CN102388228B

CN102388228B - 飞轮

Info

Publication number: CN102388228B
Application number: CN201080013902.9A
Authority: CN
Inventors: A·F·阿特金
Original assignee: Ricardo Consulting Engineers Ltd
Current assignee: Ricardo UK Ltd; Ricardo PLC
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: WO2010094912A1; JP2012518144A; JP5529897B2; EP2399039A1; EP2399039B1; GB0902840D0; US20120111142A1; CN102388228A

Abstract

本发明涉及一种用于构造能量储存之用的飞轮的装置和方法，该飞轮具有驱动传递元件(60)和包括质量元件(10)的轮缘(50)，该驱动传递元件(60)通过在驱动传递元件和质量元件周围的卷绕件(80，90)而联接到轮缘(50)，且飞轮包含指示器环(800)，该指示器环起到机械保险丝的作用，以对过大的飞轮部件应力提供指示。

Description

飞轮

技术领域

本发明涉及一种飞轮和用于构造能量储存用的飞轮的方法。

背景技术

已知用于以动能形式储存能量、例如用于车辆的飞轮。在这种情况下，已知使用飞轮来储存能量，否则这种能量在车辆减速时将被转换成车辆制动系统中的热量，这种储存的能量随后在需要时可用于使车辆加速。

根据图1的已有类型的飞轮具有可以安装在诸如轴的中央支承体上的中央金属支承部(1)。至少一个复合环(2)安装在中央支承部上。在这种类型飞轮中的复合环是由碳纤维缠绕而得的细丝。当飞轮转动时，该环将由于作用于其上的离心力趋向于沿直径扩大。该环具有较高的环绕强度以当飞轮转动时对离心力反作用。然而，外环会在中央支承部上变成松配合，并潜在地(危险地)从中央支承部卸下。此外，径向应力会导致复合环的失效。

为了抵消环扩大的趋势，环通常机加工有比中央支承部的外径小的内径，然后以过盈配合安装到中央支承部上。这种直径上的不匹配导致预载荷，因而，该环将向内的力施加到中央支承部上。当飞轮不转动时这种向内的预载荷最大，并且导致要求中央支承部结构上足够强，以能在飞轮静止时抵抗预载荷的力。已知多于一个的复合环被压到一起并进一步安装在中央支承体上。预载荷朝向飞轮的中心增大，并随着被压在一起的环的数目而增大。因此，在飞轮的中央支承部中需要大量材料来抵消预载荷的力，且接近飞轮中心的这种材料仅非常低效率地增加飞轮的转动惯量。此外，如果轮毂比复合环更刚硬，则当飞轮速度增大而预载荷减小时，所增加的质量将导致轮毂中的应力管理问题。

另外，在现有的系统中，超过复合环的最大应力率会导致失效。在上述类型的飞轮中，由于预载荷，中央支承部在复合环上施加向外的力。当飞轮转动时，该力与作用在环上的离心力的方向相同。然后，当轮毂的硬度低于复合环时，环必须足够坚固，以在飞轮以最大速度转动时抵消预载荷力和离心力之和。因此，这种类型飞轮的另一问题在于预载荷降低飞轮的最大转动速度。

现有系统的另一问题是，如果飞轮被联接到例如车辆变速器，则通常需要键连接的联接件，以使较高的瞬时扭矩水平(例如当快速改变车辆变速器的传动比时，由此需要飞轮来快速地进行加速或减速)可以传递到飞轮而不会发生打滑。

在2007年12月7日提交的英国专利申请0723996.5中所述类型的飞轮通过提供一种具有驱动传递元件和包括质量元件的轮缘的飞轮克服了上述限制，其中，通过卷绕件联接轮缘和驱动传递元件。然而，当飞轮以增大速度转动时，这种类型的飞轮期望具有对飞轮部件中应力的指示。

发明内容

权利要求书阐明了本发明。因为飞轮包含有警告环或指示器环以在转动时不同地运转，所以当飞轮到达不期望的转动速度时，探测器可探测到不同表现的结果，例如飞轮中的不平衡。

指示器环可以过盈配合安装到飞轮，并且由支承构件或由驱动传递元件(例如，轴)来支承。该环可由周向卷绕的纤维(例如，碳纤维)构造成，或者可以是其它具有足够环绕强度的材料，其环绕强度使其能够在最大设计飞轮速度下进行不失效地转动，并具有如下面进一步所述的合适的硬度。当环被安装至支承构件时，该环可径向设置在支承构件的外侧或内侧。当该环径向设置在支承构件的内侧时，环具有比支承构件大或基本上相同的硬度。当该环径向设置在支承构件的外侧时，环具有比支承构件小或基本上相同的硬度。支承构件包括周向卷绕的纤维，例如碳纤维。当环被安装到驱动传递元件(例如，轴)时，该环具有比驱动传递元件小或基本相同的硬度。

