車載飛輪儲能裝置制造方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供車載飛輪儲能裝置，包括飛輪組件和外殼體組件，飛輪組件包括飛輪轉子、花鍵軸，飛輪轉子中設置通孔，花鍵軸安裝在通孔里，飛輪轉子里設置長槽，長槽里安裝條形磁鐵，飛輪轉子的兩端均安裝飛輪端蓋，外殼體組件包括外殼體、線圈繞組、軸承端蓋，軸承端蓋有兩個，分別安裝在兩個飛輪端蓋的外側，軸承端蓋和飛輪端蓋之間安裝非金屬擋板，花鍵軸穿過兩個軸承端蓋，花鍵軸與軸承端蓋之間通過高速滾珠軸承相配合，外殼體固定在兩個軸承端蓋之間，且位于飛輪轉子的外部，軸承端蓋里設置環形槽，環形槽里設置線圈繞組。本發明引入了發電裝置和普通高速軸承支撐系統，無需真空結構，對于需要頻繁啟停以及下坡的車輛尤為適用。
【專利說明】車載飛輪儲能裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種儲能裝置，具體地說是汽車儲能裝置。
【背景技術】
[0002]目前市場流行的混合動力汽車，以及熱點研宄的汽車用動能回收系統，主要分為依靠化學裝置和飛輪裝置儲能來實現。相對而言，以化學裝置為儲能單元的混合動力汽車和動能回收系統應用較早、較廣泛，技術也相對成熟，但是由于該類系統的能量需要在機械能、電能、化學能等多種形式間相互轉化，因此效率的進一步提高收到很大限制。而從能量轉化角度上看，飛輪裝置具有更大的優勢，因為飛輪儲能過程中能量始終保持機械能的形式，從根本上保證更高的能量回收效率。實際上實現高效率的飛輪動能回收和儲能需要滿足低軸承損耗和低風阻等條件，因此投入應用的車用飛輪裝置大多采用磁懸浮支承系統，并將飛輪放置在真空環境中，導致整個機械系統復雜性和制造成本大大增加。
[0003]通過以上分析，可知如果沒有磁懸浮支承系統和真空環境的話，飛輪的儲能時間不宜過長，否則動能會因為軸承摩擦和風阻而逐漸消耗掉。并且轉速不能太高，通常應控制在15000轉以下。城市車輛的儲能需求其實能適應以上兩個限制條件。城市車輛以私家車、公交車和城市輕軌為主，由于交通狀況和工作性質的原因，這些車輛都會頻繁啟停，并且運行過程中的停止到重新啟動之間的時間在20?100S之間，這一點能滿足飛輪短時儲能要求。根據計算，為改善儲能飛輪的能量利用效率和經濟性，采用高速滾珠軸承來支撐飛輪，無需真空環境，由于儲能時間短，因此也能保證很高的能量利用效率。由于飛輪中的能量不可能通過機械傳動完全輸出給車輛，在完成車輛啟動后飛輪仍有一定的轉速，為提高能量回收效率，并避免飛輪空轉造成軸承的不必要磨損，在飛輪的腹板間的空隙中安裝條狀磁鐵，并在飛輪外殼兩側放置線圈繞組，從而構成一臺發電機，將飛輪中的動能以電能形式輸出并儲存在化學裝置中。另外，在下坡、短時間內不重新啟動的制動過程等工況下，飛輪直接將制動的能量轉化成電能儲存起來。
[0004]綜上所述，所設計的飛輪針對需要頻繁啟停的車輛，主要通過飛輪短時儲能并以機械能形式回收利用制動能量，同時對能量輸出余量、下坡和短時間內不重新啟動的制動過程等工況，直接將制動的能量轉化成電能儲存起來。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供提高汽車制動能量利用率的車載飛輪儲能裝置。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007]本發明車載飛輪儲能裝置，其特征是:包括飛輪組件和外殼體組件，飛輪組件包括飛輪轉子、花鍵軸，飛輪轉子中設置與花鍵軸配合的通孔，花鍵軸安裝在通孔里并與飛輪轉子相連，飛輪轉子里設置長槽，長槽里安裝條形磁鐵，飛輪轉子的兩端均安裝飛輪端蓋，外殼體組件包括外殼體、線圈繞組、軸承端蓋，軸承端蓋有兩個，分別安裝在兩個飛輪端蓋的外側，軸承端蓋和飛輪端蓋之間安裝非金屬擋板，花鍵軸穿過兩個軸承端蓋，花鍵軸與軸承端蓋之間通過高速滾珠軸承相配合，外殼體固定在兩個軸承端蓋之間，且位于飛輪轉子的外部，軸承端蓋里設置環形槽，環形槽里設置線圈繞組。
[0008]本發明還可以包括:
[0009]1、所述的飛輪轉子里的長槽，其橫截面為V型面，長槽沿飛輪轉子圓周方向均勻設置，相鄰的條形磁鐵的端部的磁極相反。
