[发明专利]飞轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞轮和用于构造能量储存用的飞轮的方法。

背景技术

已知用于以动能形式储存能量、例如用于车辆的飞轮。在这种情况下，已知使用飞轮来储存能量，否则这种能量在车辆减速时将被转换成车辆制动系统中的热量，这种储存的能量随后在需要时可用于使车辆加速。

根据图1的已有类型的飞轮具有可以安装在诸如轴的中央支承体上的中央金属支承部(1)。至少一个复合环(2)安装在中央支承部上。在这种类型飞轮中的复合环是由碳纤维缠绕而得的细丝。当飞轮转动时，该环将由于作用于其上的离心力趋向于沿直径扩大。该环具有较高的环绕强度以当飞轮转动时对离心力反作用。然而，外环会在中央支承部上变成松配合，并潜在地(危险地)从中央支承部卸下。此外，径向应力会导致复合环的失效。

为了抵消环扩大的趋势，环通常机加工有比中央支承部的外径小的内径，然后以过盈配合安装到中央支承部上。这种直径上的不匹配导致预载荷，因而，该环将向内的力施加到中央支承部上。当飞轮不转动时这种向内的预载荷最大，并且导致要求中央支承部结构上足够强，以能在飞轮静止时抵抗预载荷的力。已知多于一个的复合环被压到一起并进一步安装在中央支承体上。预载荷朝向飞轮的中心增大，并随着被压在一起的环的数目而增大。因此，在飞轮的中央支承部中需要大量材料来抵消预载荷的力，且接近飞轮中心的这种材料仅非常低效率地增加飞轮的转动惯量。此外，如果轮毂比复合环更刚硬，则当飞轮速度增大而预载荷减小时，所增加的质量将导致轮毂中的应力管理问题。

另外，在现有的系统中，超过复合环的最大应力率会导致失效。在上述类型的飞轮中，由于预载荷，中央支承部在复合环上施加向外的力。当飞轮转动时，该力与作用在环上的离心力的方向相同。然后，当轮毂的硬度低于复合环时，环必须足够坚固，以在飞轮以最大速度转动时抵消预载荷力和离心力之和。因此，这种类型飞轮的另一问题在于预载荷降低飞轮的最大转动速度。

现有系统的另一问题是，如果飞轮被联接到例如车辆变速器，则通常需要键连接的联接件，以使较高的瞬时扭矩水平(例如当快速改变车辆变速器的传动比时，由此需要飞轮来快速地进行加速或减速)可以传递到飞轮而不会发生打滑。

在2007年12月7日提交的英国专利申请0723996.5中所述类型的飞轮通过提供一种具有驱动传递元件和包括质量元件的轮缘的飞轮克服了上述限制，其中，通过卷绕件联接轮缘和驱动传递元件。然而，当飞轮以增大速度转动时，这种类型的飞轮期望具有对飞轮部件中应力的指示。

发明内容

权利要求书阐明了本发明。因为飞轮包含有警告环或指示器环以在转动时不同地运转，所以当飞轮到达不期望的转动速度时，探测器可探测到不同表现的结果，例如飞轮中的不平衡。

指示器环可以过盈配合安装到飞轮，并且由支承构件或由驱动传递元件(例如，轴)来支承。该环可由周向卷绕的纤维(例如，碳纤维)构造成，或者可以是其它具有足够环绕强度的材料，其环绕强度使其能够在最大设计飞轮速度下进行不失效地转动，并具有如下面进一步所述的合适的硬度。当环被安装至支承构件时，该环可径向设置在支承构件的外侧或内侧。当该环径向设置在支承构件的内侧时，环具有比支承构件大或基本上相同的硬度。当该环径向设置在支承构件的外侧时，环具有比支承构件小或基本上相同的硬度。支承构件包括周向卷绕的纤维，例如碳纤维。当环被安装到驱动传递元件(例如，轴)时，该环具有比驱动传递元件小或基本相同的硬度。

过盈配合导致在飞轮处于闲置时环及其安装件(例如，支承元件)之间产生预载荷。预载荷的水平和环以及环的安装件的相对硬度选择成，当飞轮在预定触发速度或超过预定触发速度转动时，由离心力基本上克服预载荷，从而使环和支承构件分离。一般来说，较小硬度的部件将倾向于比硬度大的元件伸展和“增大”得更多。但显然，在环及其安装件具有基本上相同硬度的情况下，两部件将仍倾向于在转动时分离，这是因为更大的力作用于在离开转动轴线更大半径处的部件。可以相应地调节径向位置和材料硬度的组合，以在期望的预定速度下达到分离。预定速度选择成比预期飞轮将要失效的速度低。环通过压配合而装配至其安装件，这导致在过盈配合的边界处产生不均匀的应力分布。

在其它方面，本发明包括制造、操作或组装飞轮的方法。

附图说明

现将参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1是已知飞轮的示意图；

图2是本发明的实施例的等轴立体图；

图3是图2实施例的剖视图；

图4是轴的构造的视图；