过盈配合导致在飞轮处于闲置时环及其安装件(例如，支承元件)之间产生预载荷。预载荷的水平和环以及环的安装件的相对硬度选择成，当飞轮在预定触发速度或超过预定触发速度转动时，由离心力基本上克服预载荷，从而使环和支承构件分离。一般来说，较小硬度的部件将倾向于比硬度大的元件伸展和“增大”得更多。但显然，在环及其安装件具有基本上相同硬度的情况下，两部件将仍倾向于在转动时分离，这是因为更大的力作用于在离开转动轴线更大半径处的部件。可以相应地调节径向位置和材料硬度的组合，以在期望的预定速度下达到分离。预定速度选择成比预期飞轮将要失效的速度低。环通过压配合而装配至其安装件，这导致在过盈配合的边界处产生不均匀的应力分布。

在其它方面，本发明包括制造、操作或组装飞轮的方法。

附图说明

现将参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1是已知飞轮的示意图；

图2是本发明的实施例的等轴立体图；

图3是图2实施例的剖视图；

图4是轴的构造的视图；

图5是卷绕方式的详图；

图6是轴处卷绕件的视图；

图7是示出轮缘处另一缠绕方法的视图；

图8是包含警告环的飞轮的剖视图；

图9是图8的实施例的侧视图；

图10是包含警告环的另一实施例的视图；

图11是图10实施例的侧视图；

图12是具有警告环的另一实施例的视图；

图13是图12实施例的侧视图；

图14是包含警告环的另一实施例的视图。

具体实施方式

总体而言，在此所述的装置和方法涉及一种飞轮能量储存装置，其中，以惯性有效的方式来使用这种构造中所用的材料，且支承结构处于张力作用下，包括质量元件的轮缘通过卷绕件在其外表面上保持在位(该卷绕件还经过驱动传递元件周围)，而不是例如通过压紧的过盈配合而保持到其内表面。

在其它方面，支承元件可围绕轮缘以抵消离心力，并且可设置诸如轴的扭转适应或弹性驱动传递元件。

卷绕件可以下面所述的许多方式构造并还可以被预张紧。驱动传递元件可以是轴，该轴可以是中空的并可以由卷绕的碳纤维来构造。轮缘可包括周向支承构件(也被称为支承元件)以及径向安装在支承构件内部的质量元件。

在实施例中，轮缘可由复合材料，例如经卷绕的碳纤维和树脂构造成。质量元件可以是被按压到或模制到加强元件内的环。替代地，质量元件可包括一个或多个高密度元件，这些元件可连接成串、通过模制、钻孔、按压包含到轮缘内或者通过粘合剂附连于加强元件的内部。

驱动传递元件例如可以是中空的轴，且可以由经卷绕的碳纤维构成。复合物可以卷绕有纤维，这些纤维沿设置成使轴的弯曲和轴的扭转导致纤维长度变化的方向来定向，因此，这些变形受到纤维抵抗长度上变化这一自然趋势的阻碍。因此，轴可以成形为顺应扭转运动。

警告环或指示器环安装至飞轮轮缘，且飞轮设置成至少一个警告环和其它部件相对于另一个在足够量的离心力作用下运动、扩大、收缩、变形或扭曲。这会例如通过使组件不平衡而影响组件的转动，这可被监测或探测到以提供过载的指示。

参见图2和7，为了有效地提供较大惯量，包括质量元件(10)的轮缘(50)设置在离开提供中心转动轴线(20)的诸如轴(60)的驱动传递元件、相比于飞轮(30)的尺寸来说相对较大的半径处，该质量元件(10)例如包括相对较重材料的环。质量元件(10)具有较高密度以有效提供惯量。合适的材料也可以是铅或钢之类，但也可使用其它材料。当飞轮(30)转动时，质量元件(10)受到由离心力引发的应力。

