CN110805652A - 具有可变转动惯量的飞轮 - Google Patents

Abstract

本申请题为“具有可变转动惯量的飞轮”。本申请描述一种飞轮(10)，其包括旋转轴线(2)、至少一个盘式飞轮(1)和至少两个惯性质量环(5、6)，至少两个惯性质量环(5、6)相对于彼此径向偏移布置并且可旋转地安装。对于每个惯性质量环(5、6)，多个制动设备(21、22)连接到盘式飞轮(1)，其中制动设备(21、22)被配置用于与惯性质量环(5、6)的可拆卸连接。

Description

具有可变转动惯量的飞轮

技术领域

本发明涉及飞轮，特别是用于驱动或制动装置的飞轮。本发明还涉及回收制动装置、驱动装置和交通工具，特别是机动车辆。

背景技术

飞轮用于许多技术领域，例如，与制动装置或驱动装置结合使用。盘式飞轮通常可拆卸地耦接到可旋转地安装的惯性质量环上，使得盘式飞轮可以在具有或没有惯性质量环的情况下旋转。以此方式，盘式飞轮的扭矩改变并且可以通过自由旋转的惯性质量环存储动能。惯性质量环与盘式飞轮的耦接通常经由使用制动衬块的耦接元件来实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的飞轮，该飞轮特别能够实现盘式飞轮的转动惯量的分级调节。

该目的通过根据权利要求1所述的飞轮、根据权利要求11所述的回收制动装置、根据权利要求12所述的驱动装置和根据权利要求13所述的交通工具来实现。从属权利要求包含本发明的进一步有利配置。

根据本发明的飞轮包括旋转轴线、至少一个盘式飞轮和至少两个惯性质量环，所述至少两个惯性质量环相对于彼此径向偏移布置并且可旋转地安装。对于每个惯性质量环，包括例如制动衬块(brake pad)的多个制动设备被连接(优选地固定连接)到盘式飞轮。制动设备被配置用于与惯性质量环的可拆卸连接。根据本发明的飞轮的优点在于提供了若干惯性质量环，这些惯性质量环可以彼此独立地连接到盘式飞轮或者从盘式飞轮上拆下。以此方式，盘式飞轮的转动惯量的分级调节是可能的。其结果是，特别是与制动或加速过程相结合，可以实现温和的制动或加速。转动惯量的可能级数可以例如借助于使用的惯性质量环的数量来单独增加。特别地，还可提供三个或更多个惯性质量环。

在一个有利的变体中，制动设备包括至少一个制动衬块、至少一个弹簧和至少一个质量体。与惯性质量环的可拆卸连接以摩擦接合连接的形式实现，表现为至少一个质量体借助于至少一个弹簧将至少一个制动衬块推靠在惯性质量环上。至少一个质量体相对于飞轮的旋转轴线径向抵靠弹簧可移动地布置，使得弹簧根据转速并且因此根据盘式飞轮的离心力被压缩，并且摩擦接合连接因此被分离。在相应惯性质量环固定地连接到盘式飞轮或从盘式飞轮上拆下的情况下，转速一方面可受到质量体的质量的影响和控制，另一方面可受到所用弹簧的弹簧常数的影响和控制。特别地，个体惯性质量环可连接到制动设备，这些制动设备在每种情况下都包括针对每个惯性质量环具有彼此偏离的质量的质量体和/或具有彼此偏离的弹簧常数的弹簧。

至少一个惯性质量环(优选地所有惯性质量环)可以包括圆周表面。制动衬块(即分配给相应惯性质量环的制动衬块)可以布置成使得它们借助于弹簧从外侧径向推靠在惯性质量环的圆周表面上。这种变体代表一种技术简单的解决方案，其能够以特别节省空间的方式实现。

