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复合材料飞轮

阅读：241发布：2020-05-11

IPRDB可以提供复合材料飞轮专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种复合材料飞轮，所述复合材料飞轮由复合材料多层轮环与金属轮毂过盈配合后，通过中心轴整体装配而成；所述复合材料多层轮环为多层缠绕成型的复合材料轮环。所述复合材料多层轮环的各层轮环之间通过预紧力进行过盈配合。所述复合材料多层轮环与金属轮毂过盈配合，所述金属轮毂与中心轴过盈配合。本实用新型解决了复合材料飞轮分层缠绕过盈装配的技术问题，提高了飞轮结构的环向抗拉强度，使其在高速旋转时不发生破坏，从而提高飞轮转速。，下面是复合材料飞轮专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种复合材料飞轮，其特征在于，所述复合材料飞轮由复合材料多层轮环与金属轮毂过盈配合后，通过中心轴整体装配而成；所述复合材料多层轮环为多层缠绕成型的复合材料轮环；

所述复合材料多层轮环为通过连续碳纤维增强复合材料缠绕成型的复合材料轮环；所述复合材料多层轮环的各层轮环之间通过预紧力进行过盈配合。

2.如权利要求1所述的复合材料飞轮，其特征在于，所述复合材料多层轮环为多层厚度不同的复合材料轮环。

3.如权利要求1所述的复合材料飞轮，其特征在于，所述复合材料多层轮环与金属轮毂过盈配合，所述金属轮毂与中心轴过盈配合。

说明书全文

复合材料飞轮

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种复合材料飞轮。

背景技术

[0002] 飞轮用于机械能量储存，其储能密度是其性能的主要衡量指标。提高飞轮储能密度有两个途径：一是增加飞轮轮缘质量，二是提高飞轮转速。前者导致机构笨重。后者效果显著，但受三个方面限制：一是要保证飞轮轮缘材料在离心力增加时不会因强度不足而断裂，它限制转速的增加；二是飞轮超高速旋转时，轴承会发热、升温、失效，润滑油会变质，它也限制转速增加；三是飞轮转速很高时，空气阻力和轴承摩擦力矩的能耗都会显著增加，使飞轮储能效率降低。

[0003] 由于上述三方面的限制，公知的金属材料飞轮，由于金属强度低，无法满足高速飞轮的使用需要。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的在于针对上述现有的金属飞轮无法满足高速转动的技术问题，提供一种复合材料飞轮的成型技术。

[0005] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 本实用新型涉及一种复合材料飞轮，所述复合材料飞轮由复合材料多层轮环与金属轮毂过盈配合后，通过中心轴整体装配而成；所述复合材料多层轮环为多层缠绕成型的复合材料轮环。

[0007] 优选地，所述复合材料多层轮环为碳纤维增强复合材料缠绕成型的复合材料轮环。

[0008] 更优选地，所述复合材料多层轮环为通过连续纤维多层缠绕整体成型的复合材料轮环。

[0009] 优选地，所述复合材料多层轮环为多层厚度不同的复合材料轮环。

[0010] 优选地，所述复合材料多层轮环的各层轮环之间通过预紧力进行过盈配合。

[0011] 优选地，所述复合材料多层轮环与金属轮毂过盈配合，所述金属轮毂与中心轴过盈配合。

[0012] 本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的复合材料飞轮，实现了复合材料飞轮轮环整体成型以及各轮环之间的过盈配合，提高了飞轮结构的环向抗拉强度，使其在高速旋转时不发生破坏，从而提高飞轮转速。解决了金属飞轮强度低，无法高速旋转进行储能的问题。

附图说明

[0013] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0014] 图1是本实用新型的结构示意图；

[0015] 其中，1为金属轮毂，2为第一层轮环，3为第二层轮环，4为第三层轮环，5为第四层轮环。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

[0017] 实施例

[0018] 本实施例涉及一种复合材料飞轮；如图1所示，该复合材料飞轮由复合材料轮环与金属轮毂1配合后，通过中心轴整体装配而成；复合材料轮环为多层结构设计。

[0019] 具体而言，复合材料飞轮最大外径为416mm，轮毂1外径为217mm，复合材料轮环厚度为199mm。其中，复合材料轮环为四层结构设计，与金属轮毂1配合后，通过中心轴进行整体装配。复合材料轮环的第一层轮环2、第二层轮环3、第三层轮环4、第四层轮环5之间通过纤维缠绕过程中的预紧力实现过盈配合，过盈量均为0.3～0.4mm；第一层轮环2与金属轮毂1采用低温装配实现其过盈配合，过盈量为0.2～0.3mm。

[0020] 本实施例飞轮在成型过程中，根据结构特点为在运行过程中主要承受高速转动时的离心力，在结构上采取各环过盈配合，复合材料轮环、金属轮毂、中心轴等过盈配合。

[0021] 按照前述结构特点，复合材料飞轮轮环各层之间为过盈配合，复合材料轮环与金属轮毂之间也为过盈配合，而根据碳纤维复合材料的性能特点，由于其线膨胀系数很小，要实现复合材料轮环各环之间的过盈配合较为困难。通过改变其成型方法，选用连续纤维缠绕成型技术，缠绕角度为全部环向，轮环各环厚度进行分层缠绕，分次固化。在缠绕过程中，按照设计设定的过盈配合量，计算纤维所需应变量，然后根据所选纤维性能计算缠绕预紧力，从而通过缠绕过程中张力控制实现各环的过盈配合。

[0022] 考虑到最后装配为过盈装配，飞轮轮毂选用材料为3J33合金，其线膨胀系数为-610.7～11×10 /℃，在液氮下将金属轮毂进行冷却，然后与复合材料轮环按设计过盈量进行装配。

[0023] 综上所述，本实用新型通过选用连续纤维缠绕成型的复合材料飞轮，实现了复合材料飞轮轮环整体成型以及各轮环之间的过盈配合，提高了飞轮结构的环向抗拉强度，使其在高速旋转时不发生破坏，从而提高飞轮转速。解决了金属飞轮强度低，无法高速旋转进行储能的问题，为后续进行高能存储飞轮研制奠定了基础。

[0024] 以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

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