CN111946775B - 飞轮外圈及飞轮本体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞轮外圈，属于飞轮储能技术领域，为解决飞轮本体的飞轮外圈绕线易疲劳和抗拉强度低等问题而设计。本发明飞轮外圈包括环状芯和至少一根绕线，每根绕线沿环状芯的轴向缠绕在环状芯上。本发明飞轮外圈通过将每根绕线沿环状芯的轴向缠绕在环状芯上，从而使得绕线缠绕在环状芯上时几乎不需预紧力，提高了绕线的抗疲劳特性；且最大强度为多段绕线的强度，大大提高绕线抗拉强度。
Description
技术领域
本发明涉及飞轮储能技术领域，尤其涉及一种飞轮外圈及飞轮本体。
背景技术
飞轮储能装置是一种机电能量转换的储能装置，具有广阔的应用前景。其中，飞轮本体是飞轮储能装置中的核心部件，飞轮本体一般包括轮毂和设置在轮毂外周的飞轮外圈，相关技术中的飞轮外圈包括钢块和在钢块的外周顺序排列缠绕钢丝，这种结构存在以下缺陷：预紧力非常大，造成钢丝易疲劳，且抗拉强度低，最大强度仅为单丝抗拉强度。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种能够提高抗拉强度和抗疲劳性能的飞轮外圈。
本发明的另一个目的在于提出一种包括上述飞轮外圈的飞轮本体。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种飞轮外圈，包括环状芯和至少一根绕线，每根所述绕线沿所述环状芯的轴向缠绕在所述环状芯上。
在其中一个实施例中，所述绕线的数量为一根，所述环状芯由一部分所述绕线围合形成，所述绕线的剩余部分沿所述环状芯的轴向缠绕在所述环状芯上；或者，
所述绕线的数量为多根，所述环状芯由所有所述绕线的一部分共同围合形成，所有所述绕线的剩余部分分别沿所述环状芯的轴向缠绕在所述环状芯上。
在其中一个实施例中，所述绕线的数量为多根，不同所述绕线的首尾相连接；或者，
所述绕线的数量为多根，每根所述绕线的首尾相连接，多根所述绕线的首尾连接处在所述环状芯上对称布置；或者，
所有所述绕线的首尾不相接。
在其中一个实施例中，所述绕线的数量为2m时，所有所述绕线的首尾连接处平均分成多组，且多组所述首尾连接处在所述环状芯上均匀设置，其中，m为正整数；或者，
所述绕线的数量为3n时，所有所述绕线的首尾连接处平均分成多组，且多组所述首尾连接处在所述环状芯上均匀设置，其中，n为正整数。
在其中一个实施例中，所述绕线的首尾压紧连接；或者，所述绕线的首尾相互缠绕并胶接。
在其中一个实施例中，所述绕线为原线，所述原线为金属丝或非金属丝；和/或，所述绕线在受控张力下缠绕到所述环状芯上。
在其中一个实施例中，所述绕线为捻合多根原线的集合捻线，所述原线为金属丝或非金属丝。
在其中一个实施例中，所述绕线的数量为多根，多根所述绕线在所述环状芯上的缠绕方式为顺捻、逆捻或相对捻。
在其中一个实施例中，所述环状芯为由复合材料制成的环状芯；或者，所述环状芯为钢丝环；或者，所述环状芯为钢丝绳环。
一种飞轮本体，包括轮毂和上述的飞轮外圈，所述飞轮外圈环绕所述轮毂设置并与所述轮毂连接。
本发明至少具有以下有益效果：本发明飞轮外圈包括环状芯和至少一根绕线，通过将每根绕线沿环状芯的轴向缠绕在环状芯上，从而使得绕线缠绕在环状芯上时几乎不需预紧力，提高了绕线的抗疲劳特性；且最大强度为多段绕线的强度，大大提高绕线抗拉强度。
附图说明
图1为本发明一实施方式提供的飞轮外圈的结构示意图；
图2为图1所示飞轮外圈的另一角度的结构示意图；
图3为本发明另一实施方式提供的飞轮外圈的结构示意图；
图4为本发明一实施方式提供的飞轮外圈的径向剖视图；
图5为本发明另一实施方式提供的飞轮外圈的径向剖视图；
附图标号说明：
环状芯100，绕线200，原线201，绕线芯202，首尾连接处210。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明公开了一种飞轮本体，该飞轮本体包括轮毂和飞轮外圈，飞轮外圈环绕轮毂设置并与轮毂连接。
参阅图1至图5，飞轮外圈包括环状芯100和至少一根绕线200，每根绕线200沿环状芯100的轴向缠绕在环状芯100上。该飞轮外圈通过将每根绕线沿环状芯的轴向缠绕在环状芯上，从而使得绕线缠绕在环状芯上时几乎不需预紧力，提高了绕线的抗疲劳特性；且最大强度为多段绕线的强度，大大提高绕线抗拉强度。
其中，环状芯100可以为由复合材料制成的环状芯；或者，环状芯100可以为钢丝环，例如将钢丝的两端相接形成的环状体；或者，环状芯100可以为钢丝绳环，例如将钢丝绳的两端相接形成的环状体。具体地，环状芯100呈圆环形。绕线200的数量为多根时，多根绕线200可以以捻线的方式缠绕在环状芯100上，每根绕线200可以相对于环状芯100的轴线以小于90°的预设角度缠绕在环状芯100上。
