飞轮的制作方法

本实用新型涉及一种飞轮，且更具体地，涉及一种包括配重的飞轮。

背景技术：

在多种机械（例如，但不限于车辆）中，飞轮被用于能量的储存。飞轮可在车辆的不同位置处使用，以用于在多种情形中接收或供应能量。如本领域通常所公知的，飞轮与内燃机的曲轴相联接。在发动机的动力冲程过程中，能量通过曲轴被储存至飞轮，且在发动机的其余冲程过程中，由曲轴从飞轮接收能量。这种布置确保在内燃机的不同冲程中维持更加均衡的曲轴角速度，且更加均衡的扭矩被提供至车辆的驱动组件。

除了以上所述之外，飞轮还可以被设置成远离发动机的曲轴，且通过齿轮连接至车辆的驱动轴，以用于能量的储存和释放。在这种飞轮中，所期望的是，在联接过程中飞轮的速度应该匹配联接至驱动轴的齿轮的速度。典型地，需要附加组件来使得飞轮的速度匹配齿轮的速度。这种附加组件使得整个系统更加庞大且耗能。另一种用于匹配飞轮的速度的技术是使用一种能够改变其自身的惯量的飞轮。这种飞轮可以调整它们的速度，而无需任何附加的传动组件。这种飞轮包括一种机构，该机构用于改变附加配重到飞轮中心的距离，以改变飞轮的转动惯量。然而，由于在飞轮的高角速度下附加配重的不稳定性，所以这种飞轮并不能够储存足够的能量。因此，需要一种改进的飞轮，该飞轮无需附加的传动组件来改变它们的速度，且在高角速度下还可以保持稳定。

美国专利公开号7044022公开了一种可变惯量飞轮设备，其被连接至发动机的曲轴。该专利描述了一种具有可变转动惯量的飞轮，在飞轮和可旋转构件的主体上分别形成有第一导向槽和第二导向槽。可移动配重设置在重叠位置处，且可旋转构件通过液压压力相对于主体而旋转。然而，该参考文献并未公开采用远离于曲轴、用于储存能量的飞轮，以及用于在高角速度下稳定飞轮的任何方法。因此，需要一种改进的飞轮结构，其可平衡由在可变飞轮中的附加的配重所产生的力。

技术实现要素：

在本实用新型的一个方面，提供了一种飞轮。该飞轮包括具有圆形形状的边缘、第一轮毂以及至少两个轮幅，该第一轮毂同轴设置在边缘内部且沿着边缘的第一轴线延长。至少两个轮辐中的每个轮辐均具有联接至边缘的第一端，以及联接至第一轮毂的第二端。另外，飞轮包括第二轮毂，该第二轮毂设置成与边缘同轴，且适于在第一轮毂的外表面上沿着边缘的第一轴线滑动。第二轮毂具有至少一个导向构件。该至少一个导向构件包括凹槽。该飞轮包括对应于至少两个轮辐的至少两个组件，以使得至少两个组件中的一个组件被联接至至少两个轮辐中的一个轮辐。至少两个组件的每个均包括第一配重，该第一配重设置成邻近于第一轮毂，且设置成与至少两个轮辐的一个轮辐同轴。第一配重适于沿着至少两个轮辐的一个轮辐的长度滑动，且具有至少一个突出构件。该至少一个突出构件适于沿着至少一个导向构件的凹槽滑动。弹簧构件设置成沿着径向方向邻近于第一配重，且该弹簧构件设置成与第一配重同轴。该弹簧构件适于将弹簧力施加至第一配重，以对抗第一配重在径向方向上沿着至少两个轮辐的一个轮辐的长度的滑动。支撑构件设置成沿着径向方向邻近于弹簧构件，且该支撑构件设置成与弹簧构件同轴。支撑构件适于沿着至少两个轮辐的一个轮辐的长度滑动。配重组件包括至少一个第二配重，该至少一个第二配重设置成沿着径向方向邻近于支撑构件。该至少一个第二配重具有凸轮形状，且适于绕着至少一个第二配重的第二轴线旋转。在高于飞轮的预定角速度时，该至少一个第二配重适于压缩弹簧构件。配重组件包括安装构件，该安装构件设置成与支撑构件同轴，且联接至至少一个第二配重。安装构件适于沿着至少两个轮辐的一个轮辐的长度滑动。致动器联接至第二轮毂，且适于沿着边缘的第一轴线来移动第二轮毂。

