飞轮组件的制作方法
【专利摘要】一种飞轮组件（10）包括：至少一个飞轮质量支撑件（14），该支撑件或每个所述支撑件具有沿旋转轴线（18）延伸的轴（19），在使用中所述支撑件（14）能绕该旋转轴线旋转，该支撑件或每个所述支撑件（14）包括多个各自从所述旋转轴线（18）偏移的开口（24）；包括多个各自布置成与所述支撑件中的相应开口对准的开口（16）的飞轮质量（12）；以及机构（23），该机构用于使所述飞轮质量（12）连接至该支撑件或每个所述支撑件（14），以便在使用中所述质量（12）能与该支撑件或每个所述支撑件（14）一起旋转，所述连接机构（23）被配置成延伸穿过该支撑件或每个所述支撑件（14）及所述飞轮质量（12）中的对准的开口，其中，所述飞轮质量（12）包括夹在一起而形成一摞元件的多个大致平坦的飞轮质量元件，每个所述元件包括多个开口（16），该开口与该支撑件或每个所述支撑件（14）中的开口（24）对准并与所述摞中的相邻元件中的开口对准，所述飞轮元件仅借助延伸穿过所述元件及该支撑件或每个所述支撑件（14）中的对准的开口的连接机构（23）连接在一起并相互对准而形成所述飞轮质量。
【专利说明】飞轮组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞轮组件以及用于这种组件中的飞轮质量。
【背景技术】
[0002]在先提出的飞轮组件包含飞轮质量，该飞轮质量具有沿旋转轴线贯穿飞轮质量的孔，在使用中飞轮质量绕该旋转轴线旋转。轮轴穿过飞轮质量的孔以致形成与飞轮质量的过盈配合。在此构造中，使轮轴旋转导致飞轮质量绕旋转轴线旋转。
[0003]如以上描述的那种飞轮组件被用于储存动能形式的能量。例如，在汽车停止时，汽车的平移动能可转换成车载飞轮组件的转动动能，而不是以热量形式消散在汽车制动器中。随后可通过将旋转的飞轮组件机械链接至汽车轮轴而回收转动动能并将其转换成汽车的平移动能。飞轮组件也可用于储存由诸如太阳能动力马达之类的间歇性动力源产生的能量。例如，当这种马达被供应能量时，该马达可用于使飞轮组件旋转，使得后来当马达不再被供应能量时，可通过利用飞轮组件为了电磁感应(即，为了发电)而使一个或多个磁体旋转而从旋转的飞轮组件重获能量。
[0004]应理解:旋转的飞轮组件能够储存的能量Ek由方程Ek=1/2lω2限定，其中I是飞轮
组件的惯性矩，并且ω是组件旋转的角速度。因此，为了增加由飞轮组件储存的能量需要提高组件旋转的速度。然而，如果使飞轮质量高速旋转，那么由组件的飞轮质量上的离心力引起的应力会致使飞轮质量变形，从而引发多种潜在问题。
[0005]一个这样的问题是:当质量朝远离轮轴的方向变形时，飞轮质量从与旋转的轮轴匹配的齐平接触脱开。这样的话不管轴向夹紧力如何飞轮质量都会相对轮轴移动，这种移动很可能径向朝向另一侧。一旦这些发生了，飞轮质量就会失衡而倾向于产生负载，该负载要么损害飞轮组件的轴承，并且/要么产生不期望的振动。
[0006]也可能飞轮质量会相对于轴线朝正切方向滑动。这也会导致失衡以及飞轮质量与轮轴之间的相对移动。飞轮质量的速度会慢下来而回撤，直到与旋转的轮轴之间重新形成过盈配合。在飞轮质量重新形成过盈配合的那一刻，飞轮质量与旋转的轮轴之间的摩擦力对飞轮质量施加冲量。借助轮轴的进一步旋转及变形，飞轮质量会又获得速度，从而会再次发生脱开及回撤的过程。然而，对飞轮质量重复施加冲量增大了飞轮质量在使用中破碎的可能性。因此，这种飞轮质量的可行旋转速度存在限制。