外周向支承构件(40)位于质量元件的径向外侧。支承构件(40)具有较高的环箍强度并能抵消当飞轮(30)转动时作用于质量元件(10)的离心力。支承构件(40)较佳是碳纤维复合物、沿周向卷绕，以赋有较高的环箍强度。在所示实施例中，支承构件(40)以较小的过盈配合的预载荷被压到质量元件(10)上，因而，两者被有效连结，从而形成轮缘(50)。仅需较小的预载荷，这是因为当飞轮静止时，预载荷仅起到以过盈配合方式将两元件保持在一起的作用。替代地，两者可通过粘结剂或类似物来连结。对质量更为有效的布置，使质量集中在飞轮的轮缘附近对于给定的能量储存能力而言可以使飞轮更轻。尽管在图2中所示的质量元件示出为连续环，但替代地它也可以是分离的环段或可以是分立的质量的元件。例如，在图7中示出另一结构，其中，质量可插入或模制到支承构件(40)内，作为环或作为分立的元件而插入或模制到支承构件(40)中的容纳孔内。

参见图2、5和6，卷绕件将轮缘(50)联接到轴(60)。卷绕件构造成它由从轴(60)延伸到轮缘(50)的基本上或部分径向部分(80)和围绕轮缘(50)延伸的基本上轴向部分(90)构成。在所示实施例中，卷绕件是以如下的卷绕操作过程进行卷绕的细丝：径向部分从轴(60)到轮缘(50)，轴向部分在轮缘(50)上，以形成“系带/吊索(sling)”，然后径向部分以重复方式从轮缘(50)返回到轴(60)。在某些但不必在所有反复的卷绕操作之间，卷绕件(87)可至少部分地经过轴(60)的圆周周围。卷绕件(80，90)将在离心力作用下随轮缘(50)增大而略微伸展，并将在轮缘(50)上施加反作用力。由此，卷绕件(80，90)帮助轮缘(50)的支承构件(40)抵抗作用于质量元件(10)的离心力并有助于抵抗轮缘(50)的径向增大。卷绕件(80，90)可以由包括碳、玻璃纤维、凯夫拉尔、柴隆(Zylon)或尼龙的纤维构成，或者可以在较小的应力场合中由金属丝构成。由此，不需要诸如中央支承部或轮辐的较重的安装结构。

在质量元件包括易延展或可锻材料的实施例中，支承构件(10)和卷绕件(80，90)可以在制造期间通过下述方法进行预张紧：飞轮以文中上述的方式进行组装，而驱动传递元件(60)和轮缘(50)通过卷绕件来联接，轮缘(50)包括质量元件(10)和外支承构件(40)。在该阶段，不需要或需要极少的向内的预载荷。然后，飞轮以足够快的角速度进行旋转，以使质量元件(10)上的离心力足以使飞轮屈服并且比其最终的抗拉强度小。由此，质量元件(10)向外屈服且其圆周增大。质量元件(10)圆周的增大导致质量元件(10)和支承构件(40)之间可靠的过盈配合，由此使支承构件(40)伸展和预张紧并且还使卷绕件(80，90)伸展和预张紧。质量元件(10)具有低到中等的杨氏模量，该杨氏模量比支承构件(40)的小，因而，质量元件(10)的在离心力作用下变形的趋势比支承构件(40)的变形趋势大。这种操作致使支承构件(40)和卷绕件(80，90)都被预张紧。这样，支承构件(40)和卷绕件(80，90)都被预张紧，相比于在增加卷绕件前使质量元件(10)以过盈配合的方式配合至支承构件(40)，这将仅仅致使支承构件(40)预张紧。在其它实施例中，上述方法可用于单独使支承构件预张紧。

在其它实施例中，具有极低杨氏模量的材料，诸如铅，构成质量元件(10)。使用诸如水银的较高密度的液体可产生其中质量元件(10)为自平衡的飞轮。支承构件(40)将质量元件(10)限制在支承构件(40)径向内侧。

