一种混合缠绕复合材料轮辋制造技术

本实用新型专利技术涉及飞轮储能系统所用轮辋的增强制造技术领域，且公开了一种混合缠绕复合材料轮辋，包括芯轴，所述芯轴左右两侧均固定连接有轮缘，所述芯轴左右两端设置有纤维带，所述芯轴外表面设置有纤维层，所述轮缘内侧固定连接有轮辐，所述轮辐外表面固定连接有散热机构。该混合缠绕复合材料轮辋，通过设置散热机构，在使用过程中，在安装时将安装板后侧的安装块放入对应的安装槽内后，在弹簧的作用下使T型块进入到对应的卡槽内，然后通过转动限位螺钉调节限位螺钉的距离，从而对T型块的位置进行限位，散热机构通过设置安装板对轮辐进行防护，从而避免该轮辐在使用时出现损坏的现象，增加了该轮辋的使用寿命。增加了该轮辋的使用寿命。增加了该轮辋的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种混合缠绕复合材料轮辋


[0001]本技术涉及飞轮储能系统所用轮辋的增强制造
，具体为一种混合缠绕复合材料轮辋。

技术介绍

[0002]飞轮储能系统包括飞轮转子和附加的电机/发电机，通过使用电机加速飞轮转子将电能转换为机械能。能量在飞轮转子的运动中以运动方式储存，当需要时，使用发电机使旋转的飞轮转子减速，机械能被转换回电能。用飞轮系统代替传统的电化学电池进行电能储存，具有潜在的更高的可靠性、更长的寿命和更高的功率容量。
[0003]早期的飞轮储能系统采用了钢结构的飞轮转子，但是这种飞轮转子的性能较低，轮缘速度通常限制在400米/秒或以下。相比之下，由复合材料飞轮轮辋组成的飞轮转子可以以更高的速度运行（700
‑
1000 米/秒）。更高的性能是强度重量比增加的结果。由于给定飞轮设计所储存的能量与轮缘速度的平方成正比，但仅与飞轮转子（轮缘和轮毂）质量成线性比例，因此研究人员一直热衷于研究速度更高的复合飞轮轮毂。
[0004]为了在电能质量和可靠性行业中具有竞争力，飞轮式储能系统必须与传统的基于电化学电池的储能竞争，后者可靠性低，成本低。为了有效地竞争，高性能复合材料飞轮轮辋必须以低成本制造。在众多的复合材料制备方法中，纤维缠绕技术是复合材料飞轮轮缘制造的最大潜力技术。纤维缠绕可以是一个高度自动化的过程，能够高速成型高质量的复材零件，这是高应力飞轮轮辋的固有要求。纤维缠绕飞轮轮辋通常设计为厚的，主要是环绕复合环，可以旋转到非常高的速度，因此能够非常有效的储能。
[0005]加工复合材料飞轮轮辋的关键问题之一是轮辋内径和轮毂外径之间的应变匹配，并已经使用了各种方法来实现这种应变匹配。例如，各种纤维可用于制造复合材料飞轮轮辋，以使轮辋的内径增长与轮毂的外径增长相匹配。通常，弹性模量较低的纤维置于内部，弹性模量较高的纤维置于外部。对于玻璃/碳纤维混杂复合材料轮辋，不仅要考虑轮毂外径增长与轮辋内径增长之间的关系，而且要考虑转子成本，从而确定玻璃纤维与碳纤维的混合比。更多的玻璃纤维可以降低成本，但也可能会产生更大的直径增长不匹配。
[0006]玻璃/碳纤维混合缠绕轮辋，起初其内部为全玻璃纤维复合材料，外部为全碳纤维复合材料。由所有玻璃纤维层和所有碳纤维层制成的轮辋的缺点是玻璃纤维和碳纤维复合材料之间的界面处存在应力和应变不连续性，这可能导致制造和操作过程中出现裂纹。
[0007]另外，在复合材料工业中，为了避免上述界面处的不连续性，人们提出将玻璃纤维与碳纤维混合。换言之，此种复合材料轮辋，其中碳纤维与玻璃纤维的混合比在径向上不断增加，并且碳纤维和玻璃纤维长丝在微观上均匀分散。这可能是一个理想的解决方案，但这是不容易制造这样的轮辋，必须导致高成本。
[0008]而实际解决方案是，其中碳纤维与玻璃纤维的混合比从轮辋内侧向外侧逐渐增加。也就是说，碳纤维与玻璃纤维的比率在每层中是恒定的。当用碳纤维丝束和玻璃纤维丝束缠绕层时，可以很方便地将大量丝束放在一条带中，并在其芯轴上环向缠绕，并使带中的
碳纤维束以径向排列的模式排列，如图3所示，这会产生玻璃纤维和碳纤维的不良分布，并可能在排列或堆叠的碳纤维区域与相邻的排列或堆叠的玻璃纤维区域之间产生较大的内部剪切力，此外，现有的轮辋外侧为设置防护结构，导致其在行驶时容易对轮辐造成伤害，从而影响整个轮辋的稳定性。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于提供一种混合缠绕复合材料轮辋，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0010]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种混合缠绕复合材料轮辋，包括芯轴，所述芯轴左右两侧均固定连接有轮缘，所述芯轴左右两端设置有纤维带，所述芯轴外表面设置有纤维层，所述轮缘内侧固定连接有轮辐，所述轮辐外表面固定连接有散热机构。
