CN211209492U - 飞轮转子及磁悬浮储能装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于磁悬浮储能设备技术领域，尤其涉及一种飞轮转子及磁悬浮储能装置，飞轮转子包括：转轴；飞轮，整体呈圆柱形，与转轴一体成型或分体设置，飞轮的顶面和/或底面凹陷形成有横截面呈圆形的凹槽，凹槽内设有多个加强筋，多个加强筋呈放射状均匀布设于所述凹槽的侧壁与转轴的外周壁之间，加强筋的高度小于等于凹槽的高度。本申请由于在飞轮的顶面和/或底面设有凹槽，凹槽中设有多个加强筋，凹槽及加强筋的设置从结构上增强了转子的整体强度，减少了转子镂空的体积，增加了储能的总量，既能解决飞轮转子直径过大而淬透性不足的问题，也能保证飞轮转子有足够的强度去承受较大的应力，不至于发生断裂失效，制造成本低，且易于制造。

Description

飞轮转子及磁悬浮储能装置

技术领域

本申请属于磁悬浮储能设备技术领域，尤其涉及一种飞轮转子及磁悬浮飞轮储能装置。

背景技术

飞轮储能是一种功率密度高、响应迅速、寿命长、环境特性友好的物理储能技术。为提高储能密度和功率密度，飞轮通常运行在很高的转速(超过10000rpm)，飞轮结构内部存在高速离心载荷引起的强大应力，为防止应力超过材料的强度，必须采用高强度、低密度的先进材料，如高强度钢。淬透性(hardenability)，表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层(马氏体层)深度，它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一，钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。飞轮转子采用淬透性好的钢材，可使飞轮整个截面获得均匀一致的力学性能，以减少变形和开裂。

为保证转子整体的力学性能，一种方法是采用淬透性好的钢材来解决淬透性不足的问题，但成本较大，加工制造难度大，还有的飞轮采用复杂的复合材料，其结构及制作工艺复杂，成本高；另一种方法是改变飞轮的形状，以获得相对的均匀结构，传统的飞轮多为单一的圆柱形，这种设计存在一定的缺陷，在高速旋转时，中心轴与飞轮之间的连接面受到的应力过大，容易失效。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种飞轮转子，旨在解决现有技术中的飞轮转子直径过大而淬透性不足，在高速旋转时中心轴与飞轮之间的应力过大，容易失效的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种飞轮转子，包括：

转轴；

飞轮，整体呈圆柱形，与所述转轴同轴设置，所述飞轮与所述转轴一体成型，或与所述转轴分体设置并安装于所述转轴上，所述飞轮的顶面和/或底面凹陷形成有横截面呈圆形的凹槽，所述凹槽内设有多个加强筋，多个所述加强筋呈放射状均匀布设于所述凹槽的侧壁与所述转轴的外周壁之间，所述加强筋的高度小于等于所述凹槽的高度。

进一步地，所述凹槽的底面与所述转轴的径向方向平行，所述加强筋各处的厚度一致。

进一步地，所述加强筋为直角梯形块或三角形块，所述加强筋的长度从远离所述凹槽底壁的一端至靠近所述凹槽底壁的一端逐渐变大。

进一步地，所述加强筋与所述凹槽的侧壁之间具有间隙，所述间隙的长度小于所述加强筋与所述飞轮的连接端的长度。

进一步地，所述加强筋与所述飞轮的连接端的长度大于等于所述凹槽深度的三分之一且小于等于所述凹槽深度的一半。

进一步地，所述凹槽内的所述加强筋的数量设置为3～6个。

进一步地，所述转轴、飞轮及加强筋一体成型。

进一步地，所述飞轮的顶面和底面均开设有所述凹槽，上下两端的所述凹槽的大小形状相同，至少其中的一个所述凹槽内设有所述加强筋。

进一步地，所述飞轮转子还包括上端盖和下端盖，所述上端盖固定于所述飞轮的上端面并密封上端的所述凹槽，所述下端盖固定于所述飞轮的下端面并密封下端的所述凹槽。

本申请的另一目的在于提供一种磁悬浮储能装置，包括上述飞轮转子。

本申请的有益效果：本申请的飞轮转子，在飞轮的顶面和/或底面设有凹槽，凹槽中设有多个加强筋，凹槽及加强筋的设置从结构上增强了转子的整体强度，减少了转子镂空的体积，增加了储能的总量，既能解决飞轮转子直径过大而淬透性不足的问题，也能保证飞轮转子有足够的强度去承受较大的应力，不至于发生断裂失效，制造成本低，且易于制造。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的飞轮转子的立体结构示意图；

