[发明专利]高速飞轮电池的转子

说明书

技术领域

本发明涉及高速飞轮电池领域，尤其与高速飞轮电池的转子结构有关。

背景技术

参阅图1，高速飞轮电池（飞轮储能系统）通常包括一高强度复合材料的圆筒1a和一套装在圆筒1a内的金属轮毂2a，由金属轮毂2a来带动圆筒1a加速或减速。由于金属轮毂2a处于圆筒1a内，其外沿线速度比圆筒1a的线速度小，所以轮毂2a所受的离心力和应力也比圆筒1a所受的离心力和应力要小一些，而金属的弹性模量一般又比复合材料的弹性模量大一些，所以导致在高速旋转时，复合材料圆筒1a的膨胀量比金属轮毂2a的膨胀量大，从而导致圆筒1a与轮毂2a松脱，从而无法继续传递扭矩。

现有技术中有如下两种常见解决办法。

1、过盈配合。

预先使圆筒1a跟轮毂2a箍得更紧，这样就可以承受更高一点的转速。但是，过盈配合在装配时比较麻烦，而且效果不太明显，即转速并不能因此而增加更多，因为相比于高速旋转时的松脱量，在装配过程中所施加的过盈量总是有限的。

2、伞形轮毂。

把金属轮毂2a从一个整体圆盘形变成伞形，众所周知，伞的外沿半径会灵活地增大或缩小。随着圆筒转子在高速旋转下的膨胀，伞形轮毂也会在自身离心力的作用下撑开，半径增大，从而始终保持轮毂外沿跟圆筒转子内壁的紧密配合。这种结构下，伞形轮毂不再是一整块金属圆盘，而是用活动的金属板/片连接在一起，金属板/片之间的连接是柔性的（否则不能撑开），互相之间不提供拉力，所以每一块金属板/片所受的离心力，主要由轮毂中心的小小轴条套来承受。而轴条套的强度有限，不能承受太大的离心力，所以转子的转速也不可能太高。

所以，要想制造高速飞轮电池，必须另想办法解决轮毂与圆筒在高速旋转下的松脱问题。此外，就圆筒本身而言，在同一种纤维缠绕成型的情况下，内外弹性模量一致，但由于圆筒外沿线速度大，离心力和应力大，圆筒内沿线速度小，离心力应力小，所以导致圆筒外沿的膨胀量大于圆筒内沿的膨胀量，在速度达到一定程度时，膨胀量之间的较大差异，就会导致圆筒外沿与内沿撕开。这就限制了高速飞轮的转速提高。

为此，也有两个常见的解决办法。

1、预应力缠绕。

越到外沿，缠绕时的预应力越大。

这种做法会有一定的改善，但不是本质上的改变，而且也比较麻烦。

2、分层配置弹性模量。

使内沿纤维的弹性模量更小，外沿纤维的弹性模量更大，这样一来，即使内沿纤维所受的应力小于外沿纤维所受的应力，也能使内沿纤维的膨胀量跟外沿纤维的膨胀量一样大。

但这种做法需要进行纤维的定制化生产，以形成弹性模量的梯度配置。这是比较麻烦的。而且以目前的纤维生产水平，弹性模量的调节范围有限，尚不能大范围的按需定制弹性模量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高速飞轮电池的转子，其采用分割式的圆弧形轮毂结构，巧妙避免了轮毂松脱或轮毂强度不够的问题，同时，轮毂本身还可以压迫圆筒内壁，使其向外膨胀，从而使圆筒的外沿和内沿的膨胀量趋于一致，从而削弱了圆筒转子在高速下的内外沿撕裂现象。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高速飞轮电池的转子，包括：一圆筒、一套装在圆筒内的轮毂以及一带动轮毂转动的转轴，所述轮毂由多段圆弧板拼合而成，在所述转轴上设置有多根与转轴相连并沿轮毂径向分布的轴条，各圆弧板与各轴条自由端通过配合件在轮毂的径向过盈配合。

进一步地，在各圆弧板的中部分别设置一凹槽，所述配合件为设置在各凹槽内的轴条套，各轴条自由端分别插装在各圆弧板的轴条套内并与轴条套在轮毂的径向过盈配合。

进一步地，所述轴条套沿圆弧板径向向内伸出圆弧板。

进一步地，各轴条中部交叉，且每根轴条的两端分别对应一个圆弧板。

进一步地，各轴条中部设置有一供所述转轴穿过的穿轴孔，所述穿轴孔与轮毂同轴，所述转轴依次穿过各轴条的穿轴孔并使各轴条重叠套装在转轴上。

进一步地，所述转轴在对应轴条厚度方向的一侧设置一卡环，所述卡环上开设多个供各轴条卡入的卡槽。

进一步地，所述转轴在对应轴条厚度方向的另一侧设置一限制轴条轴向移动的限位环。

进一步地，各轴条的末端在同一平面上。

进一步地，所述圆筒的材质为纤维复合材料。

进一步地，所述轴条的材质为纤维复合材料。