CZ136393A3

CZ136393A3 - Method of storing energy and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ136393A3
Application number: CS931363A
Authority: CZ
Inventors: Jack G Bitterly; Steven E Bitterly
Original assignee: American Flywheel Systems
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1995-02-15
Also published as: CA2100260A1; DE69223501D1; EP0566678B1; WO1992012566A1; AU1232692A; EP0566678A1; EP0566678A4; AU4810296A; KR930703730A; SK72593A3; BR9205459A; AU664984B2; US5124605A; ATE161127T1; JPH06506754A; AU683193B2

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká oblasti skladování energie a zvláště zařízení založeného na využití setrvačníku, které má kapacitu ke skladování elektrické energie jako energie kinetické a ke zpětnému získávání elektrické energie ze skladované kinetické energie.

Dosavadní stav techniky

Setrvačník se dlouho používal ke skladování energie. Hrnčířské kolo, objevené před přibližně 5000 lety, pravděpodobně bylo jedním z prvních zařízení, které se používalo jako setrvačník pro skladování energie.

Setrvačník je lákavý z perspektivního hlediska skladováni energie z řady příčin. Jde o relativně jednoduché zařízení, ve kterém je možné skladovat energii a snadno ji lze získávat zpět, buá pomocí mechanického zařízeni nebo za použití elektrických motorů a generátorů. Z teoretického hlediska je možná vysoká rychlost výroby elektrické energie a neexistuje žádé podstatné omezení počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů, kterého se může použít. Nabíjecí kapacita by neměla být nepříznivé ovlivněna stářím nebo počtem předchozích nabíjecích a vybíjecích cyklů, čemuž není v případě známých baterií.

Schopnost hustoty energie ze setrvačníku, také známá jako jeho měrná energie, je dána vztahem

T = Κ_Ξ σ / @ ve kterém

T znamená měrnou energii,

K_s znamená tvarový faktor setrvačníku, σ představuje pevnost v tahu materiálu, ze kterého je setrvačník zhotoven a @ znamená měrnou hmotnost materiálu.

Hustota energie se obvykle vyjadřuje ve watthodinách na kilogram (W.h/kg), watthodinách na libru (W-h/lb) nebo v joulech na kilogram (J/kg).

Setrvačník se obvykle může charakterizovat jako izotropní nebo anizotropní v závislosti na struktuře svého materiálu. Setrvačníky, které kombinují určité znaky izotropních a anizotropru'ch forem, jsou také známy. Za izotropní setrvačníky se obvykle označují setrvačníky, u kterých každá část hmoty setrvačníku je namáhána rovnoměrně ve všech třech ortogonálních rozměrech. Obecně jsou tyto setrvačníky velmi tenké na svém obvodu a tlusté u své hlavy. Avšak vyskytuje se řada možných změn, mezi které se zahrnuje vyboulení povrchu nebo jiné tvary na vnějším okraji. Tyto změny se pokoušejí dosáhnout maximální rotační setrvačnosti setrvačníku, a proto zvýšit schopnost skladovat energii setrvačníku, udržováním celé hmoty setrvačníku na stejné úrovni namáhání, přičemž hmota se současně umísťuje jak nejvíce je možné ve vnější části zaoblení. Je nepříjemné, že hustota energie je velmi malá pro všechny známé materiály, které se zdají být vhodné v izotropních systémech. Nákladná nástrojová ocel pravděpodobně poskytuje nejlepší příklad materiálů, které se mohou obrábět do požadovaných tvarů. Nástrojová ocel se však nemůže zpracovávat na předměty velkých rozměrů bez vyloučení možného praskání materiálu, což vede k rozšiřování trhlin během vysokého zatížení při namáhání.

Anizotropni setrvačníky obvykle využívají materiálů, které mají neobyčejně vysoké pevnosti v jednom rozměru, ale značně nižší pevnosti v ostatních rozměrech. Tato zařízení obvykle obsahují vinutá vlákna. Proto většinou anizotropni setrvačníky mají pouze nominální radiální pevnost, ale nejsou schopné odolávat hodně velkému tangenciálnímu namáhání. Protože však vlákna jsou obvykle slabá v radiálním rozměru a protože tyto setrvačníky jsou axiálně vinuté, tato uspořádáni musí být obvykle konstruována jako tenké věnce. Věnec může přenášet nejvyšší známou hustotu energie, protože obsahuje vše co je užitečné, a má vysokou setrvačnou hmotu v místě nejvzdálenějším od středu ve směru poloměru. Pouze teoreticky omezujícícm činitelem je maximálně dovolené tangenciální namáhání pro materiál tvořící součást setrvačníku. Proto jsou známá zařízení pro skladování energie konstruována s tenkými věnci, a i když mají velmi vysokou hustotu energie, obvykle nemohou skladovat velká množství energie.

Jak pro izotropní, tak pro anizotropni setrvačníky mají klíčovou úlohu při skladování velkých množství energie použité materiály, které projevuji vysokou měrnou pevnost, to znamená, že mají vysokou maximální pevnost ve vztahu k hmotnostní hustotě. Řada z těchto materiálů, které jsou nyní známé v oboru tím, že mají vysokou měrnou pevnost, je dostupná pouze ve formě vláken. Tyto materiály se obvykle nemohou odlévat nebo obrábět do tvaru vyžadovaného pro výrobu izotropních setrvačníků. Izotropní setrvačníky se nyní mohou zhotovovat pouze z kovových materiálů, které mají relativně nízkou měrnou pevnost. I když byly vyvinuty pevné kompozitové materiály, které by se mohly obrábět nebo odlévat do izotropních struktur, pravděpodobné by stále vznikaly stejné problémy jako u všech rotačních kol, která přenášejí své radiální zatížení zpět na rotační osu bez ohledu na to, zda jsou z nějakého důvodu rozpojeny, jako ve formě koncentric4 kých kruhů. Proto izotropní setrvačníky budou pravděpodobně mit vždy hustotu energie asi nižší nebo řádově mnohem nižší než anizotropní setrvačníky typu věnce. Proto anizotropní setrvačníky jsou výhodné pro použiti při skladování energie.

Na mnoho problémů se však naráží při navrhování a konstrukci anizotropních setrvačníků, které se mohou provozovat při vysoké frekvenci otáček a které jsou vhodné pro skladování energie.

Významná zlepšení anizotropních setrvačníků jsou možná na základě údajů, které uvedl R. F. Post v US patentu č.

683 216 a R. F. Post a S. F. Post v Scientific American 6, 229 17-23 /1973/, kde se navrhuje použití vlákenných kompozitů ke zvýšení hustoty energie. R. F. Post a S. F. Post navrhují, aby soubor věnců vinutý z vláken o snižujícím se vnějším poloměru materiálu s příslušnou hmotnostní hustotou mohl splňovat podmínku pro dosažení maximální setrvačnosti rotace, a proto pro skladováni kinetické energie, zatímco stále se potlačuje velmi vysoké zatížení při radiálním namáhání, které by následov

LO pokud by materiál byl upraven tak, že aby přiléhal od osy k vnějšímu okraji.

Teoreticky Postův návrh může dosáhnout jak vysoké hustoty energie, tak vysokých objemových potenciálů skladování energie. Tento návrh má však řadu technických problémů souvisejících se způsobem, kterým je věnec nebo věnce připojen k hlavě. Za ''čelem získání systému, který může účinně tlumit dynamické nebo okolní vibrace, věnec musí být pevně uložen okolo své rotační osy, protože mění tvar během chodu zařízení a při zrněné rotační rychlosti. Značné množství výzkumých prací během posledních dvou desetiletí, bylo zaměřeno na vyvinutí anizotropních setrvačníků, které jsou dynamicky stabilní od věnce k hlavě.

Například T. W. Plače, Composite Materiál Flywheel for UMTA Flywheel Trolley Coach, 1980 Flywheel Technology Symposium, říjen 1980, Scottsdale, AZ, USA, rozebírá rotory typu věnce, které obsahuji několik věnců z těsné uloženého vlákna se snižujícíci se hustotou směrem od vnitřního průměru. Věnce jsou vinuté při vzájemném stlačování a tlakem zdeformované do deformačního uspořádání s rameny netvořícími kruh. Tento tvař, způsobený nerovnoměrným namáháním vinutého materiálu, trpí vysokým zatížením při namáhání v místě styku paprsků a prodělává značné namáhání při zatížení na vinutých materiálech v důsledku nerovnoměrného radiálního růstu, což se nezbytné vyskytuje, v důsledku stykového zatížení stlačujícím paprskem. Toto uspořádání také není vhodné, protože nastává asymetrická deformace okolo osy rotace, která zabraňuje udržet vyvážený stav při všech rychlostech od nuly do maximální navržené hodnoty.

P. C. Poubeau, Flywheel Energy Storage Systems Operating on Magnetic Bearings, 1980 Flywheel Technology Symposium, říjen 1980, Scottsdale, AZ, USA, popisuje setrvačníky, ve kterých materiál je ovinut okolo radiálních paprsků. Místo ovinutí věnce kompozitovými vlákny, tyto setrvačníky používají velmi silných drátů pro piano. Avšak ani při nejlepsi jakosti ocelového drátu se stále nedosahuje žádoucně nižší měrné pevnosti, ve srovnání s kompozitovými materiály. Proto potenciálně vysoká hustota skladování energie je omezenější než při uspořádání, které navrhl Plače.

Setrvačníky navržené jak Placem tak Poubeau vyhovují potřebě vysoce inertní volumetrické náplně, to znamená, že hlavni část hmotnosti setrvačníku je umístěna na vnějším okraji. Setrvačníky mohou také montovány od hlavy, k radiálnímu odstranění, vibrací. Avšak tento návrh má za výsledek značné zatíženi při namáhání na vinutém věnci a způsobuje nežádoucí koncentraci ohybové deformace, která nežádoucné omezuje celkovou skladovanou energii poškozením v místech paprsků. Ty jsou také důvodem problémů s vysokou dynamickou nevyvážeností v důsledku široce proměnného napínáni, které může vést k nerovnoměrné rozdílné radiální deformaci paprsků.

S. F. Post a F. C. Younger, Design and Fabrication of a Flywheel Rotor for Automatic Use, 1980 Flywheel Technology Symposium, říjen 1980, Scottsdale, AZ, USA, navrhuje uspořádání, které využívá věnců o různých hmotnostních hustotách. Věnce jsou radiálně odděleny od hlavové sestavy, co odstraňuje spojení vysokého radiálního namáhání směrem k ose rotace. Tento návrh používá soustavy kompozitových návinů, které jsou připojeny k věnci na základě hmotnosti. Během období relativně vysoké frekvence otáčení, spojené náviny (označované původci cenoto vynálezu jako paprsky s řetězové vyrovnaným napětím) se stlačují dolů na hlavovou sestavu a tvoří typ spojení mezi věncem a hlavou. Toto uspořádáni však vyžaduje větší počet návinů k dosaženi požadovaného nosného tlakového zatížení na hlavě, a proto se nemůže prakticky vyrobit. Tak toto uspořádání se nepokouší šířeji o dobrou rovnoměrnou osovou stabilitu mezi věncem a hlavou, protože se nemůže zabránit drobným axiální vibracím věnce. Slabé výstředné”umístění mezi věncem a hlavou může být zapříčiněno normální vibraci, v důsledku čehož nastává nevyváženost ve vysoce dynamickém systému. Konečně hmotnosti přičítané vnitřnímu povrchu kompozitových návinů vytvářejí značný tlak na samotný návin, čimž se vytváří místo slabého kontaktu.

