[發明專利]用于復合材料飛輪儲能裝置的設備

有效

• 申請號: 201580075128.7
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN107210645B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: S·E·格羅夫斯;S·K·奧爾特
• 申請（專利權）人: 管理服務集團股份有限公司貿易用名全球技術系統
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 朱海濤

本發明提供一種飛輪，所述飛輪由復合材料形成，所述復合材料具有纖維，所述纖維基本圍繞飛輪沿著圓周方向取向并且嵌入基質材料中。飛輪具有內表面、外表面和在其之間的厚度，并且限定轉動軸線。在內表面上在沿著軸線的縱向分段處圓周地分配多個質量負載。飛輪圍繞軸線轉動，轉動速度在纖維中沿著圓周方向產生環向應力，并且在基質材料中沿著徑向方向產生穿透厚度的應力。每個質量負載都在內表面上產生力，所述力操作成隨著飛輪圍繞軸轉動而減小基質材料中的最大穿透厚度的應力。以其它方式足以產生基質材料的結構失效的轉動速度產生纖維的結構失效而非基質材料的結構失效。

相關申請的交叉參考

本申請是2014年12月2日提交的、題名為“High Energy Density CompositeFlywheels/Electromechanical Batteries”的美國專利申請No.14/557,752的部分繼續申請，其整個公開內容通過參考包含于此。

本申請也是2014年12月9日提交的、題名為“High Power DensityElectromechanical Energy Storage Flywheel”的美國專利申請No.14/564,982的部分繼續申請，其整個內容通過參考包含于此。

背景技術

本文說明的某些實施例涉及電磁機器，并且更具體地，涉及用于增大復合材料飛輪儲能系統中的能量和/或功率密度的裝置和方法。

機電飛輪裝置可以用于較大容量的儲能以改善例如公用事業、工業、軍事和/或其它合適的電網基礎設施的經濟性能和穩定性。這種飛輪裝置是機械的，其經由轉動動能儲存能量并且經由至少電連接到飛輪裝置的電動機/發電機系統將能量送回到電網或本地通電部件。然而，某些已知的飛輪儲能系統的應用會至少部分地基于與機械系統相關聯的物理限制條件(例如，與轉動速度和加速度相關聯的較大的力，這會導致部件材料失效和/或災難性系統失效和/或類似情況)而受限制。

例如，通常希望使能量密度(每單位質量的能量，W-h/kg)最大化。與飛輪相關聯的動能可以經由電動發電機通過施加電能而增加(例如，添加或插入)或通過提取電能而減少，所述電動發電機可操作地被聯接到裝置的初級儲能部分和/或以其它方式被包含在裝置的初級儲能部分中。一種增大飛輪的每單位質量的能量的方式是至少部分地由高強度、低密度的復合材料(例如，碳纖維)形成飛輪。因為碳纖維比其它材料(例如，玻璃纖維或鋼)具有更高的每單位質量的拉伸強度，所以由碳纖維所形成的飛輪可以以較高的轉動速度(由于較高的拉伸強度以抵抗圓周應力)轉動給定量的質量，從而增加用于該量的質量的轉動動能，即，每單位質量的密度。然而，諸如由碳纖維所形成的那些的復合材料沿徑向方向的強度比沿圓周方向的強度低得多，這是因為徑向應力由復合材料的基質材料承載，例如，聚合樹脂?；|材料的拉伸強度比纖維材料(例如，碳纖維)的拉伸強度低得多。因而，由碳纖維所形成的飛輪的轉動速度受到基質的強度的限制，而非受到碳纖維的強度的限制。

因而，需要存在這樣的裝置和方法，即，所述裝置和方法用于改變在由高強度的復合材料所形成的飛輪中的徑向應力和圓周應力之間的關系以實現飛輪的能量和/或功率密度的增大。

發明內容