一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法技术

本发明专利技术提供一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，包括以下步骤：S10、确定高速旋转状态下对飞轮转子的性能要求；S20、基于步骤S10中的性能要求，对飞轮转子的基础材料和基础制备工艺进行选定；S30、对采用步骤S20制备出的飞轮转子进行应力应变分析；S40、根据步骤S30的分析结构对飞轮转子的结构进行优化；S50、根据步骤S40优化后的结构制造模具，并确定制备工艺。本发明专利技术提供一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，飞轮在高速旋转时可以提供足够的径向压应力，避免飞轮轮毂与轮缘发生脱离。脱离。

【技术实现步骤摘要】
一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法


[0001]本专利技术涉及飞轮
，尤其涉及一种防止高速飞轮转子脱离的结构 设计方法。

技术介绍

[0002]飞轮储能是利用电动机为飞轮旋转提供电能，以使电动机的电能以动能 的形式存储起来，在需要的时候，可将飞轮中储存的能量利用飞轮带动发电 机发电释放出来，从而转化成电能的一种储能方式。飞轮储能主要应用的原 理是电能和机械能相互转换以达到储能的目的。飞轮储能因其应用的为物理 方法，而不是常规的化学方法对能量进行储存，使得能源利用更清洁，因而 具有更广阔的研究前景。
[0003]然而，飞轮在高速旋转时往往会由于径向压应力不够导致飞轮轮毂与轮 缘发生脱离，致使飞轮失效。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，以 解决上述问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种防止高速飞轮转子脱 离的结构设计方法，包括以下步骤：
[0006]S10、确定高速旋转状态下对飞轮转子的性能要求；
[0007]S20、基于步骤S10中的性能要求，对飞轮转子的基础材料和基础制备工 艺进行选定；
[0008]S30、对采用步骤S20制备出的飞轮转子进行应力应变分析；
[0009]S40、根据步骤S30的分析结构对飞轮转子的结构进行优化；
[0010]S50、根据步骤S40优化后的结构制造模具，并确定制备工艺。
[0011]作为本专利技术的一种改进，在步骤S10中，对飞轮转子的性能要求为轮缘 的纵向拉伸强度满足告诉高速的需求。
[0012]作为本专利技术的一种改进，在步骤S20中，飞轮转子的轮毂由金属合金制 成，轮缘由碳纤维材料制成。
[0013]作为本专利技术的一种改进，飞轮转子的轮毂采用机械加工方法制备，轮缘 采用周向成型工艺缠绕于轮毂外周。
[0014]作为本专利技术的一种改进，在步骤S30中，采用建模法对飞轮转子进行静 态应力应变分析和动态应力应变分析，应力集中于轮毂和轮缘接触点的边缘 以及轮毂的外层边缘。
[0015]作为本专利技术的一种改进，在步骤S40中，对飞轮转子的结构优化包括最 大化过盈量、最佳分层。
[0016]作为本专利技术的一种改进，对飞轮转子的结构优化还包括对飞轮转子不平 衡量引起的离心力补偿，飞轮转子不平衡量引起的离心力采用公式(1)计算，
浸纱，按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，制得成品。
[0037]利用物理学模型给出飞轮转子应力应变关系式，为飞轮的结构设计奠定 了理论基础。复合材料飞轮转子处于静止时的状态，转子受到过盈对转子的 作用力和缠绕形成的预紧力，采用变张紧力缠绕复合材料飞轮转子，在飞轮 的内层以一定的张紧力缠绕，在外层加大缠绕的预紧力，这样可以使飞轮外 层的径向压应力很大，适合飞轮的特性。静态复合材料飞轮转子等效应力主 要集中的位置在轮毂与复合材料层接触的边缘位置，这是由于过盈量从最外 层起给中间层一个过盈作用，同理中间层将过盈传递到内层，最后传递到轮 毂部分。而又由于轮毂的上下两边缺少支撑件的支撑，所以应力主要集中在 轮毂与复合材料层接触的边缘上。对设计结构进行优化，从制备方法上改变 过盈量和分层厚度两种工艺参数，过盈量优化飞轮的角度给出了理想的过盈 量。
[0038]本专利技术提供一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，飞轮在高速旋 转时可以提供足够的径向压应力，避免飞轮轮毂与轮缘发生脱离。
[0039]最后应说明的是：以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限 制本专利技术，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的 技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、确定高速旋转状态下对飞轮转子的性能要求；S20、基于步骤S10中的性能要求，对飞轮转子的基础材料和基础制备工艺进行选定；S30、对采用步骤S20制备出的飞轮转子进行应力应变分析；S40、根据步骤S30的分析结构对飞轮转子的结构进行优化；S50、根据步骤S40优化后的结构制造模具，并确定制备工艺。2.根据权利要求1所述的一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，其特征在于：在步骤S10中，对飞轮转子的性能要求为轮缘的纵向拉伸强度满足告诉高速的需求。3.根据权利要求2所述的一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，其特征在于：在步骤S20中，飞轮转子的轮毂由金属合金制成，轮缘由碳纤维材料制成。4.根据权利要求3所述的一种防止高速飞轮转子脱离的结构设计方法，其特征在于：飞轮转子的轮毂采用机械加工方法制备，轮缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成忠，
申请(专利权)人：盐城聚德机械零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：