转动惯量连续可调的旋转飞轮的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及惯性飞轮技术领域，具体涉及到一种转动惯量连续可调的旋转飞 轮。
【背景技术】
[0002] 飞轮是一种旋转机械结构，有着广泛的应用背景。例如在不间断电源设备、风力发 电涡轮机等领域，飞轮可以用来做储能装置，将其他形式的能量储存为动能。在内燃机、交 流发电机等领域，飞轮可作为平滑角速度波动的装置。理论上来讲，飞轮存储的动能正比于 角速度的平方和转动惯量；因此，改变飞轮的储能可以通过改变飞轮的角速度或改变转动 惯量来完成。为了在保持角速度不变的情况下实现飞轮与负载的连续过渡，实际应用中常 常通过改变飞轮的转动惯量来实时调节飞轮的储能。
[0003] 目前改变飞轮转动惯量的方法通常有以下几种：通过改变连接在飞轮主体上的 滑块与转轴之间的距离、通过控制飞轮中液体的多少改变飞轮的质量、通过改变飞轮的形 状、或通过复杂的齿轮机构等等。但相对而言现有技术的各方案产品结构复杂，调节控制难 度大，调节范围有限且很难实现精确调节。 【实用新型内容】
[0004] 为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种结构简单的转动惯量连 续可调的旋转飞轮，通过可调节与转轴之间角度的若干臂梁来调节飞轮的转动惯量。
[0005] 在本实用新型的技术方案中，提供了一种转动惯量连续可调的旋转飞轮，其特征 在于，所述旋转飞轮包括：中心轴、多个臂梁和两个连接装置；其中，所述两个连接装置分 别连接各个所述臂梁的两端，所述两个连接装置同轴放置且安装在所述中心轴上；多个所 述臂梁相对所述中心轴可旋转设置，每个所述臂梁具有一定范围内的自由弯折角度，所述 臂梁的不同弯折角度对应所述两个连接装置之间的不同距离。
[0006] 优选地，每个所述臂梁包括两个柱/条状物实体，两所述实体通过转动副连接，所 述臂梁的弯折角度为两所述实体之间的夹角。
[0007] 优选地，两所述实体之间的夹角变小时，所述转动副远离或靠近所述中心轴。
[0008] 优选地，每个所述连接装置包括主体和一个轴承，所述臂梁的一端通过旋转副连 接到所述主体，所述中心轴与所述轴承连接。
[0009] 优选地，所述中心轴为滑杆，所述两个连接装置中的一个固定安装在所述滑杆的 一端，另一个通过套管套接在所述滑杆上并可沿所述滑杆滑动。
[0010] 优选地，所述中心轴为作动器，所述作动器为可伸缩结构；所述作动器放置在所述 飞轮内部，所述作动器的两端分别与所述两个连接装置固定连接。
[0011] 优选地，所述可伸缩结构为可相对滑动的套筒与活动杆的结构。
[0012] 优选地，所述转动副或所述旋转副包括至少一个同轴连接的空心圆柱体，所述空 心圆柱体中穿设有作为转动轴的铆钉。
[0013] 优选地，所述旋转飞轮与位置控制伺服系统相耦接，所述位置控制伺服系统向所 述旋转飞轮输出位置控制信号，以使所述旋转飞轮的受控部件到达预期的实际位置。
[0014] 优选地，所述一定范围内的自由弯折角度为0~180°。
[0015] 基于本实用新型的技术方案，每个臂梁与转轴之间构成一定角度，飞轮的转动惯 量由这一角度决定；因此通过改变这一角度，即可改变飞轮的转动惯量。进一步根据本实用 新型的机械结构，改变两个连接装置间的距离即可改变臂梁与转轴之间角度的大小，而连 接装置的距离又是实时且连续可调的。因此，本实用新型可通过控制两个连接装置间的距 离来实现控制飞轮转动惯量连续可调的目的，其结构简单，既适用于大范围的改变飞轮的 转动惯量的情形，也适用于小范围改变飞轮转动惯量的情形。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
[0017] 图1为本实用新型实施例1中旋转飞轮的结构示意图；
[0018] 图2为本实用新型实施例1中臂梁的细节结构示意图；
[0019] 图3为本实用新型实施例1中连接装置的细节结构示意图；
[0020] 图4为本实用新型实施例1理论分析的抽象结构示意图；
[0021] 图5为本实用新型的优选实施例中耦接位置控制伺服系统的示意图；
[0022] 图6为本实用新型实施例2中旋转飞轮的结构示意图；
[0023] 图7为本实用新型实施例2理论分析的抽象结构示意图；
[0024] 图8为本实用新型实施例3中旋转飞轮的结构示意图；
[0025] 图9为本实用新型实施例4中旋转飞轮的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型实施方式作进一步地详细描述。
[0027] 本实用新型提供一种以新方式实现改变飞轮转动惯量的技术方案。采用本实用新 型实施例所设计的产品结构简单，既适用于大范围的改变飞轮的转动惯量的情形，也适用 于小范围改变飞轮转动惯量的情形。
[0028] 实施例1:
