收集做回转运动的家用电器停机制动时耗散的动能，存储于储能装置内，当电机再次启动时释放收集的能量，辅助电机启动，降低电机启动时能量消耗峰值；
[0050](I)回转轴运转状态:洗衣机甩桶正常运转甩干衣物；
[0051](2)停止动力状态:甩桶电机停电，此时开始收集能量；传动变速模块A中离合器主体19闭合，转换轮落下，传动变速模块A开始工作，分级存储模块B中，棘爪7处于卡死状态；
[0052](3)回转轴停转状态:离合器主体19分离使收集能量分离，储能部分处于静止，棘爪7卡死；
[0053](4)待机状态:洗衣机处在漂洗过程中，该系统处于待机状态；
[0054](5)再次启动状态:离合器主体19再次闭合，调整功能转换齿轮14，棘爪7放开，是第三传动轴5倒转，使存储的能量输出；
[0055](6)速度达到极限状态:弹簧能量已释放完全，离合器主体19分离，系统与电机分离，洗衣机用桶正常运转。
[0056]实施例:如图1所示，全自动洗衣机在节能改造后工作流程为:洗衣机制动时，离合器闭合，转换轮在下，弹簧开始扭紧，棘爪卡死；制动完成时，离合器分离，转换轮在下，扭矩弹簧处于储能状态，棘爪卡死；经过待机之后再次启动电机时，离合器闭合，转换轮在上，棘爪松开，弹簧释放能量；转速达到极限需要分离时；离合器分离，转换轮在下，弹簧处于中性状态，棘爪回位。
[0057]如图2和图3所示，本发明实施例全自动洗衣机甩桶的转动直接由电机驱动，设计小带轮1-1，皮带2，大带轮21，将动能外接入系统，由图2中离合器主体19控制剩余动能接入时间。由于洗衣机甩桶在开始制动时运转速度较大，为了避免给系统造成不必要的冲击，损失能量，设计时在能量接入过程中设置减速转换模块A，它主要包括小带轮1-1，皮带2，大带轮21，第一齿轮18，第二齿轮3，第三齿轮4，第四齿轮6，惰轮13，功能转换齿轮14，第一传动轴17，第二传动轴12，第三传动轴5。惰轮13提供能量输出的转向功能。
[0058]图4中功能转换齿轮14的上下移位控制能量输入到第三传动轴5，输出到第一传动轴17。洗衣机甩桶剩余动能输入时，功能转换齿轮14在下位置，动能沿1-1-2-21-20-19-18-17-3-12-14-4-5-8到达分级储能模块B ;能量输出时，功能转换齿轮14上位，储存的能量沿8-5-6-13-14-12-3-17-18-19-20-21-2-1-1输出到外部。此外加入惰轮13的同时改变了对外的做功的传动比，能有效克服在甩桶再次开始启动时的较大的静摩擦力。
[0059]图2中，分级储能模块，将洗衣机甩桶剩余动能转变为扭矩弹簧弹性势能。全自动洗衣机的根据洗衣物的多少，控制不同的进水量，一般的全自动洗衣机会根据衣物重量划分少、低、中、高四个档位。因此为了能更精准地控制能量收集，在储能模块B中设置四个不同梯度的储能扭矩弹簧单元8，即图2中(1、I1、II1、IV)等级。对应少、低、中、高四个档位，扭矩弹簧单元逐级增大收集规格。全自动洗衣机在工作开始时已经自动选择档位，对应该系统中相应梯度弹簧单元也已经配合完成。在选取弹簧时，通过计算，充分考虑到最大存储量，在弹簧扭曲储能效率最高的范围内选取最优规格的扭矩弹簧。
[0060]如图4所示，本发明实施例全自动洗衣机改造后的转换装置中，功能转换齿轮14的上下移动通过电磁力和自身重力共同来实现。在轴的上下两端套入并固定两个挡板15a，15b，在上挡板15a上固定一第三电磁装置11，通过控制电磁铁电源的接通与断开，第三电磁装置11的吸引力拉动功能转换齿轮14的向上运动。需要功能转换齿轮14向下运动时，依靠其自身重力即可落到下端。电信号的输入，由全自动洗衣机电路控制系统输出。功能转换齿轮14移动过程中的精准轴向定位通过合理设计轴的尺寸确定。
[0061]如图4所示，本发明实施例全自动洗衣机安装此装置中的单级储能装置通过内外啮合齿轮组9的啮合与分离，实现每一级弹簧的“能量输入一储能一能量释放”的工作流程。需要啮合使用本级弹簧时，图中第一电磁阀开关M接通，压缩弹簧25向上弹出，使壳体24相对运动，达到内外齿轮啮合的目的；需要分离时，第一电磁阀开关M通过电磁力使压缩弹簧25压缩，壳体24反向运动，达到分离的目的。在洗衣机开始工作时，根据档位不同，相对应级次的储能扭矩弹簧单元中的内外齿轮随即啮合，在整个洗衣过程中不再分离，直到洗衣结束，对应分离，处于停滞状态，以备下次洗衣重新选择。
[0062]以全自动洗衣机为应用平台，提出了一种回转类家电的制动辅助启动能量循环系统。利用扭矩弹簧储能元件和功能转换控制，通过传动变速，有效收集全自动洗衣机甩干后的制动能量，当电机再次启动时释放收集的这部分能量，辅助电机启动，从而降低电机启动时能量消耗峰值。
[0063]本发明实施例全自动洗衣机“甩干一漂洗一再甩干”过程中，需要在漂洗时使内齿轮卡死，以保证扭矩弹簧能量不流失，这需要第二电磁阀开关N的控制。在第三传动轴5上设置一个棘轮7棘爪10机构，配合第二电磁阀开关N控制，使得第三传动轴5在能量输入结束时能准确卡死，保证能量不流失。在需要势能释放时，电磁阀开关接通使棘爪10抬起，第三传动轴5在弹簧弹力作用下反转对外做功。系统所需要的第二电磁阀开关N由不同的功能的电磁开关改装而成。
