專利名稱：一種懸浮飛輪電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛或其他動力機(jī)械的機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的無軸飛輪儲能裝置，特別涉及一種懸浮飛輪電池。
背景技術(shù)：
由于飛輪電池與其他機(jī)動車輛上所采用的電池相比，具有能量密度高、體積小、質(zhì)量輕、壽命長的特點(diǎn)，而受到國內(nèi)外越來越多的研究者所關(guān)注，但應(yīng)用于車輛上的飛輪電池尚處于起步階段，目前比較典型的飛輪儲能裝置的飛輪安裝在飛輪軸上，飛輪軸兩端通過軸承固定于飛輪座上，飛輪繞飛輪軸旋轉(zhuǎn)，且應(yīng)用于車輛上的飛輪都是有軸設(shè)計(jì)，當(dāng)機(jī)動車輛在路面行駛時(shí)，由于啟動、急停、轉(zhuǎn)彎、以及上下坡或者路面不平時(shí)，常導(dǎo)致儲能飛輪中飛輪軸方位的改變，從而不可避免的會引起陀螺效應(yīng)；當(dāng)車輛經(jīng)常在路況不好或者城市繁忙的路段上行駛時(shí)，會因此使飛輪軸在約束方向上受到很大的陀螺力矩，從而使得飛輪軸或者飛輪軸承受到很大的附加壓力，甚至?xí)蚋郊訅毫^大而使飛輪軸承遭到破壞，且它還是系統(tǒng)振動的可能振源。常規(guī)的設(shè)計(jì)思路認(rèn)為陀螺效應(yīng)是無法避免的，因此都是從采用新材料或者新的制作工藝以增加飛輪軸的疲勞壽命角度來入手解決，即使如此，由于目前技術(shù)的限制，采用飛輪電池的車輛還是不能在路況較差的路段行駛，從而限制了其在動力機(jī)械上的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠消除車輛上應(yīng)用的飛輪電池的陀螺效應(yīng)的懸浮飛輪電池。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括支撐架和設(shè)置在支撐架上的半圓形的飛輪殼體以及與飛輪殼體相配和的圓弧形飛輪端蓋，飛輪殼體與飛輪端蓋共同形成一空腔結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，飛輪端蓋的中央設(shè)置有球形定子且球形定子的球心與飛輪殼體的內(nèi)腔球心保持重合，在飛輪殼體的內(nèi)壁設(shè)置有氣楔形成裝置或磁極，在氣楔形成裝置或磁極上還設(shè)置有半圓形的自緊球殼，自緊球殼與設(shè)置在自緊球殼上與球形定子相對應(yīng)的位置上的球形腔轉(zhuǎn)子和儲能體共同構(gòu)成了球形懸浮飛輪。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是球形懸浮飛輪的底部中央固定有圓形配重；自緊球殼的外表面與飛輪殼體的內(nèi)表面之間距離小于球形定子外表面與球形腔轉(zhuǎn)子內(nèi)表面之間的距離；氣楔形成裝置為一撓性面或傾斜瓦；飛輪殼體的底部開設(shè)有導(dǎo)流進(jìn)氣孔，飛輪端蓋的頂部開設(shè)有導(dǎo)流排氣孔；自緊球殼和氣楔形成裝置或磁極的內(nèi)壁噴鍍或貼有Al2O3、Cr2O3、WC，Co、BeO以及高溫陶瓷高硬合金保護(hù)材料。
由于本發(fā)明將飛輪的外形設(shè)計(jì)為球形，并且采用氣體動壓軸承或者磁懸浮的原理，使飛輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)自動懸浮、自動調(diào)心，與飛輪座無接觸，以減小摩擦，并且將飛輪發(fā)電/電動機(jī)與飛輪設(shè)計(jì)為一體，發(fā)電/電動機(jī)設(shè)計(jì)為球形，使飛輪可以繞定子球心任意角度旋轉(zhuǎn)，從而消除了飛輪由于車輛在路面行駛時(shí)所產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