[0007] 申请号为PCT/GB2011/000053的PCT专利申请中描述了用于解决此问题的一种在先提出的配置(图1中所示)。参看图1，此文献公开了包括固定至轮轴3的可变形的轮毂2的飞轮设备I。接触轮毂2的外表面布置有多个盘4，并且接触轮毂2的内表面布置有多个配重5以形成飞轮质量。在使用中，因为轮轴3旋转，所以轮毂2 (因而盘4及配重5)与轮轴一起旋转。在高速旋转时，盘4有沿远离轮轴3的方向(即,径向向外)变形的倾向，这在不存在可变形的轮毂的情况下会导致盘与轮毂分离。然而，在此文献描述的配置中，作用在配重5上的离心力被传递至轮毂2，这些作用力导致轮毂2向外变形，致使轮毂保持接触盘4及轮轴。因此，与在先提出的配置相比，飞轮质量能以更高的速度旋转。
[0008]尽管此设计的确具有优势，即一次事故中很可能仅在一个盘中发生失效，与之对照的是具有单个质量的情况:裂纹可通过单个质量传播，从而一下子使所有质量失效。如果由盘4中的离心力引起的应力产生的速度超出盘4的可能破碎点，就会发生这种情况。这样的话盘碎片将从高速运行的设备弹出，因此，飞轮质量必须容纳在合适的外壳中。应理解:一个盘发生失效时释放的能量明显少于整个质量发生失效时释放的能量，因此用于此组件的盛装外壳可比用于具有单个质量的组件的外壳轻。
[0009]可惜的是，与此解决方案关联的一个缺陷是:飞轮组件的制造成本增加了，这主要是由于除一个或多个盘4外还有轮毂2与配重5两者的存在。
[0010]因此，如果能够以合理的成本既增加飞轮组件能够储存的能量，又在组件发生失效的情况下减小对组件附近人员伤害的危险，那么该组件会是有利的。
[0011]申请号为58215948的日本专利申请(三菱电机公司)中公开了另一种在先提出的飞轮组件。在此组件中，飞轮质量由在顶板与底板之间成摞布置的多个单盘组成。顶板与底板之间的盘各自包括在一个表面上的定位突出部，该定位突出部与该摞中的相邻盘的相对表面上的互补凹部紧密匹配(从而使板对准)。顶板与底板朝质量的中心局部变厚，并且轮轴连接板被栓接至顶板与底板的局部增厚部分以便质量可绕轮轴旋转。
[0012]此配置具有许多不利之处。首先，盘要求使突出部与凹部紧密协作，这意味着必须谨慎加工盘从而具有适当的形状。这增加了制造组件的成本，并且有碍于在世界上不易获得这样的机器的地区的制造商制造此组件。第二，为了能够附接轴向轮毂而在顶板与底板中钻孔不可避免地削 弱了板，从而增加了发生失效的风险。第三，使板与盘对准的突出部与凹部的互锁在每个间断处产生了应力点，这必然减小了飞轮质量的最大可行旋转速度。
[0013]鉴于上述问题，构想出了本发明的多个方面。
【发明内容】
[0014]根据本发明教导的一个当前优选的实施方式，提供一种飞轮组件，该飞轮组件包括:至少一个飞轮质量支撑件，该支撑件或每个所述支撑件具有沿旋转轴线延伸的轴，在使用中所述支撑件能绕该旋转轴线旋转，该支撑件或每个所述支撑件包括多个各自从所述旋转轴线偏移的开口 ；飞轮质量，该飞轮质量包括多个各自布置成与所述支撑件中的相应开口对准的开口 ；以及连接机构，该连接机构用于使所述飞轮质量连接至该支撑件或每个所述支撑件，以便在使用中所述飞轮质量能与该支撑件或每个所述支撑件一起旋转，所述连接机构被配置成延伸穿过该支撑件或每个所述支撑件及所述飞轮质量中的对准的开口。
[0015]此配置的优势是:与在先提出的飞轮相比，该飞轮质量能以更高的速度旋转，因此能储存更多的动能。同样，在给定角速度ω的情况下，与在先提出的配置相比，此飞轮质量更不可能破碎。
[0016]在一个实施方式中，所述飞轮质量与该支撑件或每个所述支撑件中的至少一者中的所述开口是大致圆形的。所述飞轮质量与该支撑件或每个所述支撑件中的至少一者中的所述开口可替换为非圆形的。
[0017]所述飞轮质量中的所述开口与该支撑件或每个所述支撑件中的所述开口可具有相同的形状。另选的是，所述飞轮质量中的所述开口与该支撑件或每个所述支撑件中的所述开口可具有不同的形状，这些形状彼此互补，使得所述飞轮质量中的开口能与该板或每个所述板中的开口对准。
