专利名称：高速飞轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速飞轮，特别是涉及用在车辆中的高速飞轮的轴承。
背景技术：
在车辆中使用高速飞轮是已知的，例如，用于制动能量储存和回收系统，从而在车 辆制动时动能被回收。飞轮典型地包括相对重的质量块，其被安装在轴上并被布置为与轴一同旋转。高 速飞轮通常被容纳在壳体内的室中，真空被应用到该室，以减小由阻力引起的能量损失，并 防止飞轮的温度由于与周围空气摩擦而上升得太高。密封件被提供在壳体与轴之间，以允 许在室内保持真空。轴承被提供为将壳体可旋转地联接到轴。目前已知的用于高速飞轮的轴承包括高 等级滚动轴承，位于密封件与飞轮之间，即，在容纳飞轮的真空密封室的内部。与上述类型的飞轮轴承相关的问题包括轴承润滑剂的受限选择。润滑剂必须为在 被抽真空的飞轮室的压力下不会蒸发的类型。此外在不使用触式密封件或唇形密封件的情 况下难以将润滑剂保持在轴承内；这种密封件的使用是不希望的，这是因为其难以使室被 泵抽到真空，且因为润滑剂可能在泵抽期间泄漏。当前的飞轮密封件也可包括在密封机构中的滑动活塞，其在一侧暴露于密封流 体，另一侧暴露于大气。活塞根据密封流体在飞轮工作时被加热而造成的密封流体的膨胀 是可移动的，从而在大气压力下保持密封流体并防止形成过大的压力。尽管这种活塞的目 的在于允许活塞每一侧的压力平衡，但活塞密封件与活塞壳体之间的少量摩擦阻止活塞每 一侧的压力完全平衡。飞轮密封件理想而言针对密封件的使用寿命被一次充满密封流体。密封流体的状 况将随时间而恶化；来自密封件的小颗粒可耗损并污染密封流体，或者流体可能开始随温 度循环而性能下降。密封件的寿命可受到其内的密封流体的状况的限制。如果由于密封件的磨损而导致密封流体泄漏到被抽真空的室中，则密封流体必须 手动更换，从而增加维护要求，并减小密封件的服务寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述问题。因此，本发明提供如所附权利要求的权利要求1所述的高速飞轮。在本发明中，轴承位于被抽真空的室的外部允许轴承由任何合适的流体润滑；不 必使用在被抽真空的室的接近真空的压力下不会蒸发的流体。因此，最有效的常规轴承润滑剂可被选择用于使轴承比现有技术实施例中的轴承 具有更长的寿命。因此，轴承的容许负载额定能力比具有位于被抽真空的室的内部的轴承 的现有技术实施例的轴承的容许负载额定能力高，并且因此轴承可较小、较轻且摩擦和成 本较小。
例如，如果任何流体被致使泄漏，则流体贮存器可被提供用于填充密封流体。密封 贮存器可使由于例如在服务时引起的磨损导致的从密封件泄漏的任何流体能够被自动填 充。因此，密封件的服务间隔和维护成本被减少。流体贮存器可通到大气。在某些现有技术实施例中需要使用的压力平衡活塞因此 是不必要的，因此消除了例如由活塞摩擦引起的压力不平衡的问题。密封流体可经由在密封腔底部附近的开口被供应，且在密封腔顶部附近提供第二 开口以允许流体离开，从而允许恒定流量的流体通过，因此由于不必手动填充流体而延长 服务间隔并降低维护要求。密封流体的流动也可被引导经过飞轮轴承，以提供润滑和冷却。密封流体贮存器可从飞轮驱动机构的润滑系统被填充。在使用飞轮之前优选经由位于室的底部上或附近的真空端口对室抽真空。真空端 口的定位因此允许对已渗过密封件的任何流体的回收以及该回收的密封流体的重新使用。优选地，机载的泵被提供用于从被抽真空的室的底部提取(即回收)任何泄漏的 流体。泵优选被连接到被抽真空的室的底部。泵可能够首先从室的底部提取任何密封流体， 然后填充真空液位。从室的底部提取的密封流体然后可返回到流体贮存器并被重新使用， 从而提供成本和维护优势。当密封流体贮存器已从用于飞轮驱动机构的润滑系统被填充时，从室的底部提取 的密封流体可返回到润滑系统。在可替代实施例中，一对角接触轴承位于轴的一端，密封件位于轴承装置的飞轮 侧。轴的另一端由允许轴向移位的轴承支撑，密封件同样被提供在轴承装置的飞轮侧。该 实施例允许轴承装置在飞轮轴的每一端的相对轴向运动。这种运动还补偿飞轮轴和真空室 的不同系数的热膨胀以及不同的工作和非工作温度。轴承装置的相对轴向运动还允许由于 真空室比外部环境压力低的室内压力引起的真空室的偏转。在另外的可替代实施例中，轴承装置包括悬臂飞轮轴承装置。在该实施例中，飞轮 被安装在飞轮轴的一端，且轴承位于飞轮与轴之间。密封件位于轴承的飞轮侧。该装置提 供的优点是仅需要一个密封件。飞轮的一部分或整个可与轴整体式形成。例如，飞轮的腹板可与轴整体式形成。