D. G. Ullman a J. Corev, The Accelerating Flywheel, 1980 Flywheel Technology Symposium, říjen 1930, Scottsdale,

AZ, USA, navrhuji flexibilní uspořádáni věnce setrvačníku, které se pokouší odstranit radiální namáháni z věnce na hlavu. Avšak existují alespoň dva hlavni problémy s tímto návrhem setrvačníku. První spočívá v tom, že pružné kontakty mezi hlavou setrvačníku a věncem jsou velmi malé, co vytváří situaci, kdy nepříznivý radiální mikropohyb systému věnce nemůže být zajištěn radiálním zatížením hlavy okolo osy rotace. Proto setrvačník vysoce podléhá dynamické nestabilitě spojené s jakoukoli typickou oscilací. Za druhé se předpokládá, že setrvačník nemůže získat rychlost bez působení radiální oscilace, přičemž by mohly nastat vážné problémy, pokud by se odebírala sila ze setrvačníku. Věnec by pokračovat v rotaci v důsledku jeho vlastní vysoké setrvačnosti, zatímco volné pásky, které připojují hlavu k věnci, by se okamžité odvinuly nebo by měly sklon k zpětnému chodu s vysokým špičkovým napětím v tahu, protože zde nepůsobí azimutální tuhost mezi těmito strukturami.

C. E. Knight, Analysis of the Deltawrap Flywheel Design, 1977 Flywheel Technology Symposium Proceedings, říjen 1977, San Francisco, CA, USA, popisuje uspořádáni, kde věnce nebo disky jsou namontovány na hlavu a návinový materiál obklopuje celé zařízení. Racionální pozadí tohoto setrvačníku ukazuje, že náviny udržují stacionární stav setrvačníku okolo jeho osy rotace a vytvářejí dodatečnou pevnost v radiálním směru. Zvýšeni radiální pevnosti vsak přináší náklady způsobené dodatečnou hmotností návinu, který musí být konstruován s hustými svazky vláken o rovnoměrné hustotě za účelem dosažení tuhosti celé rotující struktury. Také malý radiální vzrůst bude přirozené působit v nerovnoměrně azimutální podobě, protože rozšíření návinu nemůže umožnit přesně stejný radiální, vzrůstem celkového azimutu. Ten potom vytváří podmínky vysoce proměnné dynamické nevyváženosti.

S. V. Kulkami, The Flywheel Rotor and Containment Technology Development Program of the U.S. Department of Energy, 1980 Flywheel Technology Symposium, říjen 1980,

Scottsdale, AZ, USA, popisuje návrh, který využívá tlusté kompozitové disky z většího počtu vrstev, ve kterých jsou vlákna v každé vrstvě uspořádána paralelné k dalším vrstvám, ale kde každá vrstva je slabě pootočena vzhledem k vrstvě následující. Celá soustava disku je připojena neboli nalaminována do jednoho tlustého disku. Paralelní uspořádáni vláken udržuje každou vrstvu za podmínek, kdy ve směru jedné osy vláken jsou tato vlákna napnuta, přičemž ortogonální smér těchto vláken je zdánlivě bez napětí vláken. Celkové pevnosti se dosahuje epoxidem použitým k vázání vláken, co výrazně omezuje potenciální pevnost vláken a omezuje dosažitelnou hustotu energie vzhledem k relativně malým objemům. Při těchto uspořádáních se vybírají vysoce pevné vlákenné kompozitové materiály raději než izotropní ko”ová vlákna, aby se dosáhlo výhod většího silového potenciálu těchto vláken. Použité materiály splňují poduinku vysoké pevnosti, avšak navržené uspořádání je omezeno při optimálním vedení namáhání a rozložením hmotnosti. Proto setrvačníky nemohou dosáhnout tak vysoké hustoty energie jako návrhy typu s věncem.

Navzdory intenzivnímu úsilí o tento obor, stále trvá potřeba praktických setrvačníků, které by byly vhodné k použití při skladování energie.

Podstata vynálezu

Tento vynález skýtá zařízeni pro skladováni energie, které výhodně zahrnuje pár navzájem obráceně rotujících anizotropních setrvačníků, stejné jako jeho použití a výrobu. Setrvačníky podle vynálezu nají vyšší hustoty energie než setrvačníky dosud známé v choru a jsou určeny k rotací rychlostí odpovídající frekvenci otáček až do přibližně 200 000 za minutu, v závislosti na radiální velikosti. Setrvačníky jsou výhodně opatřeny magnetickým a kapalným

ložem a umožňují, aby uvnitř ochranný kryt mohl být evakuován.

Při výhodném provedení zařízení pro skladování energie zahrnuje kryt společně se stacionární hřídelovou sestavou, která obsahuje hřídel definující osu. Hlavová sestava je obsažena v krytu a výhodně sestává z většího počtu elektromagnetických hřídelových loží, které v podstatě obklopují hřídel.

Zařízení dále zahrnuje první setrvačník, který je upraven k rotaci okolo osy a který zahrnuje větší počet souborů trubic, které jsou umístěny v podstatě paralelně k této ose. Zařízení taká zahrnuje druhý setrvačník, který je upraven k rotaci okolo již uvedené osy ve směru opačném ke směru pohybu prvního setrvačníku a který zahrnuje větší počet souboru trubic uspořádaných v podstatě paralelně k této ose.

Obecné výhodné setrvačníky tvoři hlava, větší počet souborů trubic a věnec. Hlava, která může být vyrobena z libovolného pevného lehčeného materiálu, zahrnuje pouzdro magnetického lože uspořádané proti hřídelovému loži. Výhodně hlava také zahrnuje kanálek obsahující kapalinu, dohromady s větším počtem vaček připojených ke krytu, co zajištuje samočinné navracení systému loží.

Věnec s výhodou obsahuje vlákna, která mají vysokou měrnou pevnost a která jsou vinutá tak, že mají obecně minimální objem štěrbin.

Hlava a věnec jsou spojeny větším počtem souborů trubic, které, při výhodném provedení, jednotlivé sestávají z trubic nebo struktury podobné trubicím, materiálu jádra a permanentního magnetu obsaženého v trubicích. Trubice jsou tvarovány do tvaru kopírujícího vnitřní průměr hlavy a vnější průměr hlavy, aby se zabránilo přesunům během rotace setrvačníku.

Při výhodném provedeni se energie skladuje a uvolňuje vzájemným působením rotujícicho permanentního magnetu nebo magnetizovaného materiálu, jako pouzdra lože, se stacionálním elektromagnetem, jako hřídelovým ložem.

Přehled obrázků na výkresech

Řadě předmětů a výhod tohoto vynálezu odborník v oboru může lépe porozumět v souvislosti s připojenými obrázky, kde:

Obr. 1 je izometrický pohled na výhodné zařízení pro skladování energie podle tohoto vynálezu.

Obr. 2 je pohled na průřez výhodným zařízením ke skladování energie podle tohoto vynálezu, který je označen čárou II-II na obr. 1.

Obr. 3 je izometrický pohled na výhodný setrvačník podle tohoto vynálezu.

Obr. 4 je pohled na průřez výhodným setrvačníkem podle tohoto vynálezu, který je označen čárou IV-IV na obr. 3.

Obr. 5 je perspektivní pohled na soubou trubic podle tohoto vynálezu v místě uvnitř setrvačníku, který je označen čárou V-V na obr. 4.

Obr. 6 je půdorysný pohled na první čelní plochu setrvačníku podle tohoto vynálezu, který má soubor trubic ve styku s jiným souborem trubic.

Obr. 7 je pohled na průřez na paralelné a příčné

- ‘^v vinuté vlákno.

Obr. 8 je půdorysný pohled na první čelní plochu setrvačníku s větším počtem věnců podle tohoto vynálezu.

Obr. 9a je zvětšený pohled na část obr. 2 označenou jako prostor IX.

Obr. 9b je pohled na průřez výhodným zařízením ke skladováni elektrické energie podle tohoto vynálezu, které je označeno čárou IXB-IXB na obr. 9a.

Obr. 9c je zvětšený pohled na část obr. 2 označenozu jako prostor IX, který ukazuje účinky způsobené radiální poruchou. / / pfttčdw/

Dále se podrobně popisují výhodná provedeni vynálezu.

Systémy pro skladování energie na bázi setrvačníku obvykle vyžadují ochranný kryt nebo kontrolní nádobu pro případ, že se kinetická energie náhle uvolněni nesprávnou činnosti systému, která má katastrofální charakter. 0 typu ochranného krytu se většinou rozhoduje podle uspořádáni setrvačníku. U anizotropních setrvačníků jsou poruchy obvykle způsobeny bud' radiální delaminací nebo tangenciálním zlomením věnce s následujícím rozlomením navinuti. To obvykle vede k velmi nepříjemné ztrátě celého rotačního systému třením, přičemž jak se sám věnec trhá na kusy, rotační energie se mění takřka úplně na tepelnou energii, která se může rozplynou vyzařováním a/nebo vedením. Výhodným ochranným krytem pro věnec vinutý z vláken je sám věnec navinutý z tenkých vláken s vnitřní vrstvou nebo pouzdrem z karbidu křemíku nebo jiného podobného materiálu necitlivého vůči teplu, k izolaci krytu před zvýšením vnitřního tepla. Protože karbid křemíku může snést mimořádné vysoké teploty bez větší ztráty strukturní integrity, ochranný kryt je v podstatě chráněn před tepelnou energii.

V souvislosti s obr. 1, zařízeni pro skladováni energie podle tohoto vynálezu, výhodné zahrnuje evakuovaný chránící kryt 10 tvořený postranní stěnou 12, který je přikryta na svých koncích, jako například koncovými zvony

14. Postranní stěna 12 a koncové zvony 14 mohou být spojeny O-kruhy nebo jiným libovolným technickým způsobem známým v oboru tak, že kryt 10 může být hermeticky evakuován na výhodný tlak nižší než je tlak atmosférický, s výhodou na tlak nižší než 0,133 Pa. Při výhodném provedení postranní stěna 12 a koncové zvony 14 jsou upevněny šrouby 16 nebo pomocí jiného připevňovacíno prostředku, jako svorky, lepidla a podobně. Postranní stěna 12 a koncové zvony 14 jsou výhodné vinuté, odlité nebo tvarované z vysoce pevného lehčeného materiálu nebo kompozitu, s vnitřními povlaky, pouzdry a/nebo koncovými deskami s karbidu křemíku nebo jiného materiálu odolného proti teplu. Je výhodné, pokud je kryt 10 vinut z aromatických polyamidových vláken. Jak uznává odborník v oboru, aromatické polyamidy jsou obecně známy jako aramidy. Je také výhodné, aby koncové zvony 14 měly řadu strukturních žeber 18 nebo jiných vyztužovacích prostředků. Rovněž tak je výhodně, aby koncové zvony 14 byly opatřeny alespoň čtyřmi žebry 18. Kryt 10 může být z vnitřní strany povlečen filmem nebo kovovou fólií, které jsou nepropustné pro plyn, aby se zajistilo, že hermetická evakuace bude zachována.

