[实用新型]车载飞轮储能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种储能装置，具体地说是汽车储能装置。

背景技术

目前市场流行的混合动力汽车，以及热点研究的汽车用动能回收系统，主要分为依靠化学装置和飞轮装置储能来实现。相对而言，以化学装置为储能单元的混合动力汽车和动能回收系统应用较早、较广泛，技术也相对成熟，但是由于该类系统的能量需要在机械能、电能、化学能等多种形式间相互转化，因此效率的进一步提高收到很大限制。而从能量转化角度上看，飞轮装置具有更大的优势，因为飞轮储能过程中能量始终保持机械能的形式，从根本上保证更高的能量回收效率。实际上实现高效率的飞轮动能回收和储能需要满足低轴承损耗和低风阻等条件，因此投入应用的车用飞轮装置大多采用磁悬浮支承系统，并将飞轮放置在真空环境中，导致整个机械系统复杂性和制造成本大大增加。

通过以上分析，可知如果没有磁悬浮支承系统和真空环境的话，飞轮的储能时间不宜过长，否则动能会因为轴承摩擦和风阻而逐渐消耗掉。并且转速不能太高，通常应控制在15000转以下。城市车辆的储能需求其实能适应以上两个限制条件。城市车辆以私家车、公交车和城市轻轨为主，由于交通状况和工作性质的原因，这些车辆都会频繁启停，并且运行过程中的停止到重新启动之间的时间在20～100S之间，这一点能满足飞轮短时储能要求。根据计算，为改善储能飞轮的能量利用效率和经济性，采用高速滚珠轴承来支撑飞轮，无需真空环境，由于储能时间短，因此也能保证很高的能量利用效率。由于飞轮中的能量不可能通过机械传动完全输出给车辆，在完成车辆启动后飞轮仍有一定的转速，为提高能量回收效率，并避免飞轮空转造成轴承的不必要磨损，在飞轮的腹板间的空隙中安装条状磁铁，并在飞轮外壳两侧放置线圈绕组，从而构成一台发电机，将飞轮中的动能以电能形式输出并储存在化学装置中。另外，在下坡、短时间内不重新启动的制动过程等工况下，飞轮直接将制动的能量转化成电能储存起来。

综上所述，所设计的飞轮针对需要频繁启停的车辆，主要通过飞轮短时储能并以机械能形式回收利用制动能量，同时对能量输出余量、下坡和短时间内不重新启动的制动过程等工况，直接将制动的能量转化成电能储存起来。

发明内容

本实用新型的目的在于提供提高汽车制动能量利用率的车载飞轮储能装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型车载飞轮储能装置，其特征是：包括飞轮组件和外壳体组件，飞轮组件包括飞轮转子、花键轴，飞轮转子中设置与花键轴配合的通孔，花键轴安装在通孔里并与飞轮转子相连，飞轮转子里设置长槽，长槽里安装条形磁铁，飞轮转子的两端均安装飞轮端盖，外壳体组件包括外壳体、线圈绕组、轴承端盖，轴承端盖有两个，分别安装在两个飞轮端盖的外侧，轴承端盖和飞轮端盖之间安装非金属挡板，花键轴穿过两个轴承端盖，花键轴与轴承端盖之间通过高速滚珠轴承相配合，外壳体固定在两个轴承端盖之间，且位于飞轮转子的外部，轴承端盖里设置环形槽，环形槽里设置线圈绕组。

本实用新型还可以包括：

1、所述的飞轮转子里的长槽，其横截面为V型面，长槽沿飞轮转子圆周方向均匀设置，相邻的条形磁铁的端部的磁极相反。

2、线圈绕组包括互相连接的小圆环，所有小圆环组成大圆环结构，小圆环上缠绕线圈，小圆环的数量与条形磁铁相同。

本实用新型的优势在于：本实用新型的车载飞轮储能装置属于小型的发电装置，在发电的领域中，不同于一般的发电结构，而是在一般飞轮结构的基础上进行了创新，在飞轮转子中安装了条形磁铁，在轴承端盖上镶嵌了线圈绕组，与一般的发电机线圈缠绕转子刚好相反。另外，在飞轮领域中，本实用新型结构上不采用真空环境、成本高的磁悬浮轴承，而是利用普通的高速滚珠轴承，该结构在汽车频繁启动、低速下坡、短时间内不重新启动的制动过程等工况下，足以维持短时间的飞轮高速旋转。另外，高速滚珠轴承零件制造简单，也容易更换，所以该车载飞轮储能装置的维护方便、经济。本实用新型结合了发电装置结构和飞轮装置结构各自领域的特点，对一般的飞轮结构做了较大的创新，引入了发电装置和普通高速轴承支撑系统，该装置适用于在短时间制动和启动等工况的车辆，有着很大的实际应用价值和发展前景。因为目前的飞轮装置仅仅使用飞轮的高速旋转来储存能量，并没有充分利用剩余的制动能量。而在一般的发电装置结构中，都是利用线圈缠绕转子的形式发电，极少采用飞轮轮毂镶嵌磁铁的结构做电机转子，本实用新型采用的正是这种结构，结构紧凑，原理简单。另外车载的飞轮结构中也很少通过结合发电装置来提高能量利用率。本实用新型将它们各自特点结合起来，共同应用在汽车行业里。

附图说明