[發(fā)明專利]用于飛輪能量存儲的輕質(zhì)量復(fù)合材料的安全容納裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611157810.3
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN106787408B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·R·豪爾;J·A·米特萊德;M·斯特拉西克
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;F16F15/30
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;趙蓉民

本發(fā)明公開了一種用于飛輪裝置的裝置，并且本發(fā)明涉及大體圓柱形的容納層以及容納方法，飛輪裝置包含被定向?yàn)槿菁{沖擊的多個可預(yù)測變形的托架。每個托架都具有用于吸收沖擊的多層和表面，表面提供了沿沖擊方向的從大約0.1°到大約5°的掠射角。

本申請是2013年4月2日提交的名稱為：“用于飛輪能量存儲的輕質(zhì)量復(fù)合材料的安全容納裝置”的中國專利申請201310112869.0的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛輪能量存儲裝置，并且更具體地涉及具有改良的穩(wěn)定性、性能和容量的飛輪存儲裝置。

背景技術(shù)

眾所周知，飛輪能量存儲裝置和系統(tǒng)用于存儲能量并在需要時釋放所存儲的能量。已知的飛輪組件具有傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，其有時由碳化纖維復(fù)合材料制成。這種轉(zhuǎn)子具有在其上安裝馬達(dá)/發(fā)電機(jī)(M/G)和軸承永久磁體(PM)的軸。通常通過輪轂將軸連接到輪緣。根據(jù)飛輪可實(shí)現(xiàn)的上端速度限制了飛輪的軸-輪轂設(shè)計(jì)。由于部件的徑向增長隨著轉(zhuǎn)子速度增加而變化，可用于飛輪組件中的部件的材料的匹配是有問題的。輪轂必須機(jī)械地將軸連接到輪緣，而在飛輪的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)在整個運(yùn)轉(zhuǎn)頻率范圍不將彎曲模態(tài)引入轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中。但是，軸經(jīng)常表現(xiàn)出很小的徑向增長，而輪緣表現(xiàn)出顯著的徑向增長。

通過使用越來越先進(jìn)的材料實(shí)現(xiàn)的飛輪的較高的轉(zhuǎn)速不幸地加劇了輪轂的增長匹配的問題，因?yàn)檩喚壴黾拥膹较蛟鲩L超過其它連接部件例如連接軸所表現(xiàn)的任意增長。此外，飛輪技術(shù)提供的整體效率受到當(dāng)前可用的材料的限制，當(dāng)飛輪以超過材料容許的速度運(yùn)轉(zhuǎn)時該材料就會失效。

另外，盡管期望高能量密度以實(shí)現(xiàn)最大限度的能量存儲和部署，但已知飛輪組件可實(shí)現(xiàn)的能量密度是有限的。此外，由于存在凈角動量，難以達(dá)到飛輪系統(tǒng)的能量存儲和部署的最大容量，并且空間限制經(jīng)常阻止飛輪技術(shù)的效用。

發(fā)明內(nèi)容

依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供用于飛輪裝置的容納層，其包含具有內(nèi)壁和外壁的大體圓柱形的腔室，以及被連接到內(nèi)腔室壁和外腔室壁中的至少一個的多個可變形的托架。

每個托架都具有用于容納沖擊的至少一個表面，其提供了沿沖擊方向的從大約0.1°到大約5°的掠射角(glancing angle)，優(yōu)選托架每個都包含多層。優(yōu)選地，至少一層包含燒灼顆粒。托架優(yōu)選地被定向?yàn)槲詹⑷菁{沖擊以及可預(yù)測地變形。優(yōu)選地，托架由諸如如下材料制成，例如含有碳纖維的、含有玻璃纖維的、還有金屬的材料或其組合。托架優(yōu)選以低于最快飛輪碎片的速度的速率發(fā)生初始變形，幾厘米的完全變形在大約1到大約10ms的時間段內(nèi)發(fā)生。托架具有從大約2GPa到大約20GPa的優(yōu)選的拉伸強(qiáng)度，并且優(yōu)選地，每個托架具有S形，包含多層并包含中部，該中部響應(yīng)于向外的移動沖擊沿徑向向外的方向彈性變形以產(chǎn)生凹形內(nèi)表面。優(yōu)選地，至少一層包含燒灼顆粒。一旦遭遇開始使托架變形的力或沖擊，容納層變形以產(chǎn)生大體環(huán)形的腔體。

有利地，容納層大體上包圍飛輪裝置，所述裝置包含以從大約300m/s到3000m/s的速度旋轉(zhuǎn)的至少一個轉(zhuǎn)子。

有利地，托架是S形的，并且托架響應(yīng)于向外的沖擊沿徑向向外的方向彈性變形。

有利地，托架一旦受到?jīng)_擊就可預(yù)測地變形，以便在腔室內(nèi)產(chǎn)生大體環(huán)形的腔體。

有利地，至少一個托架層是編織層，其包含從由以下材料組成的組中選擇的材料：含有玻璃的纖維、含有碳的纖維或其組合。優(yōu)選地，含有碳的纖維是含有碳納米管的纖維。

有利地，至少一個托架層包含一系列相互連接的節(jié)，所述節(jié)由從以下材料組成的組中選擇的材料制成：鋼、鈦、鋁、聚合物纖維、碳化纖維和其組合。優(yōu)選地，碳化纖維包含含有碳納米管的纖維。

有利地，托架的至少一層包含至少一個燒灼板。

有利地，容納層具有高于飛輪裝置軸向高度的軸向高度。

有利地，一種包含上述容納層的交通工具。