Obr. 2 je pohledem na průřez zařízení z obr. 1, které ukazuje přídavnou strukturu. Hřídelová sestava 18 je výhodně obsažena uvnitř krytu 10. Hř.deícvá sestava 13 , která nerotuje' během.normálního provozu zařízení pro skladováni energie, zahrnuje hřídel 30, větši počet magnetických hřídelových loží 32 a větší počec magnetických hřídelových pouzder 34 . Jak může být zřejmé z obr. 2, hřídel 30 obecné vymezuje osu otáčeni a je tvarována tak, že má přírubě podobnou, dvoustrannou radiální část 30a, umístěnou mezi dva v podstatě válcové osové díly 30b. Hřídel 30 . který může být vyroben z libovolného materiálu z řady vysoce pevných lehčených materiálů známých v oboru, výhodně je pevně připojen k některému koncovému zvonu 14., čímž poskytuje sloupovitou podpěru pro jinak nejslabší místa krytu 10.

K hřídeli 30 jsou připojeny dvě magnetické hřídelové lože 32. Magnetické hřídelové lože 32, které je umístěno na obrácených stranách radiální části 30a, by mělo mít postupné se snižující tlouštku, jak je znázorněno na obr. 2. Při výhodném provedeni, magnetické hřídelové lože 32 je elektromagnetické, to znamená, že má vlastnosti elektromagnetu, ve kterém se magnetické pole vytváří elektrickým proudem. Magnetické hřídelové lože 32 výhodně obsahuje větší počet azimutálně orientovaných prvků v takovém uspořádání, že libovolný jeden nebo větší počet prvků může být elektronicky řízen pro dosažení vibrační, rázové nebo prostředím způsobené korelace setrvačníku 40, pro udržení dynamické stability. Osové díly 30b hřídele 30 jsou obklopeny magnetickými hřídelovými pouzdry 34 , které jsou výhodné rovněž elektromagnetické. Bylo zjištěno, že elektromagnetické struktury, jako například magnetické hřídelové lože 3 2 a magnetické hřídelové pouzdro 34, nepotřebuji být magnetické po celou dobu, avšak musí být přinejmenším magnetizovatelné během relativně krátké doby konstantním tokem.

Hřídelová sestava podpírá v podstatě dva anizotropní setrvačníky 40. Setrvačníky 40, které jsou ve větším detailu znázorněny na obr. 3 a 4, jsou upraveny k protisměrné rotaci okolo osy vymezené hřídelem 30 , čímž se vylučují jakékoliv nežádoucí gyroskopické účinky. Hřídele 40 jsou s výhodou identické pro jejic-h umístění na hřídelové sestavě. Mají tlouštku t_f definovanou první čelní plochou 42 a druhou čelní plochou 44 . Výhodně jsou setrvačníky 40 umístěny na hřídelové sestavě tak, že jejich prvním čelní plochy 42 jsou umístěné přibližně proti sobé, a proto jejich druhé čelní plochy 4 4 jsou navzájem vzdáleny.

Jak je znázorněno na obr. 4, hřídele 40 jednotlivě zahrnuji hlavu 50, větší počet souborů 70 trubic, které jsou umístěny okolo vnějšího okraje hlavy 50, v podstatě paralelně k ose rotace, a věnec 80., který, má tloušťku t_r, umístěný okolo vnějšího okraje souboru trubic ve vzdálenosti D_r od osy rotace.

Hlava 50 výhodně zahrnuje magnetické hřídelové pouzdro 52 při svém vnitřním průměru a lehčený materiál 54 jádra, v podstatě obklopující okraj magnetickét? hřídelového pouzdra 52. Část materiálu jádra tvoří část každé čelní plochy setrvačníku. Hlava 50 dále zahrnuje prvni kruh 56 magnetu obsažený v části z materiálu jádra, který tvoří prvni čelní plochu setrvačníku 40., a druhý kruh 58 magnetu obsažený v části z materiálu jádra, který tvoři druhou čelní plochu setrvačníku 40. Hlava 50 je výhodně nalisovaná okolo magnetického hřídelového pouzdra 52 tak, že stlačovací síly drží dohromady její složky. Hřídelová sestava se dostane za použití různých technických postupů využívajících vyšších teplot, jak je známo v oboru, nebo navinutím vlákem okolo magnetického hřídelového pouzdra 52. Magnetické hřídelové pouzdro 52., prvni kruh 52 magnetu a druhý kruh 58 magnetu výhodně sestávají jak z magnetizovatelného materiálu, tak permanentního magnetu nebo materiálu, který má podobné vlastnosti. Odborník v oboru bude vědět, že permanentní magnet je magnet, který si trvale zachovává žádoucí množství magnetizmu a poskytuje relacivně konstantní zdroj magnetizmu. Magnetizovatelné materiály, výhodně ztrácejí svůj magnetický tok rychle a jsou zcela nebo částečně samočinné aktivovány vlivem blízkosti přístrojové techniky. Při výhodném provedení magnetické hřídelové pouzdro 52, první kruh 56 magnetu a druhý kruh 58 magnetu zahrnuji střídající se vrstvy permanentních magnetů a magnetizovatelného materiálu.

Výhodně materiál 54 jádra a objímka 60 jsou vyrobeny z vinutého vysoce pevného vlákna, jako vlákna aramidového. Obecné je výhodné, pokud hlava 50 má modul elasticity, který vzrůstá s radiální vzdáleností od osy rotace. Tak magnetické hřídelové pouzdro 52 je zhotoveno tak, že má modul elasticity, který je nižší než modul elasticity materiálu jádra, zatímco objímka 60 by měla mít modul elasticity, který je větší než modul elasticity jak magnetického hřídelového pouzdra, tak materiálu jádra. Modul elasticity hlavy 50 se může zvyšovat stupňovitým způsobem, jak probíhá vzdalování od magnetického hřídelového pouzdra 52 , ale výhodněji vzrůstá velmi postupně. Objímka 60 působí jako obecná podpěra pro hlavu 50 a jako první radiální podpěra pro první kruh 56 magnetu, zatímco materiál 54 jádra podpírá druhý kruh 58 magnetu. Objímka 60 ve velkém rozsahu také podpírá odstředivě uloženou dávku kapaliny 66, která je obsažena v kanálku 62.

Při výhodném provedení setrvačníky jsou umístěny na hřídelové sestavě, to znamená, že magnetické hřídelové pouzdro 34 je připojeno k magnetickému hřídelovému pouzdru 52 a první kruh 56 magnetu je připojen k magnetickému hřídelovému loži 3 2 , jako na obr. 2. Setrvačníky 40 jsou výhodně odděleny od hřídelové sestavy na předem stanovenou vzdálenost D^, která se udržuje magnetickými odpudivými silami mezi magnetickou hřídelovou loži 32 a prvními kruhy 56 magnetu a mezi magnetickými hřídelovými pouzdry 34 a magnetickými hřídelovými pouzdry 52. Odpudivé sily se výhodně vytvářejí zhotovením sousedících prvků z materiálů, které mají nebo mohou být upraveny, aby měly, polarizaci podobnou magnetické. Vzdálenost D₁ je výhodné od zhruba 0,5 do přibližné 2 mm. Magnetické odpudivé síly také udržuji oddělovací vzdálenost D₃ mezi setrvačníkem 40 a krytem 10. Setrvačníky 40 jsou umístěny tak, že druhý kruh 58 magnetu je v opačné poloze k ložím 22 krytu a jsou odděleny vzdáleností D₂, která je rovna vzdálenosti D^. Při výhodném provedení jsou vzdálenosti , D₂ a D₃ navzájem rovné.

Při výhodných provedeních je materiál 54 jádra vymezen obvodovým kanálkem 62, při druhé čelní ploše 44 setrvačníku

40. Kanálek 62 je výhodně v kontinuálním a středovém uspořádání okolo osy definované hřídeli 30.. Kanálek 6 2 je jedním prvkem v systému pro stabilizaci setrvačníku během rotace a bude dále rozebrán v souvislosti se svou funkci.

Hlava 50 a věnec 8G jsou navrženy k rozdílné změně tvaru s ohledem na své elastické metr/ nodnoty, za účelem vyloučení přenosu vnějšího radiálního namáhání k ose hlavy. Protože vnější a vnitřní povrchy věnce 80 se rozšiřují během vysoké rychlosti rotace, hlava 50 se musí rozšiřovat alespoň taky tak rychle. Při výhodném provedení se hlava 50 rozšiřuje rychleji než vnitřní povrch věnce 80. Toho se může dosáhnout, jestliže modul· elasticity hlavy 50 je menší než modul elasticity věnce 80.. Uvedeno jinak, věnec 80 se bude podobně oddělovat od setrvačníku 40.

Setrvačníky podle tohoto vynálezu vyžadují přípojný systém, který zajistí bezpečné upevněni různých složek části setrvačníku navzájem, aby se zachovala dynamická stabilita béhem celého rozmezí provozních frekvencí otáček, které přichází v úvahu. Přípojné systémy podle tohoto vynálezu zahrnují soubory 70 trubic, které umožňují různé radiální zvětšení trubky 50 a věnce 8.0. Jestliže se hlava 50 zvétš' mnohem rychleji než věnec S j , soubor 7 0 trubic se bude ve větším rozsahu stlačovat, jak bude vzrůstat frekvence otáčeni. Tyto výsledky účinně zvyšují konstantu pružnosti pro trubky 7 2 , co zabezpě.čuje požadovanou dynamickou stabilitu.

Jak je znázorněno na obr. 3, větší počet souborů 7 0 trubic je výhodně umístěn okolo okraje hlavy 50 ve styku s vnitřním průměrem věnce 80. Soubory trubic umožňují setrvačníkům 40 udržet velká nárazová zatížení v libovolném sméru a také udržet nezbytnou konstantní pružnost uplatňující se při různém zvětšováni hlavy 50 a věnce 80. Při výhodném provedení hlava 50 , soubory 70 trubic a věnec 80 působící dohromady jsou navrženy tak, že soubor trubic má radiální konstanty pružnosti, které se zvyšuji, když vzrůstá frekvence otáčení setrvačníku. Toho se dosáhne návrhem, aby hlava 50 se zvětšovala rychleji než věnec 80.

Soubory 70 trubic jsou předem stlačené nebo předem zatížené v setrvačníku 40 k dosaženi dynamické stability při vysoké frekvenci otáček. Celková síla pro předběžné stlačení by se měla rozdělit mezi každý soubor 70 trubic. Soubory šesti nebo většího počtu trubic jsou obecné výhodné k udržení stabilních tlakových sil okolo hlavy 50 , avšak jsou ješté výhodněji soubory alespoň osmi trubic. Setrvačníky podle tohoto vynálezu by neměly mít méně než pět souborů trubic.