在一个示例性变体中，第一惯性质量环能够以摩擦接合方式连接到多个制动设备，具体地说是制动衬块。这些制动设备在每种情况下都包括具有第一质量m₁的质量体。第二惯性质量环能够以以摩擦接合方式连接到多个制动设备，其中这些制动设备在每种情况下都包括具有第二质量m₂的质量体。质量m₁和质量m₂在这里彼此不同。例如，质量m₁可大于质量m₂。对于每个惯性质量环，使用具有彼此偏离的质量的质量体的优点在于，在转速彼此偏离的情况下，相应惯性质量环从盘式飞轮上分离，因此，以分级形式有助于盘式飞轮的扭矩。

附加于上述变体或替代上述变体，第一惯性质量环能够以摩擦接合方式连接到多个制动设备，其中这些制动设备在每种情况下都包括具有第一弹簧常数D₁的弹簧。第二惯性质量环能够以摩擦接合方式连接到多个制动设备，这些制动设备在每种情况下都包括具有第二弹簧常数D₂的弹簧。弹簧常数D₁和弹簧常数D₂彼此不同。例如，弹簧常数D₁大于弹簧常数D₂。就像质量体的质量的不同配置一样，弹簧常数的不同配置也产生相应惯性质量环与盘式飞轮的连接以及因此在不同转速的情况下从盘式飞轮的分离。因此，附加于或替代对于每个惯性质量环以分级方式配置的质量，盘式飞轮的分级转动惯量可借助于以分级方式配置的弹簧常数来实现。

在一个特别有利的变体中，飞轮包括两个以上的惯性质量环，这些惯性质量环相对于彼此径向偏移布置，可旋转地安装并且能够在每种情况下都以摩擦接合方式连接到分配给每个惯性质量环的多个制动设备。在这种情况下，分配给每个惯性质量环的制动设备具有质量体，这些质量体具有个体质量m_i，该个体质量m_i不同于分配给其他惯性质量环的制动设备的质量体的个体质量m_j(m_i≠m_j)。

在附加或替代变体中，飞轮可包括两个以上的惯性质量环，这些惯性质量环相对于彼此径向偏移布置，可旋转地安装并且能够在每种情况下都以摩擦接合方式连接到多个制动设备。在这种情况下，分配给每个惯性质量环的制动设备可以具有弹簧，这些弹簧针对每个惯性质量环具有个体弹簧常数D_i。个体弹簧常数D_i不同于分配给其他惯性质量环的制动设备的弹簧的个体弹簧常数D_j(D_i≠D_j)。

作为所述变体的结果，可以实现具有三个或更多个转动惯量级的飞轮。例如，飞轮可以包括第一惯性质量环，该第一惯性质量环可以与多个制动设备连接到具有第一质量m₁的质量体和/或具有第一弹簧常数D₁的弹簧。第二惯性质量环可以与多个制动设备连接到具有第二质量m₂的质量体和/或具有第二弹簧常数D₂的弹簧。第三惯性质量环可以与多个制动设备连接到具有第三质量m₃的质量体和/或具有第三弹簧常数D₃的弹簧。质量m₁、质量m₂、质量m₃优选彼此不同。除此之外或作为替代，弹簧常数D₁、弹簧常数D₂、弹簧常数D₃也不同。以此方式，可以实现可根据需要继续的个体分级。

在另一变体中，制动设备可以在每种情况下都包括至少一个质量体，并且与惯性质量环的可拆卸连接能够以摩擦接合连接的形式实现，表现为至少一个质量体借助于紧固到盘式飞轮上的弹簧将制动衬块推靠在惯性质量环上，其中在每种情况下，至少一个质量体借助于致动器抵靠弹簧径向可移动地布置，使得弹簧被质量体压缩并且摩擦连接被分离。作为惯性质量环和盘式飞轮之间的转速相关的连接的替代或补充，使用用于使质量体抵靠弹簧移位的致动器还能够独立于转速控制盘式飞轮的转动惯量，这是凭借于质量体也可独立于转速移位的事实，并且因此可产生或分离惯性质量环与盘式飞轮之间的连接。

例如，致动器可被配置为是液压可控的。例如，在曲轴的轴承中可实现液压致动，表现为位于曲轴轴承中的轴承润滑剂旁边的环形槽经由单独的油管道供应并且经由电磁阀调节。加压油从那里进入曲轴法兰并进入飞轮，在飞轮中，加压油可经由管道传导到可动质量块的调节器。在这种情况下，油抵抗弹簧做功并因此可使质量体移位。