构成质量元件(10)时所使用的合适的易延展或可锻材料具有相比于它们屈服强度的第一点较大的最终抗拉强度，从而形成足够大的易延展区域，以在上面详述的制造操作期间超过材料的屈服点，而没有超过材料的最终抗拉强度的风险。合适的屈服强度比最终抗拉强度之比接近1∶2。用于质量元件(10)的材料还具有第一屈服点，该屈服点足够低以使其可在中等的飞轮速度下被超过，从而避免飞轮其它部分的失效，这种部件例如是外支承构件(40)和卷绕件(80，90)。材料还具有如下特性，即，使产生预加载过程的离心力引起质量元件(10)的足够大的周向变形，以使支承构件(40)和卷绕件(80，90)的所产生的变形导致预载荷，当飞轮以在正常操作期间遇到的典型转动速度进行转动时，该预载荷显著抵消作用于质量元件(10)的离心力。

在质量元件(10)使用上述方法不延展又不被预加载的实施例中，质量元件的最终抗拉强度较优地接近于支承构件(40)的最终抗拉强度，且质量元件(10)的屈服强度尽可能接近支承构件(40)的最终抗拉强度。

参见图5，可选择卷绕部分(80)从轴(60)到轮缘(50)的角度，以决定轴(60)和轮缘(50)之间的扭矩传递特性。所用的角度可在i)切向于轴的圆周以及ii)垂直于轴的圆周之间选择。接近于相对于轴(60)的垂直角的经选择的角度将增大由卷绕件(80)对抵消作用于质量元件(40)的离心力所作的贡献。接近于切向于轴(60)的经选择的角度将增大卷绕件(80)在轴(60)和轮缘(50)之间传递扭矩的能力。可以选择在上述角度范围内的折衷角度，以优化由卷绕件所作的贡献。由于卷绕件(80，90)仅能够在张紧时传递扭矩，因此径向的卷绕部分(80)可沿顺时针(85)和逆时针(86)方向设置，因而，根据飞轮在加速还是在减速，顺时针(85)或逆时针(86)的卷绕部分受拉。还可以改变围绕设有卷绕件的轴的轴向位置，以改变抗拉支承的强度。

参见图2，卷绕件(80，90)的绕圈数以及由此该卷绕件的强度可变化。同样，可变化碳支承构件(40)内的纤维的绕圈数，以改变其强度。由于抵抗作用于质量元件(10)的离心力的反作用是来自支承构件(40)和卷绕件(80，90)组合的反作用，因此来自它们中每一个的相关贡献可通过改变卷绕件(80，90)内的绕圈数和支承构件(40)内的绕圈数来变化。一方面，支承构件(40)可被完全移除，由此仅通过卷绕件(80，90)抵消作用于质量元件的离心力。此外，卷绕件可连续围绕整个圆周延伸，或者可以由沿周向在各个纤维或各组纤维之间的间隙来中断，从而提供“像轮辐”的结构。例如，在质量元件是多个分立元件的情况下，轮缘处的卷绕件(90)可与分立的质量元件对准。

参见图3，轮缘(50)至少暂时由可以是轴(60)的驱动传递元件上的支架部分(70)来支承。支架部分较佳地由轻质材料构成，以减小总体飞轮质量并将质量聚集在周界处。支架部分可例如由木、蜡、树脂或其它轻质材料制成。支架部分允许轮缘安装在驱动传递元件上，而在制造期间施加卷绕件。支架部分可以在卷绕件被施加到轮缘和驱动传递元件之后借助于腐蚀、溶解、融化或升华来移除或可移除。

对比于轮缘，卷绕件和支架部分相对较轻，由此飞轮可构造有轮缘，该轮缘包括质量元件，因而，飞轮的大部分质量靠近惯量上最有效的轮缘。支架部分(70)可以粘胶到轴(60)和/或轮缘(50)。

参见图4，轴(60)可以是实心的，但较佳为中空的，以减小其质量。轴(60)较佳为碳纤维复合物，其编织成扭转顺应的且轴向刚硬的。但轴可以由诸如玻璃纤维、钢、钛、其它金属或复合物的其它材料制成。在纤维复合轴的情况下，可以变化纤维的编织方式，以影响抵抗弯曲和扭转的程度并良好地调节轴的扭转顺应性。轴可以具有按压或胶粘到其上的一个或多个支承表面(65)。一个或多个支承表面(65)还可包含驱动联接件(66)或者单独的驱动联接件可胶粘或按压到轴上。轴的扭转顺应性对限制驱动联接件处的峰值扭矩水平有效果，因此允许使用具有比键连接的驱动联接件的峰值扭矩处理能力低的驱动联接件，例如摩擦或磁性联接件。

