飞轮动能回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种飞轮动能回收系统，包括，输入输出轴、行星齿轮部件、中间轴、两档变速部件、飞轮轴、飞轮、构架、壳体、微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源，在微控制器的控制下，通过对齿圈外圈轮锁定部件、同步轮执行器和调速电机的操作，实现行星齿轮部件和两档变速部件的传动转速比的调节功能，从而实现本发明专利技术飞轮动能回收系统的能量蓄入、能量保持或能量释放功能。

【技术实现步骤摘要】
飞轮动能回收系统
本专利技术涉及一种动能回收系统，特别涉及一种飞轮蓄能式动能回收系统。
技术介绍
飞轮是蓄存能量和调节速度的公知装置。在包括汽车在内的车辆上，大的飞轮典型地安装到曲轴上。飞轮惯性起到消除内部燃烧过程的脉冲属性并防止速度波动传递到变速器及动力传动系统的气体部件上的作用。飞轮的其他用途也是公知的。例如，飞轮用于调节电网频率。当需要的电力高时，发电机速度降低，引起供给的AC电力的频率的降低。在峰值需求，飞轮系统可以提供功率，降低发电机上的负载。这将发电机的速度保持增加并且维持了AC电力的频率。另外，基于飞轮的辅助动力单元(APU)可以在电力设备应用中使用。在医院，如果失去电网电力，则基于飞轮的APU可用于提供紧急电力以桥接电网电力损失与发电机启动资金的缺口。类似的，在断电面前，紧急的计算机系统可以是保持供电。一种叫做动能回收系统(KERS)的飞轮系统在被应用在世界一级方程式锦标赛(F1)竞技比赛的车辆中，例如，通过回收否则在制动中被浪费的能量，KERS可以在一定的时间内提供额外一定的能量。一种公知的系统由英国Flybrid提供，该系统通常包括飞轮模块、无极变速箱模块、传动机构和输入输出传动轴，系统提供60KW并且可以在飞轮中储存最高速度为60000RPM的400KJ的动能。在该系统中，其中的无极变速器模块为由英国Tortrak公司专利技术的无限变速式无极变速器(IVT)。由传统的变速器提供的传动比的范围会比输入输出传动轴与飞轮之间速度比的期望范围小，所以如何解决输入输出传动轴和飞轮之间的速度比的大比例调节的问题，是飞轮动能回收系统的亟待解决的问题。需要一种飞轮动能回收系统，其包括输入输出传动轴和飞轮之间的变速器。本专利技术满足该需求。
技术实现思路
一种飞轮动能回收系统，包括，输入输出轴、行星齿轮部件、中间轴、两档变速部件、飞轮轴、飞轮、构架、壳体、微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源，其中微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源连接。输入输出轴、中间轴和飞轮轴的轴心线处于重合状态，输入输出轴、中间轴和飞轮轴依据前中后循序的位置关系放置，输入输出轴、中间轴和飞轮轴通过轴承放置在构架上及壳体内，其中输入输出轴一端延伸出壳体，用于实现动能的输入或输出功能。