现在将通过示例的方式并参照附图描述本发明的实施例，在附图中图1为根据本发明的飞轮的前视图；图加为沿线IIA-IIA截取的图1的飞轮的剖视图；图2b为沿线IIB-IIB截取的图1的飞轮的局部剖视图；图3为根据本发明的飞轮的可替代实施例的前视图；图如和图4b为分别沿线IVA-IVA和IVB-IVB截取的图3的飞轮的剖视图；图4b和图如为分别对应于图如和图4b的局部剖视图；图如和图4f为分别对应于图如和图4d的局部剖视图，其例示出密封流体的路 径；图5为根据本发明的飞轮的另外的可替代实施例的剖视图；图6a为沿线VI-VI截取的图5的飞轮的剖视图；以及
图6b为沿线VI-VI截取的图5的飞轮的局部剖视图。
具体实施例方式参照图1、图加和图沘的实施例，飞轮装置2包括飞轮3，飞轮3容纳在安装在轴 4上的壳体5内。飞轮3包括腹板7和轮缘9。飞轮3的腹板7与轴4整体式形成。壳体5包含室6，室6已经经由真空端口 8被真空泵(未示出)抽成真空。壳体5 通过滚动轴承12被安装在轴4上，滚动轴承12被提供为靠近飞轮轴4的每一端14、16。密 封装置18、19被定位为抵靠轴4，位于每个轴承12与飞轮3的腹板7之间。密封装置18、 19的每一个均包括唇形密封件32以及容纳密封流体(未示出)的第一腔20和第二腔22。密封流体贮存器M被提供，从而如果任何密封流体泄漏出密封装置腔20、22并经 过唇形密封件32时，密封流体能够从密封流体贮存器M被填充(topped up)。开口沈被 提供在密封流体贮存器M的顶部观，以使密封流体贮存器M通到大气，从而确保密封流体 贮存器M中的密封流体的压力等于大气压力。密封流体经由第一贮存器流出端口 56和第 二流出端口 58流出贮存器M。流出端口 56、58经由管件(未示出)被分别附接到第一密 封腔供应端口 66和第二密封腔供应端口 68。因此，密封流体经由第一密封腔供应端口 66 进入第一密封腔20，并经由第二密封腔供应端口 68进入第二密封腔22。如果出现密封流体泄漏到室6中，则泄漏的密封流体可通过连接到真空端口 8的 真空泵从室6被回收。采用该方式，其首先从室6的底部10回收任何密封流体，并且随后 自动填充到密封腔20、22中的密封流体的液位。一旦密封腔20、22已被填充，则任何进一 步回收的密封流体被返回到密封流体贮存器M。在图3至图4f所示的本发明的可替代实施例中，飞轮系统2’包括悬臂轴承装置。 在该实施例中，包括轮缘9’和腹板7’的飞轮3’被安装在轴4’的一端，滚动轴承12’位于 飞轮3’的腹板V与轴4’之间。包括唇形密封件32’和密封腔20’的密封装置18’位于 轴承12’的飞轮侧。密封流体的流动路径示于图4e和图4f中。如图如中箭头‘A’所示， 密封流体进入供应孔道36，并经由进入通道38穿过密封腔20’的底部附近的进入端口 40 流入密封腔20’中。如图4f中箭头‘B’所示，流体经由位于密封腔20’的顶部附近的流出 端口 44并沿流出通道46流出密封装置18的腔20’。流出通道46被提供为具有两个次级 通道48、50，其允许一些密封流体被传送到轴承12’以提供润滑和冷却。其余的密封流体经 由流出孔道52和53流出。该实施例允许恒定流量的密封流体通过密封腔20’。在图5至图6b的实施例中，飞轮系统2”包括飞轮3”，飞轮3”包括轮缘9”和腹 板7”，包括一对角接触轴承80的第一轴承装置70被定位在轴4的一端附近。第一密封装 置60被提供在飞轮3”的腹板7”与第一轴承装置70之间。轴4的另一端由第二轴承装置 72支撑，从而允许轴向移位，第二密封装置62位于飞轮3”的腹板7”与第二轴承装置72之 间。在可替代实施例中，密封流体贮存器从用于飞轮驱动机构的润滑系统填充，通过 泵从室的底部回收的任何密封流体被返回到润滑系统。