V takovém případě by provozní podmínky, se kterými se počítá pro setrvačníky, jako například rozmezí frekvence otáček, měly rozhodovat, že se použiji soubory trubic s relativně velkými průměry.

Jak je znázorněno na obr. 4, soubory 7 0 trubic výhodné zahrnují trubici 72 a permanentní magnet 76 , který je obsažen v trubici. Při určitých provedeních však bude dostačovat samotná trubice 7 2. Je výhodné, pokud permanentní magnet 7 6 je umístěn v sousedství druhé čelní plochy 44 setrvačníku 40. Výhodné soubory 70 trubic dále zahrnují formulovaný lehčený materiál 7 4 jádra v trubici 7 2. Jak je rozvedeno dále, permanentní magnety 76 při určitých výhodných provedeních se také účastní přenesu energie do zařízení pro skladováni energie podle tohoto vynálezu a z tohoto zařízení.

Průřez trubici 72 by mél být v podstatě oblokovitě prohnutého tvaru. Průřez může být kulatý, výhodně slabě excentrický nebo eliptický. Výhodně jsou trubice 72 poněkud vejčitého tvaru. Jak je znázorněno na obr. 5, trubice 72 je nepatrně silnější v částech blížící se věnci 80, ve srovnáni s polohami blížícími se k hlavě 50. Tento tvar je vypočten pro sily g, se kterými se počítá během otáčení setrvačníku 40.

Jako na obr. 5 je výhodné, když část trubice 72 je odříznuta nebo jinak upravena ke zvětšení plochy styku jak s vnějším průměrem hlavy 50, tak vnitřním průměrem věnce 80. Proto části trubic 72, která jsou ve styku s hlavou 50., budou v podstatě konkávni, zatímco části trubic, které jsou ve styku s věncem 80 budou v podstatě konvexní, co má obecně za výsledek tvar paty na vnějším povrchu průřezu trubky. Tento tvar je připojen k souboru 70 trubic a zabraňuje jim v pohybu nebo jinému přemístění během urychlování nebo zpomalování rotace setrvačníků 40. Při jiném výhodném provedení, znázorněném na obr. 6, je rovněž modifikována větší část každého souboru 70 trubic, v tomto případě vyrovnaných, co umožňuje jejich vzájemný kontakt. Toto uspořádání dovoluje též větší stabilitu během rotace a/nebo instalaci většího počtu souboru trubic. Je' zřejmé, že by se mohl umožnit vznik azimutálního prostoru mezi každým souborem 70 trubic, který se může stlačovat během operace s konstatní pružnosti.

Trubice 72 mohou být zhotoveny libovolným známým technickým postupem, pokud se dosáhrc tvarů popsaných výše. Při výhodných provedeních jsou tru. . e 72. zhotoveny odléváním spíše než tlačeny z vláken. Tyto trubice mohou být vyrobeny z libovolného materiálu o vysoké pevnosti, který má konstatní pružnost vyhovující· rotačním a jiným silám, kterým bude vystaven setrvačník 40 ♦

Materiálem 74 jádra může být libovolný z lehčených materiálů známých v oboru, pokud je dostatečně pevný a je schopen podpírat permanentní magnet 76 v trubici 72 v místě nejvzdálenějším od osy otáčeni, přičemž poskytuje pevný podklad pro její otáčející se hmotu. Při výhodném provedeni modul elasticity materiálu jádra je menší než modul elasticity trubice 72.

Věnec 80 je umístěn okolo souborů 70 trubic. Při výhodných provedeních věnec 80 je zhotoven ovinutím vlákna obvodově okolo jádra nebo jiným podobným ovinutím substrátu, který má poloměr přibližné rovný vzdálenosti D_r setrvačníku. Věnec 80 může být zhotoven z libovolného materiálu o vysoké pevnosti, který je nyní dostupný nebo který může být ještě vyvinut. Potenciální účinnost materiálu použitého na věnec je v přímém vztahu k její měrné pevnosti. Výhodnými materiály na věnec jsou aramidová, skleněná a uhlíkatá vlákna, která obecné máji vysokou měrnou pevnost, jsou již dostupná a jednoduše se zpracovávají. Různé vhodné aramidové kompozity jsou dostupné u firmy Ε. I. duPont & Co., Inc., Wilmington, DE, USA po ochrannou známkou Kevlar. Některé materiály jsou známé tím, že mají vyšší pevnost v tahu než araraídy, avšak mají větší hmotnostní /hustotu, a proto nižší celkovou hustotu energie. Tabulka 1 shrnuje vhodné materiály pro věnec se snižujícím se pořadím měrné pevnosti, a proto potenciální hustoty energie. Veškeré výsledky jsou uvedeny při 80% tangenciálním namáhání, u které se předpokládá, že je dostatečné bezpečné anizotropní setrvačníky tohoto typu.

Měrná hmot. Maxim. Osový Měrná Hustota vlákna tažnost modul pevnost energie (lbs/in³) (ksi) (l0⁶lbs/in²) (ksi/lbs/in³) (W-hr/lb)

	ID	' VO	in X	cn	cd	CN	Lf)
rd	VO	o	VO		- Γ0	CO	Γ0
co	CO	co		in	Lf)

o	o	O	o	O	o	o	σι
o	VO	in	co	o		(x	co
o	σ\	cd	L-Ί	o	ro	VO
in	i—1	cd	O	co		VO
CJ	γΗ	cd	r-1

	LO	O		Lf)		LO
X	χ	χ		—	X	X
fd	rd	CO	•ς*	ro	CN	o
rd	rd	cd	ro	Γ0	cd	rd

o	co	r—1	o	O	o	o	O
o	σ	σ	σ		fx.	o	•O
o	σ	ιη	n	JO		0	‘tr

CN

	ro	(N			o	CN
CO	σ	Lf)	LO		LO	σ	O
O	o	O	O	CD	o	o	O
X		X	X	»	X	—	X
o	o	O	o	o	o	o	o

	O	o c	0
c	CN			.--X	—	t:
φ	CN			rr	a	co		'Π3
ε	-H..				a	r-d		r-d
o	—	σ	ω	’ Λ	σ	>		>
>t		-3·	<3*	<	H
	Π3	<t		χ-	-—	Φ	X	o
	tl					c	0	£	o
>1	0	tl	£	-J	4->	>φ	1-1	‘Φ	rú
c	c	cú	Π3	-H	- r-í	c		£
Φ	.c	i—1	r-l			Φ	w	s	n
>	u	>	>	O	Φ	r—1	1	r-1	I
	Φ	Φ	Φ	£	t	Aí	ω	-£	ω
	It	X,	ií	0	O	CO	—	co	·—·

Tavený křemen, který má hustotu 2,21 g/cm a pevnost v tahu 13,74 MPa je jiným výhodným vláknem k návinu věnce. Tavený křemen byl však testován pouze v materiálových laboratořích a dosud není snadno dostupný.

Důležitý znak, který může být zřejmý z tabulky 1, spočívá ve. významu měrné pevnosti při měření potenciálu skladování hustoty energie u různých materiálů. Z hlediska kinetické energie není důležité, zda materiál odvozuje svou měrnou pevnost od zvýšené pevnosti v tahu nebo od snížené hmotnostní hustoty. Jak je zřejmé, mnohá lehčená vlákna o vysoké pevnosti jsou vyráběna jako skaná hmota z jednotlivých fílamentů. Avšak k dosažení maximální hustoty fílamentů je výhodné, aby vlákna použitá podle tohoto vynálezu obsahovala neskané filamenty, které jsou orientovány obecně v paralelní formě, ve které každý filament je umístěn v drážce vytvořené každou podložní vrstvou fílamentů.

Jednotlivý způsob, při kterém se věnec 80 ovinuje vlákny, závisí zvláště na vysoké jakosti kontroly k dosažení setrvačníku, který má maximální pevnost. Jak je zřejmé, povrch navinutého vlákna vymezuje větší počet štěrbin. Je výhodné, jestliže štěrbiny vytvořené navinutým vláknem ve věnci 80 obsahují lepidlo nebo nějaký jiný podobný materiál, výhodně epoxid, který je schopen vázat vlákna navzájem a k souboru 70 trubic. Lepidlo se může umístit do štěrbin libovolným známým způsobem, například se může zavádět poté, co se vlákna navinula. Výhodně se vlákno povléká před navinutím množstvím lepidla, které dostačuje k zaplní štěrbin. Vlákno by se například mohlo máčet v lázni obsahující lepidlo a potom navinout. Materiály a podmínky by se měly volit tak, aby se snížilo na minimum vytváření vměsků ve věnci 80 z látek odlišných od lepidla a vlákna. Proto výhodná lepidla neuvolňují plyny. Příklady lepidel zahrnuji diglycidylethery bisfenolu A vytvrditelné anhydridy, aromatickými aminy nebo dikyandiamidy, tetraglycidyldiaminodifenylmethany vytvrditelné aromatickými aminy a vinylestery a estery kyseliny isoftalové vytvrditelné peroxidy. Také navinuté vlákno pokryté lepidlem se výhodněji zpracovává za tlaku nižsniho než je tlak atmosférický, obzvláště výhodně za tlaku nižsniho než 0,133 Pa nebo přinejmenším za tlaku odpovídajícího teplotě varu lepidla. Protože setrvačníky podle tohoto vynálezu výhodně rotují ve vakuu, je na místě účelná opatrnost vedoucí k vyloučení kyslíku nebo jiných znečišťujících plynů z vnitřní části ochraného krytu 10. Tyto nečistoty se mohou například zachycovat v setrvačnících 40 během navinování a po určité době mohou reagovat se setrvačníkem nebo jinými složkami a způsobovat degradaci. Ke snížení takových zachycených nečistot je výhodné, aby se způsob navinování podle tohoto vynálezu převáděl za tak silného vakua, jak j n je možné.

Je také důležité snížit na minimum objem štěrbin vyplněných lepidlem ve věnci 80., protože většina lepidla snižuje hustotu energie’. Obvykle lepivé materiály máji mnohem nižší konečnou pevnost než například kompozitový materiál na bázi aramidu. Jeho prvotní úlohou při tomto vynálezu je zabránit vysokému namáhání vláken radiální delaminací nebo rozvinutí neřízeným způsobem.

Podle tohoto vynálezu se objem štěrbin sníží na minimum obvodově navinutým vláknem v obecně paralelním uspořádání, spíše než jeho křížovým uspořádáním. Obr. 7 ukazuje systém navinutí vláknem, který zahrnuje náviny jak paralelní, tak křížové. Je třeba poznamenat, že objem štěrbin 82 mezi vlákny 84 a 86 navinutými křížově je větší než objem štěrbin 88, které jsou me.:; paralelné navinutými vlákny 8 6 a 90.. Věnce podle tohoto vynálezu by se měly navíjet v paralelním uspořádáním, ve kterém každá následná vrstva je umístěna v drážkách tvořených podložní vrstvou. Jak může být zřejmé z obrázku 7, objem štěrbiny 88 mezi paralelně uspořádanými vlákny 86 a 90 představuje pouze malé procento z objemu zabíraného vláknem. Navinuti provedené bez mimořádné péče bude příčinou křížení vláken a špatných vrstev, co zvýší celkový objem štěrbin při nežádoucím poklesu hustoty energie v zařízení pro skladování energie.

