[发明专利]一种飞轮涡轮储能制动装置

摘要

本发明公开了一种飞轮涡轮储能制动装置，其包括，控制单元、主功率单元、驱动隔离单元以及采样部件，驱动隔离单元与所述控制单元和主功率单元相连接，实现强电信号与弱电信号的光电隔离，避免强电电路的尖峰对弱电控制电路的干扰；采样部件与所述控制单元和主功率单元相连接，包括电流采样部件和电压采样部件，实现对交流电压和交流电流的采样。本发明对变频器带电机运行过程中由于电机发电而引起的能量回馈进行了有效的控制，从而达到抑制了母线电压的升高，进一步避免了母线电压过高而引起变频器过压故障停机的情况。

主权项

一种飞轮涡轮储能制动装置，其特征在于：包括，控制单元(100)，其包括能够对控制量进行计算的数字处理部件(101)和能够对逻辑信号量进行处理的逻辑处理部件(102)；主功率单元(200)，其包括软启动部件(201)和功率部件(202)，所述软启动部件(201)使电压由零稳定升至额定电流，保证电机系统(M)平滑的运行，所述功率部件(202)完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大；驱动隔离单元(300)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，实现强电信号与弱电信号的光电隔离，避免强电电路的尖峰对弱电控制电路的干扰；以及，采样部件(400)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，包括电流采样部件(401)和电压采样部件(402)，实现对交流电压和交流电流的采样；所述飞轮涡轮储能制动装置与所述电机系统(M)相连接，通过电机系统(M)的交流调速从而实现空间矢量脉宽调制，其中，实现空间矢量脉宽调制的方法包括，判断参考电压矢量所在的扇区；计算合成所需的各个空间电压矢量的作用时间；与三角载波进行比较得出三相脉宽调制信号，输入逻辑处理部件(102)进行处理；所述电机系统(M)通过驱动器(S1)与交流电源(S2)连接，其包括异步电机(700)、飞轮组件(800)和涡轮制动组件(900)；所述异步电机(700)并联于驱动器(S1)的直流母线上，异步电机(700)包含电机轴(701)；所述涡轮制动组件(900)包含定子部(901)和转子部(902)，所述转子部(902)与定子部(901)同轴设置，且转子部(902)能相对定子部(901)旋转运动，在定子部(901)通电的情况下，转子部(902)在定子部(901)附近旋转时，转子部(902)会产出电涡流形成阻碍力；所述飞轮组件(800)和涡轮制动组件(900)的转子部(902)与电机轴(701)连接，伺服转台制动过程引起驱动器(S1)的直流母线电压上升，上升的电压驱动异步电机(700)的电机轴(701)转动，电机轴(701)带动飞轮组件(800)旋转，制动产出的一部分电能便转化为飞轮组件(800)旋转的动能，当伺服转台恢复正常驱动状态时，驱动器(S1)的直流母线电压下降，异步电机(700)转速下降，飞轮组件(800)由于惯性作用带动电机轴(701)继续高速旋转，异步电机(700)产生电能并通过驱动器(S1)的直流母线提供给电机系统(M)；伺服转台制动过程引起驱动器(S1)的直流母线电压上升，上升的电压驱动异步电机(700)的电机轴(701)转动，电机轴(701)带动涡轮制动组件(900)的转子部(902)旋转，转子部(902)被转子部(902)产生的电涡流阻碍，制动产出的一部分电能便转化为涡轮制动组件(900)电涡流的热能；异步电机(700)并联于驱动器(S1)的直流母线上，异步电机(700)包含电机轴(701)，涡轮制动组件(900)包含定子部(901)和转子部(902)，转子部(902)与定子部(901)同轴设置，且转子部(902)能相对定子部(901)旋转运动，在定子部(901)通电的情况下，转子部(902)