[发明专利]一种飞轮储能转子

说明书

技术领域

本发明涉及飞轮储能领域。具体为一种飞轮储能转子。

背景技术

飞轮储能是通过将电能、风能、太阳能等能源转化为机械能即飞轮的高速旋转来实现能 量的储存，在需要使用能量时，将飞轮的动能转化为电能输出。飞轮储能通过运动储存能量， 不需要任何化学物质和化学变化，还可进行无限次地充放电，不仅对环境无污染还突破了化 学电池的限制，从而受到了高度的关注。

飞轮的储能公式为：其中J为飞轮的转动惯量，ω为飞轮旋转的角速度。飞轮的旋转角速度越高，飞轮的转动惯量越大，其储能密度越高，储存的能量也越大。飞轮在旋转的时候，其中间部分与边缘部分所受的离心力不同，离旋转中心越远的位置所受到的离心力越大，一体式的飞轮由于不同位置受力不均，容易产生大的变形或者出现裂纹。因此，目前大部分飞轮转子采用分体式结构，即包括轮毂和固定地套在轮毂上的外轮，外轮与轮毂之间一般通过过盈配合来实现固定连接，外轮采用更加坚韧的材料制成。然而，在转速更高的情况下，例如在转速达到10000转/分钟时，飞轮仍不可避免地会发生变形，产生“扩张”的形态，与轮毂相比，距离旋转中心更远的外轮受到更大的离心力，其变形也更大，高速旋转状态下的外轮的各个位置与轮毂相比向外“位移”的距离会更大。这样必然导致外轮与轮毂之间结合的预紧力减小，导致从轮毂向外轮传递的旋转力减小，增加了能量的耗损，严重时会出现轮毂和外轮之间的滑移，甚至脱落。因而，目前分体式的飞轮仍然限制了飞轮的提速，从而限制了飞轮的储能密度。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有的飞轮储能机构在高速旋转的情况下飞轮轮毂与外 轮之间的预紧力减小的技术问题，提供一种飞轮储能转子，在转子高速旋转的状态下仍可保 持飞轮轮毂与外轮之间结合的预紧力，从而为进一步提高转子速度提供了条件。

本发明的飞轮储能转子，包括：

旋转轴，为竖直设置的实心钢轴；

第一轮毂，所述第一轮毂由弹簧钢制成，套在所述旋转轴上可在所述旋转轴的带动下与 所述旋转轴同步旋转，所述第一轮毂具有盘状体，所述盘状体的外缘向其一侧弯折形成抵接 部，所述抵接部与所述盘状体相连的的位置设有应力减缓槽，所述第一轮毂的盘状体自中部 向边缘相对于垂直于所述旋转轴的垂直平面倾斜，且朝向形成所述抵接部的一侧倾斜；

外轮，所述外轮为桶状，套在所述第一轮毂上，其内壁与所述第一轮毂抵接部的外壁相 配合。

作为优选，所述抵接部与所述盘状体之间通过圆角过渡，所述应力减缓槽位于所述圆角 的外壁上。

作为优选，所述外轮的内壁在与所述第一轮毂抵接部的外壁相配合的位置处设有沿周向 延伸的第一配合凸起，在完成安装的状态下，所述第一轮毂的抵接部与所述第一配合凸起紧 配合。

作为优选，所述第一配合凸起的至少一端设有引导所述第一轮毂在所述外轮内沿轴线相 对运动的安装引导坡，第一配合凸起的至少一端为安装时所述抵接部先接触的一端。

作为优选，所述盘状体相对于垂直于所述旋转轴的平面倾斜的角度为5°-15°。

作为优选，所述第一轮毂还包括套在所述旋转轴上可与所述旋转轴同步转动的安装轴套， 所述盘状体位于所述安装轴套的外部且与所述安装轴套一体成型。

作为优选，所述飞轮储能转子还包括位于所述第一轮毂上方的第二轮毂，所述第二轮毂 由弹簧钢制成，套在所述旋转轴上，并可在所述旋转轴的带动下与所述旋转轴同步旋转，所 述第二轮毂的结构形状与所述第一轮毂的结构形状相同，且在完成装配的状态下，所述第一 轮毂的盘状体与所述第二轮毂的盘状体的倾斜方向相同，所述第二轮毂的抵接部与设置在外 轮内壁上的第二配合凸起紧配合。

所述紧配合为过盈配合。

作为优选，所述飞轮储能转子还包括定位轴套，所述定位轴套套在所述旋转轴上，且位 于所述第一轮毂与第二轮毂之间。

作为优选，所述定位轴套由40Cr制成。

作为优选，所述旋转轴的下端具有用于对所述第一轮毂的下端进行定位的轴肩。

本发明的飞轮储能转子和现有技术相比，具有以下有益效果：