CN1253990C - 一种悬浮飞轮电池 - Google Patents
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Abstract
一种悬浮飞轮电池，包括支撑架和设置在支撑架上的半圆形的飞轮壳体以及与飞轮壳体相配合的圆弧形飞轮端盖，飞轮端盖的中央设置有球形定子，飞轮壳体的内壁设置有气楔形成装置或磁极，在气楔形成装置或磁极上还设置有构成球形悬浮飞轮的半圆形的自紧球壳和设置在自紧球壳上与球形定子相对应的位置上的球形腔转子和储能体。由于本发明采用气体动压轴承或者磁悬浮的原理，使球形悬浮飞轮在旋转时自动悬浮、自动调心，与飞轮座无接触，以减小摩擦，并且将作为电动机的球形定子与球形悬浮飞轮设计为一体，使球形悬浮飞轮可以绕球形定子的球心任意角度旋转，从而消除了飞轮由于车辆在路面行驶时所产生的陀螺效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆或其他动力机械的机械能与电能相互转换的无轴飞轮储能装置，特别涉及一种悬浮飞轮电池。
背景技术
由于飞轮电池与其他机动车辆上所采用的电池相比，具有能量密度高、体积小、质量轻、寿命长的特点，而受到国内外越来越多的研究者所关注，但应用于车辆上的飞轮电池尚处于起步阶段，目前比较典型的飞轮储能装置的飞轮安装在飞轮轴上，飞轮轴两端通过轴承固定于飞轮座上，飞轮绕飞轮轴旋转，且应用于车辆上的飞轮都是有轴设计，当机动车辆在路面行驶时，由于启动、急停、转弯、以及上下坡或者路面不平时，常导致储能飞轮中飞轮轴方位的改变，从而不可避免的会引起陀螺效应；当车辆经常在路况不好或者城市繁忙的路段上行驶时，会因此使飞轮轴在约束方向上受到很大的陀螺力矩，从而使得飞轮轴或者飞轮轴承受到很大的附加压力，甚至会因附加压力过大而使飞轮轴承遭到破坏，且它还是系统振动的可能振源。常规的设计思路认为陀螺效应是无法避免的，因此都是从采用新材料或者新的制作工艺以增加飞轮轴的疲劳寿命角度来入手解决，即使如此，由于目前技术的限制，采用飞轮电池的车辆还是不能在路况较差的路段行驶，从而限制了其在动力机械上的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够消除车辆上应用的飞轮电池的陀螺效应的悬浮飞轮电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括支撑架和设置在支撑架上的半圆形的飞轮壳体以及与飞轮壳体相配合的圆弧形飞轮端盖，飞轮壳体与飞轮端盖共同形成一空腔结构，其特点是，飞轮端盖的中央设置有球形定子且球形定子的球心与飞轮壳体的内腔球心保持重合，在飞轮壳体的内壁设置有气楔形成装置或磁极，在气楔形成装置或磁极上还设置有半圆形的自紧球壳，自紧球壳与设置在自紧球壳上与球形定子相对应的位置上的球形腔转子和储能体共同构成了球形悬浮飞轮。
本发明的另一特点是：球形悬浮飞轮的底部中央固定有圆形配重；自紧球壳的外表面与飞轮壳体的内表面之间距离小于球形定子外表面与球形腔转子内表面之间的距离；气楔形成装置为一挠性面或倾斜瓦；飞轮壳体的底部开设有导流进气孔，飞轮端盖的顶部开设有导流排气孔；自紧球壳和气楔形成装置或磁极的内壁喷镀或贴有Al2O3、Cr2O3、WC、Co、BeO以及高温陶瓷高硬合金保护材料。
由于本发明将飞轮的外形设计为球形，并且采用气体动压轴承或者磁悬浮的原理，使飞轮在旋转时自动悬浮、自动调心，与飞轮座无接触，以减小摩擦，并且将飞轮发电/电动机与飞轮设计为一体，发电/电动机设计为球形，使飞轮可以绕定子球心任意角度旋转，从而消除了飞轮由于车辆在路面行驶时所产生的陀螺效应。