Hustota energie setrvačníků podle tohoto vynálezu se může dále zvýšit přídavkem účinného množství hmot o nízké hustotě k lepidlu, před zavedením lepidla do věnce 80. Výraz nízká hustota je v této souvislosti určen pro hustoty nižší než jaké má lepidlo. Přídavkem těchto hmot by se měla podstatné snížit účinná měrná hmotnost lepidla a tím získat věnec, který má hustotu velmi blízkou hustotě vlákna. Je třeba uznat, že hmoty s nízkou hustotou se mohou vyrábět z velmi různorodých materiálů. Například hmoty o nízké hustotě zahrnují duté mikrokuličky skla, které mají průměr menší než zhruba 2 až 4 % průměru filamentu vlákna Kevlar, to znamená že mají průměr od 23,9.10^-5 do 4,8.10^-5 cm. Výraz mikrokuličky skla, jak se zde používá, má v úmyslu zahrnout v podstatě kulaté částice, které tvoří oxid křemíku, jako například oxid křemičitý.

Okolnosti, které musí být splněny během navinováni věnce zahrnují vlastni napětí, rovnoměrné zvlhčení lepidlem, odpovídající podmínky okolí, vhodná a popřípadě oddělená vlákna, pružnou stabilitu trnu a ztrátu vibrace, stejně jako řiditelnou rychlost ukládání. Obvyklý věnec bude s výhodou mít více než 50 000 000 vláken uložených vedle sebe) z nichž každé s méně než 5% změnou v požadovaném tangenciálním zatížení při namáháni. Výhodně se věnce zhotovují za regulovaného napětí pří navinování a udržování konstantního poměru k teoretickému tangenciálnímu napětí vyžadovanému při dané radiální vzdálenosti od osy rotace. Výhodné se výroba věnce pečlivé kontroluje počítačem a každá stránka z řady optimalizovaných proměnných ve vztahu ke konečnému produktu je zcela automatizována.

Poté co se vlákna navinou a zavede lepidlo, věnec obsahující toto lepidlo se nechá vytvrdit neboli vulkanizovat, například za použití tepla. Podle jiného provedení se lepidlo může vytvrzovat působením ultrafialového zářeni během způsobu navinování. Poté se odstraní trn, věnec 80 se uloží na stabilní, plochý povrch a hlava 50 se umístí do věnce. Rozměry hlavy 50. věnce 80 a trubic 72 před montáží setrvačníku by se měly vybrat tak, aby rozdíl mezi vnějším průměrem hlavy a vnitřním průměrem věnce byl poněkud menší než je dvojnásobný průměr souboru trubic. Proto každá trubice 72 se umísťuje do svěráku nebo jiného podobného zařízení a natlačuje, aby rozměrově vyhověla vzdálenost hlavy 50 a věnce 80. Trubice 72 se natlačují s požadovaným tlakem při předběžném zatížení a konstantách pružnosti k udrženi dynamické stability při nejvyšších očekávaných provozních frekvencích otáčení. Trubice 7_2 se potom jednotlivě umístí do prostoru mezi hlavu a věncem. Při výhodných provedeních se tvar s nalisovanými trubicemi udržuje před umístěním jejich vnitřních dutin vodou, zatímco se trubice upnou do svěráku a na miste vymrazí s vodou uvnitř. Je výhodné, jestliže voda je obsažena v ohebné napropustné bláně nebo jiném podobné přípravku. S překvapením bylo zjištěno, že trubice obsahující led udržuji svůj stlačený tvar, když se odstraní ze svěráku. Trubice se potom může umístit mezi hlavu .50 a věnec 80. Při zahřátí led roztaje a trubice 72 zvětši svůj objem proti hlavě a věnci. Při jiných provedeních se vnitřní dutiny trubice náplni materiálem, který taje př.i teplotě slabě vyšší než je teplota místnosti. Slitiny ttsahujíci bismut, olovo, cín a kadmium,' které jsou obchodně dostupné u firmy Cerro Corp., Něw York, NY, USA pod ochrannou známkou Cerrobend jsou příkladem, avšak nikoliv jediným, materiálu tajícího slabě nad teplotou místnosti. Použití takových materiálů může umožnit odstraněni materiálu, aniž by se vystavila trubice 72 a další komponenty setrvačníku teplotám, které jsou vyžadovány při použiti vody.

Bylo zjištěno, že setrvačníky podle tohoto vynálezu mohou zahrnovat vice než jeden věnec, jak je znázorněno na obr. 8. Setrvačníky s větším počtem věnců jsou vhodné pro zařízení ke skladování energie, pokud je žádoucí dosáhnout maximální kapacity skladováni v zařízeni v závislosti na prostoru, které zařízení zabírá, i při zvětšení jejich celkové hmotnosti. V setrvačníku s větším počtem věnců, vnější věnec 92, bude ve více stlačovaném poli g než vnitřní věnec 94.. Protože kinetické skladování může být popsáno jako namáhání dělené hustotou, zvýšení hmoty vlákna věnců blízko osy rotace se může dosáhnout přídavkem balastních látek k vnitřním věncům, takže hmota vláken ve všech věncích je na stejné úrovni namáhání. Jako nešřastné řešení se ukazujé, když balastní látka, to jest mrtvá hmotnost nebo lepidlo, zabírá prostor a tak snižuje požadovaný konečný výsledek. Řešením je přídavek vysoce koncentrovaného práškového materiálu o velmi vysoké hustotě k lepidlu ve věnci umístěném co nejvíce uvnitř a dále sníženi hustoty lepidla věnce umístěného co nejvýše vné, čímž se vyrovná potenciál namáhání všech věnců a zvýší se kapacita skladování energie. K tomuto účelu se mohou používat materiály, které mají velmi proměnné hustoty. Příkladnými materiály jsou hliník, hafnium, rtut, iridium, lithium, osmium, rhenium, tantal, wolfram, železo, méd' a olovo. Pro dosažení popsaného zlepšení se mohou smíchat koloidní nebo amalgamované prášky příslušných materiálů.

Jak bude zřejmé, věnce z kompozitových navinutých vláken nepřenášejí jejich radiální namáhání zpět na osu rotace, a proto nepodléhají stejným mimořádně přísným požadavkům při výrobě jako isotropní disky. I když by se setrvačník zhotovil z oceli podobné jako u isotropního věnce, který by měl velmi malou hustotu energie v důsledku nízkého maximálního tangenciálního namáhání a vysokou materiálovou hustotu, materiál by byl stále vystaven prodlužováni trhlin během radiální expanze, protože u izotropního materiálu se dá obtížně spoléhat na vhodné sily jak v radiálním, tak v tangenciálním směru. U věnce z anizotropních kompozitů se však spoléhá takřka úplně na tangenciální uložení vlákna k vláknu za účelem udrženi jejich konfigurální soudržnosti.

Ta se může zvýšit řadou technických způsobů navíjení při radiálním tahu. Například protože radiální napínání se blíži k nule u vnitřního a vnějšího poloměru věnce, praskání vláken v této oblasti není mimořádně škodlivé. Ve vnitřních oblastech věnce, kde radiální namáháni je maximální, třebaže malé ve srovnání s hodnotami tangenciálního namáhání, prodlužování trhlin malého rozměru na částech s navinutým vláknem se zastaví řadou vrstev obklopujícího vlákna. Při destruktivním odstředivém testování vlákna ovinujícího věnce se pevná vlákenná matrice věnce chová jako neškodný, chmýřím pokrytý míč z vláken. Tento způsob selhání je výhodný pro ultravysoce rychlé projektilové kovy, které se jsou příčinou selhání řady izotropních setrvačníků.

<·

Neškodný způsob selháni věnců podle tohoto vynálezu vyžaduje velmi malé dodatečné seřízení struktury, než se vystaví mimořádně vysokému vakuu spojenému s tepelnou odolností uvnitř obložení podobnou karbidu křemíku. Tato charakteristika vlákna navinujícího věnec je v ostrém kontrastu k izotropním kolům, která vyžadují příslušné struktury při alespoň dvojnásobné hmotnosti oelkového systému.

Při výhodném provedeni setrvačníky 40 podle tohoto vynálezu mají dále uvedené přibližné rozměry při celkove fyzické hmotnosti menši než zhruba 1,5 kg.

Průměr setrvačníku (cm)	17,8	20,3	22,9
Tlouštka setrvačníku (t^)(cm)	5,1	5,1	5,1
Průměr hlavy (cm)	10,2	10,2	10,2
Tlouštka věnce (t_r)(cm)	1,9	3,0	2,5
Vzdálenost od osy k věnci
(D_r)(cm)	6,2	7,2	9,4

Při montáži setrvačníky 40 mohou klouzat po osové části hřídelové sestavy 18. Hřídelová soustava 18 magneticky nadnáší setrvačníky 40, které jsou navrženy k rotaci bez tření v evakuovaném chránícím krytu 10. Hlavová část setrvačníku 40 je nadnášena jak axiálně, tak radiálně magnetickými hřídelovými loži 32 , které jsou navrženy k nadnášení všech statických zatíženi k novému vycentrováni malých zátěžových momentů.

V souvislosti s obr. 2 jsou koncové zvony 14 a proto kryt 10 podpírány kruhy 22 magnetu. Při výhodném provedení koncové kruhy 14 dále nadnášejí alespoň jeden elektromagnetický závit 24 a větší počet seříditelných vaček 26, uzavřených vakuovými čepičkami 20. Koncové zvony 14 jsou stlačené a potom připojené na hřídelovou sestavu. Koncové zvony 14 a hřídelová sestava jsou naopak podpírány postranní stěnou 12 . V tomto místě, s instalovanými vhodnými O kruhy, jsou uspořádány vačky 26 a vnitřní část chránícího krytu je evakuována přes venti¹ 21.

Kruhy 22 magnetu jsou výhodné zhotoveny z elektromagnetického materiálu. Předem stanovená vzdálenost D₂ odděluje kruhy 22 magnetu od druhého kruh 58 magnetu. Jak je rozebráno výše, zařízeni pro.-skladováni energie podle tohoto vynálezu je navrženo tak, že kruhy 22 magnetu a druhý kruh 58 magnetu se navzájem odpuzují a tak zabraňuji kontaktu mezi setrvačníky 40 a krytem 10.

Jak bude zřejmé odborníkovi v oboru, zařízení pro skladováni energie podle tohoto vynálezu jsou navržena pro vratné použití bud' jako generátor nebo motor v závislosti na tom, zda elektrická energie se zavádí do zařízeni pro skladování nebo se z něho odebírá. Tak zařízení podle tohoto vynálezu s výhodou zahrnuji prostředek pro přenos energie do zařízeni nebo z tohoto zařízeni, to znamená pro ukládáni nebo uvolňování energie, zvláště energie elektrické. Je zřejmé, že výraz elektrická energie zahrnuje libovolný elektrický signál, který vstupuje do zařízení nebo toto zařízení opouští.

