专利名称：飞轮储能系统的制作方法
飞轮储能系统
背景技术：
汽油供应的日益缩减和油价的节节攀升，刺激了提高机动车辆燃料效率技术的发展。这种发展不仅导致了高效率内燃机的问世，也导致了混合动力机动车的出现，该机动车在低速行驶时由电动机驱动。电动机的动力来自电池组，当遇到迅速加速、高速行驶、爬山等负载较重或电池耗尽时，内燃机辅助电动机工作。在此类结构的机动车中，电池组可由内燃机充电，也可以通过再生制动等方法获得能量。电动汽车是将燃料效率最大化的另一种汽车技术途径，该机动车由能量来源于电池组的电动机直接驱动。当电池组能量耗尽时，内燃机可通过驱动发电机为机动车提供能量。在这类汽车中，电池组可以通过外部充电站进行充电，也可以通过再生制动等能量再生方法进行充电。虽然电池技术的进步，使电池更高效、更耐用、储能能力更强，但将机械能转换为储存于电池的化学能的效率仍旧很低，且反之亦然。此外，电动机不适合在大功率负载和多变功率负载的情况下使用。因此，需要研究一种既能使能量损失最小又能快速应对高负荷环境的储能方法。
发明内容
本发明所公开的飞轮储能系统，可通过至少一个实施例展示出来。飞轮储能系统可包括电动机、飞轮、飞轮轴和曲轴。电动机和飞轮轴之间，以及飞轮轴与曲轴之间可通过齿轮组耦合在一起。飞轮储能系统的曲轴与机动车的动力传动系统耦合在一起。在实际操作中，飞轮储能系统可储存能量，并在某种情况下(如急加速)为机动车动力传动系统提供必要的能量。该系统也能够在某种情况下(如再生制动过程中)从动力传动系统获得能量。 因此，在燃油动力车辆、混合动力车辆及电动力车辆中，所述飞轮储能系统都能将能量损失降到最小并使输出功率达到最优。
图1是飞轮储能系统的示意图；图2是包含飞轮储能系统的机动车示意图。
具体实施例方式针对本发明具体实施例的以下描述和相关附图用以揭露本发明的各个方面。只要不脱离本发明的核心思想和范围，可提出可替代实施例。另外，为使本发明的相关细节重点突出，对实施例中业内熟知部分不再赘述。此外，为更好地理解文中的表述，几个术语规定如下。“实施例”是指“以实例、具体情况或图示的方式进行说明”，文中所描述的实施方式并不局限于实施例，只是代表而已。需要理解的是，所举实施例并不一定比其他实施例更可取、更具优势。此外，“本发明的实施方式”、“实施例”、“本发明”等术语并不要求本发明的实施例具有文中所描述的所有特点、优势和操作模式。如图1所示，在某一实施例中展示了一种飞轮储能系统100。系统100可包括电动机102、耦合至飞轮轴106的飞轮104和曲轴108。电动机102可包括与之耦合的主动齿轮 110。另外，与飞轮轴106耦合的可有输入齿轮112和输出齿轮114。曲轴108可与曲轴齿轮116耦合。主动齿轮110与输入齿轮112可通过第一链条118耦合，而输出齿轮114与曲轴齿轮116可通过第二链条120耦合。在某一实施例中，主动齿轮110可与输入齿轮112 直接耦合，输出齿轮114可与曲轴齿轮116直接耦合。可设定主动齿轮110与输入齿轮112的大小，以使主动齿轮110大于输入齿轮 112。在某一实施例中，主动齿轮110上的齿轮齿与输入齿轮112上的齿轮齿的比例关系可为2 1。例如主动齿轮110可有40个齿轮齿，而输入齿轮112则可有20个齿轮齿。可设定输出齿轮114与曲轴齿轮116的大小，以使输出齿轮114大于曲轴齿轮116。在某一实施例中，输出齿轮114上的齿轮齿与曲轴齿轮116上的齿轮齿的比例关系可为2. 52 1。 例如输出齿轮114可有48个齿轮齿，而曲轴齿轮116则可有19个齿轮齿。这种比例设计的结果是，主动齿轮110每旋转一周，曲轴108将旋转5. 04周。如此推算，为使曲轴108每分钟旋转750周，电动机102每分钟可旋转149周。因此，按照上述比例可减少电动机102 的能量消耗。在某一实施例中，飞轮104的直径约在10英寸到12英寸之间，重量约在10磅到 75磅之间。通过改变这些参数，飞轮104可得到所需要的角转动惯量。电动机102的操作参数也可以根据需要进行调整，例如在某一实施例中，电动机102可产生的马力约在0. 33 马力到2. 25马力之间。电动机102转速上限约在每分钟1800转到每分钟5500转之间。在某一实施例中，输入齿轮112和飞轮轴106之间的连接器可为单向超越式离合器。因此，当飞轮104和飞轮轴106的转动速度大于电动机102和主动齿轮110的转动速度时，可以避免对电动机102的损伤。在另一实施例中，飞轮104可与飞轮轴106通过离合器耦合，该离合器在需要时可参与和飞轮之间的功率传输。因此，这种设计可以将飞轮储能系统内部由于摩擦力导致的能量消耗降到最小。在另一实施例中，飞轮104可放置于真空室中，这种设计可进一步将飞轮104与环境之间由于空气阻力导致的能量损耗降到最小。如图2所示，飞轮储能系统100可与机动车200的驱动系统202耦合。在某一实施例中，飞轮储能系统100可通过线性方式与机动车的驱动系统202耦合。例如，曲轴108可与引擎206的驱动轴204耦合，引擎206可以是内燃机、电动机或混合动力系统。位于曲轴 108与引擎206的连接器208可包括摩擦片式离合器设备、液力联轴节(fluid coupling) 例如液力变矩器、或本领域技术人员所熟知的其他结合方法。