通过参见附图3和6可进一步理解飞轮的制造。卷绕件(80，90)可通过“湿卷绕”过程来成形，由此例如使用树脂或粘合剂来提供连结。形成卷绕件(80，90)的纤维可浸渍有树脂或粘合剂，并且可在树脂或粘合剂还“湿”时卷绕，即，树脂或粘合剂还处于未固化的状态下。替代地，支承构件(40)可在形成卷绕件(80，90)的过程前或期间涂敷有树脂和粘合剂，以使卷绕件(80，90)粘附于支承构件(40)。类似地，轴(60)可在卷绕过程前或期间涂敷有树脂和粘合剂，以使卷绕件(80，90)粘附于轴(60)。这些技术增强轴(60)和轮缘(50)之间的扭矩传递。替代地，可使用卷绕件(80，90)、轴(60)以及轮缘(50)之间的过盈配合。

参见图7，卷绕件(80，90)和支承构件(40)在下文中被描述为分离的卷绕元件。然而，可以通过例如使卷绕件(80，90)的绕圈和支承构件(40)的绕圈交叉/交织来组合两个元件。还可首先形成支承构件(40)、形成穿过支承构件的孔(45)，然后形成具有穿过支承构件(40)内的孔(45)的卷绕部分(80，90)的卷绕件(80，90)。支承构件(40)的形状可以是半球形或抛物线形，以将应力分布在卷绕件(90)的与支承构件(40)接触的部分上。任何光滑的截面轮廓形状都被设想为合适的。

参见图2和5，在轮缘处的卷绕部分(80，90)之间留有空间，因而进入支架部分(70)的通路被保留。支架部分(70)可以在已形成卷绕件(80，90)之后保留在位或可以通过爆破、腐蚀、溶解、融化或升华来移除。支架部分可例如由陶瓷、树脂、蜡、树脂或其它能够进行该操作的材料制成。移除支架部分(70)将产生更轻的飞轮，该飞轮具有更低比例的惯性效率低的质量。由于去除了支架部分，卷绕件提供用于支承驱动传递元件上轮缘的唯一实质装置。

在替代的方法中，飞轮可构造有周向支承构件，这些支承构件提供环绕强度，但使用传统的中央支承部而不是卷绕件来安装环。

使用时，飞轮可安装在车辆中或为了储存能量或诸如稳定作用的其它目的的任何其它合适的设置中，并且适当地经由驱动传递元件与诸如电动机、发动机或发电机的提供驱动或接收驱动的部件联接或脱开联接。

参见图8和9，这些图示出具有警告环或指示器环(800)的飞轮(30)的第一个实施例，可以看到警告环(800)安装在支承构件(40)的外圆周上。警告环(800)使用过盈配合安装在支承构件(40)的径向外侧，并且通常被按压在位。当飞轮(30)闲置时，警告环(800)和支承构件(40)之间的过盈配合导致这两个部件之间的预加载力。将警告环(800)组装到支承构件(40)导致在两者之间的残余非均匀应力。卷绕件(80)经过警告环(800)、支承构件(40)和质量元件(10)周围。飞轮被仔细地调平衡，以避免在转动时振动。在制造期间，在组装警告环后进行平衡操作，因而，在警告环在位的情况下使飞轮平衡。

如图8和9中所示，卷绕件(80)经过警告环(800)和支承构件(40)周围。因此，卷绕件倾向于保持警告环(800)与支承构件(40)接触，从而抵消警告环离开支承构件(40)而增大的趋势。然而，通过适当选择警告环(800)、卷绕件(80)和支承构件(40)的硬度，可以确保警告环(800)能够在离心力作用下径向离开支承构件(40)(即，增大)运动。在其它实施例中(诸如图10和11中所示)，警告环(800)被按压到支承构件(40)的外侧上并且在卷绕件(80)的径向外侧上。

在图8至11中所示的实施例中，警告环(800)具有比支承构件(40)低的杨氏模量(刚性更低)，因而，在操作中当飞轮转动时，警告环(800)(在离心力作用下)径向上增大比支承构件(40)更多的量，从而在离心力到达足够量时导致分离。在卷绕件经过警告环(800)周围的图8和9中所示的实施例中，卷绕件(80)连同警告环(800)的硬度足够低，因而，在飞轮转动时卷绕件(80)和警告环(800)比支承构件(40)增大得更多。警告环(800)仅需是相比于支承构件(40)具有相对较低强度的轻质环，这是因为警告环(800)实质上不支承质量元件(10)。