[0010]2、線圈繞組包括互相連接的小圓環，所有小圓環組成大圓環結構，小圓環上纏繞線圈，小圓環的數量與條形磁鐵相同。
[0011]本發明的優勢在于:本發明的車載飛輪儲能裝置屬于小型的發電裝置，在發電的領域中，不同于一般的發電結構，而是在一般飛輪結構的基礎上進行了創新，在飛輪轉子中安裝了條形磁鐵，在軸承端蓋上鑲嵌了線圈繞組，與一般的發電機線圈纏繞轉子剛好相反。另外，在飛輪領域中，本發明結構上不采用真空環境、成本高的磁懸浮軸承，而是利用普通的高速滾珠軸承，該結構在汽車頻繁啟動、低速下坡、短時間內不重新啟動的制動過程等工況下，足以維持短時間的飛輪高速旋轉。另外，高速滾珠軸承零件制造簡單，也容易更換，所以該車載飛輪儲能裝置的維護方便、經濟。本發明結合了發電裝置結構和飛輪裝置結構各自領域的特點，對一般的飛輪結構做了較大的創新，引入了發電裝置和普通高速軸承支撐系統，該裝置適用于在短時間制動和啟動等工況的車輛，有著很大的實際應用價值和發展前景。因為目前的飛輪裝置僅僅使用飛輪的高速旋轉來儲存能量，并沒有充分利用剩余的制動能量。而在一般的發電裝置結構中，都是利用線圈纏繞轉子的形式發電，極少采用飛輪輪轂鑲嵌磁鐵的結構做電機轉子，本發明采用的正是這種結構，結構緊湊，原理簡單。另外車載的飛輪結構中也很少通過結合發電裝置來提高能量利用率。本發明將它們各自特點結合起來，共同應用在汽車行業里。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的總體爆炸圖；
[0013]圖2為本發明主視圖；
[0014]圖3為本發明軸測圖；
[0015]圖4為本發明剖視圖；
[0016]圖5為飛輪轉子輪轂示意圖；
[0017]圖6為線圈繞組示意圖；
[0018]圖7為軸承端蓋示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0020]結合圖1?7，本發明主要通過飛輪短時儲能并以機械能形式回收利用制動能量，同時對能量輸出余量、下坡和短時間內不重新啟動的制動過程等工況，直接將制動的能量轉化成電能儲存起來。本發明的功能主要通過以下結構實現。
[0021]1、飛輪組件(增加發電裝置)
[0022]飛輪組件由飛輪轉子、條形磁鐵、飛輪軸、飛輪端蓋組成。飛輪轉子輪轂的空隙中均勻分布不同極性的條狀磁鐵，通過飛輪轉子輪轂空隙的上頂面和V型面對條狀磁鐵定位和安裝。飛輪轉子中間裝有花鍵軸，其作用是將外界傳動機構的制動能量轉化為飛輪的高速旋轉的機械能。由于該飛輪結構中能安裝磁鐵，跟一般發電機中線圈繞組繞著轉子的結構大不相同，才能實現增加發電裝置。
[0023]2、擋板(減少飛輪風阻)
[0024]擋板采用非金屬材料，它的作用是避免飛輪組件與線圈繞組的直接接觸，同時不能干擾線圈繞組切割磁感線，另外由于飛輪高速旋轉產生較大的阻力，該擋板也是減少飛輪風阻的一個重要手段。
[0025]3、線圈繞組(組成發電裝置)
[0026]線圈繞組是利用多個金屬線纏繞同一個金屬圈組成的。線圈繞組正好與南北極條形磁鐵的數目一致，它均勻地鑲嵌在軸承端蓋的內側。它的主要功能是在飛輪高速旋轉的時候，對條形磁鐵的磁感線進行切割，根據電磁感應原理，飛輪轉動的機械能轉化為電能，從而構成一臺發電機，將飛輪中的動能以電能形式輸出并儲存在化學裝置中。由于該線圈繞組的布置在飛輪轉子外面，才能與飛輪結構安裝的磁鐵發生電磁感應，共同組成發電裝置。
[0027]本發明的車載飛輪儲能裝置由外殼體1、飛輪組件、擋板2、線圈繞組3、高速滾珠軸承5、軸承端蓋4、螺栓組成，其中飛輪組件由飛輪轉子9、條形磁鐵8、花鍵軸7、飛輪端蓋6和螺栓構成。下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0028]圖1為飛輪裝置總爆炸圖，具體安裝過程:飛輪轉子9裝上條形磁鐵8，條形磁鐵8通過在飛輪轉子9輪轂空隙的上頂面和V型面進行定位，且不同極性的條形磁鐵8交替嵌入在飛輪轉子9中。將飛輪軸7裝進飛輪轉子9的中間部位，通過兩側的飛輪端蓋6來密封整個飛輪轉子，即飛輪端蓋6、花鍵軸7、條形磁鐵8、飛輪轉子9共同組成了飛輪組件。另外，在外殼體1、擋板2、線圈繞組3、軸承端蓋4、高速滾珠軸承5構成的外殼體組件中，具體的安裝過程是將高速滾珠軸承5裝在軸承端蓋4中，軸承端蓋4內側鑲嵌線圈繞組3，接著將飛輪組件套進外殼體I中，外殼體I兩側各放一個擋板2，用兩側的軸承端蓋4密封整個外殼體。最后，飛輪組件和外殼體組件一起構成了一個完整的飛輪電池裝置。圖2給出了整體飛輪結構的主視圖、圖3給出了整體飛輪結構的軸測圖、圖4給出了飛輪裝置全剖視圖、圖5為飛輪轉子輪轂零件圖、圖6為線圈繞組零件圖、圖7為軸承端蓋零件圖。