行星齿轮部件包括行星轮架、行星轮、中心轮、齿圈、蜗杆齿轮轴、调速电机、齿圈外圈轮、齿圈外圈轮锁定部件，其中齿圈外圈轮锁定部件和调速电机与微控制器及电源连接；在行星齿轮部件中，行星轮架固定在输入输出轴的末端，行星轮通过行星轮轴固定在行星轮架上，中心轮放置在行星轮的中间位置，中心轮固定在中间轴的前端，齿圈放置在行星轮的外缘，齿圈外圈轮放置在齿圈的外围，蜗杆齿轮轴和调速电机横放在齿圈和齿圈外圈轮之间，蜗杆齿轮轴与调速电机连接齿圈和齿圈外圈轮，蜗杆齿轮轴上的蜗杆齿轮与齿圈外缘的蜗轮齿处于啮合状态；齿圈外圈轮锁定部件放置在齿圈外圈轮上，其一端固定在壳体上；齿圈外圈轮锁定部件使用卡钳对齿圈外圈轮实施操作，其工作方式有以下三种：分离操作；锁定操作；频点制动操作，频点制动操作类似于汽车中刹车防抱死系统(ABS)的工作模式，当实施频点制动操作时，其制动的时长和制动的频率均由微控制器控制。在微控制器的控制下，行星齿轮部件中的蜗杆齿轮轴、调速电机、齿圈外圈轮和齿圈外圈轮锁定部件通过调速电机和齿圈外圈轮锁定部件的工作，并作用于蜗杆齿轮轴，可以实现对齿圈的转速限制功能，进一步的，可以实现对行星齿轮部件传动比的调节功能；在微控制器的控制下，齿圈外圈轮锁定部件对齿圈外圈轮实施锁定操作后，且调速电机处于停止工作状态时，行星齿轮部件依据其结构，从其前端输入输出轴至后端中间轴的传动为升速传动，其转速比为2～10倍之间，优选的，转速比为5倍；在微控制器的控制下，通过调速电机及齿圈外圈轮锁定部件对齿圈实施转速限制操作后，可以实现行星齿轮部件在其固定传动比范围内实施传动比的调节功能，依据齿圈的转动速度值，从其前端输入输出轴至后端中间轴转速比的调节范围为0～2与0～10之间，优选的，转速比的调节范围为0～5之间；在微控制器的控制下，当齿圈外圈轮锁定部件对齿圈外圈轮实施分离操作时，行星齿轮部件的前端输入输出轴与后端中间轴之间的转动互不干涉。两档变速部件由前级齿轮、动能释放齿轮、动能输入齿轮、同步轮和同步轮执行器组成，其中同步轮执行器与微控制器及电源连接；前级齿轮中的内轮固定在中间轴上，前级齿轮的外轮、动能释放齿轮的外轮和动能输入齿轮的外轮固定在变速齿轮轴上，动能释放齿轮的内轮通过轴承套放在中间轴的末端，动能输入齿轮的内轮通过轴承套放在飞轮轴上，动能释放齿轮内轮和动能输入齿轮内轮相向一侧有同步齿环，变速齿轮轴通过轴承放置在构架上；同步轮固定在飞轮轴的前端，并放置在动能释放齿轮内轮和动能输入齿轮内轮的之间，同步轮的两侧有同步齿环和同步环，在微控制器的控制和同步轮执行器的操作下，同步轮可以在飞轮轴上前后位移，并使同步轮啮合于动能释放齿轮的内轮或啮合于动能输入齿轮的内轮，实现两档传动和变速功能；依据两档变速部件的结构，在同步轮啮合动能输入齿轮的内轮时，从前端中间轴至后端飞轮轴的传动为升速传动，其转速比为25～10倍之间，优选的，其转速比为20倍；在同步轮啮合动能释放齿轮的内轮时，从前端飞轮轴至后端中间轴的传动为降速传动，其转速比为0.1～0.8之间，优选的，其转速比为0.5。在微控制器的控制和同步轮执行器的操作下，当同步轮处于动能释放齿轮内轮和动能输入齿轮内轮两者的中间位置，且并未与两者中的任意一者啮合时，此时，两档变速部件处于“空档”状态；飞轮固定在飞轮轴的末端，飞轮可以以飞轮轴轴心旋转，用于储蓄动能；飞轮由金属和其他复合材料制成。壳体分割组成两个独立腔室，分别为第一腔室和第二腔室，第一腔室用于放置飞轮，第二腔室用于放置行星齿轮部件和两档变速部件；第一腔室为真空腔室或半真空腔室。以下内容表述本系统动能回收操作方法：1.能量蓄入操作：当系统响应需要动能蓄入的外部请求，且动能从输入输出轴处输入时，在微控制器的控制下，通过同步轮执行器对同步轮实施啮合于动能输入齿轮内轮的操作，通过输入输出轴转速传感器、齿圈轮转速传感器和飞轮轴转速传感器，分别获取输出输出轴转速值、齿圈轮转速值和飞轮轴转速值，微控制器计算获取在输入输出轴及飞轮对应转速下行星齿轮部件的传动比值，通过对齿圈外圈轮锁定部件和调速电机的操作，使齿圈的转动符合需要的转动速度值，实现行星齿轮部件的传动符合需要的传动比值，此时，从输入输出轴处输入的动能经由行星齿轮部件、中间轴、两档变速部件和飞轮轴，传递到飞轮处，使飞轮转动，从而实现飞轮能量的蓄入操作；2.