[发明专利]用于飞轮能量存储的轻质量复合材料的安全容纳装置

说明书

本发明公开了一种用于飞轮装置的装置，并且本发明涉及大体圆柱形的容纳层以及容纳方法，飞轮装置包含被定向为容纳冲击的多个可预测变形的托架。每个托架都具有用于吸收冲击的多层和表面，表面提供了沿冲击方向的从大约0.1°到大约5°的掠射角。

本申请是2013年4月2日提交的名称为：“用于飞轮能量存储的轻质量复合材料的安全容纳装置”的中国专利申请201310112869.0的分案申请。

技术领域

本发明涉及飞轮能量存储装置，并且更具体地涉及具有改良的稳定性、性能和容量的飞轮存储装置。

背景技术

众所周知，飞轮能量存储装置和系统用于存储能量并在需要时释放所存储的能量。已知的飞轮组件具有传统的转子设计，其有时由碳化纤维复合材料制成。这种转子具有在其上安装马达/发电机(M/G)和轴承永久磁体(PM)的轴。通常通过轮毂将轴连接到轮缘。根据飞轮可实现的上端速度限制了飞轮的轴-轮毂设计。由于部件的径向增长随着转子速度增加而变化，可用于飞轮组件中的部件的材料的匹配是有问题的。轮毂必须机械地将轴连接到轮缘，而在飞轮的运转转速范围内在整个运转频率范围不将弯曲模态引入转子结构中。但是，轴经常表现出很小的径向增长，而轮缘表现出显著的径向增长。

通过使用越来越先进的材料实现的飞轮的较高的转速不幸地加剧了轮毂的增长匹配的问题，因为轮缘增加的径向增长超过其它连接部件例如连接轴所表现的任意增长。此外，飞轮技术提供的整体效率受到当前可用的材料的限制，当飞轮以超过材料容许的速度运转时该材料就会失效。

另外，尽管期望高能量密度以实现最大限度的能量存储和部署，但已知飞轮组件可实现的能量密度是有限的。此外，由于存在净角动量，难以达到飞轮系统的能量存储和部署的最大容量，并且空间限制经常阻止飞轮技术的效用。

发明内容

依据本发明的一个方面，提供用于飞轮装置的容纳层，其包含具有内壁和外壁的大体圆柱形的腔室，以及被连接到内腔室壁和外腔室壁中的至少一个的多个可变形的托架。

每个托架都具有用于容纳冲击的至少一个表面，其提供了沿冲击方向的从大约0.1°到大约5°的掠射角(glancing angle)，优选托架每个都包含多层。优选地，至少一层包含烧灼颗粒。托架优选地被定向为吸收并容纳冲击以及可预测地变形。优选地，托架由诸如如下材料制成，例如含有碳纤维的、含有玻璃纤维的、还有金属的材料或其组合。托架优选以低于最快飞轮碎片的速度的速率发生初始变形，几厘米的完全变形在大约1到大约10ms的时间段内发生。托架具有从大约2GPa到大约20GPa的优选的拉伸强度，并且优选地，每个托架具有S形，包含多层并包含中部，该中部响应于向外的移动冲击沿径向向外的方向弹性变形以产生凹形内表面。优选地，至少一层包含烧灼颗粒。一旦遭遇开始使托架变形的力或冲击，容纳层变形以产生大体环形的腔体。

有利地，容纳层大体上包围飞轮装置，所述装置包含以从大约300m/s到3000m/s的速度旋转的至少一个转子。

有利地，托架是S形的，并且托架响应于向外的冲击沿径向向外的方向弹性变形。

有利地，托架一旦受到冲击就可预测地变形，以便在腔室内产生大体环形的腔体。

有利地，至少一个托架层是编织层，其包含从由以下材料组成的组中选择的材料：含有玻璃的纤维、含有碳的纤维或其组合。优选地，含有碳的纤维是含有碳纳米管的纤维。

有利地，至少一个托架层包含一系列相互连接的节，所述节由从以下材料组成的组中选择的材料制成：钢、钛、铝、聚合物纤维、碳化纤维和其组合。优选地，碳化纤维包含含有碳纳米管的纤维。

有利地，托架的至少一层包含至少一个烧灼板。

有利地，容纳层具有高于飞轮装置轴向高度的轴向高度。

有利地，一种包含上述容纳层的交通工具。