KR20020024509A

KR20020024509A - Fly Wheel with Pressure Resistant Liner

Info

Publication number: KR20020024509A
Application number: KR1020000056318A
Authority: KR
Inventors: 하성규; 김동진
Original assignee: 하성규
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-03-30

Abstract

PURPOSE: A fly wheel having pressure liner is provided to obtain a maximized energy by minimizing internal stress generated during the rotation of fly wheel and maximizing rotational frequency of the fly wheel. CONSTITUTION: A fly wheel has an inner surface(10) and an outer surface(20) which are formed of composite materials having difference strength, or a single composite material. The fly wheel is formed into a single layer or multiple layers. The fly wheel has an innermost surface(30) where a mass of a metallic liner type formed of two or more metal or non-metal segments is attached. Thus, attached mass applies pressure to the inside of the fly wheel during rotation of the fly wheel, and the radial stress generated during rotation of the fly wheel is minimized, to thereby obtain a maximized energy.

Description

Flywheel with pressure-resistant liner {.}

본 발명은 플라이 휠에 저장되는 에너지를 증대시킬 수 있는 방법에 대한 것으로서 보다 상세하게는 내압을 가할 수 있는 라이너 타입의 질량체가 부착된 복합재 플라이 휠 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing energy stored in a fly wheel, and more particularly, to a method for manufacturing a composite fly wheel having a liner-type mass attached thereto.

플라이 휠은 브레이크와 같이 속도 조절장치의 하나로서 기계의 고정축에 무거운 테가 붙은 큰 바퀴 형태를 취하고 있으며 그 관성을 이용하여 각속도의 변동을 평준화 시키거나 다량의 에너지를 저장시킬 수 있도록 하는 장치이다.A flywheel is a type of speed control device such as a brake that takes the form of a large wheel with a heavy rim attached to the fixed shaft of the machine, and uses the inertia to level the fluctuation of the angular speed or store a large amount of energy. .

이러한 플라이 휠은 그것이 갖고 있는 관성 모멘트를 이용하여 운동에너지를 저장하거나 방출함으로써 1사이클 중의 토크가 역방향으로 작용하는 경우에도 운전을 가능하게 하며, 또 너무 큰 각속도의 변동을 일으키지 않도록 하여 운전을 원활하게 시키는 것이다. 즉, 플라이 휠은 기계의 회전속도의 변동을 어느 한정된 범위내로 유지 하는 작용을 하는 것으로서 그 기능상 큰 관성모멘트를 가져야 한다. 따라서 플라이 휠은 상당한 중량을 가지는 이외에도 그 바깥지름도 강도상 허용되는 정도까지 크게 설계되는 일이 많다.These fly wheels use the moment of inertia to store or release kinetic energy, enabling operation even when the torque in one cycle acts in the reverse direction. It is to let. That is, the flywheel acts to maintain the variation in the rotational speed of the machine within a certain range and must have a large moment of inertia in its function. Therefore, in addition to having a considerable weight, the flywheel is often designed to have a large outer diameter to an acceptable level of strength.

또한 플라이 휠 에너지 저장 방식은 전기에너지를 기계적인 회전 에너지로 전환하여 저장하는 방식이므로 에너지 절약 효과 및 환경보호 측면에서도 다른 에너지 저장시스템에 비교하여 월등하다. 또 개발시 산업용, 민수용, 국방용 등 다양한 용도로의 적용이 가능하고 첨단 기술 집약형 산업이기 때문에 이에 따른 각 산업계로의 기술 파급효과가 크다.In addition, the flywheel energy storage method converts electrical energy into mechanical rotational energy and stores it, which is superior to other energy storage systems in terms of energy saving and environmental protection. In addition, it can be applied to various purposes such as industrial, civil, defense, etc. during development, and because it is a high technology-intensive industry, the technology ripple effect to each industry according to this is great.

여기서, 플라이 휠에 저장되는 에너지는 극관성 모멘트I에 비례하고 회전수 ω의 자승에 비례한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.Here, the energy stored in the flywheel is proportional to the moment of inertia I and proportional to the square of the number of revolutions ω. This is expressed as follows.

