一種飛輪儲能轉子的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及飛輪儲能領域。具體為一種飛輪儲能轉子。
【背景技術】
[0002] 飛輪儲能是通過將電能、風能、太陽能等能源轉化為機械能即飛輪的高速旋轉來 實現(xiàn)能量的儲存，在需要使用能量時，將飛輪的動能轉化為電能輸出。飛輪儲能通過運動儲 存能量，不需要任何化學物質(zhì)和化學變化，還可進行無限次地充放電，不僅對環(huán)境無污染還 突破了化學電池的限制，從而受到了高度的關注。
[0003] 飛輪的儲能公式為
其中J為飛輪的轉動慣量，ω為飛輪旋轉的角速度。 飛輪的旋轉角速度越高，飛輪的轉動慣量越大，其儲能密度越高，儲存的能量也越大。飛輪 在旋轉的時候，其中間部分與邊緣部分所受的離心力不同，離旋轉中心越遠的位置所受到 的離心力越大，一體式的飛輪由于不同位置受力不均，容易產(chǎn)生大的變形或者出現(xiàn)裂紋。因 此，目前大部分飛輪轉子采用分體式結構，即包括輪轂和固定地套在輪轂上的外輪，外輪與 輪轂之間一般通過過盈配合來實現(xiàn)固定連接，外輪采用更加堅韌的材料制成。然而，在轉速 更高的情況下，例如在轉速達到10000轉/分鐘時，飛輪仍不可避免地會發(fā)生變形，產(chǎn)生"擴 張"的形態(tài)，與輪轂相比，距離旋轉中心更遠的外輪受到更大的離心力，其變形也更大，高速 旋轉狀態(tài)下的外輪的各個位置與輪轂相比向外"位移"的距離會更大。這樣必然導致外輪與 輪轂之間結合的預緊力減小，導致從輪轂向外輪傳遞的旋轉力減小，增加了能量的耗損，嚴 重時會出現(xiàn)輪轂和外輪之間的滑移，甚至脫落。因而，目前分體式的飛輪仍然限制了飛輪的 提速，從而限制了飛輪的儲能密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術問題在于克服現(xiàn)有的飛輪儲能機構在高速旋轉的情況下飛輪 輪轂與外輪之間的預緊力減小的技術問題，提供一種飛輪儲能轉子，在轉子高速旋轉的狀 態(tài)下仍可保持飛輪輪轂與外輪之間結合的預緊力，從而為進一步提高轉子速度提供了條 件。
[0005] 本發(fā)明的飛輪儲能轉子，包括：
[0006] 旋轉軸，為豎直設置的實心鋼軸；
[0007] 第一輪轂，所述第一輪轂由彈簧鋼制成，套在所述旋轉軸上可在所述旋轉軸的帶 動下與所述旋轉軸同步旋轉，所述第一輪轂具有盤狀體，所述盤狀體的外緣向其一側彎折 形成抵接部，所述抵接部與所述盤狀體相連的的位置設有應力減緩槽，所述第一輪轂的盤 狀體自中部向邊緣相對于垂直于所述旋轉軸的垂直平面傾斜，且朝向形成所述抵接部的一 側傾斜；
[0008] 外輪，所述外輪為桶狀，套在所述第一輪轂上，其內(nèi)壁與所述第一輪轂抵接部的外 壁相配合。
[0009] 作為優(yōu)選，所述抵接部與所述盤狀體之間通過圓角過渡，所述應力減緩槽位于所 述圓角的外壁上。
[0010] 作為優(yōu)選，所述外輪的內(nèi)壁在與所述第一輪轂抵接部的外壁相配合的位置處設有 沿周向延伸的第一配合凸起，在完成安裝的狀態(tài)下，所述第一輪轂的抵接部與所述第一配 合凸起緊配合。
[0011] 作為優(yōu)選，所述第一配合凸起的至少一端設有引導所述第一輪轂在所述外輪內(nèi)沿 軸線相對運動的安裝引導坡，第一配合凸起的至少一端為安裝時所述抵接部先接觸的一 端。
[0012] 作為優(yōu)選，所述盤狀體相對于垂直于所述旋轉軸的平面傾斜的角度為5°-15°。
[0013] 作為優(yōu)選，所述第一輪轂還包括套在所述旋轉軸上可與所述旋轉軸同步轉動的安 裝軸套，所述盤狀體位于所述安裝軸套的外部且與所述安裝軸套一體成型。
[0014] 作為優(yōu)選，所述飛輪儲能轉子還包括位于所述第一輪轂上方的第二輪轂，所述第 二輪轂由彈簧鋼制成，套在所述旋轉軸上，并可在所述旋轉軸的帶動下與所述旋轉軸同步 旋轉，所述第二輪轂的結構形狀與所述第一輪轂的結構形狀相同，且在完成裝配的狀態(tài)下， 所述第一輪轂的盤狀體與所述第二輪轂的盤狀體的傾斜方向相同，所述第二輪轂的抵接部 與設置在外輪內(nèi)壁上的第二配合凸起緊配合。
[0015] 所述緊配合為過盈配合。
