[发明专利]储能飞轮及其制作方法

说明书

本发明涉及一种储能飞轮及其制作方法，属车辆制造技术领域。

利用高速转动的飞轮储能是一个很古老的话题。但由于飞轮储能的机械能转换成其他形式的能量不容易，因此，二十世纪前几十年一直没有很大技术突破和实用化。

本世纪七十年代后期，由于永磁同步电机和电力逆变技术的发展，使机械能和电能的转换非常容易，并且已实用化。将永磁同步电机与飞轮连接，通过永磁同步电机将电能输入或输出到飞轮，使转动的飞轮的机械能转变成可方便使用的电能。现在，利用飞轮储能已成为现实。飞轮储能是一种机械储能装置，也叫飞轮电池或飞轮电源(机械能电池)。由于飞轮电池没有污染，储能比高，因此有非常广阔的应用前景。例如，在风力发电，太阳能发电方面作储能设备。电动自行车，电动汽车的储能设备。代替各种铅酸电池，尤其是UPS中。本世纪80年代以来，关于飞轮储能和飞轮的制造方面的专利已有大量的申请，如美国US4408500，US5695584，US5566588等等。日本的特开平6—210748

飞轮储能的基本原理是利用转动物体的动能 E = 1 2 J ω 2 - - - - - ⟨ 1 ⟩ ]]>公式1中：E：飞轮的动能

     J：飞轮的转动惯量，与飞轮材料的质量和飞轮的截面形状有关。

     ω：飞轮转动的角速度。

飞轮存储的能量的大小与飞轮的转动惯量J和飞轮转动的角速度的平方ω²成正比。飞轮一旦制造完成，其转动惯量就确定了，提高飞轮的转速可以使飞轮以转速平方的速度提高储存的机械能。但是，飞轮的转速不可能无限的提高。这是由于转速越高，飞轮中的材料所承受的由离心力引起的应力也随飞轮的转速以转速的平方的规律增大。当飞轮的转速提高到飞轮由离心力引起的内应力大于飞轮的材料的极限许用应力时，飞轮会发生破坏。这时的飞轮转速叫破坏转速(飞轮)。当飞轮的转速很高时，飞轮的能量很大，突然的破坏会引起爆炸。飞轮的截面形状不仅仅决定了飞轮的转动惯量的大小，而且还决定飞轮的内应力分布。好的截面形状，可以使飞轮在一定的转速下，内应力分布比较均匀，最大内应力较小。也就是说，在飞轮材料的最大许用应力确定的条件下，好的截面形状可以使飞轮工作在较高的转速，存储较大的能量。所以，飞轮材料的最大许用应力和飞轮的截面形状将决定飞轮的储能大小。

为了比较单位质量(重量)的物体存储能量的大小，可以利用比能量的概念，即： e = E / m - - - - - ⟨ 2 ⟩ ]]>

其中e：单位质量(重量)比能量，单位：瓦一小时/公斤。W·h/kg

    E：储能物体所储存的总能量，单位：焦耳。jr

    m：储能物体所包含的总质量，单位：公斤。kg

公式2适用于各种储能方式的物体，如飞轮储能，化学储能，储热与储冷装置等等。

    例如：目前铅酸电池的比能量是：30—50W·h/kg

    锌空气电池比能量是：400W·h/kg

   利用飞轮储能，需要满足：

1，比能量e尽可能大。

2，材料强度高，容易设计，加工。

3，飞轮的形状便于连接，安装。