本实用新型飞轮的技术方案，通过第一配重沿轮辐长度方向的位置变化，来改变飞轮的转动惯量，以使飞轮的速度与第一齿轮的速度调速匹配。因而，飞轮能够更加稳定均衡地将能量有效地传递至动力系统或从动力系统接收储存能量。并且飞轮省去了在飞轮与动力系统之间传递能量的附加传动组件的使用。

从以下说明和附图，本实用新型的其它特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例具有飞轮的车辆的示意图；

图2是根据本实用新型的实施例飞轮的三维透视图；

图3A是根据本实用新型的实施例飞轮的一部分的主视图；

图3B是根据本实用新型的实施例图3A的沿线1-1’截取的侧视剖视图；

图4是根据本实用新型的实施例处于低速度下的飞轮的主视图；以及

图5是根据本实用新型的实施例处于高速度下的飞轮的主视图。

具体实施方式

参考图1，除了其它部件之外，动力系统10包括发动机12、第一离合器14、传动模块16、控制器18、差速器20以及飞轮22。车辆的动力系统10适于将传输动力的发动机12联接至车轮24、26、28、30。车轮24、26、28、30需要动力来驱动车辆。传动模块16适于提供受控的动力提供至车轮24、26、28、30。在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，不包括发动机12、传动模块16和控制器18的动力系统10还可被称为传动系或驱动系统，对本领域技术人员而言是显而易见的。根据一实施例，驱动系统可以为前轮驱动、后轮驱动或全轮驱动。发动机12通过第一离合器14、第一驱动轴32、传动模块16和第二驱动轴34被联接至差速器20。

飞轮22通过轴38连接至第一齿轮36。第一齿轮36还联接至第二齿轮40。在一实施例中，第一齿轮36和第二齿轮40具有固定的齿轮比。第二齿轮40联接至第一驱动轴32。控制器18联接至发动机12、第一离合器14、传动模块16和飞轮22。控制器18适于控制车辆的电气系统或子系统，例如但不限于，第一离合器14。第二离合器42适于将飞轮22接合至第一齿轮36或使两者分离。当车辆移动且飞轮22通过第二离合器42接合至第一齿轮36时，根据相对于第一齿轮36的速度的飞轮22的速度，车辆的动能从飞轮22被储存或回收。当第一齿轮36的速度大于飞轮22的速度时，飞轮22适于从动力系统10的第一齿轮36接收动能。当第一齿轮36的速度小于飞轮22的速度时，飞轮22适于将动能传递至第一齿轮36。当第一齿轮36的速度大于飞轮22的速度时，飞轮22适于从第一齿轮36接收动能。当不需要飞轮22时，通过第二离合器42将飞轮22与第一齿轮36分离。

参考图2，飞轮22包括包围第一轮毂46的边缘44、第二轮毂48、至少两个轮辐50、对应于至少两个轮辐50的每个轮辐的至少两个组件52、致动器54。在一实施例中，飞轮22具有下述设计：其包括用于操作的至少两个轮辐50。本领域技术人员将理解的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的情况下，飞轮22还可使用用于飞轮22的合适操作的任何数量的轮辐50。在图2所示出的示意性实施例中，飞轮22具有四个轮辐50以及对应于四个轮辐50的四个组件52。边缘44具有预定直径的圆形形状。第一轮毂46同轴地设置在边缘44内，且沿着边缘44的第一轴线2-2’延长。第一轮毂46的外表面56包括多个花键58。轮辐50具有联接至边缘44的第一端60和联接至第一轮毂46的第二端62。第二轮毂48与边缘44同轴对齐。第二轮毂48适于在花键58上滑动。第二轮毂48具有至少一个导向构件64。第二轮毂48包括8个导向构件64。导向构件64具有凹槽66。凹槽66可具有其它形状，例如但不限于，矩形形状、椭圆形、弧形边缘等。

组件52包括第一配重68、弹簧构件70、支撑构件72以及配重组件74。第一配重68设置成在径向方向上远离第一轴线2-2’邻近于第一轮毂46，且与轮辐50同轴对齐。第一配重68适于沿着轮辐50的长度滑动。第一配重68包括位于第一配重68的每侧上的至少一个突出构件76。在一实施例中，第一配重68包括两个突出构件76。突出构件76沿着凹槽66滑动，以使得第一配重68能够移动。第一配重68具有预定重量。弹簧构件70在径向方向上远离边缘44的第一轴线2-2’对齐邻近于第一配重68。弹簧构件70还与第一配重68同轴对齐。弹簧构件70为高弹簧刚度的压缩弹簧。支撑构件72设置成在径向方向上远离于边缘44的第一轴线2-2’邻近于弹簧构件70，且与弹簧构件70同轴对齐。支撑构件72适于沿着轮辐50的长度滑动。