图2为图1所示飞轮转子的纵剖视图；

图3为图1所示飞轮转子的俯视结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的飞轮转子的纵剖视图；

图5为本申请又一实施例提供的飞轮转子的纵剖视图。

其中，图中各附图标记：

10-转轴；20-飞轮；21-凹槽；30-加强筋。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1～3所示，本申请实施例提供的飞轮转子，包括转轴10和飞轮20。转轴10整体可以是圆柱形，转轴10与飞轮20可采用相同材质。飞轮20整体呈圆柱形，飞轮20与转轴10同轴布设，两者可以是一体成型的，这样整体结构强度更大，两者也可以是分体设置的，如通过配合结构或连接件将飞轮20安装在转轴10上。飞轮20的顶面和/或底面凹陷形成有凹槽21，该凹槽21的横截面呈圆形，凹槽21内设有多个加强筋30，多个加强筋30呈放射状均匀布设于凹槽21的侧壁与转轴10的外周壁之间，加强筋30的内侧壁与转轴10的外周壁连接，加强筋30的底壁与凹槽21的底壁连接；加强筋30的高度设置为小于等于凹槽21的高度，具体加强筋30的高度设置为等于凹槽21的高度时飞轮转子具有的储能总量更大些；转轴10的长度可设置为与飞轮20的高度相等或大于飞轮20的高度，转轴10的上下两端面可设置为分别与飞轮20的上下两端面齐平；凹槽21的底面可设置为与转轴10的径向方向平行设置。由于凹槽21内设置有加强筋30，减少了镂空的体积，增加了储能的总量，加强筋30可增强飞轮转子的整体强度，中心轴与飞轮20之间的连接强度增加，飞轮转子能承受较大的应力，不会发生断裂失效的现象，整体结构简单，成本低，易于制造。

本实施例提供的飞轮转子，在飞轮20的顶面和/或底面设有凹槽21，凹槽21中设有多个加强筋30，凹槽21及加强筋30的设置从结构上增强了转子的整体强度，减少了转子镂空的体积，增加了储能的总量，既能解决飞轮转子直径过大而淬透性不足的问题，也能保证飞轮转子有足够的强度去承受较大的应力，不至于发生断裂失效，制造成本低，且易于制造。

在一实施例中，如图1、图2所示，凹槽21的底面设置为与转轴10的径向方向平行，加强筋30各处的厚度一致，加强筋30整体呈直板状。如图2所示，飞轮20的顶面开设有凹槽21，加强筋30的纵截面呈上小下大状，加强筋30的长度从上至下逐渐变大，加强筋30整体呈上小下大状，这样在转轴10与飞轮20的连接处能形成较强的连接结构，使飞轮转子有足够的强度去承受高速旋转时产生的较大应力。

在一实施例中，如图4所示，加强筋30为直角梯形块，加强筋30的顶面和底面平行，直角梯形块的一个直角边与凹槽21的底壁连接，另一个直角边与转轴10的外周壁连接，加强筋30的长度从远离凹槽21底壁的一端至靠近凹槽21底壁的一端逐渐变大。转轴10的上下两端设置为分别与飞轮20的上下两端面齐平，加强筋30为直角梯形块时，加强筋30的高度设置为与凹槽21的深度相等，此时加强筋30远离凹槽21底壁的端面与转轴10一端的端面齐平。可以理解地，如图2所示，加强筋30也可以是纵截面呈直角三角形的形状，加强筋30为纵截面呈上小下大的三角形块，三角形块的一个直角边与凹槽21的底壁连接，另一个直角边与转轴10的外周壁连接。加强筋30的斜边的倾斜角度可根据实际应用环境进行设置，加强筋30的斜边与转轴10径向方向的夹角可设置为45～70度。

在一实施例中，如图2、图3所示，加强筋30与凹槽21的侧壁之间具有间隙，该间隙的长度小于加强筋30与飞轮20的连接端的长度，这样转轴10与飞轮20的连接处能形成较强的加强结构，飞轮转子能适于高速旋转的运动。

在一实施例中，如图2、图3所示，加强筋30与所述飞轮20的连接端的长度大于等于凹槽21深度的三分之一且小于等于凹槽21深度的一半，这样加强筋30的外形尺寸能根据凹槽21的实际深度进行调整，使得加强筋30与凹槽21之间的配合能最大程度地提高结构强度的同时增大储能总量。凹槽21的直径可设置为小于等于飞轮20的外直径的一半。