在定子部(901)附近旋转时，转子部(902)会产出电涡流形成阻碍力，飞轮组件(800)和涡轮制动组件(900)的转子部(902)分别通过第一固定结构(1000)和第二固定结构(1100)与电机轴(701)连接；飞轮组件(800)包括第一飞轮部(801)、第二飞轮部(802)和活动锁定块(803)，第一固定结构(1000)包括设置在飞轮组件(800)上的第一固定锁定部(1001)和设置在异步电机(700)的电机轴(701)上的第一固定轨道部(1002)，飞轮组件(800)通过第一固定锁定部(1001)与第一固定轨道部(1002)的配合固定在电机轴(701)上；第一飞轮部(801)中心设有直径大于等于电机轴(701)直径的第一飞轮孔(801a)、设有在第一飞轮部(801)一面与第一飞轮孔(801a)同圆心的圆弧形凹槽状的旋转槽(801b)以及设置在从旋转槽(801b)一端向旋转槽(801b)圆弧形法线向外方向延伸的锁定槽(801c)；第二飞轮部(802)中心设有直径大于等于电机轴(701)直径的第二飞轮孔(802a)、设置在第二飞轮部(802)一面凹槽状沿第二飞轮孔(802a)法线方向延伸的伸缩槽(802b)以及伸缩槽(802b)相对于第二飞轮孔(802a)外侧的通槽(802c)；长条状活动锁定块(803)设有锁定凸起(803a)和拨动凸起(803b)，第一飞轮部(801)设有旋转槽(801b)的一面与第二飞轮部(802)设有伸缩槽(802b)的一面贴合，第一飞轮孔(801a)与第二飞轮孔(802a)同轴设置，相对旋转第一飞轮部(801)和第二飞轮部(802)到某一位置位为第一飞轮状态，通槽(802c)与锁定槽(801c)相对，活动锁定块(803)设置在伸缩槽(802b)中，活动锁定块(803)底部与伸缩槽(802b)底部之间设有弹性部件(804)，受弹性部件(804)弹性作用，活动锁定块(803)在伸缩槽(802b)中相对第一飞轮孔(801a)方向的最外侧，此时锁定凸起(803a)在锁定槽(801c)中且远离旋转槽(801b)，拨动凸起(803b)在通槽(802c)中且向外突出于第二飞轮部(802)和第一飞轮部(801)贴合面相对的另一面，此状态下第一飞轮部(801)和第二飞轮部(802)不能相对旋转，外力驱动拨动凸起(803b)向第一飞轮孔(801a)方向运动，活动锁定块(803)带动锁定凸起(803a)沿锁定槽(801c)运动至旋转槽(801b)，相对旋转第一飞轮部(801)和第二飞轮部(802)锁定凸起(803a)沿旋转槽(801b)运动至旋转槽(801b)另一端，此时为第二飞轮状态；第一固定锁定部(1001)包括设置在第一飞轮孔(801a)内表面的第一飞轮凸起(1001a)和设置在第二飞轮孔(802a)内表面的第二飞轮凸起(1001b)，在第二飞轮状态时，第一飞轮凸起(1001a)和第二飞轮凸起(1001b)位置对齐，在第一飞轮状态时，第一飞轮凸起(1001a)和第二飞轮凸起(1001b)位置错开一定角度；第一固定轨道部(1002)包含第一纵向轨道(1002a)和第一横向轨道(1002b)，第一纵向轨道(1002a)为从电机轴(701)最外端外表面向靠近异步电机(700)方向延伸的凹槽，第一横向轨道(1002b)为电机轴(701)外表面上的凹槽且与第一纵向轨道(1002a)垂直相交；在第二飞轮状态时，飞轮组件(800)可通过第一飞轮孔(801a)和第二飞轮孔(802a)套在电机轴(701)上，第一飞轮凸起(1001a)和第二飞轮凸起(1001b)落在第一纵向轨道(1002a)中，当第一飞轮凸起(1001a)和第二飞轮凸起(1001b)移动到第一横向轨道(1002b)时，相对旋转第一飞轮部(801)和第二飞轮部(802)，到达第一飞轮状态，第一飞轮凸起(1001a)和第二飞轮凸起(1001b)落入第一横向轨道(1002b)中，飞轮组件(800)便于异步电机(700)连接。