1，2，本發(fā)明在支撐架8上設(shè)置有半圓形的飛輪殼體6以及與飛輪殼體6相配和的圓弧形飛輪端蓋1，飛輪殼體6與飛輪端蓋1共同形成一空腔結(jié)構(gòu)，飛輪端蓋1的中央設(shè)置有球形定子2且球形定子2的球心與飛輪殼體6的內(nèi)腔球心保持重合，在飛輪殼體6的內(nèi)壁設(shè)置有撓性面或傾斜瓦氣楔形成裝置或磁極10，氣楔形成裝置或磁極10上還設(shè)置有半圓形的自緊球殼5，自緊球殼5與設(shè)置在自緊球殼5上與球形定子2相對應(yīng)的位置上的球形腔轉(zhuǎn)子3和儲能體4共同構(gòu)成了球形懸浮飛輪，自緊球殼5是在球殼加工過程中進(jìn)行熱處理，使得該球殼在加工之后具有殘余應(yīng)力，該殘余應(yīng)力與球殼旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的工作應(yīng)力相反，當(dāng)球形懸浮飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，與球形懸浮飛輪固連的自緊球殼5上的工作應(yīng)力可以抵消一部或全部，從而可以提高球形懸浮飛輪的轉(zhuǎn)速。在其旋轉(zhuǎn)時(shí)，球形懸浮飛輪表面與固定在飛輪殼體6內(nèi)壁的氣楔形成裝置或磁極10相互作用，形成氣體壓力或磁作用力，使其懸浮在飛輪殼體6內(nèi)部，并進(jìn)行自動調(diào)心，使該飛輪的球心與球形定子2的球心保持重合，為防止飛輪轉(zhuǎn)動時(shí)球形定子2與球形腔轉(zhuǎn)子3由于磁力的作用而發(fā)生的接觸或碰撞，自緊球殼5的外表面與飛輪殼體6的內(nèi)表面之間距離小于球形定子2外表面與球形腔轉(zhuǎn)子3內(nèi)表面之間的距離。且在飛輪的自緊球殼5的外表面和氣楔形成裝置或磁極10的內(nèi)壁噴鍍或者貼有高硬合金保護(hù)材料。為保持飛輪本身在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性，并且使飛輪在高速時(shí)盡量不受車輛運(yùn)行的影響，在球形飛輪的底部中央固定有圓形配重7，用于平衡球形定子2和球形腔轉(zhuǎn)子3之間的磁力，防止向上方向的碰撞。在用氣浮方式時(shí)，為防止飛輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)在飛輪底部產(chǎn)生真空，影響氣浮效果，同時(shí)也為了帶走飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量，在飛輪殼體6的底部開有導(dǎo)流進(jìn)氣孔9，飛輪端蓋1的頂部開設(shè)有導(dǎo)流排氣孔11。
本發(fā)明在通入電流后球形定子2帶動球形懸浮飛輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定速度后，設(shè)在飛輪殼體6內(nèi)壁的撓性面或傾斜瓦氣楔形成裝置10與球形懸浮飛輪本身產(chǎn)生氣楔，使球形懸浮飛輪懸浮起來旋轉(zhuǎn)，球形懸浮飛輪的自緊球殼5的外表面和飛輪殼體6內(nèi)壁的氣楔形成裝置10上噴鍍或貼有高硬合金材料，可以防止球形懸浮飛輪在車輛急停或者別的突然運(yùn)動中發(fā)生的碰撞。由于球形懸浮飛輪與氣楔形成裝置10之間的相互作用，球形懸浮飛輪在飛輪殼體6內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)心。上述的方法適用于較低速度的情況，在更高速時(shí)，采用在飛輪殼體6上設(shè)置若干磁極替代飛輪內(nèi)壁的氣楔產(chǎn)生裝置使球形懸浮飛輪懸浮起來，并將飛輪殼體6內(nèi)部抽成真空，以減少氣阻作用。采用這種設(shè)計(jì)后，由于球形懸浮飛輪為無軸設(shè)計(jì)，且在運(yùn)行過程中處于懸浮狀態(tài)，因而球形懸浮飛輪可以繞球心定子2任意角度旋轉(zhuǎn)，而不影響其性能，當(dāng)安裝這種飛輪的車輛運(yùn)行時(shí)，不論車輛如何行駛、顛簸，飛輪都可以保持原有的運(yùn)行狀態(tài)不變，從而沒有了陀螺效應(yīng)對飛輪座以及車輛的影響。