[0029] 在本实用新型的实施例中，一个转动惯量连续可调的旋转飞轮包括：中心轴、多个 臂梁2和两个连接装置1;其中，两个连接装置1分别连接各个臂梁2的两端，两个连接装置 1同轴放置且安装在所述中心轴上；多个臂梁2可同时绕中心轴旋转，每个臂梁2可在一定 角度范围内自由弯折并由此改变两个连接装置1之间的距离。参见图1，在本实用新型的实 施例1中，旋转飞轮包括6个臂梁2,每个臂梁2包括两个长方体21、22,两长方体21、22通 过转动副连接，两长方体之间可在一定角度范围内自由弯折。优选每个臂梁的两长方体所 在平面与中心轴平行，更优选地中心轴通过该平面，即各个臂梁所在的多个平面相交于中 心轴处。在图1中，臂梁弯折时转动副远离中心轴，臂梁弯折角度即两长方体间夹角范围为 0~180°。此外，显然臂梁采用圆柱体或其他形式的柱/条状物实体均可适用于本实用新 型，臂梁的个数不限，多个臂梁的间隔均匀或不均匀设置均可。因而此处的文字及附图描述 仅作为示例的实施例，不应理解为对本实用新型技术方案的具体限制。
[0030] 进一步参见图2,连接每个臂梁两长方体21、22的转动副221由至少一个（图2中 优选为三个）同轴连接的空心圆柱体组成，一铆钉23作为转动轴穿过圆柱体。两长方体21、 22的另一端通过旋转副连接各连接装置，旋转副与转动副结构相似，同样由至少一个（图2 中优选为三个）同轴连接的空心圆柱体组成。本领域技术人员应能理解，旋转副/转动副 的结构并不局限于图2所示，其他可连接两物体端部并可在一定范围内绕轴旋转的活动连 接件均可适用于本实用新型，因而此处不应理解为对本实用新型旋转副/转动副结构的具 体限制。再参见图3,连接装置1包括主体11和一个轴承13,臂梁通过旋转副连接到主体 11，中心轴与轴承13连接。连接装置优选为均匀的板状或块状物，实施例1中为多边形板 状，两个连接装置所在的平面相互平行且与中心轴垂直。
[0031] 在本实用新型的实施例1中，中心轴为滑杆4,两个连接装置1的其中一个固定安 装在滑杆4的一端，另一个通过套管3套接在滑杆4上并可沿滑杆4滑动。具体地，如图1 所示，套管3与一个连接装置的轴承13的内圈旋紧，滑杆4穿过套管3并与另一连接装置 的轴承13的内圈旋紧。旋转飞轮工作时，滑杆4和套管3并不随飞轮旋转而旋转；臂梁的 弯折角度改变，套管3可以沿滑杆4直线滑动，从而改变两个连接装置间距离。在飞轮运行 过程中，既可固定滑杆4并控制套管3的运动亦可固定套管3控制滑杆4的运动。
[0032] 下面对实施例1的实现原理做理论分析，结合图2以及图4的抽象示意图，对于每 个臂梁，m代表每一长方体的质量，1为连接装置连接点到旋转中心的距离，L、W和T分别代 表长方体的长、宽和厚度，角度0为长方体与旋转轴方向的夹角。如果忽略转动副的转动 惯量，则臂梁的转动惯量可以表示为
【主权项】
1. 一种转动惯量连续可调的旋转飞轮，其特征在于，所述旋转飞轮包括：中心轴、多个 臂梁和两个连接装置；其中， 所述两个连接装置分别连接各个所述臂梁的两端，所述两个连接装置同轴放置且安装 在所述中心轴上； 多个所述臂梁相对所述中心轴可旋转设置，每个所述臂梁具有一定范围内的自由弯折 角度，所述臂梁的不同弯折角度对应所述两个连接装置之间的不同距离。
2. 如权利要求1所述的旋转飞轮，其特征在于，每个所述臂梁包括两个柱/条状物实 体，两所述实体通过转动副连接，所述臂梁的弯折角度为两所述实体之间的夹角。
3. 如权利要求2所述的旋转飞轮，其特征在于，两所述实体之间的夹角变小时，所述转 动副远离或靠近所述中心轴。
4. 如权利要求1所述的旋转飞轮，其特征在于，每个所述连接装置包括主体和一个轴 承，所述臂梁的一端通过旋转副连接到所述主体，所述中心轴与所述轴承连接。
5. 如权利要求1所述的旋转飞轮，其特征在于，所述中心轴为滑杆，所述两个连接装置 中的一个固定安装在所述滑杆的一端，另一个通过套管套接在所述滑杆上并可沿所述滑杆 滑动。
6. 如权利要求1所述的旋转飞轮，其特征在于，所述中心轴为作动器，所述作动器为可 伸缩结构；所述作动器放置在所述飞轮内部，所述作动器的两端分别与所述两个连接装置 固定连接。
7. 如权利要求6所述的旋转飞轮，其特征在于，所述可伸缩结构为可相对滑动的套筒 与活动杆的结构。
8. 如权利要求2-4中任一项所述的旋转飞轮，其特征在于，所述转动副或所述旋转副 包括至少一个同轴连接的空心圆柱体，所述空心圆柱体中穿设有作为转动轴的铆钉。
9. 如权利要求1所述的旋转飞轮，其特征在于，所述旋转飞轮与位置控制伺服系统相 耦接，所述位置控制伺服系统向所述旋转飞轮输出位置控制信号，以使所述旋转飞轮的受 控部件到达预期的实际位置。
10. 如权利要求1所述的旋转飞轮，其特征在于，所述一定范围内的自由弯折角度为 0 ~180。。
【专利摘要】本实用新型涉及惯性飞轮技术领域，公开了一种转动惯量连续可调的旋转飞轮，包括：中心轴、多个臂梁和两个连接装置；其中，两个连接装置分别连接各个臂梁的两端，两个连接装置同轴放置且安装在所述中心轴上；多个臂梁相对中心轴可旋转设置，每个臂梁具有一定范围内的自由弯折角度，臂梁的不同弯折角度对应两个连接装置之间的不同距离。本实用新型中，通过调节两个连接装置的距离，可以改变两个实体与转轴之间的角度，从而改变飞轮的转动惯量，其结构简单，适用范围广。
【IPC分类】F16F15-31
【公开号】CN204493579
【申请号】CN201520132904
【发明人】陈志强, 胡银龙
【申请人】香港大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月9日