一種飛輪儲能轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及飛輪儲能領(lǐng)域。具體為一種飛輪儲能轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛輪儲能是通過將電能、風(fēng)能、太陽能等能源轉(zhuǎn)化為機械能即飛輪的高速旋轉(zhuǎn)來 實現(xiàn)能量的儲存，在需要使用能量時，將飛輪的動能轉(zhuǎn)化為電能輸出。飛輪儲能通過運動儲 存能量，不需要任何化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)變化，還可進行無限次地充放電，不僅對環(huán)境無污染還 突破了化學(xué)電池的限制，從而受到了高度的關(guān)注。
[0003] 飛輪的儲能公式為
其中J為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，ω為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。 飛輪的旋轉(zhuǎn)角速度越高，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量越大，其儲能密度越高，儲存的能量也越大。飛輪 在旋轉(zhuǎn)的時候，其中間部分與邊緣部分所受的離心力不同，離旋轉(zhuǎn)中心越遠的位置所受到 的離心力越大，一體式的飛輪由于不同位置受力不均，容易產(chǎn)生大的變形或者出現(xiàn)裂紋。因 此，目前大部分飛輪轉(zhuǎn)子采用分體式結(jié)構(gòu)，即包括輪轂和固定地套在輪轂上的外輪，外輪與 輪轂之間一般通過過盈配合來實現(xiàn)固定連接，外輪采用更加堅韌的材料制成。然而，在轉(zhuǎn)速 更高的情況下，例如在轉(zhuǎn)速達到10000轉(zhuǎn)/分鐘時，飛輪仍不可避免地會發(fā)生變形，產(chǎn)生"擴 張"的形態(tài)，與輪轂相比，距離旋轉(zhuǎn)中心更遠的外輪受到更大的離心力，其變形也更大，高速 旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的外輪的各個位置與輪轂相比向外"位移"的距離會更大。這樣必然導(dǎo)致外輪與 輪轂之間結(jié)合的預(yù)緊力減小，導(dǎo)致從輪轂向外輪傳遞的旋轉(zhuǎn)力減小，增加了能量的耗損，嚴 重時會出現(xiàn)輪轂和外輪之間的滑移，甚至脫落。因而，目前分體式的飛輪仍然限制了飛輪的 提速，從而限制了飛輪的儲能密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的飛輪儲能機構(gòu)在高速旋轉(zhuǎn)的情況下飛輪 輪轂與外輪之間的預(yù)緊力減小的技術(shù)問題，提供一種飛輪儲能轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的狀 態(tài)下仍可保持飛輪輪轂與外輪之間結(jié)合的預(yù)緊力，從而為進一步提高轉(zhuǎn)子速度提供了條 件。
[0005] 本發(fā)明的飛輪儲能轉(zhuǎn)子，包括：
[0006] 旋轉(zhuǎn)軸，為豎直設(shè)置的實心鋼軸；
[0007] 第一輪轂，所述第一輪轂由彈簧鋼制成，套在所述旋轉(zhuǎn)軸上可在所述旋轉(zhuǎn)軸的帶 動下與所述旋轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，所述第一輪轂具有盤狀體，所述盤狀體的外緣向其一側(cè)彎折 形成抵接部，所述抵接部與所述盤狀體相連的的位置設(shè)有應(yīng)力減緩槽，所述第一輪轂的盤 狀體自中部向邊緣相對于垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面傾斜，且朝向形成所述抵接部的一 側(cè)傾斜；
[0008] 外輪，所述外輪為桶狀，套在所述第一輪轂上，其內(nèi)壁與所述第一輪轂抵接部的外 壁相配合。
[0009] 作為優(yōu)選，所述抵接部與所述盤狀體之間通過圓角過渡，所述應(yīng)力減緩槽位于所 述圓角的外壁上。
[0010] 作為優(yōu)選，所述外輪的內(nèi)壁在與所述第一輪轂抵接部的外壁相配合的位置處設(shè)有 沿周向延伸的第一配合凸起，在完成安裝的狀態(tài)下，所述第一輪轂的抵接部與所述第一配 合凸起緊配合。
[0011] 作為優(yōu)選，所述第一配合凸起的至少一端設(shè)有引導(dǎo)所述第一輪轂在所述外輪內(nèi)沿 軸線相對運動的安裝引導(dǎo)坡，第一配合凸起的至少一端為安裝時所述抵接部先接觸的一 端。
[0012] 作為優(yōu)選，所述盤狀體相對于垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的平面傾斜的角度為5°-15°。
[0013] 作為優(yōu)選，所述第一輪轂還包括套在所述旋轉(zhuǎn)軸上可與所述旋轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動的安 裝軸套，所述盤狀體位于所述安裝軸套的外部且與所述安裝軸套一體成型。
[0014] 作為優(yōu)選，所述飛輪儲能轉(zhuǎn)子還包括位于所述第一輪轂上方的第二輪轂，所述第 二輪轂由彈簧鋼制成，套在所述旋轉(zhuǎn)軸上，并可在所述旋轉(zhuǎn)軸的帶動下與所述旋轉(zhuǎn)軸同步 旋轉(zhuǎn)，所述第二輪轂的結(jié)構(gòu)形狀與所述第一輪轂的結(jié)構(gòu)形狀相同，且在完成裝配的狀態(tài)下， 所述第一輪轂的盤狀體與所述第二輪轂的盤狀體的傾斜方向相同，所述第二輪轂的抵接部 與設(shè)置在外輪內(nèi)壁上的第二配合凸起緊配合。