權(quán)利要求
1.一種懸浮飛輪電池，包括支撐架[8]和設(shè)置在支撐架[8]上的半圓形的飛輪殼體[6]以及與飛輪殼體[6]相配和的圓弧形飛輪端蓋[1]，飛輪殼體[6]與飛輪端蓋[1]共同形成一空腔結(jié)構(gòu)，其特征在于飛輪端蓋[1]的中央設(shè)置有球形定子[2]且球形定子[2]的球心與飛輪殼體[6]的內(nèi)腔球心保持重合，在飛輪殼體[6]的內(nèi)壁設(shè)置有氣楔形成裝置或磁極[10]，在氣楔形成裝置或磁極[10]上還設(shè)置有半圓形的自緊球殼[5]，自緊球殼[5]與設(shè)置在自緊球殼[5]上與球形定子[2]相對應(yīng)的位置上的球形腔轉(zhuǎn)子[3]和儲能體[4]共同構(gòu)成了球形懸浮飛輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮飛輪電池，其特征在于所說的球形懸浮飛輪的底部中央固定有圓形配重[7]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮飛輪電池，其特征在于所說的自緊球殼[5]的外表面與飛輪殼體[6]的內(nèi)表面之間距離小于球形定子[2]外表面與球形腔轉(zhuǎn)子[3]內(nèi)表面之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮飛輪電池，其特征在于所說的氣楔形成裝置[10]為一撓性面或傾斜瓦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮飛輪電池，其特征在于所說的飛輪殼體[6]的底部開設(shè)有導(dǎo)流進(jìn)氣孔[9]，飛輪端蓋[1]的頂部開設(shè)有導(dǎo)流排氣孔[11]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮飛輪電池，其特征在于所說的自緊球殼[5]和氣楔形成裝置或磁極[10]的內(nèi)壁噴鍍或貼有高硬合金保護(hù)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的懸浮飛輪電池，其特征在于所說的高硬度合金保護(hù)材料為Al2O3、Cr2O3、WC，Co、BeO以及高溫陶瓷。
全文摘要
一種懸浮飛輪電池，包括支撐架和設(shè)置在支撐架上的半圓形的飛輪殼體以及與飛輪殼體相配和的圓弧形飛輪端蓋，飛輪端蓋的中央設(shè)置有球形定子，飛輪殼體的內(nèi)壁設(shè)置有氣楔形成裝置或磁極，在氣楔形成裝置或磁極上還設(shè)置有構(gòu)成球形懸浮飛輪的半圓形的自緊球殼和設(shè)置在自緊球殼上與球形定子相對應(yīng)的位置上的球形腔轉(zhuǎn)子和儲能體。由于本發(fā)明采用氣體動壓軸承或者磁懸浮的原理，使球形懸浮飛輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)自動懸浮、自動調(diào)心，與飛輪座無接觸，以減小摩擦，并且將作為電動機(jī)的球形定子與球形懸浮飛輪設(shè)計(jì)為一體，使球形懸浮飛輪可以繞球形定子的球心任意角度旋轉(zhuǎn)，從而消除了飛輪由于車輛在路面行駛時(shí)所產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)。
文檔編號H02K7/02GK1547310SQ20031011890
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者康龍?jiān)? 李海濱, 曹秉剛 申請人:西安交通大學(xué)