在一实施例中，转轴10、飞轮20及加强筋30一体成型，如此整体强度较大，能适于飞轮20的高速旋转运动。飞轮20的凹槽21具体可通过机械加工形成，加工后的凹槽21内同时形成了个加强筋30。

在一实施例中，凹槽21内的加强筋30的数量设置为3～6个，飞轮20上下两端面分别形成有凹槽21时，每个凹槽21内的加强筋30的数量均设置为3～6个。需要注意的是，加强筋30具体设置的数量及厚度可根据凹槽机加工的难易程度，以及对工件的淬透性是否会带来一定的提高来确定，数量不设置过多，以3～6个为宜。如图3所示，具体可在凹槽21中设置3个加强筋30，相邻的两加强筋30呈120度夹角。

在一实施例中，如图2所示，飞轮20的顶面和底面均开设有凹槽21，上下两端的凹槽21的大小形状相同。也就是说，飞轮20上下两端面分别开设有形状和尺寸均相同的凹槽21，至少其中的一个凹槽21内设有加强筋30。如图5所示，两凹槽21内可分别设有相同数量的加强筋30，两凹槽21内的加强筋30的大小形状相同，两凹槽21内的加强筋30呈镜像对称布设。也可以是仅仅其中一个凹槽21内设有加强筋30，另一个凹槽21内不设置加强筋30，如图2所示，上端的凹槽21内设置有加强筋30，下端的凹槽21内未设置加强筋30；如图5所示，飞轮20的上下两端的凹槽21内分别设置有加强筋30。

在一实施例中，飞轮转子还包括上端盖和下端盖(图未示)，上端盖和下端盖的直径可设置为与飞轮20的外直径相等，上端盖固定于飞轮20的上端面并密封上端的凹槽21，下端盖固定于飞轮20的下端面并密封下端的凹槽21，上端盖和下端盖的设置可消除飞轮转子高速旋转时加强筋30受到风阻阻力的影响。

本申请实施例提供的磁悬浮储能装置，包括上述实施例的飞轮转子，采用上述实施例的飞轮转子的磁悬浮储能装置，整体成本较低，飞轮转子有足够的强度去承受高速旋转运动时产生的较大应力，不至于发生断裂失效，使用寿命长，易于制造。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞轮转子，其特征在于：包括：

转轴；

飞轮，整体呈圆柱形，与所述转轴同轴设置，所述飞轮与所述转轴一体成型，或与所述转轴分体设置并安装于所述转轴上，所述飞轮的顶面和/或底面凹陷形成有横截面呈圆形的凹槽，所述凹槽内设有多个加强筋，多个所述加强筋呈放射状均匀布设于所述凹槽的侧壁与所述转轴的外周壁之间，所述加强筋的高度小于等于所述凹槽的高度。

2.根据权利要求1所述的飞轮转子，其特征在于：所述凹槽的底面与所述转轴的径向方向平行，所述加强筋各处的厚度一致。

3.根据权利要求2所述的飞轮转子，其特征在于：所述加强筋为直角梯形块或三角形块，所述加强筋的长度从远离所述凹槽底壁的一端至靠近所述凹槽底壁的一端逐渐变大。

4.根据权利要求2所述的飞轮转子，其特征在于：所述加强筋与所述凹槽的侧壁之间具有间隙，所述间隙的长度小于所述加强筋与所述飞轮的连接端的长度。

5.根据权利要求4所述的飞轮转子，其特征在于：所述加强筋与所述飞轮的连接端的长度大于等于所述凹槽深度的三分之一且小于等于所述凹槽深度的一半。

6.根据权利要求1～5任一项所述的飞轮转子，其特征在于：所述凹槽内的所述加强筋的数量设置为3～6个。

7.根据权利要求1～5任一项所述的飞轮转子，其特征在于：所述转轴、飞轮及加强筋一体成型。

8.根据权利要求1～5任一项所述的飞轮转子，其特征在于：所述飞轮的顶面和底面均开设有所述凹槽，上下两端的所述凹槽的大小形状相同，至少其中的一个所述凹槽内设有所述加强筋。

9.根据权利要求8所述的飞轮转子，其特征在于：所述飞轮转子还包括上端盖和下端盖，所述上端盖固定于所述飞轮的上端面并密封上端的所述凹槽，所述下端盖固定于所述飞轮的下端面并密封下端的所述凹槽。

10.一种磁悬浮储能装置，其特征在于：包括权利要求1～9中任一项所述飞轮转子。

Images