Prostředek pro přenos podle tchcro vynálezu zahrnuje systém, ve kterém kruhy 22 magnetu, závity 24., magnetické hřídelové lože 32 a magnetická hřídelová pouzdra 34 jsou umístěny ve vzájemném elektrickém spojení. Při určitých provedeních jsou například tyto prvky spojeny elektricky vodivým drátem (který není znázorněn) nebo některým jiným vhodným prostředkem. Při výhodných provedeních přenosné prostředky zahrnuji kolik, výstupní otvor nebo jiný typ konektoru (který neni znázorněn) na vnější části krytu 10, aby se umožnilo elektrické spájení mezi kruhy 22 magnetu, závity 24 , magnetickými hřídelovými loži .32 a magnetickými hřídelovými pouzdry 34 a zařízeními jako generátory a motory, které jsou mimo zařízení pro skladování energie podle tohoto vynálezu.

Při výhodných provedeních prostředky pro.přenos obsahuji magnetická hřídelová pouzdra 34 mřo některá rovnocenná zařízení, která máji vlastnosti elektromagnetu, stejně jako pouzdra lože 52 nebo některá ekvivalentní zařízení, která mají vlastnosti perranentního magnetu. Na vstupu se elektrická energie dostává do magnetického hřídelového pouzdra 34 k modulaci svého magnetické pole. Jak bude zřejmé, vzájemné působení tohoto magnetického pole s pouzdrem lože 52 je příčinou rotace setrvačníku 40. Na výstupu pouzdro lože 52 rotuje okolo hřídele 30 a vzájemné působí s magnetickým hřídelovým pouzdrem 34 za vzniku elektrického potenciálu, který se může odvádět a používat libovolným z řady způsobů, které jsou známé v oblasti elektrické energie.

Při jiném provedení prostředky pro přenos obsahují závit 24 nebo jiné ekvivalentní zařízení, která máji vlastnosti elektromagnetu, stejné jako magnet 76 nebo nějaké ekvivalentní zařízení, která mají vlastnosti permanentního magnetu. Při výhodném provedení závity 24 jsou zhotoveny v plochém tvaru podobném koláči, za účelem uchování axiálního prostoru a jsou umístěny v elektromagnetickém spojení s permanentními magnety 76 zamontovanými v souboru 70 trubic. Závity 24 jsou odděleny od roviny ..definované rotací permanentních magnetů 76 vzdálenosti D₃, která závisí na relativním uspořádání a velikostí závitů 24 a magnetů 26. Na vstupu se elektrická energie přivádí do závitů 24 k modulaci jejich magnetické pole. Jak bude zřejmé, vzájemná akce tohoto magnetického pole s permanetními magnety 76 je příčinou rotace setrvačníku 40.. Na výstupu rotující permanentní magnety 76 vzájemně působí se závity 24 a vytvářejí elektrický potenciál mezi nimi, který může se odvádět a'používat. Při výhodných provedeních prostředky pro přenos zahrnuji magnetická hřídelová pouzdra 34 a pouzdra lože 52, přičemž závity 24 se používají ke stanovení rotačního chodu magnetů 76. Závity 24 potom vytváří větši.počet synchronizovaných pulzů a poskytují rotační rychlost ve vztahu k digitálnímu kontrolnímu systému.

Protože elektromagnetický vazebný točivý moment je navržen v nepřímém poměru k frekvenci otáček, síly mezi permanentními magnety 52 nebo 76 a elektromagnety 34 nebo 24 jsou pouze řádově v gramech při provozní rotační rychlosti systému. V podstatě velký počet elektromagnetů 34 nebo 24 může být elektronicky aktivován takovým způsobem, že se na vstupu nebo výstupu může vytvořit konstantní frekvence i při proměnné frekvenci otáček. Za použití transformátorů a usměrňovačů se elektrické impulzy mohou transformovat na výstupu na DC nebo AC úroveň. Při výhodných provedeních digitální kontrolní systém sleduje sílu, která se musí odebírat z obou setrvačníků, aby se jejich frekvence otáček udržovala shodná, přičemž se vylučují nežádoucí gyroskopické síly.

I když zařízení pro skladování energie podle tohoto vynálezu byla navržena se sudbilizačními systémy, které využívají magnetických sil, je zřejmé, že zařízení za určitých podmínek se může vystavit vnějším silám, které krátce překročí tyto magnetické síly. V takovém případě magnetické prvky, jako například magnetické hřídelové pouzdro 34 a pouzdro lože 52 by mohly být v kontaktu a vzájemně se poškodit. Proto zařízeni pro skladování energie bylo také navrženo s případnými sekundárními systémy lože, která koriguji náhlé nárazy nebo vibrace směřující radiálně. Sekundární systémy lože jsou ve velkém rozsahu založeny na vzájemném působení většího pcčtu členských hřídelí nebo vaček s kapalinou obsaženou v obvodových kanálcích.

Jak je znázorněno na obr. 2 a 9, vačky 26 mohou být tvarovány tak, aby vyhovovaly alespoň části kanálku 6 2 . Pokud je kanálek 62 kruhový, vačky 26 nebo alespoň určité části vačky 26a mohou být poněkud natcneny nebo obloukovité prohnuty, jak je znázorněno na obr. 9b pro kanálek 62. Výhodněji vačka 62 je poněkud užší ke zmenšeni její potenciální plochy styku s povrchem Například je výhodné, když vačka 26 přichází do styku s povrchem 67 v jediném místě. Tak vačka 26 může být tvarována do jehly nebo může obsahovat slabé skloněný kus ohebného drátu, který sám bude schopen pohltit část rušících sil. Skloněný drát vačky má výhodné konstanty pružnosti, které se mohou zvyšovat s ohybem. Pokud vačkou 26 je jehla, drát nebo jiný prvek bodového působení, je výhodně umístěn ve sklonu neboli náklonu ve sméru rotace setrvačníku 40 takovým způsobem, jako gramofonová jehla je skloněna nebo nakloněna ve směru otáčení vinylového disku předem opatřeného záznamem.

Vačky 26 jsou výhodně zhotoveny z lehčeného materiálu o vysoké pevnosti. Výhodné zařízení pro skladováni energie obsahuje alespoň čtyři vačky 26 v každém koncovém zvonku, přičemž vačky mohou být uspořádány v rovině a symetricky, takže jsou vyvedeny poněkud mimo kanálek 62. Vačky 26 jsou navrženy k oddělení předem určené vzdálenosti od povrchu 64 kanálku. Povrch 64 kanálku by měl být orientován směrem k ose rotace, aby obsahoval kapalinu během rotace setrvačníku 40.

Při výhodném provedení jsou kanálky navrženy k oddělení povrchu 67 od kapaliny 66 vzdáleností D₄ , jak je znázorněno na obr 9a. Vzdálenost D₄ by měla být menši než vzdálenost D·^ a D2 mezi setrvačníky 40 a hřídelovou sestavou 18 a krytem 10 výhodně byl měla tvořit okolo poloviny této vzdálenosti. Vzdálenost D₄ mezi vačkou 26 a povrchem 6 7 kapaliny 66 by mělo být možné upravovat. Tak vačky 26 jsou výhodně namontovány na šrouby 28 nebo nějaké jiné alternativní prvky pro úpravu vzdálenosti D₄ mezi vačkami 26 a povrchem 67.

Béhem období rychlé rotace sekundární systém lože vytváří kruhovou vrstvu kapaliny 66 podobnou kruhu, která je tlačena proti povrchu 64 kanálku, jak je znázorněno na obr. 9a. Kanálek 62 je částečně naplněn kapalinou 66 a je navržen tak, že při vysoké frekvenci otáčeni kapalina nepřetéká ale spise zůstává v kanálku 62 proti povrchu 64 pro jakoukoliv předpokládanou orientaci a rotační hladinu.

i

Protože kanalek 62 se pohybuje okolo osy otáčení setrvačníku, povrch 67 kapaliny by měl být rovnoměrný a paralelní k ose otáčení. Jestliže dojde k náhlým poruchám, které jsou vétši, než jakým se může přizpůsobit magnetický centrující systém, povrch kapaliny 67 působí jako preventivní lože. Porucha způsobuje, že nejbližsi kanálek 26 se dostane nebo kanálky 26 se dostanou do styku s povrchem 67 kapaliny 66 na zlomek sekundy, jak je znázorněno na obr. 9c. Tento kontakt způsobí opačně působící síly, které jsou úměrné tlaku působícímu poruchu mezi vačkou 26 a povrchem 67. Tak systém lože bude absorbovat radiální energii poruchy a zůstane ve vyvážené poloze. Protože vzdálenost se volí menší bud' než vzdálenost D-^ nebo vzdálenost , vzájemné působení vačky 26 a povrchu 67 zabrání, aby magnetické povrchy umístěné na setrvačníku 40 byly ve styku se svými obrácenými magnetickými povrchy, které jsou umístěny na hřídelové sestavě 18 nebo krytu 10.

Po obnově rotační síly g kapalina 66 způsobí, že ustoupí z vačky 26 a přejde zpět do své polohy před poruchou, jak je znázorněno na obr. 9a. Tak toto lože kapaliny může působit samo vícenásobně, aniž by se vyvolalo opotřebování. Žádný jiný známý systém nemá tuto schopnost.

Bylo zjištěno, že povrchy lože kapaliny podle tohoto vynálezu se mohou měnit v širokém rozmezí systémů, při kterém těleso, jako setrvačník, rotuje okolo osy. Při výhodných provedeních systémy lože kapaliny obsahují hřídel, která vymezuje osu rotace, těleso, které je uzpůsobeno k rotaci okolo osy a které zahrnuje alespoň jeden kontinuální povrch směřující k ose, a kapalinu blízkou povrchu a upravenou ve uaaessssss^ formě v podstatě rovnoměrné vrstvy ve styku s povrchem, po zahájení rotace tělesa.

Jakéhokoliv široce různorodého výběru kapalin se může použít v systémech lože podle tohoto vynálezu. Výhodné kapaliny neuvolňují plyny pod vlivem vakua. Tak kapalina 66 by měla mít co nejnižší tlak par. Také kapalina 66 by měla být dostatečně hustá neboli viskozní k udržení v kanálku 66 během období nízkých rotačních sil g, stejné jako při zastavení setrvačníku 40. Výhodné kapaliny zahrnují relativně viskozní silikonové mazací tuky určené pro vakuum, jako jsou tuky komerčně dostupné tuky od firmy Dow-Corning Co., Midland, MI, USA. Výhodné kapalíny také zahrnují ferromagnetické tekutiny, které zvyšují tuhost a viskozitu po aplikaci magnetického pole.