[0011]所述散热机构包括固定环，所述固定环固定在轮辐外表面，所述固定环前侧固定连接有固定座，所述固定座内侧开设有空腔，所述空腔内顶部固定连接有弹簧，所述弹簧底端固定连接有T型块，所述轮辐前侧设置有安装板，所述安装板前侧固定连接有引风叶片，所述安装板前侧开设有进风槽，所述安装板后侧固定连接有安装座，所述安装座后侧固定连接有安装块。
[0012]优选的，所述固定座前侧开设有安装槽，所述安装块后侧贯穿于安装槽并延伸入空腔内部，安装槽方便安装块的放入，所述安装块顶部开设有卡槽，所述T型块底部位于卡槽内侧，并对安装块进行限位。
[0013]优选的，所述固定座前侧开设有连接槽，所述连接槽内侧滑动连接有拉块，所述拉块固定连接在T型块前侧，在拉块的作用下可以取下安装板。
[0014]优选的，所述固定座顶部开设有螺孔，所述螺孔内侧螺纹连接有限位螺钉，所述限位螺钉底端贯穿于空腔顶部并延伸入空腔内部，限位螺钉对T型块进行限位。
[0015]优选的，所述纤维层内部设置有区域或列一，区域或列一左侧设置有区域或列二，所述区域或列一和区域或列二呈交错分布，有效降低了生产制造成本，提高了飞轮储能的竞争优势。
[0016]优选的，所述纤维层内部设置有区域或列三和区域或列四，所述区域或列三和区域或列四交叉分布在纤维层内部，增加了该轮辋的稳定性和安全性。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0018]1、该混合缠绕复合材料轮辋，通过有效的缠绕长度的控制，实现了混合纤维束中具有高模量碳纤维束的宏观上的均匀分布，以将成本较低的玻璃纤维较宏观均匀的应用于复合材料轮辋的制备中，有效降低了生产制造成本，提高了飞轮储能的竞争优势，解决了玻璃纤维增强与碳纤维增强复合材料间存在应力和应变不连续性，极大的提高了飞轮高速运转过程中的平稳性与安全性。
[0019]2、该混合缠绕复合材料轮辋，通过设置散热机构，在使用过程中，散热机构结构简单，操作方便快捷，可以在轮辋工作时对轮辋进行散热，避免发电机内的高温造成纤维材料的损坏或者轮辋发生热变形的现象，提高了该装置的使用寿命，并且通过设置T型块和卡槽可以方便对安装板和引风叶片进行更换，增加了该装置的实用性。
附图说明
[0020]图1为缠绕树脂浸渍纤维束带的芯轴的平面示意图；
[0021]图2为芯轴上复合材料轮辋的截面示意图；
[0022]图3为本技术整体结构正面一侧示意图；
[0023]图4为本技术部分结构正面一侧示意图；
[0024]图5为本技术固定座左视剖面示意图；
[0025]图6为图4中A处放大结构示意图；
[0026]图7为沿与轮辋轴线平行的径向平面切割的复合材料飞轮轮缘的放大横截面的截面示意图；
[0027]图8为复合材料飞轮轮缘的放大横截面的截面图示意图；
[0028]图9为复合材料飞轮轮缘放大横截面的截面示意图。
[0029]图中：1、轮缘；2、芯轴；3、纤维带；4、纤维层；12、区域或列一；14、区域或列二；16、区域或列三；18、区域或列四；5、散热机构；501、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合缠绕复合材料轮辋，包括芯轴（2），其特征在于：所述芯轴（2）左右两侧均固定连接有轮缘（1），所述芯轴（2）左右两端设置有纤维带（3），所述芯轴（2）外表面设置有纤维层（4），所述轮缘（1）内侧固定连接有轮辐（6），所述轮辐（6）外表面固定连接有散热机构（5）；所述散热机构（5）包括固定环（510），所述固定环（510）固定在轮辐（6）外表面，所述固定环（510）前侧固定连接有固定座（509），所述固定座（509）内侧开设有空腔（501），所述空腔（501）内顶部固定连接有弹簧（507），所述弹簧（507）底端固定连接有T型块（506），所述轮辐（6）前侧设置有安装板（503），所述安装板前侧固定连接有引风叶片（512），所述安装板前侧开设有进风槽（513），所述安装板（503）后侧固定连接有安装座（504），所述安装座（504）后侧固定连接有安装块（505）。2.根据权利要求1所述的一种混合缠绕复合材料轮辋，其特征在于：所述固定座（509）前侧开设有安装槽（511），所述安装块（505）后侧贯穿于安装槽（51...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏艳军，张彬，张晰睿，
申请(专利权)人：贝肯新能源有限公司，
类型：新型
国别省市：