警告环的扩大导致警告环(800)和支承构件(40)之间预载荷的释放。在触发转动速度或离心力大小下(由过盈配合的预载荷的量以及警告环与支承元件之间的相对硬度来预先确定)，克服预载荷，且警告环(800)和支承构件(40)至少部分分离。例如可能会不均匀地发生分离，这是因为过盈配合在过盈配合的边界处具有不均匀的应力分布，从而导致转动质量中的运动偏离中心以及不平衡。此外，警告环(800)和支承构件(40)之间残余的不均匀应力至少部分地通过警告环(800)相对于支承构件(40)的运动来释放。这种运动使(在制造期间被仔细地调平衡的)飞轮至少略微不平衡。由残余应力的释放引起的不平衡是永久的(即，不平衡是永久的，除非后来至少部分地重新制造飞轮，例如通过至少执行使飞轮重新平衡的步骤以及选择性地，在重新平衡前，执行移除警告环以及将其重新安装到支承元件上的步骤，以使残余的非均匀应力被恢复，由此，恢复如果预载荷被再次克服则飞轮摆脱平衡的能力)并且可以被认为是已触发的机械“保险丝(fuse)”的根据。

所造成的不平衡在飞轮转动时引起振动，且可通过振动传感器探测到振动，以给出飞轮超速的指示，该指示与例如由飞轮速度传感器得出的任何指示是分开的。合适的振动传感器的例子是压电加速计。因此，即使主飞轮速度传感器发生故障，对过度飞轮速度提供分开的和独立的指示。此外，永久的指示使得示出飞轮在某些位置超出其设计速度运转并由此可能将来在某些位置失效。

在图10和11中所示的第二实施例中，警告环经过卷绕件(80)的外侧并且相应地选择其相对硬度以提供相同的效果。

在另一实施例中，如图12和13中所示，警告环(800)以过盈配合的方式安装在支承构件(40)的径向内侧。在此实施例中，质量元件(10)插设在支承构件(40)和警告环(800)之间，但在其它实施例中，可如前所述包含到支承构件(40)内或警告环可插设在质量元件(10)和支承构件(40)之间。在这些其它的实施例中，警告环(800)具有比支承构件(40)高的杨氏模量(更刚硬)。

在操作中，当飞轮转动时，支承构件(40)径向增大(在离心力的作用下)比警告环(800)的增大更多的量。类似于前述实施例，警告环(800)和支承构件(40)之间的预载荷由离心力克服，从而使警告环(800)能够运动。当支承构件(40)径向增大到支承构件内的空间大于警告环(800)的外径时，警告环(800)能够离开支承构件(40)内的中心运动，从而导致不平衡。此外，在不均匀的残余应力的影响下(由制造期间的压配组装操作而残余的，由此，警告环被压入支承元件的中心内)，致使当由离心力克服预载荷时，警告环(800)在支承元件内运动，由此使飞轮永久不平衡，从而引起振动。如上所述，可以通过传感器探测到振动并用作警告指示。

在另一实施例中，警告环(800)以产生预载荷的过盈配合方式被压配到驱动传递元件(例如，轴)。如上所述，飞轮被仔细地调平衡。轴(60)比警告环(800)更刚硬，且在飞轮转动时警告环在径向上比轴增大得更多。在预定的速度下克服预载荷，从而使警告环(800)能够在轴上运动，这引导在机械失效前可被探测到的不平衡。

在飞轮速度超过触发速度时有意产生的不平衡以及对由此引起的振动的探测如上所述提供一种警告，即，飞轮正在或者已经超出其最大安全工作速度地运转。这种警告可与主飞轮速度监测系统分开确定，并由此在主速度监测系统失效时提供对于飞轮超速的第二失效保护指示。将注意到，过载的探测可通过在探测器处设定告知过载的不平衡水平或者通过修改警告环和/或其它轮缘部件及其组合的相对特性来触发。系统可以标定成在所有或部分警告环脱开时或在相对的运动/尺寸的改变足以形成可脱开或超过阈值的不平衡时指示过速。

警告环(800)由卷绕件(80)围住的实施例的优点在于，如果飞轮以比触发速度高的速度工作，从而使警告环从支承构件(40)松开，则警告环(800)包含在卷绕件(80)内，进而不会有警告环(800)完全脱开的危险。

