一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋制造技术

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，且公开了一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，包括复合材料轮辋，复合材料轮辋包括内层一、内层二、中层、外层一、外层二和内孔，内层二固定连接于内层一的外壁，中层固定连接于内层二的外壁，外层一固定连接于中层的外壁，外层二固定连接于外层一的外壁，内孔开设于内层一的内部。该由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，充分发挥了玻璃纤维、碳纤维复合材料质轻及高强的优势，最大限度的提高了飞轮的运行转速，进而最大限度的提高了储能密度，并通过选用了价格较低的玻璃纤维作为增强纤维的一种，有效的降低了符合材料轮辋的生产成本。有效的降低了符合材料轮辋的生产成本。有效的降低了符合材料轮辋的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋


[0001]本技术涉及飞轮储能系统所用轮辋的增强制造
，具体为一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋。

技术介绍

[0002]飞轮储能技术是优异的功率型储能技术，用于快充快放，频繁充放电的储能应用场景，是调频储能赛道的王者之一。最初的飞轮轮辋为金属基轮辋，因为金属的屈服强度有些低，限制了它们产生转速的能力，从而限制了飞轮系统产生大量动能的能力。研究人员一直致力于设计一种飞轮系统，该系统能够产生尽可能多的动能，而不会损害飞轮系统的安全运行，直到几年前，设计师们开始尝试从金属基轮辋转向复合材料轮辋。
[0003]复合材料轮辋不仅比金属轮辋轻，并且具有更高的比强度，从而使其能够获得更高的转速。然而，复合材料轮辋在使用中也遇到了一些问题，其中最主要的问题是它们容易因飞轮系统运行期间产生的径向应力和应变而失效。但综合比较金属基飞轮轮辋，复合材料轮辋仍具有无可比拟的优势，但需对轮辋高速运行中产生的径向应力和应变通过轮辋设计，使其对轮辋产生能量的能力产生积极影响，而不会产生负面影响，进而最大限度的延长轮辋的使用寿命并提高飞轮系统的安全运行。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供了一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，包括复合材料轮辋，所述复合材料轮辋包括内层一、内层二、中层、外层一、外层二和内孔，所述内层二固定连接于内层一的外壁，所述中层固定连接于内层二的外壁，所述外层一固定连接于中层的外壁，所述外层二固定连接于外层一的外壁，所述内孔开设于内层一的内部。
[0006]优选的，所述复合材料轮辋由多个混合纤维层组成，各不同的纤维层的增强纤维品种及增强纤维品种对应的比例也根据轮辋实际运行中的应变力的不同而不同。
[0007]优选的，所述复合材料轮辋的增强纤维品种为玻璃纤维及碳纤维，玻璃纤维的品种为无碱无捻的S级玻璃纤维，碳纤维的品种为T700级碳纤维。
[0008]优选的，所述复合材料轮辋混合纤维层为5层，所述复合材料轮辋的纤维混合比例配比规则为，其中“低”强度/刚度纤维的体积百分比从轮辋的第一层降低到第二层、第三层、到第四层，并且在第四层和第五层中保持恒定，而“高”强度/刚度纤维的体积百分比从第一层增加到第二层，到第三层，再到第四层，在第四层和第五层中保持不变。
[0009]优选的，所述复合材料轮辋的成型工艺为湿法缠绕成型。
[0010]本技术提供了一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，该由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋具备以下有益效果：
[0011]1、该由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，充分发挥了玻璃纤维、碳纤维复合材料质轻及高强的优势，最大限度的提高了飞轮的运行转速，进而最大限度的提高了储能密度，并通过选用了价格较低的玻璃纤维作为增强纤维的一种，有效的降低了符合材料轮辋的生产成本。