在另一变体中，至少一个惯性质量环(例如存在的所有惯性质量环)可以电磁地连接到制动设备并因此连接到飞轮。在该变体中，例如，可以通过控制单元确定惯性质量环何时应共转以及何时应分离。其优点在于，例如，在混合动力交通工具的情况下，通过激活的回收，交通工具的制动可以更平缓地发生，因为惯性可以被减小并且因此更多的扭矩可以被传递到发电机而不会使交通工具过度减速。个体惯性质量环可以被配置为在每种情况下都是单独电磁可控的。

根据本发明的回收制动装置和根据本发明的驱动装置在每种情况下都包括根据本发明并在上面描述的飞轮。它们具有盘式飞轮的分级转动惯量的上述优点。回收制动装置和驱动装置优选地被配置用于交通工具，例如用于机动车辆(例如重型货车、汽车或摩托车)或者用于船舶。

根据本发明的交通工具包括根据本发明并已描述的飞轮和/或根据本发明的回收制动装置和/或根据本发明的驱动装置。该交通工具可以是机动车辆或船舶。机动车辆可以是汽车、重型货车、摩托车、小型公共汽车或公共汽车。交通工具尤其可被配置为混合动力机动车辆。

在交通工具的制动和驱动过程的背景下，本发明的优点在于：飞轮的转动惯量可单独地且以定向(targeted)方式控制，特别是在起动-停止功能的情况下。例如，在制动操作的情况下，可以激活质量块，即，惯性质量环或多个惯性质量环因此可以耦接到盘式飞轮，并且一旦质量块或相应惯性质量环已达到相应转速，这可以被解耦。在起动期间或在加速过程的情况下，可以再次激活或耦接旋转质量块或相应惯性质量环，并且因此可以支持起动和加速过程。

附图说明

下面参考附图在示例性实施例的基础上更详细地解释本发明。尽管通过优选的示例性实施例更详细地说明和描述本发明，但是本发明不受限于所公开的示例，并且本领域技术人员可在不脱离本发明的保护范围的情况下从其中得出其他变体。

图1示意性地示出具有高转动惯量的盘式飞轮。

图2示意性地示出具有低转动惯量的盘式飞轮。

图3示意性地示出根据本发明的飞轮的第一变体。

图4示意性地示出根据本发明的飞轮的第二变体。

图5示意性地示出根据本发明的回收制动装置。

图6示意性地示出根据本发明的驱动装置。

图7示意性地示出根据本发明的机动车辆。

具体实施方式

图1和图2中所示的盘式飞轮1具有旋转轴线2并且在每种情况下都具有一定数量的(在每种情况下所示示例中都为四个)质量体3。质量体3径向可移位地布置在例如相应的导轨4中。在图1所示的变体中，质量体3径向布置在外侧。盘式飞轮1因此具有高转动惯量。在图2中，质量体3径向布置在内侧。因此，与图1所示的变体相比，盘式飞轮1具有低转动惯量。借助于质量体3从内侧向外侧或者沿导轨4在径向方向上向外侧移位，转动惯量可以增加，或者在质量体3从外侧向内侧移动的情况下，转动惯量可以减小。

在图3中示意性地示出根据本发明的飞轮的第一变体。所示飞轮10包括一个盘式飞轮1以及两个或更多个惯性质量环。在所示变体中，第一惯性质量环5径向布置在第二径向惯性质量环6内侧。第一惯性质量环5包括圆周表面15，并且第二惯性质量环6包括圆周表面16。

用于惯性质量环5和惯性质量环6与盘式飞轮1的可拆卸连接的多个制动设备21、制动设备22被紧固到盘式飞轮1上。在这种情况下，制动设备21被配置用于制动并摩擦接合第一惯性质量环5与盘式飞轮1的连接，并且制动设备22被配置用于制动和摩擦接合第二惯性质量环6与盘式飞轮1的连接。在所示变体中，包括质量体7和质量体8的制动衬块借助于弹簧17和弹簧18从外侧径向推靠在外表面15和外表面16上。