Zařízení podle tohoto vynálezu mohou být navržena pro výstupní výkon alespoň 5520 W/kg bez účinku na potenciální cyklus životnosti. Provozní životnost se očekává větší než 25 let, v závislosti na únavě způsobené poruchami souvisejícími s vlákenem. Cykly nabíjení a vybíjeni by měly přesáhnout alespoň 10 000 a úplné vybiti by mělo zůstat bez následků pro použiti. Hustota energie u výhodných provedeních je vypočtena na hodnotu vyšší než přibližně 165 W.h./kg s očekávanou možností růstu potenciálu. Zařízení pro skladování energie podle tohoto vynálezu jsou bezpečná a nemají nedostatky známých systémů baterií pro životní prostředí.

Pokud se navrhuje optimální zařízení pro skladování kinetické energie, musi se vzít v úvahu řada základních okolností. Například o celém zařízení pro skladování energie rozhoduje jeho velikost, hmotnost a provozní frekvence otáček. Požadovaná velikost systému se volí při předem stanoveném maximálním vnějším průměru a výšce osy na základě provozní frekvence otáček a tlouštky věnce a hlavy, stanovené pro celkovou energii na jednotku skladovacího objemu. Po dynamickém vyváženi, prvotní rezervou provozní frekvence otáček jsou tangenciální a radiální namáhání věnce a hlavy. Proto tloušťka věnce a hlavy se může upravit tak, aby byla v rozmezí namáhání materiálu pro zvolenou provozní frekvenci otáček. Kromé toho jsou určitá kritéria pro výběr neznámých parametrů, mezi které patři hustota věnce a hlavy a provozní frekvence otáček. Výběr kritérii by měl maximalizovat celkovou energii, udávanou ve Wh, maximalizovat hustotu energie ve Wh/kg, maximalizovat celkovou energii na jednotku zdvihového objemu ve Wh/kg.cm³, minimalizovat celkovou hmotnost v kg nebo minimalizovat celkové náklady na systém. Samozřejmě veškerá kriteria se musi upravit k dosažení maximálního možného tangenciálního a radiálního namáhání složek materiálu, při splnění vstupních a výstupních sil vyžadovaných při požadované aplikaci.

Pracovníkovi v oboru je zřejmé, že se může provést řada změn a modifikací k dosažení výhodného provedení tohoto vynálezu a že tyto změny a modifikace mohou být provedeny, aniž by došlo k odchýlení od podstaty vynálezu. Proto se uvažuje s tím, že připojené nároky pokrývají všechny takové rovnocenné varianty, které spadají do celkového rázu a rozsahu tohoto vynálezu.

Claims

1. Zařízení ke skladnováni energie, jící se tím, že sestává z krytu, hřídelové sestavy zahrnující hřídel, která vymezuje osu, obsaženou v krytu a k nému připevněnou, prvního setrvačníku, uzpůsobeného k rotaci okolo této osy, který obsahuje větší počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelně k této ose a druhého setrvačníku, uzpůsobeného k rotaci okolo této osy ve směru obráceném ke směru prvního setrvačníku, který obsahuje větší počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelně k této ose.

2. Zařízení ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřek krytu je udržován při tlaku nižším než je tlak atmosférický.

3. Zařízení ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tím, že hřídel hřídelové soustavy je tvořena v podstatě radiální částí a dvěma v podstatě válcovými osovými díly, přičemž hřídelová soustava dále sestává z alespoň jednoho magnetického hřídelového lože připojeného k radiální části hřídele a alespoň jednoho magnetického hřídelového pouzdra, které v podstatě obklopuje osové časti hřídele.

4. Zařízení ke skladováni energie podle nároku 1, vyznačující se tim, že první setrvačník a druhý setrvačník jsou každý v podstatě anizotropni.

5. Zařízeni ke skladováni energie podle nároku 1, vyznačující se tim, že první setrvačník a druhý setrvačník obsahují každý alespoň jeden permanentní magnet.

6. Zařízení ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tím, že první setrvačník a druhý setrvačník jednotlivě zahrnuji větší počet čelních ploch a jsou umístěny tak, že první čelní plocha prvního setrvačníku je blízko první čelní plochy druhého setrvačníku a druhá čelní plocha prvního setrvačníku je vzdálena od druh čelní plochy druhého setrvačníku.

7. Zařízení ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tim, že první setrvačník a druhý setrvačník jednotlivě zahrnují hlavu, vétší počet souborů trubic umístěných okolo vnějšího okraje hlavy a první věnec umístěný okolo vnějšího okraje souboru trubic.

8. Zařízeni ke skladováni energie podle nároku 7, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vétší počet souborů trubic umístěných okolo vnějšího okraje prvního věnce a druhý věnec umístěný okolo souborů trubic a prvního věnce.

9. Zařízení ke skladování energie podle nároku 7, vyznačující se t í m, že hlava zahrnuje magnetické hřídelové pouzdro, materiál jádra v podstatě obklopující vnější okraj magnetického hřídelového pouzdra, přičemž část materiálu jádra vytváří část první čelní plochy a druhé čelní plochy setrvačníku, první kruh magnetu, obsažený v části materiálu jádra, který tvoří první čelní plochu setrvačníku a druhý kruh magnetu obsažený v části materiálu jádra, který tvoří druhou čelní plochu setrvačníku a objímku v podstatě obklopující vnější okraj materiálu jádra.

10. Zařízení ke skladování energie podle nároku 9, vyznačující se tim, že hřídelová soustava zahrnuje magnetické hřídelové pouzdro umístěné proti magnetickému hřídelovému loži.

11. Zařízení ke skladováni energie podle nároku 9, vyznačující se tím, že hřídelová soustava zahrnuje magnetické hřídelové lože umístěné proti prvnímu kruhu magnetu.

12. Zařízeni ke skladování energie podle nároku 9, vyznačující se tím, že kryt obsahuje krytový kruh umístěný proti druhému kruhu magnetu.

13. Zařízeni ke skladování energie podle nároku 9, vyznačující se tím, že části materiálu jádra je vymezen obvodový kanálek při druhé čelní ploše setrvačníku.

14. Zařízeni ke skladováni energie podle nároku 13, vyznačující se tím, že kanálek obsahuje kapalinu.

15. Zařízení ke skladování energie podle nároku 13, vyznačující se tím, že kryt obsahuje jednu nebo větší počet vaček, které jsou protaženy do kanálku.

16. Zařízeni ke skladováni energie podle nároku 15, vyznačující se tim, že hřídelová soustava je oddělena od setrvačníku předem stanovenou vzdáleností a vačka a druhá čelní plocha setrvačníku jsou odděleny vzdáleností^ která je menši než vzdálenost mezi hřídelovou soustavou a setrvačníkem.

17. Zařízení ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tim, že obsahuje alespoň pět souborů trubic.

18. Zařízeni ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tim, že každý soubor trubic je ve styku s alespoň jedním dalším souborem trubic.

19. Zařízeni ke skladováni energie podle nároku 1, vyznačující se tim, že kažl/ soubor trubic je v podstatě obloukovité prohnutý.

20. Zařízení ke skladování energie podle nároku 7, vyznačující se tím, že část každého souboru trubic je v podstatě konkávní.

21. Zařízeni ke skladování energie podle nároku 3, vyznačující se t i m, že část každého souboru trubic je v podstatě konvexní.

22. Zařízení ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se t i m, že soubory trubic jednotlivé zahrnují trubici a permanentní magnet obsažený v trubici.

23. Zařízení ke skladování energie podle nároku 22, vyznačující se tím, že elektromagnet je připojen ke krytu v předem stanovené vzdálenosti od magnetu obsaženého v trubici.

24. Zařízení ke skladování energie podle nároku 22, vyznačující se tím, že dále zahrnuje materiál jádra v trubici.

25. Zařízení ke skladovaní energie podle nároku 8, vyznačující se tím, že věnce zahrnují navinuté vlákno.

26. Zařízení ke skladování energie podle nároku 25, vyznačující se tím, že vlákno zahrnuje větší počet obecně paralelně orientovaných filamentů.

27. Zařízení ke skladování energie podle nároku 25, vyznačující se tím, že vlákno sestává z aromatického polyamidu.

28. Zařízení ke skladováni energie podle nároku 25, vyznačující se tím, že vlákno je tvořeno taveným křemenem.

29. Zařízení ke skladování energie podle nároku 25, vyznačující se tím, že navinutým vláknem je vymezen větší počet štěrbin.

30. Zařízeni ke skladování energie podle nároku 29, vyznačující se tím, že štěrbiny obsahují materiál pro vzájemné spojení vláken.

31. Zařízeni ke skladování energie podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředek pro přijímání a uvolňování energie.

32. Zařízeni ke skladováni energie podle nároku 31, vyznačující se tím, že prostředek zahrnuje alespoň jeden permanentní magnet v elektromagnetickém spojeni s alespoň jedním elektromagnetem.

33. Zařízení ke skladování energie podle nároku 31, vyznačující se tím, že prostředek zahrnuje alespoň jedno magnetické hřídelové pouzdro v podstatě obklopující hřídel a alespoň jedno magnetické hřídelové lože při vnitřním průměru každého setrvačníku.

34.. Zařízení ke skladováni energie podle nároku 31, vyzn -acující se tím, že prostředek zahrnuje permanentní magnety obsažené v souborech trubic.

35. Způsob skladování energie, vyznačující se t í m, že zahrnuje stupně poskytující zařízení pro skladování energie, které sestává z krytu, hřídelové sestavy zahrnující hřídel, která vymezuje osu, obsaženou v krytu a k němu připevněnou, prvního setrvačníku, uzpůsobeného k rotaci okolo této osy, který zahrnuje větší počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelně k této ose a druhého setrvačníku, uzpůsobeného k rotaci okolo této osy v směru obráceném ke směru prvního setrvačníku, který zahrnuje větší počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelné k této ose a prostředek pro přenos energie do a ze zařízení pro skladováni energie, který sestává z alespoň jednoho permanentního magnetu v každém prvním setrvačníku a druhém setrvačníku a elektromagnet v elektromagnetickém spojeni s permanentním magnetem a poskytující elektromagnetickou energii pro přenosový prostředek k rotaci prvního setrvačníku a druhého setrvačníku.

36. Způsob podle nároku 35, vyznačující tim, že první setrvačník a druhý setrvačník jsou každý v podstatě anizotropni.

37. Způsob podle nároku 35, vyznačující se t í m, že permanentní magnet se umístí alespoň v jednom souboru trubic.

38. Způsob podle nároku 35, vyznačující se t í m, že permanentní magnet je při vnitřním průměru každého setrvačníku.

39. Způsob výroby elektrické energie, vyznačující se tim, že zahrnuje stupeň poskytující zařízení pro skladování energie, které sestává z krytu, hřídelové sestavy zahrnující hřídel, která vymezuje osu, obsaženou v krytu a k němu připevněnou, prvního setrvačníku, uzpůsobeného k rotaci okolo této osy, který zahrnuje větši počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelně k této ose a druhého setrvačníku, uzpůsobeného k rotaci okolo osy ve směru obráceném ke směru prvního setrvačníku, který zahrnuje větší počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelné k této ose a prostředek pro přenos energie do a ze zařízeni pro skladování energie, který sestává z alespoň jednoho permanentního magnetu v každém prvním setrvačníku a druhém setrvačníku a alespoň jednoho elektromagnetu v elektromagnetickém spojeni s permanentním magnetem a rotujícího prvního setrvačníku a druhého setrvačníku, přičemž vzniká elektrický potenciál mezi permanentním magnetem a elektromagnetem.