위의 식에서 보는 바와 같이 플라이 휠에 저장되는 에너지를 증대시키기 위해서는 극관성 모멘트I값을 크게 하던가 또는 회전수 ω를 높여 주어야 한다. 그러나I값은 형상과 관계가 되어 있는 값이므로I값의 증대는 플라이 휠의 치수와 중량의 증가를 의미한다. 이러한 것은 회전 속도 ω를 증대시키는 것에 비하여 비효율적인 설계가 된다. 결국 ω를 증가 시키는 것이 효율적인 에너지 증대를 이루게 되는데 여기에는 플라이 휠의 회전시 발생하는 내부 응력으로 인하여 ω의 증가에 제한이 따르게 된다.As shown in the above equation, in order to increase the energy stored in the flywheel, it is necessary to increase the polar moment of inertia I or increase the rotational speed ω. However, I value is because it is a value that is related to the shape of the increasing value I means an increase in the size and weight of the flywheel. This results in an inefficient design compared to increasing the rotational speed ω. Eventually, increasing ω results in an efficient energy increase, which is limited by the increase in ω due to the internal stress generated during the rotation of the flywheel.

본 발명은 플라이 휠의 회전시 발생하는 내부 응력을 최소화시켜 운전 가능한 회전수를 최대화 시킴으로써 저장되는 에너지의 극대화를 이룰 수 있는 플라이 휠을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a fly wheel that can maximize the energy stored by minimizing the internal stress generated during the rotation of the fly wheel to maximize the number of operating rotations.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라이 휠을 보여주기 위한 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view for showing a fly wheel according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서 A-A'선의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 내압을 가하지 않는 형태의 구조를 갖는 플라이 휠의 최대 회전수와 내압을 가하는 형태의 플라이 휠의 최대 회전수를 보여주기 위한 그래프이다.Figure 3 is a graph for showing the maximum number of revolutions of the flywheel of the form of applying the internal pressure and the maximum speed of the flywheel having a structure of not applying the internal pressure according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 내압을 가하지 않는 형태의 구조를 갖는 플라이 휠의 최대 저장 에너지와 내압을 가하는 형태의 플라이 휠의 최대 저장 에너지를 보여주기 위한 그래프이다.Figure 4 is a graph for showing the maximum storage energy of the flywheel having a structure of the type without applying internal pressure and the maximum storage energy of the flywheel of the type of applying internal pressure according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 내압을 가하지 않는 형태의 플라이 휠과 내압을 가하는 형태의 플라이 휠에 대해 반경비에 따른 반경방향 응력의 변화를 보여주기 위한 그래프이다.Figure 5 is a graph for showing the change in the radial stress according to the radial ratio for the flywheel of the internal pressure-free form and the internal pressure-type flywheel according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

10 : 그라파이트-에폭시 복합재료 20 : 그라스-에폭시 복합재료10: graphite-epoxy composite 20 glass-epoxy composite

30 : 라이너 타입의 질량체30: mass of liner type

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 와이어 형태의 복합재료를 에폭시 수지욕을 통과시킨 후 기계구동 맨드릴에 감어 150∼200℃에서 성형한다. 이후 맨드릴을 제거한 후 제작된 플라이 휠의 내측에 원주방향을 따라 2개 이상의 일정 각도로 나누어진 금속 또는 비금속 라이너 타입 질량체를 부착,플라이 휠 회전시 내측에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the composite material in the form of a wire is passed through an epoxy resin bath and wound around a machine-driven mandrel to be molded at 150 to 200 ° C. Thereafter, after removing the mandrel, a metal or non-metallic liner-type mass body divided into two or more predetermined angles along the circumferential direction is attached to the inner side of the manufactured fly wheel, and the fly wheel is characterized by applying pressure to the inner side when the fly wheel is rotated. do.

본 발명에 따르면 도 1에서 보는바와 같이 플라이 휠 내측에 부착된 금속 또는 비금속 라이너 타입 질량체에 의해 가해지는 압력은 플라이 휠의 회전시에 발생하는 반경방향 응력을 최소화 시켜 저장되는 에너지를 극대화 시킬 수 있다.According to the present invention as shown in Figure 1 the pressure applied by the metal or non-metal liner type mass attached to the inside of the flywheel can maximize the energy stored by minimizing the radial stress generated during rotation of the flywheel. .