在盘式飞轮1的转速增加的情况下，质量体7和质量体8抵靠弹簧17和弹簧18径向向外推动。结果，制动衬块或质量体8和质量体7从相应的表面15和表面16分离，结果相应的惯性质量环5和惯性质量环6自由旋转，并且因此不再代表惯性或不再有助于盘式飞轮1的转动惯量。

在图3所示的变体中，质量体7具有比质量体8更小的质量。在盘式飞轮1的转速增加的情况下，第一惯性质量环5因此将首先从盘式飞轮上分离，并且在转速更高的情况下，第二惯性质量环6也将分离。如果转速再次下降，则质量体7和质量体8的离心力被弹簧17和弹簧18的弹力超过，而惯性质量环5和惯性质量环6将再次耦接到磁盘式飞轮1并加速它。在图3所示的变体中，最初第二惯性质量环6耦接到盘式飞轮1并且在甚至更低的转速的情况下第一惯性质量环5也耦接到盘式飞轮1。因为离心力也取决于质量块所处的半径，所以在相同弹簧常数和相同质量的情况下，外环将首先分离。

第一弹簧17和第二弹簧18可以具有彼此偏离的弹簧常数。在这种情况下，质量体7和质量体8也可以具有相同的质量，并且用于使惯性质量环5和惯性质量环6与盘式飞轮1耦接和分离的转速可以通过相应的弹簧常数确定或固定。

在图4所示的变体中，致动器9被布置在弹簧17和弹簧18上和/或布置在质量体7和质量体8上。质量体7和质量体8可以被推动抵靠弹簧17和弹簧18，和/或弹簧17和弹簧18可以借助于致动器9被直接压缩。以此方式，可以实现盘式飞轮1的独立于转速的分级转动惯量。例如，致动器9可以被配置为是液压可控的。

在另一变体中，惯性质量环5和惯性质量环6可以电磁耦接到盘式飞轮1。这同样能够单独控制转动惯量。

图5示意性地示出根据本发明的回收制动装置11。回收制动装置11包括根据本发明并如上所述的飞轮10。图6示意性地示出根据本发明的驱动装置12。根据本发明的驱动装置12包括根据本发明并如上所述的飞轮10。回收制动装置11和驱动装置12的优点在于它们具有能够以分级方式控制的扭矩。

图7示出根据本发明的机动车辆13。根据本发明的机动车辆13包括上述回收制动装置11和/或根据本发明并如上所述的驱动装置12和/或根据本发明的飞轮10。根据本发明的回收制动装置11、根据本发明的驱动装置12和根据本发明的飞轮10也可用于船舶驱动装置的环境中。

附图标记列表

1 盘式飞轮

2 旋转轴线

3 质量体

4 导轨

5 第一惯性质量环

6 第二惯性质量环

7 第一质量体

8 第二质量体

9 致动器

10 飞轮

11 回收制动装置

12 驱动装置

13 机动车辆

15 圆周表面

16 圆周表面

17 第一弹簧

18 第二弹簧

21 制动设备

22 制动设备

Claims (15)

1.一种飞轮(10)，其包括旋转轴线(2)、至少一个盘式飞轮(1)和至少两个惯性质量环(5、6)，所述至少两个惯性质量环(5、6)相对于彼此径向偏移布置并且可旋转地安装，

其中，

对于每个惯性质量环(5、6)，多个制动设备(21、22)连接到所述盘式飞轮(1)，其中所述制动设备(21、22)被配置用于与所述惯性质量环(5、6)的可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的飞轮(10)，

其中，

所述制动设备(21、22)在每种情况下都包括至少一个制动衬块、至少一个弹簧(17、18)和至少一个质量体(7、8)，并且与所述惯性质量环的所述可拆卸连接以摩擦接合连接的形式实现，表现为至少一个质量体(7、8)借助于所述至少一个弹簧(17、18)将所述至少一个制动衬块推靠在所述惯性质量环(5、6)上，其中在每种情况下，所述至少一个质量体(7、8)抵靠所述弹簧(17、18)径向可移动地布置，使得所述弹簧(17、18)根据所述盘式飞轮(1)的转速被压缩，并且所述摩擦接合连接因此被分离。

