[发明专利]用于储能的飞轮及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于动能存储的飞轮，更具体地涉及使用复合材料的这种飞轮的构造。

背景技术

众所周知使用飞轮来存储机械动能。存储的能量的量取决于飞轮的质量及其旋转速度。飞轮的动能与其角速度的平方成正比。然而，可以存储在指定飞轮中的能量的量取决于飞轮组件的坚固性以及其如何对高转速下的应力作出回应。

优选地是由具有低密度、高比强度的材料形成飞轮组件。为了例如在混合动力车辆或不间断电源中使用，储能飞轮组件需要以极高的速度(大于10,000转/分或甚至超过50,000转/分或100,000转/分)进行操作。相应地，对于能够以这些量级的速度操作的飞轮组件具有十分可观的需求。

US 4,341,001披露了一种包括金属轮毂的飞轮组件。该复合纤维轮辋是直接缠绕在该轮毂上的。

发明内容

本发明提供了一种飞轮组件，该飞轮组件具有一个纵向轴线并且包括一个环形转子和一个转子支架，该转子支架将该转子联接到一个轴向的轴上，其中：

该转子在基质材料中包含纤维，并且

在该转子支架的外圆周上安装有一个在基质材料中包含纤维的环，并且在该环的外圆周上安装该转子，

该转子、转子支架和环各自具有的纵向轴线与该组件的纵向轴线是一致的。

由复合材料形成的中间环的存在有助于该组件的制造，并且通过在该转子与该转子支架之间提供适当的界面而增加了其耐久性。该环的纤维可包括玻璃纤维、玄武岩纤维和低比模量碳纤维中的至少一种。

优选地，该环具有的弹性在圆周方向上大于该转子的弹性。这使其可以压入配合在转子的内直径中。此外，其弹性在圆周方向上还大于该转子支架的弹性，以便其可压入配合在该转子支架的外圆周上。

在优选的实施例中，该转子支架限定了一个基本上是截头圆锥形的内表面，该内表面是绕其纵向轴线旋转对称的。对该截头圆锥形内表面相对于垂直于其纵向轴线的平面所限定的角度进行选择，以使该转子支架实质上与该环张力匹配。这确保了转子支架和环组件在受到离心力时的完整性。

该环的外圆周表面可具有一个倒角，以助于将该环装配在该转子中。该倒角可限定相对于该环的纵向轴线不大于约15°的角度的导程。

该转子支架和该环可被配置，使得由该转子支架的截头圆锥形内表面向外突出而限定的一个假想表面从环的内圆周表面延伸通过该环，以符合该环的圆柱形外表面。因此，在该组件的旋转过程中由该转子支架施加在该环上的力主要通过该环的圆柱形外表面进行引导，避免了例如其边缘上的倒角，从而优化了该环的承载能力。

该环的转子支架的外圆周表面和/或内圆周表面可具有一个倒角，有助于将该转子支架装配在该环中。这个或各倒角可限定相对于该转子支架的纵向轴线不大于约15°的角度的导程。这样用于避免该环的拐角的剪切，因为该端盖是压入配合在该环中的。

该组件还可包括一个内环形件，该内环形件是安装在该转子的一个向内朝向的表面上的。该内环形件可包括磁性材料颗粒，以使该组件能够与一个定子磁性联接。

该转子的内环形件的外圆周表面和/或内圆周表面可具有一个倒角，有助于将该环形件装配在该转子中。这个或各倒角可限定相对于该转子的纵向轴线不大于约15°的角度的导程。

由该转子的内圆周圆柱表面、该转子支架的倒角以及该内环形件的倒角限定的容积基本上填充有粘接材料。否则，在此处存在空隙会降低该组件抵抗高离心力的能力。该粘接材料可以例如是树脂材料。

该内环形件的内圆周表面的各端的边缘可具有一个倒角，该倒角相对于那个表面限定的角度范围是20°到60°(更优选地，该范围是50°到55°)，以避免这些边缘在高旋转速度时破裂。

本发明还提供了一种飞轮组件的制造方法，该组件包括一个环形转子、一个将该转子联接到支撑轴上的转子支架、以及一个环，其中，该转子和该环在基质材料中包含纤维，该环安装在该转子支架的外圆周上，该转子安装在该环的外圆周上，并且该方法包括将该转子支架压入配合到该环中。

附图说明

现在参考示意性附图通过举例方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的飞轮组件的截面侧视图；

图2是图1的飞轮组件的分解视图；

图3是图1和图2的组件的一部分及其另外的放大部分的放大截面视图；并且

图4是图1的飞轮组件的一部分的截面视图，增加了优选强度值。

具体实施方式