[0018]该支撑件或每个所述支撑件与所述飞轮质量中的至少一者中的所述开口包括主要区域与附属区域。主要区域与附属区域可具有相同或不同的截面形状。主要区域的中心点与附属区域中心点距所述旋转轴线的距离可以是相等的。
[0019]在一个配置中，所述主要区域可包括具有第一直径的部分圆形，并且所述附属区域可包括具有小于所述第一直径的第二直径的部分圆形。
[0020]飞轮质量可包括夹在一起的多个飞轮元件，每个所述元件包括多个开口，所述飞轮元件被配置成当这些元件被夹在一起时各个元件中的开口相互对准。
[0021]所述连接机构可包括多个固定构件，每个所述固定构件被配置成延伸穿过由飞轮元件限定的一组对准的开口。
[0022]该支撑件或每个所述支撑件可包括板，所述开口设置在该板中，并且所述轴从该板延伸。所述板与所述轴可包括单个元件，或者包括两个相互固定连接的分离元件。
[0023]在一个配置中，所述飞轮组件可包括两个支撑件，每个所述支撑件包括延伸有轴的板，所述飞轮质量夹在所述支撑件的所述板之间，以致每个支撑件的所述轴相互对准并沿相同的旋转轴线延伸。
[0024]本发明的另一方面涉及一种用于在此描述的飞轮组件的飞轮质量，该飞轮质量限定一个或多个开口，每个开口从飞轮元件被配置成在使用中旋转所围绕的旋转轴线偏移。
[0025]本发明的再一方面涉及一种飞轮组件，该飞轮组件包括:第一飞轮质量支撑件与第二飞轮质量支撑件，每个所述支撑件包括板和轴，该轴沿旋转轴线从该板延伸，在使用中所述支撑件能围绕该旋转轴线旋转，每个所述支撑件还包括各自从所述旋转轴线偏移的多个开口 ；飞轮质量，该飞轮质量包括多个各自布置成与每个所述支撑件中的相应开口对准的开口 ；以及连接机构，该连接机构用于使所述飞轮质量连接至每个所述支撑件，以致所述飞轮质量夹在所述支撑件的各个板之间，并且所述支撑件的各个轴沿相同的旋转轴线沿相反的方向延伸，所述连接机构被配置成延伸穿过所述第一支撑件中的对准的开口，穿过所述飞轮质量，并且穿过所述第二支撑件中的所述开口。
[0026]概括地说，实施本发明教导的配置具有一个或多个以下优势:(i)在飞轮质量发生结构性失效的情况下，具有多个飞轮元件的飞轮质量会倾向于释放更小的飞轮质量碎片；(ii)由多个对准并在径向向外的位置连接在一起的元件组成的飞轮质量减小了倾向于促使过屈服(塑性变形)破碎的轴向应力；(iii)通过飞轮元件的开口的设计减小了应力集中，以致能够使飞轮组件运转达到堪比飞轮质量不具有开口的设计的应力水平(即，开口处的应力水平等于或小于飞轮质量的轴向中心处发现的应力)；以及(iv)螺栓未突出的支撑件的设置减小了由曳力引起的空气动力风阻。
[0027]从本说明书的其余部分将会清楚本发明教导的其它特征、方面、实施方式及优势。【专利附图】
【附图说明】
[0028]此后将参照附图以说明性实施例的方式描述本发明的教导的多个方面及实施这些教导的配置，在附图中:
[0029]图1是现有技术的飞轮组件的示意性截面图；[0030]图2是构想的飞轮组件的示意性立体图；
[0031]图3是包括部分图2中所示的飞轮组件的飞轮元件的示意性立体图；
[0032]图4是用于连接至图3中所示的飞轮元件的轴及板的示意性立体图；
[0033]图5是一个构想的飞轮开口的示意图；
[0034]图6是另一个构想的飞轮开口的示意图；
[0035]图7是以角速度ω旋转的飞轮元件的应力-半径关系的曲线图，该飞轮元件具有沿其旋转轴线贯穿其中心的圆形孔隙；
[0036]图8是以角速度ω旋转的飞轮元件的应力-半径关系的曲线图，该飞轮元件不具有沿其旋转轴线延伸的中心孔隙而是限定有从旋转轴线偏移的四个孔；
[0037]图9是以角速度ω旋转的飞轮元件的应力-半径关系的曲线图，该飞轮元件限定有图6中所示形状的四个孔，这种孔从旋转轴线偏移；