将会看到由于上述构造，因此可提供一种更强、更安全和更有效的飞轮。

Claims

1.一种飞轮(30)，所述飞轮(30)具有驱动传递元件(60)和轮缘(50)作为部件，所述驱动传递元件(60)通过围绕所述驱动传递元件和轮缘的卷绕件(80,90)联接到所述轮缘(50)，其中，所述轮缘(50)包括质量元件(10)和至少局部设置在所述质量元件径向外侧的支承元件(40)，并且其中指示器环(800)安装至所述飞轮(30)以与所述飞轮(30)一同转动，所述指示器环(800)形成为在转动时作出不同于飞轮部件地表现；

其特征在于，所述指示器环(800)和飞轮部件设置成在转动时不同地变形,其中所述指示器环(800)和所述支承元件(40)之间的预载荷由离心力克服，使所述指示器环(800)在预定速度分离，该预定速度选择成比预期飞轮将要失效的速度低。

2.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，所述指示器环(800)由所述支承元件(40)来支承。

3.如权利要求2所述的飞轮(30)，其特征在于，所述指示器环(800)安装在所述支承元件(40)的基本上径向外侧。

4.如权利要求3所述的飞轮(30)，其特征在于，所述指示器环(800)具有比所述支承元件(40)小或基本上相等的硬度，以在转动时不同地变形。

5.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，所述指示器环(800)安装在所述支承元件(40)的基本上径向内侧。

6.如权利要求5所述的飞轮(30)，其特征在于，所述指示器环(800)具有比所述支承元件(40)大或基本上相等的硬度，以在转动时不同地变形。

7.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，所述驱动传递元件(60)包括轴，且所述指示器环(800)安装在所述轴上。

8.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，所述支承元件(40)包括周向卷绕的纤维。

9.如权利要求8所述的飞轮(30)，其特征在于，所述周向卷绕的纤维为碳。

10.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，所述指示器环(800)被按压到所述飞轮(30)上或飞轮(30)内，从而所述指示器环(800)和支承元件(40)之间的预载荷具有不均匀的应力分布。

11.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，所述飞轮(30)作为组件进行平衡。

12.如权利要求1所述的飞轮(30)，其特征在于，还包括用于在转动时探测所述指示器环(800)和飞轮(30)的不同表现的探测器。

13.如权利要求12所述的飞轮(30)，其特征在于，所述探测器设置成探测由所述不同表现而引起的不平衡。

14.一种构造飞轮(30)的方法，包括在驱动传递元件(60)和轮缘(50)周围提供卷绕件(80)以及经由指示器环安装件将指示器环(800)安装到所述飞轮(30)，以与所述飞轮一同转动的步骤，其中，所述轮缘(50)包括质量元件(10)和至少部分设置在所述质量元件径向外侧的支承元件(40)，并且其中指示器环(800)安装至所述飞轮(30)以与所述飞轮(30)一同转动，所述指示器环(800)形成为在转动时作出不同于飞轮部件地表现；

其特征在于，所述指示器环(800)和飞轮部件设置成在转动时不同地变形，其中所述指示器环(800)和所述支承元件(40)之间的预载荷由离心力克服，使所述指示器环(800)在预定速度分离，该预定速度选择成比预期飞轮将要失效的速度低。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述指示器环(800)安装到所述支承元件(40)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述指示器环(800)基本上安装在所述支承元件(40)的径向外侧。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述指示器环(800)基本上安装在所述支承元件(40)的径向内侧。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述指示器环(800)被按压到所述飞轮(30)上或飞轮(30)内，由此在所述指示器环(800)和所述支承元件(40)之间的预载荷在干涉边界处造成不均匀的应力分布。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述飞轮(30)在组装时被调平衡。

20.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述质量元件(10)是易延展的，且所述卷绕件(80)和所述支承元件(40)都通过在预加载步骤中使所述飞轮(30)转动来进行预加载，由此作用于所述质量元件(10)的离心力使所述飞轮向外屈服。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述预加载步骤中，所述飞轮(30)以大于正常工作的转动速度并且低于使所述指示器环(800)和其安装件之间的预载荷被克服的速度进行转动。

22.一种对如权利要求1至13中任一项所述的飞轮或如在权利要求14至21中任一项所述的方法制造的飞轮(30)进行操作的方法，包括使所述飞轮(30)转动并监测所述飞轮(30)内的不平衡，从而指示过载。