[0064]本系统通过传动变速模块A实现减速增扭的功能。传动变速模块A中，能量输入和输出功能的切换是靠一个竖直放置的功能转换齿轮14来实现。功能转换齿轮14的工作位置由电磁力来控制:当电磁控制装置断电，功能转换齿轮14依靠自身重力回落，进入能量收集状态，通过棘轮机构实现能量的存储；当电磁控制装置通电，功能转换齿轮14上位，进入系统能量回流状态。
[0065]在能量输入时采用小带轮1-1，皮带2，大带轮21引入配合离合器主体19控制，离合器主体19将家用电器电机的输出端与本系统的传动变速和功能切换模块相连。
[0066]采用储能扭矩弹簧单元8作为储能载体，并且应用了分级储能的策略。
[0067]棘轮7棘爪10机构以及功能转换齿轮14的控制通过电磁控制，接入电磁控制模块C。
【权利要求】
1.一种回转类家电制动辅助启动能量循环系统，其特征在于:该能量循环系统的装置包括:传动变速模块(A)，分级储能模块(B)和功能切换模块(C)； 所述的传动变速模块(A)由离合器、变速器和转换器组成；变速器通过离合器与转换器连接； 所述的分级存储模块(B)由储能扭矩弹簧单元(8)、棘轮(7)、内外啮合齿轮组(9)、棘爪(10 )组成；内外啮合齿轮组(9 )，储能扭矩弹簧单元(8 )和棘轮(7 )从上至下顺序连接在第三传动轴(5 )上，与棘轮(7 )相对应的有棘爪(10 ); 所述的功能切换模块(C)由电磁控制器实现。
2.根据权利要求1所述的回转类家电制动辅助启动能量循环系统，其特征在于:所述的离合器包括离合器上传动轴(17)、离合器主体(19 )和离合器下传动轴(20 );离合器上传动轴(17)位于离合器下传动轴(20)上端，且位于同一轴心，在离合器上传动轴(17)和离合器下传动轴(20 )上连接离合器主体(19 )。
3.根据权利要求1所述的回转类家电制动辅助启动能量循环系统，其特征在于:所述的变速器包括前端变速器和后端变速器，所述的前端变速器包括小带轮(1-1)、小带轮轴(1-2)、皮带(2)，大带轮(21)，第一齿轮(18);小带轮(1-1)装在小带轮轴(1-2)上，小带轮(1-1)与大带轮(21)之间连接有皮带(2)，第一齿轮(18)和大带轮(21)连接在离合器下传动轴(20)上；第一齿轮(18)和大带轮(21)之间有离合器主体(19)； 所述的后端变速器包括第二齿轮(3 )、第三齿轮(4 )、第三传动轴(5 )、第四齿轮(6 )、第二传动轴12、第二传动轴(12)、第三传动轴(5);第二齿轮(3)连接在第二传动轴(12)上，第二齿轮(3)与第一齿轮(18)啮合；第三齿轮(4)和第四齿轮(6)连接在第三传动轴(5)上。
4.根据权利要求1所述的回转类家电制动辅助启动能量循环系统，其特征在于:所述的转换器包括上挡板(15a)、下挡板(15b)、惰轮(13)和功能转换齿轮(14)组成；上挡板(15a)、功能转换齿轮(14)和下挡板(15b)顺序连接在第二传动轴(12)上，与第四齿轮(6)啮合有惰轮(13)，功能转换齿轮(14)可在第二传动轴(12)上滑动，上端与惰轮(13)啮合，下端与第三齿轮(4)啮合。
5.根据权利要求1所述的回转类家电制动辅助启动能量循环系统，其特征在于:所述的电磁控制器包括第一电磁阀开关(M)，第二电磁阀开关(N)，第三电磁装置(11)以及洗衣机控制系统；第一电磁阀开关(M)控制内外啮合齿轮组(9)的啮合与分离；第二电磁阀开关(N)控制棘轮棘爪的闭合和放开；第三电磁装置(11)控制功能转换齿轮(14)的上位和回位；通过洗衣机控制系统实现三者的协同交替控制。
6.根据权利要求1所述的回转类家电制动辅助启动能量循环系统的方法，其特征在于:所述的能量循环系统的转换方法:利用扭矩弹簧储能元件和功能转换控制，通过传动变速，有效收集做回转运动的家用电器停机制动时耗散的动能，存储于储能装置内，当电机再次启动时释放收集的能量，辅助电机启动，降低电机启动时能量消耗峰值； Cl)回转轴运转状态:洗衣机甩桶正常运转甩干衣物； (2)停止动力状态:甩桶电机停电，此时开始收集能量。
7.传动变速模块(A)中离合器主体(19)闭合，转换轮落下，传动变速模块(A)开始工作，分级存储模块(B)中，棘爪(7)处于卡死状态； (3)回转轴停转状态:离合器主体(19)分离使收集能量分离，储能部分处于静止，棘爪(7)卡死； (4)待机状态:洗衣机处在漂洗过程中，该系统处于待机状态； (5)再次启动状态:离合器主体(19)再次闭合，调整功能转换齿轮(14)，棘爪(7)放开，是第三传动轴(5)倒转，使存储的能量输出； (6)速度达到极限状态:弹簧能量已释放完全，离合器主体(19)分离，系统与电机分离，洗衣机用桶正常运转。
【文档编号】F03G7/08GK104481829SQ201410584437
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】陶庆, 王健, 王聪, 赖伟, 刘建阳, 顾范君 申请人:中国矿业大学