[0029]裝配后，在實際工作中，本發明的飛輪儲能裝置還需要一些輔助的構件。在車輛行駛過程中，由于交通狀況和工作性質的原因，這些車輛都會頻繁啟停，由于飛輪中的能量不可能通過機械傳動完全輸出給車輛，在完成車輛啟動后飛輪仍有一定的轉速，為提高能量回收效率，并避免飛輪空轉造成軸承的不必要磨損，在飛輪的腹板間的空隙中安裝條狀磁鐵，并在飛輪外殼兩側放置線圈繞組，從而構成一臺發電機，將飛輪中的動能以電能形式輸出并儲存在化學裝置中。另外，在下坡、短時間內不重新啟動的制動過程等工況下，飛輪直接將制動的能量轉化成電能儲存起來。
[0030]綜上所述，主要通過飛輪短時儲能并以機械能形式回收利用制動能量，同時對能量輸出余量、下坡和短時間內不重新啟動的制動過程等工況，直接將制動的能量轉化成電能儲存起來。
[0031]本發明車載飛輪儲能裝置由高速滾珠軸承、花鍵軸、軸承端蓋、飛輪轉子、條狀磁鐵、飛輪擋板、線圈繞組、外殼體、螺栓組成。線圈繞組與條狀磁鐵發生切割磁感線，通過電磁感應原理，將飛輪轉動的機械能轉化為電能，儲存在化學裝置。在飛輪轉子輪轂間的空隙中安裝條狀磁鐵，且要求均勻地交替分布南北磁極的條形磁鐵。條狀磁鐵通過飛輪轉子的輪轂空隙的V型面和上頂面定位，飛輪兩側的飛輪端蓋限制條狀磁鐵的軸向竄動。飛輪組件的花鍵軸與外殼體兩側的高速滾珠軸承、軸承端蓋、密封圈連接起來，組成飛輪裝置。飛輪組件，其內部構件由飛輪轉子、條形磁鐵、兩側的飛輪端蓋、螺栓組成。飛輪裝置中的線圈繞組直接嵌入在軸承端蓋內側，同時飛輪擋板將整個飛輪組件和線圈繞組分離開。飛輪擋板材料由非金屬組成，不能干擾條形磁鐵和線圈繞組切割磁感線。在短暫的剎車與啟動工況里，車輛通過轉動裝置將制動能量傳遞到飛輪軸，使得飛輪高速旋轉，相當于將能量儲存在飛輪里。接著，車輛啟動時飛輪高速旋轉的大部分機械能又傳回給傳動機構，剩余的能量轉化為電能，儲存在化學裝置中。車輛頻繁啟停，并且運行過程中的停止到重新啟動之間的時間在20?100S之間，這一點能滿足飛輪裝置短時儲能要求。該發明能充分利用短時間的能量，并且大大提高了能量的利用率。車載飛輪儲能裝置，應用在低速下坡、短時間內不重新啟動的制動過程等工況，主要通過飛輪短時儲能并以機械能形式回收利用制動能量，同時對能量輸出余量、下坡和短時間內不重新啟動的制動過程等工況，直接將制動的能量轉化成電能儲存起來。
【權利要求】
1.車載飛輪儲能裝置，其特征是:包括飛輪組件和外殼體組件，飛輪組件包括飛輪轉子、花鍵軸，飛輪轉子中設置與花鍵軸配合的通孔，花鍵軸安裝在通孔里并與飛輪轉子相連，飛輪轉子里設置長槽，長槽里安裝條形磁鐵，飛輪轉子的兩端均安裝飛輪端蓋，外殼體組件包括外殼體、線圈繞組、軸承端蓋，軸承端蓋有兩個，分別安裝在兩個飛輪端蓋的外側，軸承端蓋和飛輪端蓋之間安裝非金屬擋板，花鍵軸穿過兩個軸承端蓋，花鍵軸與軸承端蓋之間通過高速滾珠軸承相配合，外殼體固定在兩個軸承端蓋之間，且位于飛輪轉子的外部，軸承端蓋里設置環形槽，環形槽里設置線圈繞組。
2.根據權利要求1所述的車載飛輪儲能裝置，其特征是:所述的飛輪轉子里的長槽，其橫截面為V型面，長槽沿飛輪轉子圓周方向均勻設置，相鄰的條形磁鐵的端部的磁極相反。
3.根據權利要求1或2所述的車載飛輪儲能裝置，其特征是:線圈繞組包括互相連接的小圓環，所有小圓環組成大圓環結構，小圓環上纏繞線圈，小圓環的數量與條形磁鐵相同。
【文檔編號】H02K7/02GK104505975SQ201410659053
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】史冬巖, 王青山, 陶家偉, 趙云科, 羅祥程, 梁謙 申請人:哈爾濱工程大學