在一些实施例中，绕线200的数量为一根，环状芯100可以由一部分绕线200围合形成(即由一部分绕线200围合形成环状体作为环状芯100)，绕线200的剩余部分沿环状芯100的轴向缠绕在环状芯100上。或者，在其它实施例中，绕线200的数量也可以为多根，环状芯100由所有绕线200的一部分共同围合形成，所有绕线200的剩余部分沿环状芯100的轴向缠绕在环状芯100上。换句话说，每根绕线200包括第一部分和第二部分，当绕线200的数量为多根时，所有绕线200的第一部分共同围合形成环状芯100，而所有绕线200的第二部分则分别沿环状芯100的轴向缠绕在环状芯100上。
参阅图1至图3，每根绕线200的首尾相连接。当绕线200的数量为多根时，多根绕线200的首尾连接处210在环状芯100上对称布置，以能够保持飞轮外圈的动平衡。或者，当绕线200的数量为多根时，也可以是不同绕线200的首尾相连接。其中，首尾连接处210在环状芯100上对称布置是指多个首尾连接处210在环状芯100上的位置保持对称，例如绕线200的数量为两根时，首尾连接处210的数量为两个，该两个首尾连接处210在环状芯100上相对设置，如图2所示；又如，绕线200的数量为四根时，首尾连接处210的数量为四个，该四个首尾连接处210在环状芯100上的位置两两对称，如图3所示。当然，在一些实施例中，所有绕线200的首尾也可以不相接，本发明对此不作过多限制。
进一步地，绕线200的数量为2m(m为正整数)时，所有绕线200的首尾连接处210平均分成多组，且多组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置。例如，绕线200的数量为四根时，首尾连接处210的数量为四个，四个首尾连接处210可以平均分成两组，则每组有两个首尾连接处210，两组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置；又如，绕线200的数量为六根时，首尾连接处210的数量为六个，六个首尾连接处210可以平均分成两组，则每组有三个首尾连接处210，两组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置，或者六个首尾连接处210也可以平均分成三组，则每组有两个首尾连接处210，三组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置。
当绕线200的数量为3n(n为正整数)时，所有绕线200的首尾连接处210平均分成多组，且多组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置。例如，绕线200的数量为九根时，首尾连接处210的数量为九个，九个首尾连接处210可以平均分成三组，则每组有三个首尾连接处210，三组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置；又如，绕线200的数量为十二根时，首尾连接处210的数量为十二个，十二个首尾连接处210可以平均分成两组，则每组有六个首尾连接处210，两组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置，或者十二个首尾连接处210也可以平均分成三组，则每组有四个首尾连接处210，三组首尾连接处210在环状芯100上均匀设置。
绕线200在受控张力下缠绕到环状芯100上，缠绕张力稳定、可控。和/或，绕线200为原线，原线为金属丝或者非金属丝，例如金属丝可以是但不限于是钢丝、铁丝、铜丝和镍丝等，非金属丝可以是但不限于是碳纤维丝、玻璃纤维丝、凯夫拉丝、芳纶丝、玄武岩丝、超高密度聚乙烯丝、亚特斯丝或斯贝特拉丝等。其中，“碳纤维丝”是指碳纤维材质的丝，“玻璃纤维丝”是指玻璃纤维材质的丝，“凯夫拉丝”是指凯夫拉材质的丝，“芳纶丝”是指芳纶材质的丝，“玄武岩丝”是指玄武岩材质的丝，“超高密度聚乙烯丝”是指超高密度聚乙烯材质的丝，“亚特斯丝”是指亚特斯材质的丝，“斯贝特拉丝”是指斯贝特拉材质的丝，换句话说，即原线201的材质可以为但不限于为碳纤维材质、玻璃纤维材质、凯夫拉材质、芳纶材质、玄武岩材质、超高密度聚乙烯材质、亚特斯材质或者斯贝特拉材质。如图4所示的实施例中，绕线200为原线，绕线200的数量为六根，六根绕线200分别沿环状芯100的轴向缠绕在环状芯100上。
在其中一个实施例中，绕线200为捻合多根原线201的集合捻线，原线201可以为但不限于为金属丝或非金属丝，例如金属丝可以是但不限于是钢丝、铁丝、铜丝和镍丝等，非金属丝可以是但不限于是碳纤维丝、玻璃纤维丝、凯夫拉丝、芳纶丝、玄武岩丝、超高密度聚乙烯丝、亚特斯丝或斯贝特拉丝等。其中，“碳纤维丝”是指碳纤维材质的丝，“玻璃纤维丝”是指玻璃纤维材质的丝，“凯夫拉丝”是指凯夫拉材质的丝，“芳纶丝”是指芳纶材质的丝，“玄武岩丝”是指玄武岩材质的丝，“超高密度聚乙烯丝”是指超高密度聚乙烯材质的丝，“亚特斯丝”是指亚特斯材质的丝，“斯贝特拉丝”是指斯贝特拉材质的丝，换句话说，即原线201的材质可以为但不限于为碳纤维材质、玻璃纤维材质、凯夫拉材质、芳纶材质、玄武岩材质、超高密度聚乙烯材质、亚特斯材质或者斯贝特拉材质。具体地，在该实施例中，绕线200包括绕线芯202和缠绕在绕线芯202外周的多根原线201。例如图5所示的实施例中，绕线200的数量为六根，每根绕线200为由六根原线201捻合在绕线芯202上形成的集合捻线，六根绕线200分别沿环状芯100的轴向缠绕在环状芯100上。