[0012]2、该由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，由于轮辋各层的具体成分，不仅可以调整轮辋的强度和刚度，而且可以在各层之间形成平滑的径向应力和应变梯度，并且可控制飞轮高速运行状态下轮辋内裂纹的形成和扩展。
附图说明
[0013]图1为本技术整体结构立体示意图；
[0014]图2为本技术整体内部结构正面示意图。
[0015]图中：100、复合材料轮辋；110、内层一；120、内层二；130、中层；140、外层一；150、外层二；160、内孔。
具体实施方式
[0016]如图1
‑
2所示，本技术提供一种技术方案：一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，包括复合材料轮辋100，复合材料轮辋100由多个混合纤维层组成，各不同的纤维层的增强纤维品种及增强纤维品种对应的比例也根据轮辋实际运行中的应变力的不同而不同，复合材料轮辋100的增强纤维品种为玻璃纤维及碳纤维，玻璃纤维的品种为无碱无捻的S级玻璃纤维，碳纤维的品种为T700级碳纤维，复合材料轮辋100混合纤维层为5层，所述复合材料轮辋100的纤维混合比例配比规则为，其中“低”强度/刚度纤维的体积百分比从轮辋的第一层降低到第二层、第三层、到第四层，并且在第四层和第五层中保持恒定，而“高”强度/刚度纤维的体积百分比从第一层增加到第二层，到第三层，再到第四层，在第四层和第五层中保持不变，复合材料轮辋100的成型工艺为湿法缠绕成型，所述复合材料轮辋100包括内层一110、内层二120、中层130、外层一140、外层二150和内孔160，所述内层二120固定连接于内层一110的外壁，所述中层130固定连接于内层二120的外壁，所述外层一140固定连接于中层130的外壁，所述外层二150固定连接于外层一140的外壁，所述内孔160开设于内层一110的内部，充分发挥了玻璃纤维、碳纤维复合材料质轻及高强的优势，最大限度的提高了飞轮的运行转速，进而最大限度的提高了储能密度，并通过选用了价格较低的玻璃纤维作为增强纤维的一种，有效的降低了符合材料轮辋的生产成本，由于轮辋各层的具体成分，不仅可以调整轮辋的强度和刚度，而且可以在各层之间形成平滑的径向应力和应变梯度，并且可控制飞轮高速运行状态下轮辋内裂纹的形成和扩展。
[0017]表1和图2描绘了根据本技术的基于复合材料的示例性轮辋100。可对抗飞轮高速运转时产生高应力，减少或至少可靠地控制轮辋内裂纹的形成和扩展。
[0018]轮辋100由多个定制的、混合的基于纤维的层组成，每个层通过诸如下面的描述在另一层上旋转或缠绕而成。
[0019]轮辋100应包括至少两个纤维种类，并且可以包括多个层。每层优选由不同于其他层的纤维组合组成，使得轮辋在其从最内层到最外层的每个连续层中表现出增强的强度和/或刚度。而且，从最内层到最外层的每个连续的边缘层的密度都较低。
[0020]表格1和图2的示例性轮辋100由五层组成
‑
第一层、最内层110、第二层120、第三层130、第四层140和第五层、最外层150。间隙160定义在轮辋100的内层110内，并最终容纳飞轮系统的轴（未示出）和轮毂（未示出）装入。
[0021]由于轮辋100在其每一个连续的层中都表现出增加的强度和/或刚度，因此轮辋100的第五层，即最外层150比轮辋的第四层140更强和/或更硬，第四层140比轮辋的第三层130更强和/或更硬，后者比轮辋的第二层120更强和/或更坚硬比轮辋的第一层、最内层110更强和/或更硬。
[0022]为此，根据本技术的示例性实施例，轮辋100的第一、最内层110几乎完全由相对“低”强度和/或刚度纤维组成。然而，轮辋100的第五层、最外层150完全由具有相对“高”强度和刚度特性的纤维组成。
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由多种纤维不同比例混合成型的复合材料飞轮轮辋，包括复合材料轮辋（100），其特征在于：所述复合材料轮辋（100）包括内层一（110）、内层二（120）、中层（130）、外层一（140）、外层二（150）和内孔（160），所述内层二（120）固定连接于内层一（110）的外壁，所述中层（130）固定连接于内层二（120）的外壁，所述外层一（140）固定连接于中层（130）的外壁，所述外层二（150）固定连接于外层一（140）的外壁，所述内孔（160）开设于内层一（110）的内部。2.根据权利要求1所述的一种由多种纤...

【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：