[0038]图10是另一构想的飞轮组件的侧视图；
[0039]图11与图12是若干说明性方式的图示，在这些方式中，螺栓(或多个螺栓)可延伸穿过图5与图6中所示的开口 ；
[0040]图13 Ca)至图13 (C)示出了贯穿飞轮质量形成的其它孔的三个示意图；
[0041]图14是另一飞轮组件的示意图；
[0042]图15与图16是说明性机械螺钉的示意性截面图；
[0043]图17示出了拉伸螺栓的另选配置；以及
[0044]图18是另一飞轮组件的示意图。
【具体实施方式】
[0045]图2是构想的飞轮组件10的示意图，该飞轮组件包括飞轮质量12,该飞轮质量夹在两个飞轮质量支撑件14之间并连接至飞轮质量支撑件14。
[0046]参看图3,飞轮质量12包括具有一个或多个通孔16的主体,各个通孔从飞轮质量12在使用中旋转所围绕的旋转轴线18径向偏移。
[0047]如图4中所示，每个飞轮支撑件14包括板20及轴向的轴19，该轴限定板20旋转所能围绕的前述轴线18。板20包括两个或更多个均径向偏移的通孔22，这种孔从轴19偏移。孔22定位成:当板20抵靠飞轮质量12时，孔22能够与飞轮元件12中的孔16对准。在一个具体配置中，由板20限定的孔22具有与飞轮质量12中的那些孔16的截面形状至少互补的截面形状，并且在一个构想的配置中，该截面形状与飞轮质量12中的那些孔16的形状相符(至少相似)。
[0048]通过使一个板20抵靠飞轮质量12的上表面13并且使另一板20抵靠飞轮质量12的下表面15而形成飞轮组件10。然后，使由板20限定的孔22与飞轮质量12中的孔16对准，之后穿过对准的孔16、22插入适当的固定元件23 (诸如螺栓、销、杆或短轴之类)并且将固定元件23固定就位，使得板紧密连接至飞轮质量12，借此将板20固定至飞轮质量12。一旦组装成，飞轮组件10就可绕其旋转轴线18旋转以储存动能。在图10中，图中示出的固定元件从板突出，尽管此配置充分起作用，但是优选的是利用突出较小程度的元件(优选的是，与板齐平的元件)减小风阻损失(图14示出了一个构想的减小风阻损失的配置)。
[0049]应理解，在此配置中，板仅借助穿过板及飞轮质量的固定元件连接至飞轮质量，而不是栓接至飞轮质量(如在前述三菱的配置中)。这种配置是有益的，因为其避免了在钻入飞轮质量的孔(与螺栓接合以将飞轮质量保持至支撑件的孔)处应力诱发失效的可能性。
[0050]在一个配置中，飞轮质量12包括一对孔16。在此配置中，孔与旋转轴线18的距离(至少大致)相等，并且相对于旋转轴线18线性对准。在另一配置中，飞轮质量12还限定有一个或多个额外的孔16，每个这种孔相距旋转轴线18等距离定位。例如，在图3中所示的具体配置中，飞轮质量12包括两对孔，每对孔落在横贯旋转轴线18的假想线上，并且与飞轮质量12的旋转轴线18的距离(至少大致)相等。
[0051]在一个构想的实施方式中，飞轮质量12 (及板20)中的孔16可以是圆形形状。在另一配置中，一个或多个这种孔可替换为非圆形，并且可选地由多个区域组成。例如，图5中所示的孔具有第一截面形状的主要区域24及第一对附属区域26，每个附属区域具有第二截面形状(与第一截面形状可相同或不同)。在图5中所示的一个具体配置中，主要区域24包括具有第一直径dl的部分圆形，并且附属区域26包括具有小于(优选彼此相等)主孔区域的直径的第二直径d2的部分圆形。如图5中所示，附属区域26定位在主要区域的两侦牝并且通向主要区域24。在优选的实施方式中，至少形成附属区域的部分圆形的中心“O”与板/飞轮质量的轴线的距离相等，因此沿曲线28布置。在图5中所示的一个具体配置中，形成主要区域与附属区域的部分圆形沿同一曲线布置。