[0016] 作為優(yōu)選，所述飛輪儲能轉子還包括定位軸套，所述定位軸套套在所述旋轉軸上， 且位于所述第一輪轂與第二輪轂之間。
[00?7]作為優(yōu)選，所述定位軸套由40Cr制成。
[0018] 作為優(yōu)選，所述旋轉軸的下端具有用于對所述第一輪轂的下端進行定位的軸肩。
[0019] 本發(fā)明的飛輪儲能轉子和現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明的輪儲能轉子，其第一輪轂的盤狀體的外緣向其一側彎折形成抵接部， 抵接部在預緊力的作用下與外輪的內(nèi)壁相抵。第一輪轂的盤狀體自中部向邊緣相對于垂直 于旋轉軸的垂直平面傾斜，且朝向形成抵接部的一側傾斜。在第一輪轂和外輪高速旋轉時， 外輪在第一離心力的作用下會產(chǎn)生向外的位移，第一輪轂受到的離心力雖然小于外輪收到 的離心力，但由于第一輪轂的外緣彎折成了抵接部，且盤狀體傾斜設計，盤狀體和抵接部在 受到離心力后產(chǎn)生徑向的擴張變形。從而最終產(chǎn)生與外輪一致的徑向變形，抵接部能與外 輪的內(nèi)壁貼緊，保持與外輪的預緊力。抵接部與盤狀體的連接處設有應力減緩槽，應力減緩 槽可減小應力，防止此處由于應力太大而損壞。
[0021] 2、外輪的內(nèi)壁在與所述第一輪轂抵接部的外壁相配合的位置處設有沿周向延伸 的第一配合凸起。在完成安裝的狀態(tài)下，所述第一輪轂的抵接部與所述第一配合凸起緊配 合。第一配合凸起增加了第一輪轂抵接部在與外輪的內(nèi)壁配合的時候產(chǎn)生的變形量，使得 外輪與第一輪轂之間的緊配合更加可靠。
[0022] 3、飛輪儲能轉子還包括位于第一輪轂上方的第二輪轂，在完成裝配的狀態(tài)下，第 一輪轂的盤狀體與第二輪轂的盤狀體的傾斜方向相同。這為外輪的加長提供了條件，加長 的外輪提高了質(zhì)量，即增大了飛輪的轉動慣量J，從而提高了飛輪的儲能量。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一個實施例的飛輪儲能轉子的剖視結構示意圖。
[0024]圖2為圖1中A部分的放大示意圖。
[0025] 附圖標記
[0026] 1旋轉軸，11軸肩；
[0027] 2第一輪轂，21盤狀體，22抵接部，23安裝軸套，24應力減緩槽；
[0028] 3外輪，31第一配合凸起，32安裝引導坡，33圓角，34第二配合凸起；
[0029] 4第二輪轂，41盤狀體，42抵接部，43安裝軸套；
[0030] 5垂直平面；
[0031] 6定位軸套。
【具體實施方式】
[0032] 如圖1所述，本發(fā)明的飛輪儲能轉子，包括旋轉軸1、第一輪轂2和外輪3。其中，旋轉 軸1為豎直設置的實心鋼軸，旋轉軸1 一般與飛輪儲能裝置中的電機的軸是一體的。在充電 時，電機旋轉，電機的軸也就是轉子的旋轉軸1旋轉，從而帶動第一輪轂2和外輪3旋轉，將電 能轉化成為第一輪轂2和外輪3的高速旋轉實現(xiàn)能量的儲存。
[0033] 所述第一輪轂2由彈簧鋼制成，套在所述旋轉軸1上，所述第一輪轂2可在所述旋轉 軸1的帶動下與所述旋轉軸1同步旋轉。所述第一輪轂2具有盤狀體21，所述盤狀體21的外緣 向其一側彎折形成抵接部22,抵接部22的外壁在預緊力的作用下與外輪3的內(nèi)壁相抵。
[0034] 第一輪轂2的盤狀體21自中部向邊緣相對于垂直于旋轉軸的垂直平面傾斜，且朝 向形成抵接部22的一側傾斜。盤狀體21傾斜的設計相比于不傾斜的情況，更能發(fā)揮彈簧鋼 的彈力特性。在裝配或高速旋轉的狀態(tài)下，若沒有傾斜的設計，彈簧鋼制成的盤狀體只做伸 縮的運動，而不能發(fā)揮其彈力抗屈服的優(yōu)點。作為優(yōu)選，所述盤狀體21相對于垂直于所述旋 轉軸1的垂直平面5傾斜的角度為5°-15°。在本實施例中，盤狀體21相對于垂直于所述旋轉 軸1的平面傾斜的角度為10°。
[0035] 在第一輪轂2和外輪3高速旋轉時，外輪3在第一離心力的作用下會產(chǎn)生向外的位 移，第一輪轂2受到的離心力雖然小于外輪3受到的離心力，但由于第一輪轂2的外緣彎折成 了抵接部，且盤狀體傾斜設計，盤狀體和抵接部在受到離心力后產(chǎn)生徑向的擴張變形，