[發(fā)明專利]飛輪

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410350092.6
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN104110461A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·阿特金斯;J·戴爾比
• 申請（專利權(quán)）人: 里卡多英國有限公司
• 主分類號: F16F15/30
• 分類號: F16F15/30;H02K49/10
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 黃丹燕

本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT/GB2010/000592，國際申請日為2010年3月26日，進入中國國家階段的申請?zhí)枮?01080022351.2，名稱為“飛輪”的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛輪和用于構(gòu)造能量儲存用的飛輪的方法。

背景技術(shù)

已知用于以動能形式儲存能量、例如用于車輛的飛輪。在這種情況下，已知使用飛輪來儲存能量，否則這種能量在車輛減速時將被轉(zhuǎn)換成車輛制動系統(tǒng)中的熱量，這種儲存的能量隨后在需要時可用于使車輛加速。

根據(jù)圖1的已有類型的飛輪具有可以安裝在諸如軸的中央支承體上的中央金屬支承部(1)。至少一個復(fù)合環(huán)(2)安裝在中央支承部上。在這種類型飛輪中的復(fù)合環(huán)是由碳纖維纏繞而得的細絲。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動時，該環(huán)將由于作用于其上的離心力趨向于沿直徑擴大。該環(huán)具有較高的環(huán)繞強度以當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動時對離心力反作用。然而，外環(huán)會在中央支承部上變成松配合，并潛在地(危險地)從中央支承部卸下。此外，徑向應(yīng)力會導(dǎo)致復(fù)合環(huán)的失效。

為了抵消環(huán)擴大的趨勢，環(huán)通常機加工有比中央支承部的外徑小的內(nèi)徑，然后以過盈配合安裝到中央支承部上。這種直徑上的不匹配導(dǎo)致預(yù)載荷，因而，該環(huán)將向內(nèi)的力施加到中央支承部上。當(dāng)飛輪不轉(zhuǎn)動時這種向內(nèi)的預(yù)載荷最大，并且導(dǎo)致要求中央支承部結(jié)構(gòu)上足夠強，以能在飛輪靜止時抵抗預(yù)載荷的力。已知一個以上的復(fù)合環(huán)被壓到一起并進一步安裝在中央支承體上。預(yù)載荷朝向飛輪的中心增大，并隨著被壓在一起的環(huán)的數(shù)目而增大。因此，在飛輪的中央支承部中需要大量材料來抵消預(yù)載荷的力，且接近飛輪中心的這種材料僅非常低效率地增加飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。此外，如果輪轂比復(fù)合環(huán)更剛硬，則當(dāng)飛輪速度增大而預(yù)載荷減小時，所增加的質(zhì)量將導(dǎo)致輪轂中的應(yīng)力管理問題。

另外，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，超過復(fù)合環(huán)的最大應(yīng)力率會導(dǎo)致失效。在上述類型的飛輪中，由于預(yù)載荷，中央支承部在復(fù)合環(huán)上施加向外的力。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動時，該力與作用在環(huán)上的離心力的方向相同。然后，當(dāng)輪轂的硬度低于復(fù)合環(huán)時，環(huán)必須足夠堅固，以在飛輪以最大速度轉(zhuǎn)動時抵消預(yù)載荷力和離心力之和。因此，這種類型飛輪的另一問題在于預(yù)載荷降低飛輪的最大轉(zhuǎn)動速度。

現(xiàn)有系統(tǒng)的另一問題是，如果飛輪被聯(lián)接到例如車輛變速器，則通常需要鍵連接的聯(lián)接器，以使較高的瞬時扭矩水平(例如當(dāng)快速改變車輛變速器的傳動比時，由此需要飛輪來快速地進行加速或減速)可以傳遞到飛輪而不會發(fā)生打滑。

在2007年12月7日提交的英國專利申請0723996.5中所述類型的飛輪通過提供一種具有驅(qū)動傳遞元件和包括質(zhì)量元件的輪緣的飛輪克服了上述限制，其中，通過卷繞件聯(lián)接輪緣和驅(qū)動傳遞元件。然而，當(dāng)飛輪以增大速度轉(zhuǎn)動時，這種類型的飛輪期望具有對飛輪部件中應(yīng)力的指示。

英國專利申請0902840.8通過使警告或指示器環(huán)包含到飛輪中來提供對飛輪部件中的應(yīng)力的上述指示。指示器環(huán)能以過盈配合安裝到飛輪，因而，在環(huán)和飛輪之間建立殘余應(yīng)力。過盈配合或預(yù)載荷的水平和環(huán)以及環(huán)所安裝到飛輪上的那部分的相對硬度選擇成，當(dāng)飛輪以預(yù)定觸發(fā)速度或超過預(yù)定觸發(fā)速度轉(zhuǎn)動時，預(yù)載荷基本上由離心力來克服，從而使環(huán)和支承構(gòu)件至少部分分離。然后，該環(huán)能夠在飛輪上運動，從而引起“不平衡”狀態(tài)，從而導(dǎo)致可探測到的振動，這種振動作為飛輪部件中的應(yīng)力指示。

現(xiàn)有飛輪的另一問題是需要仔細調(diào)飛輪的轉(zhuǎn)動質(zhì)量的平衡。由于儲存于轉(zhuǎn)動飛輪中的運動能量與成比例(其中，是飛輪的角速度)，所以增加飛輪的最大轉(zhuǎn)速允許更多能量儲存于給定質(zhì)量的飛輪中，并由此增大這種飛輪的儲能密度。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，組件的平衡變得更重要，如證實飛輪的結(jié)構(gòu)整體性那樣。此外，平衡飛輪的成本一般隨著所需平衡的精確度而增加。

另一個問題是當(dāng)平衡諸如英國專利申請0723996.5和0902840.8中所述類型的復(fù)合飛輪時，若不嚴(yán)重影響復(fù)合物的結(jié)構(gòu)整體性，則在復(fù)合部件(即，質(zhì)量支承緣)上僅能進行有限量的機加工/處理。由此，這影響了平衡過程的簡單性，這是因為必須在遠離復(fù)合緣的位置從飛輪去除材料。