配重组件74包括至少一个第二配重78和安装构件80。第二配重78设置成在径向方向上远离于边缘44的第一轴线2-2’邻近于支撑构件72。第二配重78具有凸轮形状和预定的重量。第二配重78适于绕着第二轴线3-3’旋转。安装构件80与支撑构件72同轴对齐，且适于沿着轮辐50的长度滑动。第二配重78经由安装构件80联接。

参考图3A和图3B，飞轮22的致动器54通过轴承82被联接至第二轮毂48。致动器54适于沿着边缘44的第一轴线2-2’移动第二轮毂48。随着第二轮毂48沿着第一轴线2-2’移动，导向构件64也沿着第一轴线2-2’移动。由于导向构件64沿着轴线2-2’的移动，突出构件76适于沿着凹槽66滑动以在边缘44的径向方向上移动，致使第一配重68沿着轮辐50的长度进行移动。由于第一配重68的位置沿着边缘44的径向方向可以变化，因此飞轮22的转动惯量也会变化。当第一配重68朝向边缘44移动时，飞轮22的转动惯量增加，且当第一配重68从边缘44移动离开时，飞轮22的转动惯量降低。

参考图4，当飞轮22以较低的旋转速度旋转时，在第一配重68中产生内应力。沿着径向方向远离于边缘44的第一轴线2-2’产生内应力（还被称为位置应力）。该内应力通过弹簧构件70得以抵消，该弹簧构件70沿着径向方向朝向边缘44的第一轴线2-2’施加弹簧力，以对抗第一配重68的滑动。在飞轮22的较低旋转速度时，配重组件74对抵消内应力不起任何作用。配重组件74的第二配重78保持在其正常位置（还被称为原始位置）处，且并不适于沿着径向方向推动支撑构件72。

参考图5，当飞轮22的旋转速度（即角速度）在预定值之上时，在第一配重68中产生两种类型的内应力。内应力为取决于位置的应力和取决于速度的应力。沿着径向方向远离于边缘44的第一轴线2-2’产生内应力。取决于位置的应力通过由弹簧构件70产生的弹簧力得以抵消。弹簧构件70适于沿着径向方向朝向边缘44的第一轴线2-2’施加弹簧力，以对抗第一配重68的滑动。

取决于速度的应力通过支撑构件72和配重组件74得以抵消。当飞轮22以高于预定角速度旋转时，配重组件74的第二配重78也绕着第二轴线3-3’旋转，沿着径向方向朝向边缘44的第一轴线2-2’推动支撑构件72。由于支撑构件72设置成邻近于弹簧构件70，所以支撑构件72压缩弹簧构件70，这产生弹簧力以抵消第一配重68中取决于速度的应力。实际上，通过由配重组件74在弹簧构件70上产生的力来抵消取决于速度的应力。

应当注意的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的情况下，致动器54可以为液压控制、机械控制或气动控制的。还应当注意的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的情况下，取决于飞轮22的设计需求，飞轮22可包括一个或多个轮辐50、组件52和突出构件76。

工业实用性

本实用新型提供一种飞轮22。通过沿着轮辐50的长度移动第一配重68来改变飞轮22的转动惯量。当第一配重68朝向边缘44移动时，飞轮22的转动惯量增加，且当第一配重68从边缘44移动离开时，飞轮22的转动惯量降低。针对具有恒定量能量的飞轮22，降低其转动惯量会增加其速度，而增加其转动惯量会降低其速度。由于飞轮22适于通过改变其转动惯量来改变其速度，因此飞轮22自身足以使其速度匹配第一齿轮36的速度，以便将能量传递至动力系统10或从动力系统10接收能量。因而，飞轮22省去了对附加传动组件的使用，以便在飞轮22与动力系统10之间传递能量。

而且，飞轮22包括一机构来抵消在第一配重68上所产生的取决于位置的应力和取决于速度的应力（当飞轮22以较高的旋转速度旋转时，这两种应力会使得第一配重68不稳定）。为了抵消取决于位置的应力，弹簧构件70适于沿着径向方向施加弹簧力至第一配重68。为了抵消取决于速度的应力，第二配重78绕着第二轴线3-3’旋转，沿着轮辐50的长度推动支撑构件72。支撑构件72压缩弹簧构件70，弹簧构件70沿着径向方向施加弹簧力至第一配重68，并抵抗取决于速度的应力。

尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本实用新型的方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的情况下，可以设想通过已公开的机械、系统和方法的改进来获得各种附加实施例。这种实施例应当被理解为落入如根据权利要求及其任何等同物所确定的本实用新型的保护范围之内。