权利要求
1.一种高速飞轮系统，包括飞轮和轴，所述飞轮位于壳体内的室中，其中所述室被抽真 空并被包括腔的至少一个密封件密封，所述腔容纳密封流体至最佳液位，所述壳体经由轴 承装置被安装在所述轴上，所述轴承装置包括被定位在所述室的外部的至少一个轴承。
2.如权利要求1所述的高速飞轮系统，进一步包括密封流体贮存器。
3.如权利要求2所述的高速飞轮系统，其中所述至少一个密封件的所述腔中的密封流 体被来自所述密封流体贮存器的流体自动填充。
4.如权利要求2或3所述的高速飞轮系统，其中所述密封流体贮存器通到大气，从而所 述密封流体贮存器中的所述密封流体的压力等于大气压力。
5.如前述权利要求中任一项所述的高速飞轮系统，其中第一开口被提供为靠近所述至 少一个密封件的所述腔的基部，第二开口被提供为靠近所述至少一个密封件的所述腔的顶 部，其中密封流体经由所述第一开口被供应到所述腔，并且密封流体能够经由所述第二开 口离开所述腔，从而实现恒定流量的密封流体通过所述至少一个密封件的所述腔。
6.如权利要求5所述的高速飞轮系统，进一步包括飞轮驱动机构和用于该飞轮驱动机 构的润滑系统，其中密封流体的所述贮存器从用于所述飞轮驱动机构的所述润滑系统被填 充。
7.如权利要求5所述的高速飞轮系统，其中流动通过所述至少一个密封件的所述腔的 密封流体被弓I导经过所述飞轮轴承。
8.如前述权利要求中任一项所述的高速飞轮系统，其中真空端口被提供在所述室的底 部上或附近，用于允许对所述室抽真空，并实现对已泄漏到所述室中的密封流体的回收。
9.如前述权利要求中任一项所述的高速飞轮系统，进一步包括泵，所述泵被布置为允 许对已泄漏到所述室中的密封流体的回收。
10.如权利要求9所述的高速飞轮系统，其中通过所述泵从所述室回收的密封流体被 引导到所述至少一个密封件的所述腔中使所述腔内的所述密封流体的液位达到最佳液位。
11.如权利要求2和10所述的高速飞轮系统，其中在所述腔内的密封流体的所述液位 已被填充到最佳液位之后，任何其余回收的密封流体被引导到所述密封流体贮存器。
12.如权利要求6和9所述的高速飞轮系统，其中从所述室回收的密封流体被返回到所 述飞轮驱动机构的所述润滑系统。
13.如前述权利要求中任一项所述的高速飞轮系统，包括第一轴承装置，其包括位于 所述飞轮的腹板的一侧在所述轴上的一对角接触轴承；和第二轴承装置，其位于所述飞轮 的所述腹板的另一侧在所述轴上，其中所述第二轴承装置被布置为允许所述轴承相对于所 述轴的轴向移位。
14.如权利要求1至12中任一项所述的高速飞轮系统，其中所述轴承装置包括位于所 述飞轮与所述轴之间的悬臂轴承装置。
15.如权利要求14所述的高速飞轮系统，其中具有一个密封件。
16.如前述权利要求中任一项所述的高速飞轮系统，其中所述飞轮的至少一部分与所 述轴整体式形成。
17.—种基本上如前所述并参照附图的高速飞轮系统。
全文摘要
一种高速飞轮系统(2)，包括安装在轴(4)上的飞轮(3)，该飞轮位于壳体(5)内的被抽真空室(S)中，其中所述室(δ)由包括容纳密封流体的腔(20，22)的密封件密封，其中所述密封腔(20，22)能够被来自贮存器(24)中的密封流体填充，所述贮存器通到大气以使压力平衡的孔道，所述飞轮壳体(5)经由轴承装置(12)被安装在所述轴(4)上，所述轴承装置包括定位在所述室(6)的外部的至少一个轴承(12)。
文档编号F16F15/30GK102149943SQ200980135172
公开日2011年8月10日 申请日期2009年7月23日 优先权日2008年9月8日
发明者乔纳森·詹姆士·罗伯特·希尔顿, 安德鲁·厄尔利, 道格拉斯·艾萨克·拉塞尔斯·克罗斯 申请人:飞轮混合动力系统公司