[0052]现参照图6，同样构想:孔还可包括一对或多对附加的附属区域(诸如第二对附属开口部30)。在图6中描绘的具体配置中，限定主要区域及各个附属区域的部分圆形与板/飞轮元件的轴线距离都相等，因此沿同一曲线28布置。在其它构想的配置中，包括第二附属开口的部分圆形的中心可沿一曲线定位，该曲线的半径不同于包括主要附属开口的部分圆形定位所沿的曲线的半径，并且主要区域定位所沿的曲线可具有与第一附属区域或第二附属区域的半径相同或不同的半径。 [0053]在一个构想的实施方式中，板与飞轮质量具有相同形状的孔。然而，应理解:这是非必要的，并且板与飞轮质量具有互补的孔就足够了。例如，在一个构想的配置中，飞轮质量可具有多个图5中描绘的型式的通孔，并且板可包括多个圆孔，各个圆孔配置成与飞轮孔的主要区域24或附属区域26之一对准。同样应理解:对于孔来说包括一对附属区域是非必要的；取而代之，孔可包括单个主要区域及单个附属区域。对于本领域中的普通技术人员来说，另外的配置是显而易见的。
[0054]图7至图9示出了飞轮元件的半径与这种飞轮质量以角速度ω旋转时由离心力产生的质量上的正切应力之间的关系。
[0055]图7示出了以角速度ω旋转的飞轮质量的应力-半径关系，该飞轮质量具有恒定的厚度并且具有沿其旋转轴线贯穿其中心的圆孔隙。如图7中所示，在使用中，此飞轮质量在飞轮质量的最内部表面(半径A处)处经受的来自离心力的应力最大，所述最内部表面即限定通过飞轮质量中心的孔隙的表面。相比之下，飞轮质量的最外部表面(半径B处)经受的来自离心力的应力最小。
[0056]图8示出了以角速度ω旋转的飞轮质量的应力-半径关系，该飞轮质量具有恒定的厚度，并且不具有沿其旋转轴线延伸的中央圆孔隙，但代之以限定从旋转轴线偏移的四个孔。如图8中所示，在使用中，此飞轮质量在每个孔的最内部表面(半径D处)处经受的来自离心力的应力最大，所述最内部表面即最接近旋转轴线(半径O处)的表面。与最内部表面(半径D处)相比，每个孔的最外部表面(半径E处)经受的来自离心力的应力略小，所述最外部表面即距离旋转轴线(半径O处)最远的表面。在使用中，飞轮质量的最外部表面(半径B处)经受的来自离心力的应力最小。
[0057]图9示出了以角速度ω旋转的飞轮质量的应力-半径关系，该飞轮质量具有恒定的厚度，并限定有四个图6中所示形状的孔，这种孔从旋转轴线偏移。如图9中所示，在使用中，此飞轮质量在每个孔的最内部表面(半径D处)处经受的来自离心力的应力最大，所述最内部表面即最接近旋转轴线(半径O处)的表面。与最内部表面(半径D处)相比，每个孔的最外部表面(半径E处)经受的来自离心力的应力略小，所述最外部表面即距离旋转轴线(半径O处)最远的表面。在使用中，飞轮质量的最外部表面(半径B处)经受的来自离心力的应力最小。因为孔隙(半径D处)处的最大应力小于盘中心(半径O处)处的应力，所以此几何形状的最大应力与不具有任何孔隙的平面盘的最大应力相同。于是出现了以下结果:与不具有孔隙的盘相比，这种建立了有用机制的具有孔隙的盘能以相同的速度运转并储存相同的能量。
[0058]如图7至图9中所示，沿其旋转轴线具有孔隙的飞轮质量在以角速度ω旋转时经受的来自离心力的应力最大。因而，这种飞轮质量与图8与图9中所示类型的飞轮质量相比有可能在更低的旋转速度下破碎。此后果之一是:与图7中所示类型的飞轮质量相比，图8与图9中所示类型的飞轮质量能以更高的速度旋转，因而能储存更多的动能。同样成立的是:在给定角速度ω的情况下，与图7中描绘的飞轮质量相比，图8与图9中所示的飞轮质量更不可能破碎。