另外，连接器208可包括传动装置210，传动装置210可以是一个标准的手动传动装置、行星齿轮结构的自动传动装置、 无级变速传动装置或本领域技术人员所熟知的其他功率传送系统。在某一实施例中，传动装置210可控制通过飞轮储能系统100向机动车200的驱动系统202传送的功率大小。飞轮储能系统100也可与化学能存储系统212耦合起作用，化学能存储系统212的组成是电池技术领域技术人员所熟知的。另外，化学能存储系统212可以通过交流发电机214或再生制动系统216进行充电。在运转中，电动机102可使飞轮104转动以使飞轮104的转动速度在所需要的范围之内。例如，电动机102的转动速度约为每分钟500转，传送到飞轮104上的转动速度大约为每分钟1000转，可使曲轴108的转动速度约为每分钟2520转。在这样的转动速度下， 根据机动车的最终传动比，机动车200的时速可约为70英里每小时。在某一实施例中，电动机102可通过电池系统212的电流驱动，电动机102也可通过交流发电机214或再生制动系统216产生的电流驱动。通过交流发电机214或再生制动系统216直接驱动电动机， 可以避免能量的损失，也可以避免周期性充放电时对电池内在性能造成的损害。在另一实施例中，电动机102可包含涡轮机218，涡轮机218用于部分地或完全地推动电动机102的旋转。电动机102的涡轮机218可通过皮带传动的叶轮或类似装置产生的压缩空气进行驱动。涡轮机218可通过齿轮组与电动机102耦合，该齿轮组将传送给电动机102的功率最大化。当飞轮104在所需要的转动速度旋转时，飞轮储能系统100可通过传动装置210 或其他连接器208将功率传送到机动车200的驱动轮220。通过驱动器请求或引擎管理计算机等方式，可更易于飞轮储能系统100从事功率传送。例如，某混合驱动或电驱动的机动车中，当突然有增加功率的需要时，飞轮104就可以进行功率传送。因此，飞轮104辅助电动引擎驱动机动车200，并将电动引擎的峰值功率降到了最低，有助于电动引擎的高效运行。在另一实施例中，飞轮储能系统100应用于辅助机动车的内燃机，为驱动系统提供额外功率并有助于使内燃机保持在高效运行的速度上。前面的论述和相关的图片说明了本发明的原理、优选实施例和操作模式。尽管如此，该发明并不局限于上文所举的某一实施例，本领域技术人员应当理解对上述实施例引申出的其他变化。因此，上文所举实施例是为了阐述该发明，并不是将该发明局限于实施例中。本领域技术人员应当理解在不脱离本发明权利要求书所表述范围的情况下，可以对本发明的实施例进行修改。
权利要求
1.一种用于机动车的飞轮储能系统，其特征在于，该系统包括第一轴；第二轴，与所述第一轴和机动车的动力传动系统耦合起作用；飞轮，与所述第一轴耦合起作用；电动机与所述第一轴耦合起作用并与动力源进行电耦合；其中，所述电动机适于从机动车的电气系统接收能量；所述飞轮储能系统适于将能量转移到机动车的驱动系统。
2.如权利要求1所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述电动机和第一轴通过第一齿轮和第二齿轮耦合起作用。
3.如权利要求2所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮通过链条相互耦合。
4.如权利要求2所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮的齿轮齿数比例关系为2 1。
5.如权利要求1所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述第一轴和第二轴通过第三齿轮和第四齿轮耦合起作用。
6.如权利要求5所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述第一齿轮与第二齿轮通过链条相互耦合。
7.如权利要求5所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述第三齿轮与第四齿轮的齿轮齿数比例关系为2. 52 1。
8.如权利要求1所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述电动机还适于从压缩空气源接收能量。
9.如权利要求8所述的飞轮储能系统，其特征在于，所述电动机与涡轮机耦合起作用。
全文摘要
本发明公开了一种用于机动车的飞轮储能系统，该系统包括第一轴、第二轴、飞轮和电动机，其中所述第二轴通过与第一轴和机动车动力传动系统耦合起作用，所述飞轮通过与第一轴耦合起作用，所述电动机通过与第一轴耦合起作用并与动力源进行电耦合。所述电动机适于从机动车的电气系统接收能量，所述飞轮储能系统适于将能量转移到机动车的驱动系统。
文档编号B60K6/30GK102202925SQ200980142123
公开日2011年9月28日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年9月15日
发明者D·罗杰斯, 查尔斯·吉布森 申请人:D·罗杰斯, 查尔斯·吉布森