进一步地，当绕线200的数量为多根，且每根绕线200为捻合多根原线201的集合捻线时，多根绕线200在环状芯100上的缠绕方式可以为顺捻、逆捻或相对捻。其中，“顺捻”是指所有绕线200在环状芯100上的缠绕方向与绕线200的原线201在其绕线芯202上的缠绕方向相同，即绕线200的原线201在其绕线芯202上左捻时，绕线200在环状芯100上左捻；绕线200的原线201在其绕线芯202上右捻时，绕线200也在环状芯100上右捻。“逆捻”是指所有绕线200在环状芯100上的缠绕方向与绕线200的原线201在其绕线芯202上的缠绕方向相反，即绕线200的原线201在其绕线芯202上左捻时，绕线200在环状芯100上右捻；绕线200的原线201在其绕线芯202上右捻时，绕线200在环状芯100上左捻。“相对捻”是指一根绕线200的原线201在其绕线芯202上右捻，相邻一根绕线200的原线201在其绕线芯202上左捻，下一根绕线200的原线201在其绕线芯202上右捻，依次类推；而所有绕线200在环状芯100上右捻或左捻。
具体地，当原线201为钢丝时，绕线200的首尾压紧连接，例如可以将绕线200的首尾相互缠绕并用液压钳外加铝套压紧变形连接。当原线201为碳纤丝、玻纤丝、凯夫拉、芳纶或复合材料时，绕线200的首尾相互缠绕并胶接，例如可以用树脂胶接。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种飞轮外圈，其特征在于，包括环状芯(100)和至少一根绕线(200)，每根所述绕线(200)沿所述环状芯(100)的轴向缠绕在所述环状芯(100)上；
所述绕线(200)的数量为多根，不同所述绕线(200)的首尾相连接；或者，
所述绕线(200)的数量为多根，每根所述绕线(200)的首尾相连接，多根所述绕线(200)的首尾连接处(210)在所述环状芯(100)上对称布置。
2.根据权利要求1所述的飞轮外圈，其特征在于，所述绕线(200)的数量为一根，所述环状芯(100)由一部分所述绕线(200)围合形成，所述绕线(200)的剩余部分沿所述环状芯(100)的轴向缠绕在所述环状芯(100)上；或者，
所述绕线(200)的数量为多根，所述环状芯(100)由所有所述绕线(200)的一部分共同围合形成，所有所述绕线(200)的剩余部分分别沿所述环状芯(100)的轴向缠绕在所述环状芯(100)上。
3.根据权利要求1所述的飞轮外圈，其特征在于，所述绕线(200)的数量为2m时，所有所述绕线(200)的首尾连接处(210)平均分成多组，且多组所述首尾连接处(210)在所述环状芯(100)上均匀设置，其中，m为正整数；或者，
所述绕线(200)的数量为3n时，所有所述绕线(200)的首尾连接处(210)平均分成多组，且多组所述首尾连接处(210)在所述环状芯(100)上均匀设置，其中，n为正整数。
4.根据权利要求1或3所述的飞轮外圈，其特征在于，所述绕线(200)的首尾压紧连接；或者，所述绕线(200)的首尾相互缠绕并胶接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的飞轮外圈，其特征在于，所述绕线(200)为原线，所述原线为金属丝或非金属丝；和/或，所述绕线(200)在受控张力下缠绕到所述环状芯(100)上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的飞轮外圈，其特征在于，所述绕线(200)为捻合多根原线的集合捻线，所述原线为金属丝或非金属丝。
7.根据权利要求6所述的飞轮外圈，其特征在于，所述绕线(200)的数量为多根，多根所述绕线(200)在所述环状芯(100)上的缠绕方式为顺捻、逆捻或相对捻。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的飞轮外圈，其特征在于，所述环状芯(100)为由复合材料制成的环状芯；或者，所述环状芯(100)为钢丝环；或者，所述环状芯(100)为钢丝绳环。
9.一种飞轮本体，其特征在于，包括轮毂和如权利要求1至8中任一项所述的飞轮外圈，所述飞轮外圈环绕所述轮毂设置并与所述轮毂连接。
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- 2019-05-15 CN CN201910402158.4A patent/CN111946775B/zh active Active
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