[发明专利]转轴蓄能器

说明书

所属技术领域

本发明涉及机械领域，具体地，是一种具有飞轮作用的转轴蓄能装置。

背景技术

在机械传动领域，飞轮是一种常见零件，它是安装在机器转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当机器转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来，从而可以用来减少机械运转过程的速度波动。

对于目前的飞轮，一般采用铁块制成，因此，欲调节飞轮的转动惯量，亦即调节飞轮的蓄能能力，只能只能增加或减小飞轮的重量，亦即增加或减少飞轮的体积，这就造成了两点不便之处：其一，飞轮的装配较为麻烦，费时费力；其二，当需要较大的蓄能效果时，飞轮的体积势必将很大，将会影响到机械设备的其它结构。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种转轴蓄能器，该转轴蓄能器不仅可以有效地减少转轴在机械运转过程中的速度波动，并且在一次安装后可以方便地调节自身的蓄能能力，从而解决了装配问题和体积问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该转轴蓄能器包括直流电机、可调式超级电容，所述直流电机的轴端设有用于连接机器转轴的联轴器，所述可调式超级电容与所述直流电机的电力输入端电气连接。

作为优选，所述超级电容与所述直流电机一体式装配，所述超级电容固定于所述直流电机的机壳外侧。

作为优选，所述超级电容还并联至少一个滤波电容，以较小所述超级电容上的电压波动。

本发明的有益效果在于：该转轴蓄能器通过直流电机轴端的联轴器与机器转轴相连结后，当机器运转稳定时，直流电机内线圈的感生电动势与超级电容的电压相平衡，直流电机内线圈与超级电容构成的回路等同于断路，当机器转轴转速增高时，直流电机内线圈的感生电动势增加，超过超级电容的电压，从而给超级电容充电蓄能，从而将转轴的动能转化为超级电容的电能，当转轴转速降低时，直流电机内线圈的感生电动势降低，低于超级电容的电压，超级电容向直流电机释放能量，从而将超级电容的电能转化为转轴的动能，如此，即可有效地减少机器转轴在机械运转过程中的速度波动。并且，由于超级电容为可调式，因此可以随意调节超级电容的电容值，从而方便地改变其蓄能能力，从而解决了背景技术中的装配问题和体积问题。

附图说明

图1是本转轴蓄能器的结构示意图。

图2是机器转轴增速时，直流电机内部线圈与超级电容之间的电流示意图。

图3是机器转轴稳定转动时，直流电机内部线圈与超级电容之间的电流示意图。

图4是机器转轴降速时，直流电机内部线圈与超级电容之间的电流示意图。

具体实施方式

在图1所示实施例中，该转轴蓄能器包括直流电机1、可调式超级电容3，所述直流电机1的轴端设有用于连接机器转轴的联轴器2，所述可调式超级电容3与所述直流电机1的电力输入端电气连接，所述超级电容3还与至少一个滤波电容相并联(未图示)。

对于所述的直流电机1，可采用永磁体式直流电机，设直流电机1内部平均磁感应强度为5T，单匝线圈所围面积为15cm*10cm＝0.015m²，取100匝，则总面积为1.5m²，设转速为1200r/min，即20r/s，则线圈的总感应电动势为5*1.5*20*2V/1.414＝212V，则对于所述超级电容3，其击穿电压应高于212V，此处，由于蓄能器的蓄能能力没有必要精确，因此在感生电动势的计算过程中，只取其有效值，一般而言，超级电容3的击穿电压应在转轴最大转速所输出的感生电动势的2倍左右。

下面分析该转轴蓄能器的工作原理：

该转轴蓄能器通过直流电机1轴端的联轴器2与机器转轴相连结，且所述直流电机1电力端通过电刷12与所述超级电容3电气连接，当机器运转稳定时，如图3所示，直流电机内线圈11的感生电动势与超级电容3的电压相平衡，直流电机内线圈11与超级电容3构成的回路等同于断路；

当机器转轴转速增高时，如图2所示，直流电机内线圈11的感生电动势增加，超过超级电容3的电压，则在由所述线圈11和超级电容构成的回路中，其电流方向由图2中箭头所示，所述线圈11给所述超级电容3充电蓄能，依据能量守恒定理，转轴的动能(即转速)必然下降。

当转轴转速降低时，如图4所示，直流电机内线圈11的感生电动势降低，低于超级电容3的电压，则在由所述线圈11和超级电容构成的回路中，其电流方向由图4中箭头所示，所述超级电容3给所述线圈11释放电能，依据楞次定律或者能量守恒定理，均可知，该电流将转化为转轴的动能，从而使转轴增速。

按照上述的工作过程，该转轴蓄能器即可有效地减少机器转轴在机械运转过程中的速度波动。并且，由于超级电容3为可调式，因此可以随意调节超级电容3的电容值，从而方便地改变其蓄能能力，从而解决了背景技术中的装配问题和体积问题。