[发明专利]用于储能的飞轮

说明书

本发明涉及用于储能的飞轮(1)，包括圆柱形质量主体(12)，该圆柱形质量主体包括抗压强度至少为25MPa的主要材料，比如混凝土，通过纤维(14)围绕所述主体(12)的至少一部分外表面，构成纤维的材料的抗拉强度至少为100MPa，其特征在于，在主体(12)周围缠绕纤维的拉力导致压缩所述主要材料，且其中，施加到纤维的拉力使得施加在质量主体(12)的材料上的应力至少等于可接受的最大应力的一半，所述最大应力小于构成质量主体的材料的压缩屈服强度，因此质量主体的材料是预加应力的。

技术领域

本发明涉及到用于储能的飞轮及其制造方法。

背景技术

本发明更特殊地应当描述为关于根据本发明所制造的具有混凝土底座但是不仅限于此的飞轮。可以选择构成飞轮的主要材料，从而使其与混凝土型的材料相似，通过这种方式具有较低成本价以及至少为25MPa的抗压强度。

按照已知方法，飞轮通过其机械旋转用于临时存储能量的装置，所述装置应用于多个领域，比如储存以及平滑化风力、太阳能型的间歇性再生能源、向隔离的地点提供电力、车辆制动的恢复能源等。

关于储存电能的其它装置，比如电池，飞轮的主要优点是几乎无限的使用寿命，意味着随着时间过去，其储能成本低于其它设备。

飞轮包括实心主体，通常被称为术语“质量”，连接到电动机的旋转轴。电动机驱动飞轮旋转，可在几分钟内乃至在几秒钟内达到非常高的旋转速度。电动机停止供电之后，已经存储了动能的飞轮的质量继续旋转，而且然后能够返回机械能，通过把电机用作发电机使所述机械能反过来转化为电能。

飞轮的质量经受的离心力对构成质量的材料产生非常高的牵引力。照此，有必要选择具有较高抗牵引力的制造材料，尤其是至少抵抗100MPa。

现今，飞轮的质量通常是由钢制成的，而且，最近几年由碳纤维制成。

但是，由于其成本高昂，尤其是由于它所含的材料，飞轮通常设置在旁边，以利于其它类型储能装置，比如电池。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种飞轮，其成本价低于现有飞轮成本价，同时仍然耐用，并且具有相同性能。

根据本发明，用于储能的飞轮，包括圆柱形质量主体，该圆柱形质量主体包括抗压强度至少为25MPa的主要材料，比如混凝土，通过纤维围绕所述主体的至少一部分外表面，构成纤维的材料的抗拉强度至少为100MPa，其中，在主体周围缠绕纤维的拉力导致压缩所述主要材料，而且，施加到纤维的拉力使得施加在质量主体的材料上的应力至少等于可接受的最大应力的一半，所述最大应力小于构成质量主体的材料的压缩屈服强度，因此质量主体的材料是预加应力的。

照此，本发明的飞轮的质量是由主要材料制成的，比如混凝土，所述主要材料非常有利于支持压缩，而且比钢或碳便宜得多。由于在质量的材料周围进行缠绕的过程中施加在纤维上的拉力，在牵引力下的纤维给予质量的材料以非常高的压缩力。质量的材料是预加应力的。

但是，混凝土绝不是用于储能飞轮的材料，因为它的抗拉强度几乎为零。通过与在拉力作用下缠绕的混凝土纤维相结合，尽管混凝土在其相对较低的抗拉强度方面存在固有缺点，本发明的飞轮仍意外地呈现较高的抗拉强度性能，即使对于非常高的旋转速度而言，亦是如此。

出人意料的是，与由混凝土制成的质量外表面相关的纤维导致对混凝土充分地预加应力，这样，产生适当的压缩力，所述压缩力与飞轮在旋转期间经受的牵引力相反。组装混凝土以及混凝土外壳与拉力下的纤维有利地产生能够抵抗牵引力的结构，所述牵引力是用于储能的飞轮要经受的牵引力。

这种飞轮结构使之能够达到远低于构成该飞轮结构的主要材料破裂风险的较高旋转速度，能够存储大量的能量。

缠绕过程中施加到纤维的拉力使得施加在质量的材料中的应力至少等于可接受的最大应力的一半，该最大应力小于构成质量的材料的压缩屈服强度。