40. Způsob podle nároku 39, vyznačující se t i m, že první setrvačník a druhý setrvačník jsou každý v podstatě anizotropní.

41. Způsob podle nároku 39, vyznačující se t i m, že permanentní magnet je v alespoň jednom souboru trubic.

42. Způsob podle nároku 39, vyznačující se t i m, že pemanentni magnet je při vnitřním průměru každého setrvačníku.

43. Systém pro spojení hlavy s prvním věncem navinutého vlákna, vyznačující se tím, že hlava a první vénec jsou upraveny k rotaci okolo hřídele, který vymezuje osu, zahrnují větší počet souborů trubic umístěných v podstatě paralelné k této ose a ve styku jak s vnějším okrajem hlavy, tak s vnitřním průměrem prvního věnce.

44. Systém podle nároku 43, vyznačující se t í m, že dále zahrnuje větší počet souborů trubic umístěných okolo vnějšího okraje prvního věnce a , druhý věnec umístěný okolo souborů trubic a prvního věnce.

45. Systém podle nároku 43, vyznačující se t i m, že zahrnuje alespoň pět souborů trubic.

46. Systém podle nároku 43, vyznačující se t i m, že každý soubor trubic je v podstatě obloukovitě prohnutý.

47. Systém podle nároku 43, vyznačující se tím, že první část každého souboru trubic je v podstatě konkávní a druhá část každého souboru trubic je v podstatě konvexní.

48. Systém podle nároku 43, vyznačující se t í m, že soubory trubic jednotlivé zcmrnují trubici a permanentní magnet obsažený v trubici.

49. Způsob sestrojení v podstatě anizotropního setrvačníku, vyznačující se tím, že zahrnuje stupeň poskytující věnec, který má předem stanovený vnitřní průměr, umísťující ve věnci hlavu, která má předem stanovený vnější průměr, poskytující většího počtu trubic, z nichž každá má průměř' větší než je polovina vzdálenosti mezi vnitřním průměrem věnce a vnějším průměrem hlavy, nalisováni alespoň jedné trubice a umístěni každé trubice mezi věnec a hlavu.

50. Způsob podle nároku 49, vyznačující se t í m, že hlava zahrnuje magnetické hřídelové pouzdro, materiál jádra v podstatě obklopující vnější okraj magnetického hřídelového pouzdra, přičemž část materiálu jádra.tvoří část první čelní plochy a druhé čelní plochy setrvačníku, první kruh magnetu obsažený v části materiálu jádra, který tvoří první čelní plochu setrvačníku a druhý kruh magnetu obsažený v části materiálu jádra, který tvoří druhou čelní plochu setrvačníku a objímku v podstatě obklopující vnější okraj materiálu jádra.

51. Způsob podle nároku 49, vyznačující se t í m, že každá trubice je v podstatě obloukovité prohnutá.

52. Systém podle nároku 49, vyznačující se t í m, že první část každé trubice je v podstatě konkávní a druhá část každé trubice je v podstatě konvexní.

53. Způsob podle nároku 49, vyznačující se t í m, že věnec zahrnuje navinuté vlákno.

54. Způsob podle nároku 53, vyznačující se t i m, že vlákno zahrnuje větší počet obecně paralelné orientovaných filamentů.

55. Způsob podle nároku 53, vyznačující se t í m, že vlákno sestává z aromatického polyamidu.

56. Způsob podlé nároku 53, vyznačující se t í m, že vlákno je navinuto v obecně paralelním uspořádání.

57. Způsob podle nároku 49, vyznačující se t í m, že dále zahrnuje navinuté vlákno okolo substrátu, které vytváří věnec.

58. Způsob podle nároku 56, vyznačující se t í m, že se dále uvádí do styku vláxno s lepidlem před navinutím.

59. Způsob podle nároku 56, vyznačující se t í m, že vlákno se navinuje při tlaku nižším než je tlak atmosférický.

60. Způsob podle nároku 49, vyznačující se t i m, že dále zahrnuje naplněni alespoň jedné zalisované trubky vodou .a zmrazení vody před umístěním trubice mezi hlavu a věnec.

61. Produkt získaný způsobem podle nároku 49.

62. Setrvačník uzpůsobený k rotaci okolo osy, vyznačující se tim, že zahrnuje hlavu, větší počet souborů trubic umístěných okolo vnějšího

okraje hlavy v podstatě paralelně k ose a věnec, umístěný okolo vnějšího okraje souborů trubic

63. Setrvačník podle nároku 62, vyznačujíc se t í m, že hlava zahrnuje magnetické hřídelové pouzdro, materiál jádra v podstatě obklopující vnější okraj magnetického hřídelového pouzdra, přičemž část materiálu jádra tvoří část první čelní plochy a druhé čelní plochy setrvačníku, první kruh magnetu obsažený v části materiálu jádra, který tvoří první povrch setrvačníku a druhý kruh magnetu obsažený v části materiálu jádra, který tvoři druhou čelní plochu setrvačníku a objímku, která v podstatě obklopuje vnější okraj materiálu jádra.

64. Setrvačník podle nároku 63, vyznačujíc se t i m, že část materiálu jádra vymezuje obvodový kanálek při druhé čelní ploše setrvačníku.

65. Setrvačník podle nároku 62, vyznačujíc se t i m, že dále zahrnuje alespoň jeden permanentní magnet.

66. Setrvačník podle nároku 62, vyznačujíc se t í m, že soubory trubic jednotlivé zahrnuji trubici a

USOBSíUU.

permanentní magnet obsažený v trubici.

67. Setrvačník podle nároku 66, vyznačujici se t i m, že magnet je při druhé povrchové ploše setrvačníku .

68. Setrvačník podle nároku 66, vyznačující se t i m, že dále zahrnuje materiál jádra v trubici.

69. Systém, vyznačující se tím, že zahrnuje kryt, hřídelovou sestavu obsaženou v krytu, zahrnující hřídel, která vymezuje osu, setrvačník, který má větší počet čelních ploch, uzpůsobený k rotaci kolem osy při které první čelní plocha je umístěna blízko krytu, systém pro stabilizaci setrvačníku, který zahrnuje obvodový kanálek, který je vymezen částí první povrchové plochy a který obsahuje kapalinu ,a vačku připojenou ke krytu a zasahující od něho do kanálku.

70. Systém podle nároku 67, vyznačující se t í m, že hřídelová sestava.a setrvačník jsou odděleny předem stanovenou vzdálenosti a vačka a první čelní plocha jsou odděleny předem stanovenou vzdálenosti, která je menši než vzdálenost mezi hřídelovou sestavou a setrvačníkem.

71. Systém podle nároku 69, vyznačující se t i m, že se zvolí kapalina s nízkým tlakem par.

72. Systém podle nároku 69, vyznačující se t i m, že kapalina zahrnuje silikonový mazací tuk, určený pro vakuum.

73. Způsob výroby produktu z navinutých vláken, kterým má minimální objem štěrbin, vyznačující se tím, že zahrnuje stupně poskytující v podstatě kulaté vlákno, které je tvořeno větším počtem obecně paralelně orientovaných filamentů, poskytující navinutý substrát., navinutí vlákna okolo substrátu, při kterém vlákna jsou ve vzájemném styku v obecně paralelním uspořádání, které vymezuje vétší počet štěrbin.

74. Způsob podle nároku 73, vyznačující se t i m, že produktem z navinutého vlákna je v podstatě anizotropní setrvačník.

75. Způsob podlé nároku 73, vyznačující se t i m, že filamenty sestávají z aromatického polyamidu.

76. Způsob podle nároku 73, vyznačující se t i m, že se dále naplní štěrbiny materiálem, který je schopen vázat vlákna k sobě a k substrátu.

ι .«•«'A'»*· **·> > *>>*

- 50 77. Způsob podle nároku 73, vyznačující se t í m, že se dále uvedou do styku vlákna s materiálem, který je schopen vázat vlákna navzájem a k substrátu, před navinutím vlákna okolo substrátu.

73. Způsob podle nároku 73, vyznačující se t í m, že dále zahrnuje vytvrzeni materiálu.

79. Způsob podle nároku 73, vyznačující se t i m, že vlákno se navinuje okolo substrátu za tlaku nižšího než je tlak atmosférický.

80. Produkt získaný způsobem podle nároku 73.

81. Systém, vyznačující se t i m, že zahrnuje hřídel, vymezující osu rotace a téleso uzpůsobené k rotaci okolo této osy a zahrnující alespoň jeden kontinuální povrch, který čelně přiléhá k ose, způsob výroby povrchu lože, který zahrnuje stupně umístěni kapaliny blízko povrchu a rotaci kola okolo osy, při které kapalina tvoři v podstatě rovnoměrnou vrstvu ve styku s povrchem.

82. Způsob podle nároku 81, vyznačující se t í m, že tělesem je v podstatě anizotropní sezrvačnik.

83. Způsob podle'nároku 81, vyznačující tím, že kapalina zahrnuje silikonový mazací tuk, určený pro vakuum.

84. Způsob podle nároku 81, vyznačující se t í m, že dále zahrnuje umístěni obloukovitě prohnutého člena proti povrchu lože.

85. Systém lože, vyznačující se tim, že zahrnuje hřídel, která vymezuje osu rotace, těleso uzpůsobené k rotaci okolo této osy a obsahující alespoň jeden kontinuální povrch, který čelně přiléhá k ose a v podstatě rovnoměrnou vrstvu kapaliny, která je ve styku s povrchem.

86. Systém lože podle nároku 85,vyznačující se t í m, že tělesem je v podstatě anizotropni setrvačník.

87. Systém lože podle nároku 85,vyznačuj ící se t í m, že kapalina zahrnuje silikonový mazací tuk, určený pro vakuum.

88. Systém lože podle nároku 85,vyznačuj íci se t i m, že dále zahrnuje obloukovitě prohnutý člen proti vrstvě kapaliny.

89. Systém lože, vyznačující se tím, že zahrnuje •hřídel, která vymezuje osu rotace, těleso uzpůsobené k rotaci okolo této osy a obsahující alespoň jeden kontinuální povrch, který čelně přiléhá k ose a kapalinu blízko povrchu a uzpůsobenou k vytvořeni v podstatě rovnoměrné vrstvy ve styku s povrchem při rotaci tělesa.

90. Systém lože podle nároku 89, vyznačující se t i m, že tělesem je v podstatě anizotropni setrvačník.

91. Systém lože podle nároku 89, vyznačuj ící se t í m, že kapalina zahrnuje silikonový mazací tuk, určený pro vakuum.

92. Systém lože podle nároku 89,vyznačující se t í m, že dále zahrnuje obloukovitě prohnutý člen umístěný proti kapalině.