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라이 휠을 보여주기 위한 부분단면 사시도이고, 도 2는 도 1에서 A-A' 선의 단면도이다.1 is a partial cross-sectional perspective view showing a fly wheel according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG.

본 발명에 따른 플라이 휠은 도 1에서 보는 바와 같이 플라이 휠의 내경측(10)과 외경측(20)에 서로 다른 강성을 가진 복합재료를 2층 또는 다층으로 설계하는 것이며 경우에 따라서 단일 복합재료로 구성된 단층 설계도 가능하다. 이와 같이 제작된 플라이 휠의 가장 내측(30)에 금속 또는 비금속으로 만들어진 조각난 라이너 형태의 질량체가 부착되어지며 이는 곧 플라이 휠 회전시 내측에 원심력에 의한 압력으로 작용하게 된다. 도 3은 본 발명에 따른 2층의 구조를 갖는 플라이 휠의 내압이 가해지는 경우와 그렇지 않은 경우의 최대 허용 회전수를 보여주기 위한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 2층의 구조를 갖는 플라이 휠의 내압이 가해지는 경우와 그렇지 않은 경우의 최대 저장 에너지를 보여주기 위한 그래프이다. 또한, 도 5 는 본 발명에 따른 2층의 구조를 갖는 플라이 휠의 내압이 가해지는 경우와 그렇지 않은 경우의 반경변화에 따른 응력의 변화를 보여주기 위한 그래프이다.As shown in FIG. 1, the flywheel according to the present invention is to design a composite material having different stiffness in two layers or multiple layers on the inner diameter side 10 and the outer diameter side 20 of the fly wheel, and in some cases, a single composite material. Single-layer design is also possible. The mass of the fragmented liner shape made of metal or nonmetal is attached to the innermost portion 30 of the flywheel manufactured as described above, which acts as a centrifugal force inside the flywheel. Figure 3 is a graph showing the maximum allowable rotational speed when the internal pressure of the flywheel having a two-layer structure according to the present invention is applied and when not, Figure 4 is a two-layer structure according to the present invention This graph shows the maximum stored energy when the internal pressure of the flywheel is applied and when it is not. In addition, Figure 5 is a graph for showing the change in the stress according to the radius change when the internal pressure of the flywheel having a two-layer structure according to the invention is applied or not.

도 3과 도4의 그리고 도 5의 결과로 부터 복합재 플라이 휠 내측에 압력이가해지는 구조는 플라이 휠의 고속 회전시 발생되는 반경방향의 응력을 낮추어 주는 역활을 하게되며 이러한 효과는 최대 회전수 및 최대 저장 에너지의 증대로 나타남을 알 수 있다.As a result of the results of FIGS. 3, 4 and 5, the structure in which pressure is applied inside the composite flywheel serves to lower the radial stress generated during the high speed rotation of the flywheel. It can be seen that the increase in the maximum stored energy.

앞서 기술한 바와 같이 본 발명은 플라이 휠의 회전시 발생하는 내부 응력을 최소화시켜 운전 가능한 허용 회전수를 최대화 시킴으로써 저장되는 에너지의 극대화를 꾀할 수 있다.As described above, the present invention can maximize the stored energy by maximizing the allowable rotational speed by minimizing the internal stress generated during the rotation of the flywheel.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 당업자의 통상의 지식 범위내에서 그 개량이나 변형이 가능하다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto, and improvements or modifications thereof can be made without departing from the ordinary knowledge of those skilled in the art.

Claims

A multi-layer fly wheel made of a composite material, characterized in that a mass of a metal liner type, which is divided into two pieces or more at regular angles along the circumferential direction, is attached to the inside thereof.

A multi-layer fly wheel made of a composite material, characterized in that a non-metal liner-type mass body is attached to the inside in a circumferential direction and divided into at least two pieces at a predetermined angle.

A single-layer flywheel made of a composite material, characterized in that a mass of a metal liner type, which is divided at a predetermined angle by at least two pieces along the circumferential direction, is attached to the inside thereof.

A single-layer fly wheel made of a composite material, characterized in that a non-metal liner-type mass body is attached to the inside in two or more pieces at regular angles along the circumferential direction.