[0015] 所述緊配合為過盈配合。
[0016] 作為優(yōu)選，所述飛輪儲能轉(zhuǎn)子還包括定位軸套，所述定位軸套套在所述旋轉(zhuǎn)軸上， 且位于所述第一輪轂與第二輪轂之間。
[00?7]作為優(yōu)選，所述定位軸套由40Cr制成。
[0018] 作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)軸的下端具有用于對所述第一輪轂的下端進行定位的軸肩。
[0019] 本發(fā)明的飛輪儲能轉(zhuǎn)子和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明的輪儲能轉(zhuǎn)子，其第一輪轂的盤狀體的外緣向其一側(cè)彎折形成抵接部， 抵接部在預(yù)緊力的作用下與外輪的內(nèi)壁相抵。第一輪轂的盤狀體自中部向邊緣相對于垂直 于旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面傾斜，且朝向形成抵接部的一側(cè)傾斜。在第一輪轂和外輪高速旋轉(zhuǎn)時， 外輪在第一離心力的作用下會產(chǎn)生向外的位移，第一輪轂受到的離心力雖然小于外輪收到 的離心力，但由于第一輪轂的外緣彎折成了抵接部，且盤狀體傾斜設(shè)計，盤狀體和抵接部在 受到離心力后產(chǎn)生徑向的擴張變形。從而最終產(chǎn)生與外輪一致的徑向變形，抵接部能與外 輪的內(nèi)壁貼緊，保持與外輪的預(yù)緊力。抵接部與盤狀體的連接處設(shè)有應(yīng)力減緩槽，應(yīng)力減緩 槽可減小應(yīng)力，防止此處由于應(yīng)力太大而損壞。
[0021] 2、外輪的內(nèi)壁在與所述第一輪轂抵接部的外壁相配合的位置處設(shè)有沿周向延伸 的第一配合凸起。在完成安裝的狀態(tài)下，所述第一輪轂的抵接部與所述第一配合凸起緊配 合。第一配合凸起增加了第一輪轂抵接部在與外輪的內(nèi)壁配合的時候產(chǎn)生的變形量，使得 外輪與第一輪轂之間的緊配合更加可靠。
[0022] 3、飛輪儲能轉(zhuǎn)子還包括位于第一輪轂上方的第二輪轂，在完成裝配的狀態(tài)下，第 一輪轂的盤狀體與第二輪轂的盤狀體的傾斜方向相同。這為外輪的加長提供了條件，加長 的外輪提高了質(zhì)量，即增大了飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J，從而提高了飛輪的儲能量。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一個實施例的飛輪儲能轉(zhuǎn)子的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為圖1中A部分的放大示意圖。
[0025] 附圖標(biāo)記
[0026] 1旋轉(zhuǎn)軸，11軸肩；
[0027] 2第一輪轂，21盤狀體，22抵接部，23安裝軸套，24應(yīng)力減緩槽；
[0028] 3外輪，31第一配合凸起，32安裝引導(dǎo)坡，33圓角，34第二配合凸起；
[0029] 4第二輪轂，41盤狀體，42抵接部，43安裝軸套；
[0030] 5垂直平面；
[0031] 6定位軸套。
【具體實施方式】
[0032] 如圖1所述，本發(fā)明的飛輪儲能轉(zhuǎn)子，包括旋轉(zhuǎn)軸1、第一輪轂2和外輪3。其中，旋轉(zhuǎn) 軸1為豎直設(shè)置的實心鋼軸，旋轉(zhuǎn)軸1 一般與飛輪儲能裝置中的電機的軸是一體的。在充電 時，電機旋轉(zhuǎn)，電機的軸也就是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)，從而帶動第一輪轂2和外輪3旋轉(zhuǎn)，將電 能轉(zhuǎn)化成為第一輪轂2和外輪3的高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)能量的儲存。
[0033] 所述第一輪轂2由彈簧鋼制成，套在所述旋轉(zhuǎn)軸1上，所述第一輪轂2可在所述旋轉(zhuǎn) 軸1的帶動下與所述旋轉(zhuǎn)軸1同步旋轉(zhuǎn)。所述第一輪轂2具有盤狀體21，所述盤狀體21的外緣 向其一側(cè)彎折形成抵接部22,抵接部22的外壁在預(yù)緊力的作用下與外輪3的內(nèi)壁相抵。
[0034] 第一輪轂2的盤狀體21自中部向邊緣相對于垂直于旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面傾斜，且朝 向形成抵接部22的一側(cè)傾斜。盤狀體21傾斜的設(shè)計相比于不傾斜的情況，更能發(fā)揮彈簧鋼 的彈力特性。在裝配或高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，若沒有傾斜的設(shè)計，彈簧鋼制成的盤狀體只做伸 縮的運動，而不能發(fā)揮其彈力抗屈服的優(yōu)點。作為優(yōu)選，所述盤狀體21相對于垂直于所述旋 轉(zhuǎn)軸1的垂直平面5傾斜的角度為5°-15°。在本實施例中，盤狀體21相對于垂直于所述旋轉(zhuǎn) 軸1的平面傾斜的角度為10°。
[0035] 在第一輪轂2和外輪3高速旋轉(zhuǎn)時，外輪3在第一離心力的作用下會產(chǎn)生向外的位 移，第一輪轂2受到的離心力雖然小于外輪3受到的離心力，但由于第一輪轂2的外緣彎折成 了抵接部，且盤狀體傾斜設(shè)計，盤狀體和抵接部在受到離心力后產(chǎn)生徑向的擴張變形，