能量保持操作：微控制器通过齿圈外圈轮锁定部件对齿圈外圈轮实施分离操作，并使调速电机处于关闭状态后，通过同步轮执行器对同步轮的操作，实现两档变速部件处于“空档”状态；此时，动能在两档变速部件处的中断传递，那么无论输入输出轴的转速增加还是减少，都无法对飞轮的转动产生影响，此时，飞轮的转动仅收到自身和与其连接的机械部件的摩擦阻力影响，其转动得以持续，实现飞轮能量的保持功能；3.能量释放操作：当系统响应需要动能释放的外部请求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动能回收系统，其特征在于，包括，输入输出轴、行星齿轮部件、中间轴、两档变速部件、飞轮轴、飞轮、构架、壳体、微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源，其中微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源连接。

【技术特征摘要】
1.一种动能回收系统，其特征在于，包括，输入输出轴、行星齿轮部件、中间轴、两档变速部件、飞轮轴、飞轮、构架、壳体、微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源，其中微控制器、输入输出轴转速传感器、行星齿轮部件齿圈转速传感器、飞轮轴转速传感器和电源连接。2.根据权利要求1所述的动能回收系统，其特征在于，所述输入输出轴、中间轴和飞轮轴的轴心线处于重合状态，输入输出轴、中间轴和飞轮轴依据前中后循序的位置关系放置，输入输出轴、中间轴和飞轮轴通过轴承放置在构架上及壳体内，输入输出轴一端延伸出壳体，用于实现动能的输入或输出功能。3.根据权利要求1所述的动能回收系统，其特征在于，所述行星齿轮部件包括行星轮架、行星轮、中心轮、齿圈、蜗杆齿轮轴、调速电机、齿圈外圈轮、齿圈外圈轮锁定部件，其中齿圈外圈轮锁定部件和调速电机与微控制器及电源连接；在行星齿轮部件中，行星轮架固定在输入输出轴的末端，行星轮通过行星轮轴固定在行星轮架上，中心轮放置在行星轮的中间位置，中心轮固定在中间轴的前端，齿圈放置在行星轮的外缘，齿圈外圈轮放置在齿圈的外围，蜗杆齿轮轴和调速电机横放在齿圈和齿圈外圈轮之间，蜗杆齿轮轴与调速电机连接齿圈和齿圈外圈轮，蜗杆齿轮轴上的蜗杆齿轮与齿圈外缘的蜗轮齿处于啮合状态。4.根据权利要求1和3所述的动能回收系统，其特征在于，所述齿圈外圈轮锁定部件放置在齿圈外圈轮上，其一端固定在壳体上；齿圈外圈轮锁定部件使用卡钳对齿圈外圈轮实施操作，其工作方式有以下三种：分离操作；锁定操作；频点制动操作。5.根据权利要求1至4所述的动能回收系统，其特征在于，在微控制器的控制下，齿圈外圈轮锁定部件对齿圈外圈轮实施锁定操作后，且调速电机处于停止工作状态时，行星齿轮部件依据其结构，从其前端输入输出轴至后端中间轴的传动为升速传动，其转速比为2～10倍之间，优选的，转速比为5倍；在微控制器的控制下，通过调速电机及齿圈外圈轮锁定部件对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国伟，
申请(专利权)人：王国伟，
类型：发明
国别省市：浙江,33