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，2，本发明在支撑架8上设置有半圆形的飞轮壳体6以及与飞轮壳体6相配合的圆弧形飞轮端盖1，飞轮壳体6与飞轮端盖1共同形成一空腔结构，飞轮端盖1的中央设置有球形定子2且球形定子2的球心与飞轮壳体6的内腔球心保持重合，在飞轮壳体6的内壁设置有挠性面或倾斜瓦气楔形成装置或磁极10，气楔形成装置或磁极10上还设置有半圆形的自紧球壳5，自紧球壳5与设置在自紧球壳5上与球形定子2相对应的位置上的球形腔转子3和储能体4共同构成了球形悬浮飞轮，自紧球壳5是在球壳加工过程中进行热处理，使得该球壳在加工之后具有残余应力，该残余应力与球壳旋转时产生的工作应力相反，当球形悬浮飞轮旋转时，与球形悬浮飞轮固连的自紧球壳5上的工作应力可以抵消一部分或全部，从而可以提高球形悬浮飞轮的转速。在其旋转时，球形悬浮飞轮表面与固定在飞轮壳体6内壁的气楔形成装置或磁极10相互作用，形成气体压力或磁作用力，使其悬浮在飞轮壳体6内部，并进行自动调心，使该飞轮的球心与球形定子2的球心保持重合，为防止飞轮转动时球形定子2与球形腔转子3由于磁力的作用而发生的接触或碰撞，自紧球壳5的外表面与飞轮壳体6的内表面之间距离小于球形定子2外表面与球形腔转子3内表面之间的距离。且在飞轮的自紧球壳5的外表面和气楔形成装置或磁极10的内壁喷镀或者贴有高硬合金保护材料。为保持飞轮本身在运转时的稳定性，并且使飞轮在高速时尽量不受车辆运行的影响，在球形飞轮的底部中央固定有圆形配重7，用于平衡球形定子2和球形腔转子3之间的磁力，防止向上方向的碰撞。在用气浮方式时，为防止飞轮高速旋转时在飞轮底部产生真空，影响气浮效果，同时也为了带走飞轮旋转时产生的热量，在飞轮壳体6的底部开有导流进气孔9，飞轮端盖1的顶部开设有导流排气孔11。
本发明在通入电流后球形定子2带动球形悬浮飞轮旋转，当达到一定速度后，设在飞轮壳体6内壁的挠性面或倾斜瓦气楔形成装置10与球形悬浮飞轮本身产生气楔，使球形悬浮飞轮悬浮起来旋转，球形悬浮飞轮的自紧球壳5的外表面和飞轮壳体6内壁的气楔形成装置10上喷镀或贴有高硬合金材料，可以防止球形悬浮飞轮在车辆急停或者别的突然运动中发生的碰撞。由于球形悬浮飞轮与气楔形成装置10之间的相互作用，球形悬浮飞轮在飞轮壳体6内可以实现自动调心。上述的方法适用于较低速度的情况，在更高速时，采用在飞轮壳体6上设置若干磁极替代飞轮内壁的气楔产生装置使球形悬浮飞轮悬浮起来，并将飞轮壳体6内部抽成真空，以减少气阻作用。采用这种设计后，由于球形悬浮飞轮为无轴设计，且在运行过程中处于悬浮状态，因而球形悬浮飞轮可以绕球心定子2任意角度旋转，而不影响其性能，当安装这种飞轮的车辆运行时，不论车辆如何行驶、颠簸，飞轮都可以保持原有的运行状态不变，从而没有了陀螺效应对飞轮座以及车辆的影响。
Claims (7)
1、一种悬浮飞轮电池，包括支撑架[8]和设置在支撑架[8]上的半圆形的飞轮壳体[6]以及与飞轮壳体[6]相配合的圆弧形飞轮端盖[1]，飞轮壳体[6]与飞轮端盖[1]共同形成一空腔结构，其特征在于：飞轮端盖[1]的中央设置有球形定子[2]且球形定子[2]的球心与飞轮壳体[6]的内腔球心保持重合，在飞轮壳体[6]的内壁设置有气楔形成装置或磁极[10]，在气楔形成装置或磁极[10]上还设置有半圆形的自紧球壳[5]，自紧球壳[5]与设置在自紧球壳[5]上与球形定子[2]相对应的位置上的球形腔转子[3]和储能体[4]共同构成了球形悬浮飞轮。
2、根据权利要求1所述的悬浮飞轮电池，其特征在于：所说的球形悬浮飞轮的底部中央固定有圆形配重[7]。
3、根据权利要求1所述的悬浮飞轮电池，其特征在于：所说的自紧球壳[5]的外表面与飞轮壳体[6]的内表面之间距离小于球形定子[2]外表面与球形腔转子[3]内表面之间的距离。
4、根据权利要求1所述的悬浮飞轮电池，其特征在于：所说的气楔形成装置[10]为一挠性面或倾斜瓦。
5、根据权利要求1所述的悬浮飞轮电池，其特征在于：所说的飞轮壳体[6]的底部开设有导流进气孔[9]，飞轮端盖[1]的顶部开设有导流排气孔[11]。
6、根据权利要求1所述的悬浮飞轮电池，其特征在于：所说的自紧球壳[5]和气楔形成装置或磁极[10]的内壁喷镀或贴有高硬合金保护材料。
7、根据权利要求6所述的悬浮飞轮电池，其特征在于：所说的高硬合金保护材料为Al2O3、Cr2O3、WC、Co、BeO以及高温陶瓷。
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