[0059]在另一构想的配置(图10中示意性绘出的)中，飞轮组件10的飞轮质量12可包括多个相互堆叠的大致平坦的飞轮元件15。在这个配置中，板20与上飞轮元件15及下飞轮元件15接合，以致连接至板的轴19沿飞轮元件的旋转轴线延伸。为了将组件固定在一起，使由各个飞轮元件15 限定的孔16与由板20限定的孔22对准，以致固定元件23 (例如螺栓、销、杆或短轴)可穿过每组对准的孔并固定就位，从而将飞轮元件12、板20及轴19连接在一起。如本领域中的普通技术人员会理解的:这些元件仅借助穿过元件中的开口的螺栓相互定位，因此不需要要求形成三菱的配置中的用于使元件相互对准的互补台阶及凹部这样的复杂机加工。目前采用的配置也避免了三菱的配置在台阶/凹部交界处发生的应力集中。
[0060]此配置的一个优势是:由飞轮元件组(与由单个质量制成的飞轮相比，在一个飞轮元件破碎的情况下该飞轮元件组释放的能量较少)构成的飞轮能够以与不具有孔隙的盘相同的速度运转。此配置降低了减小在飞轮质量发生失效的情况下质量部分被弹出的可能性所需要的盛装系统的重量及成本。此外，因为飞轮元件大致是平坦的，且因此能不用额外加工而由金属板材冲压(或以其它方式成形加工)形成飞轮组件的大部分，所以这种设计的制造及组件的成本被进一步降低。这使得这种飞轮设计在汽车能量回收系统以及尤其作为复合结构的另选方案的基于地面的动力应用中使用是有吸引力的。同样，在给定能量储存量的情况下，此结果下的飞轮以低于复合飞轮的圆周速度运转，因此减少了风阻损失。
[0061]在将此发明作为地面动力储存装置应用至发展中国家的情况下，此配置的一个优势是:如果一个或多个元件损坏掉，那么仅需要更换那些损坏的元件。因此，此设计的组装及修理要比其它设计简单，并且能以更有限的专门设备在车间中完成。[0062]图11与图12中示出了利用固定元件23将板20与一个或多个飞轮元件12固定在一起的多种方式。例如，固定元件24可穿过孔的仅一个开口部。另选的是，固定元件24可穿过孔的两个或更多个开口部。所提出的配置的一个优势是可使用各种不同型号的固定件组装飞轮组件。
[0063]现参照图13 (a)至图13 (C)，这里绘出了可贯穿飞轮质量形成的其它孔的三个示意图。图13 (a)是贯穿飞轮质量的孔32的示意图，该孔主要呈椭圆形以便减小组成飞轮质量的盘中的应力。螺栓34穿过孔32，并且已在螺栓与孔之间添加了嵌件36以便使螺栓的位置稳固。在一个构想的配置中，嵌件可由诸如硬聚合物或轻金属合金之类的低密度材料制成。在此具体的配置中，孔32 (至少大致)是对称的，但有利的是可如图13 (b)中所示使形状不对称以进一步减小应力。在另一配置中，可通过减小螺栓34的尺寸使一个嵌件38代替每个孔的两个嵌件。此配置使组装更简易些，但可能会因孔的尺寸增大而增大应力。
[0064]现参照图14，这里描绘了另一飞轮组件40的示意图。此实施方式的飞轮组件在许多方面与其它实施方式的方面相似，但是不同之处在于，在此实施方式中板20被配置成螺栓不从板的外表面突出(从而减小了风阻损失)。
[0065]在使飞轮组件40运转之前并且同样在板20用于将飞轮质量连接至轴19之前，将组成飞轮质量的盘12与板20由螺栓42、44夹在一起。因为此实施方式中仅需要两个板，所以板20会比飞轮盘设计得稍微复杂些。板被配置成减小飞轮质量中的应力，并且也支撑螺栓42、44。
[0066]在一个构想的配置中，螺栓42、44各自由两个内螺纹沉头机械螺钉46构成，外螺纹杆48可与该螺钉46接合。通过设置内螺纹螺钉，飞轮质量的盘定位在机械螺钉的相对平滑的外表面上，从而避免了定位在不精确的外螺纹上。在优选的配置中，小间隙50存在于螺钉46之间，以便飞轮质量的中间盘仍在不丧失由螺栓42、44提供的夹紧力的情况下定位。
[0067]图15与图16是说明性机械螺钉的示意性截面图。图15中示出了连接至杆48的一部分的内螺纹机械螺钉。当俯视螺栓的轴线时，通过向彼此抵靠的两个机械螺钉施加扭矩而在螺栓中产生拉伸。图16中描绘了机械螺钉的另选设计。在此配置中，杆48能恰好穿过机械螺钉以避免盲孔。在此配置中，机械螺钉上的用于施加扭矩的特征部(诸如六角插口)必须大于贯穿螺钉的螺纹孔。