3.根据权利要求2所述的飞轮(10)，

其中，

至少一个惯性质量环(5、6)包括圆周表面(15、16)，并且所述制动设备(21、22)被布置成使得它们借助于所述弹簧(17、18)从所述外侧径向推靠在所述惯性质量环(5、6)的所述圆周表面(15、16)上。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的飞轮(10)，

其中，

第一惯性质量环(5)能够以摩擦接合方式连接到在每种情况下都包括具有第一质量m₁的质量体(7)的多个制动设备(21)，并且第二惯性质量环(6)能够以摩擦接合方式连接到在每种情况下都包括具有第二质量m₂的质量体(8)的多个制动设备(22)，其中质量m₁不同于质量m₂。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的飞轮(10)，

其中，

第一惯性质量环(5)能够以摩擦接合方式连接到在每种情况下都包括具有第一弹簧常数D₁的弹簧(17)的多个制动设备(21)，并且第二惯性质量环(6)能够以摩擦接合方式连接到在每种情况下都包括具有第二弹簧常数D₂的弹簧(18)的多个制动设备(22)，其中弹簧常数D₁不同于弹簧常数D₂。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的飞轮(10)，

其中，

所述飞轮(10)包括两个以上的惯性质量环(5、6)，所述惯性质量环(5、6)相对于彼此径向偏移布置，可旋转地安装并且能够在每种情况下都以摩擦接合方式连接到分配给每个惯性质量环(5、6)的多个制动设备(21、22)，其中分配给每个惯性质量环(5、6)的制动设备(21、22)具有质量体(7、8)，所述质量体(7、8)具有个体质量m_i，所述个体质量m_i不同于分配给其他惯性质量环(5、6)的制动设备(21、22)的质量体(7、8)的个体质量m_j(m_i≠m_j)。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的飞轮(10)，

其中，

所述飞轮(10)包括两个以上的惯性质量环(5、6)，所述惯性质量环(5、6)相对于彼此径向偏移布置，可旋转地安装并且能够在每种情况下都以摩擦接合方式连接到多个制动设备(21、22)，其中分配给每个惯性质量环(5、6)的制动设备(21、22)具有弹簧(17、18)，所述弹簧(17、18)针对每个惯性质量环(5、6)具有个体弹簧常数D_i，所述个体弹簧常数D_i不同于分配给其他惯性质量环(5、6)的制动设备(21、22)的弹簧(17、18)的个体弹簧常数D_j(D_i≠D_j)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的飞轮(10)，

其中，

所述制动设备(21、22)在每种情况下都包括至少一个质量体(7、8)，并且与所述惯性质量环(5、6)的所述可拆卸连接以摩擦接合连接的形式实现，表现为至少一个质量体(7、8)借助于紧固到所述盘式飞轮(1)上的弹簧(17、18)将制动衬块推靠在所述惯性质量环(5、6)上，其中在每种情况下，所述至少一个质量体(7、8)借助于致动器(9)抵靠所述弹簧(17、18)径向可移动地布置，使得所述弹簧(17、18)被所述质量体(7、8)压缩，并且所述摩擦接合连接因此被分离。

9.根据权利要求8所述的飞轮(10)，

其中，

所述致动器(9)被配置为是液压可控的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的飞轮(10)，

其中，

至少一个惯性质量环(5、6)能够电磁连接到所述制动设备(21、22)。

11.一种回收制动装置(11)，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的飞轮(10)。

12.一种驱动装置(12)，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的飞轮(10)。

13.一种交通工具(13)，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的飞轮(10)和/或根据权利要求11所述的回收制动装置(11)和/或根据权利要求12所述的驱动装置(12)。

14.根据权利要求13所述的交通工具(13)，其被配置为机动车辆或船舶。

15.根据权利要求13所述的交通工具(13)，其被配置为混合动力机动车辆。

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