[0068]图17示出了用于拉伸螺栓的另选配置。在此配置中，杆48在一侧突出到机械螺钉46外，从而螺母49被拧到突出的螺纹上。机械设备(本【技术领域】中公知类似的机械设备)用于沿长箭头的方向拉螺母同时该设备压靠板20。本【技术领域】中的技术人员公知这种设备，并且这种设备具有孔隙以便通过使工具与形成在螺钉46中的定位特征部50接合而转动机械螺钉。需要向定位特征部50施加小的扭矩，因为一旦机械设备释放了作用力，螺栓中就会产生大的拉伸。此操作完成后，可通过切割或其它形式的机加工移除突出的杆。通过以此方式将螺栓连接在一起，可向螺栓施加正确水平的拉伸，并且完成的飞轮组件本质上不易篡改。
[0069]图18是另一配置的示意图，在该配置中飞轮相对短些。在此配置中，仅在一侧上需要用于飞轮的轴承支撑件，并且借助此配置，一个板可因移除了通常需要轴承定位的轴而轻量化。
[0070]应理解:尽管此前已经描述了本发明的多个方面及实施方式，但是本发明的范围不限于在此陈述的具体配置，相反适用范围扩展至包含所有落入所附权利要求范围内的配置、及其变型例与变更例。
[0071]例如，在一个构想的配置中，一个或多个轴19可直接固定至图3中的飞轮元件20，以致这个轴或每个轴19沿旋转轴线18的长度延伸。而且，还构想:贯穿飞轮质量及板的孔不必由几组圆形孔组成，尽管这些孔易于通过钻销加工制成。非圆形孔可用于进一步减小孔隙中的应力，但是这种孔需要更复杂的机加工而制成。可利用水射流、激光切割或冲压形成此类型的孔隙。
[0072]在另一构想的配置中，飞轮质量不必夹在一对支撑件之间，而是可代之以连接至单个支撑件。例如，如果支撑件垂直取向(从而飞轮质量绕垂直轴线旋转)，那么可不需要第二支撑板。如果设置使飞轮质量悬空的机构而不是第二支撑件，那么同样可不需要第二支撑件。例如，飞轮质量可包括一个或多个磁体，并且壳体(飞轮质量在该壳体内旋转)可包括另一磁体，壳体上的磁体及飞轮质量上的磁体被布置成同极相对。
[0073]还应注意的是，尽管所附的权利要求阐述了在此描述的特征的具体组合，但是本发明的范围不限于此后要求的具体组合，相反其范围扩展至包含在此公开的特征的任一组
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【权利要求】
1.一种飞轮组件，该飞轮组件包括: 至少一个飞轮质量支撑件，该支撑件或每个所述支撑件具有沿旋转轴线延伸的轴，在使用中所述支撑件能绕该旋转轴线旋转，该支撑件或每个所述支撑件包括多个各自从所述旋转轴线偏移的开口； 飞轮质量，该飞轮质量包括多个各自布置成与所述支撑件中的相应开口对准的开口；以及 连接机构，该连接机构用于使所述飞轮质量连接至该支撑件或每个所述支撑件，以便在使用中所述飞轮质量能与该支撑件或每个所述支撑件一起旋转，所述连接机构被配置成延伸穿过该支撑件或每个所述支撑件及所述飞轮质量中的对准的开口， 其中，所述飞轮质量包括夹在一起而形成一摞元件的多个大致平坦的飞轮质量元件，每个所述元件包括多个与该支撑件或每个所述支撑件中的开口对准并与所述摞中的相邻元件中的开口对准的开口，所述飞轮元件仅借助延伸穿过所述元件及该支撑件或每个所述支撑件中的对准的开口的所述连接机构连接在一起并相互对准，从而形成所述飞轮质量。
2.根据权利要求1所述的飞轮组件，其中，所述飞轮质量与该支撑件或每个所述支撑件中的至少一者中的所述开口是大致圆形的。
3.根据权利要求1或2所述的飞轮组件，其中，所述飞轮质量与该支撑件或每个所述支撑件中的至少一者中的所述开口是非圆形的。
4.根据权利要求1至3 中任一项所述的飞轮组件，其中，所述飞轮质量中的所述开口与该支撑件或每个所述支撑件中的所述开口具有相同的形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的飞轮组件，其中，所述飞轮质量中的所述开口与该支撑件或每个所述支撑件中的所述开口具有不同的形状，这些形状彼此互补，使得所述飞轮质量中的开口能与该板或每个所述板中的开口对准。
6.根据权利要求5所述的飞轮组件，其中，该支撑件或每个所述支撑件与所述飞轮质量中的至少一者中的所述开口包括主要区域与附属区域。
7.根据权利要求6所述的飞轮组件，其中，所述主要区域与所述附属区域具有相同或不同的截面形状。
8.根据权利要求7所述的飞轮组件，其中，所述主要区域的中心点与所述附属区域的中心点距所述旋转轴线的距离是相等的。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的飞轮组件，其中，所述主要区域包括具有第一直径的部分圆形，并且所述附属区域包括具有小于所述第一直径的第二直径的部分圆形。
10.根据前述任一项权利要求所述的飞轮组件，其中，所述连接机构包括多个固定构件，每个所述固定构件被配置成延伸穿过由所述飞轮元件限定的一组对准的开口。
11.根据前述任一项权利要求所述的飞轮组件，其中，该支撑件或每个所述支撑件包括板，所述开口设置在该板中并且所述轴从该板延伸。
12.根据权利要求11所述的飞轮组件，其中，所述板与所述轴包括单个元件，或者包括两个相互固定连接的分离元件。
13.根据前述任一项权利要求所述的飞轮组件，其中，该支撑件或每个所述支撑件仅借助延伸穿过该支撑件或每个所述支撑件及所述飞轮质量的所述连接机构固定至所述飞轮质量。
14.根据前述任一项权利要求所述的飞轮组件，所述飞轮组件包括两个支撑件，每个所述支撑件包括延伸有轴的板，所述飞轮质量夹在这些支撑件的所述板之间，以致每个支撑件的所述轴相互对准并沿相同的旋转轴线延伸。
15.根据前述任一项权利要求所述的飞轮组件，其中，所述支撑件或每个所述支撑件包括支撑主体，所述支撑主体具有凹部，该凹部环绕每个所述开口，以致当所述连接机构将该支撑件或每个所述支撑件连接至所述飞轮质量时，所述连接机构不从该支撑件或每个所述支撑件的所述支撑主体突出。
16.一种在前述任一项权利要求的飞轮组件中使用的飞轮质量，该飞轮质量限定一个或多个开口，这些开口从一旋转轴线偏移，该旋转轴线是所述飞轮元件被配置成在使用中旋转所围绕的旋转轴线。
17.一种飞轮组件， 该飞轮组件包括: 第一飞轮质量支撑件与第二飞轮质量支撑件，每个所述支撑件包括板和轴，该轴沿旋转轴线从该板延伸，在使用中所述支撑件能围绕该旋转轴线旋转，每个所述支撑件还包括各自从所述旋转轴线偏移的多个开口； 飞轮质量，该飞轮质量包括多个各自布置成与每个所述支撑件中的相应开口对准的开口 ；以及 连接机构，该连接机构用于将所述飞轮质量连接至每个所述支撑件，以致所述飞轮质量夹在所述支撑件的各个板之间并且所述支撑件的各个轴沿相同的旋转轴线沿相反的方向延伸，所述连接机构被配置成延伸穿过所述第一支撑件中的对准的开口，穿过所述飞轮质量，并且穿过所述第二支撑件中的所述开口 ； 其中，所述飞轮质量包括夹在一起而形成一摞元件的多个大致平坦的飞轮质量元件，每个所述元件包括多个开口，这些开口与所述支撑件中的开口对准并与所述摞中的相邻元件中的开口对准，所述飞轮元件仅借助延伸穿过所述元件及所述支撑件中的对准的开口的所述连接机构连接在一起并相互对准，从而形成所述飞轮质量。
【文档编号】H02K7/02GK104025429SQ201280044098
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2011年9月18日
【发明者】K·R·普伦 申请人:城市大学