一种飞轮电池的制作方法

1.本说明书涉及一种飞轮电池，尤其涉及一种可以用于例如车辆和发电机中的飞轮电池。


背景技术：

2.已知的飞轮电池包括连接到转子的飞轮，该转子耦合到定子，以便将电能，即定子中的电流，转换成飞轮的转动，或者将飞轮的转动转换成电能。
3.然而，为了增加已知飞轮电池的容量必须增加飞轮的质量、直径和/或速度，随之而来的是重量、占地面积和/或回转效应的问题，这些问题降低了它们的安全性、效率、便携性和/或经济便利性。
4.专利号为us4128020和us10900540的美国专利公开了已知的飞轮电池。


技术实现要素：

5.因此，本说明书的目的是提供一种无此类缺点的飞轮电池。所述目的通过飞轮电池来实现，其主要特征在附带的权利要求中详细说明，权利要求也被看作是本说明书的组成部分。
6.得益于像卫星一样围绕中心轴转动的飞轮的特定组合，根据本说明书的飞轮电池最大化了每单位质量的能量积累，从而与已知的飞轮电池相比，减少了重量、生产、维护和处理成本、随时间的劣化、回转效应和事故风险。
7.特别是，假设ec1表示由n个质量为m的飞轮，在以角速度ω绕中心轴作半径为r的圆周运动而产生的动能部分，ec2表示该组n个飞轮以角速度ω'绕其自身轴线每转一圈所储存的动能，其中j表示单个飞轮绕该轴线的惯性矩，因此，由本飞轮电池累积的能量可以由等式ec＝ec1 ec2得出，其中ec1＝(n*m*r*ω2)/2，ec2＝(n*ω'2*j)/2。
8.上述等式表明，累积能量的增加以及由此产生的电荷密度大于具有固定在其中心轴上的飞轮的电池，后者的累积能量仅为ec＝(ω2*j)/2。
9.优选地，在本飞轮电池中，飞轮由于传动装置而围绕它们的轴线转动。该传动装置包括固定在真空室中具有内齿轮的环形齿轮，该真空室容纳飞轮和固定在飞轮的副轴上的副齿轮。因此，飞轮和支撑件系统的动能增加为中心轴和副轴的角速度比的函数，因此飞轮电池储存的能量将由从这两个角速度获得的动能之和决定。
10.一旦飞轮开始转动，得益于耗散(dispersion)和摩擦(尤其流体引起的摩擦，转动系统浸入在该流体中)的最小化，飞轮电池储存动能，该飞轮设置在特定的真空室中。
11.飞轮电池优选地包括一个或两个定子，它们可以朝向或远离各自的转子移动，以避免定子在不使用时的制动效应。
附图说明
12.参考附图，从下面对一些实施例的详细描述中，根据本说明书的飞轮电池的更多
优点和特征对于本领域技术人员将变得显而易见，这些实施例被认为是权利要求的非限制性示例，其中：
13.图1是所述飞轮电池的等轴测图；
14.图2是所述飞轮电池内部的等轴测图；
15.图3是所述飞轮电池的主视图；
16.图4是图3中iv-iv的剖面图；
17.图5是图3中v-v的剖面图；
18.图6是所述飞轮电池的分解图。
具体实施方式
19.图1示出了飞轮电池的实施例，该飞轮电池可以设有箱体，该箱体具有大体上长方形的平行六面体形状，并且包括例如两个侧盖1、2、上盖3和下盖4，这两个侧盖都具有两个大致竖直的壁。盖1-盖4可以由金属片制成，以保护内部部件免受震动、灰尘、液体或火焰的影响，并屏蔽外部电磁场，起到法拉第笼的作用。侧盖1可以包括电子控制装置，特别是设有触摸屏的控制单元5。
20.图2示出了箱体1-4包括真空室，该真空室包括例如上基座6、下基座7和至少一个侧壁8，它们通过多个支架9和连接杆10密封地连接在一起。优选地，真空室6-8大体上具有圆柱形的形状。
21.图3至图6示出了至少一个致动器11，优选为电磁致动器，布置在真空室6-8的外部，例如在上基座6上，以朝向或远离至少一个转子13的方向来移动用作定子的至少一个线圈12。该转子13设有多个磁体，特别是十六个永磁体，其中n-s极性相对于转子13的轴线径向定向，并且相对于相邻的磁体交替地定向。
22.转子13布置在至少一个壳体14中，壳体14密封地固定在真空室6-8的上基座6上，并与真空室6-8的内部流体连通，使得壳体14中也存在真空。
23.在飞轮电池的充电阶段，即电能转化为动能的阶段，致动器11移动定子12，特别是通过在图4的箭头方向上朝转子13移动定子12，优选地沿着导向件15移动。导向件15设置在座16中，座16布置在转子13的壳体14外部。因此，定子12可以布置在转子13的附近，同时保持在真空室6-8的外部，并且外部源(图中未示出)可以向定子12提供电流以转动转子13，特别是通过产生转动磁场。当定子12中的电流流动中断时，致动器11使定子12远离转子13移动。
24.优选地，壳体14由抗磁性材料制成，以便不会由于转子13的磁体的转动而产生耗散。真空室6-8可以设置有真空计17，真空计17固定到上基座6的外侧，以测量真空室6-8中的真空度。可以通过与导管18连接的泵产生真空，导管18通向真空室6-8中的开口，并且设置有与真空计17平行布置的阀19。
25.转子13机械连接，特别是键连接到中心轴20，该中心轴20可以在真空室6-8中围绕中心轴线a转动，特别是通过布置在毂22中的轴承21，毂22固定到上基座6和/或下基座7，该两个基座具有中心开口，使得中心轴20的一端或两端可以突出超过真空室6-8，特别是突出到壳体14中。中心轴a可以与真空室6-8的纵轴基本上同轴。
26.一个或多个支撑件23连接到中心轴20，并布置在真空室6-8中。特别地，至少两个
支撑件23键连接在中心轴20周围，支撑件23包括至少三个径向臂。一个或多个支撑件23包括至少一个毂，该至少一个毂优选地布置在每个径向臂的一端，其中副轴24可以通过一个或多个轴承25转动。副轴24的轴线基本平行于中心轴线a。一个或多个飞轮26机械连接，特别是键连接到各个副轴24。特别地，至少三个飞轮26键连接到副轴24，其中支撑件23设置在两个飞轮26之间。
27.更多的实施例可以包括不同数量的支撑件23、副轴24和/或飞轮26。
28.每个副轴24的至少一端设置有至少一个副齿轮27，副齿轮27与至少一个环形齿轮28啮合，环形齿轮28优选地具有内齿轮，从而当中心轴20沿一个方向(例如图5所示的顺时针方向)转动时，得益于包括副齿轮27和环形齿轮28的传动装置，飞轮26既绕中心轴线a转动，又绕相应的纵向轴线沿相反方向(例如图5所示的逆时针方向)转动。
29.更多的实施例可以包括与用于使飞轮26绕其轴线转动的齿轮27-齿轮28不同的多个传动装置，例如磁性的和/或机械的。
30.优选地，环形齿轮28连接到真空室6-8的下基座7，且副齿轮27布置在副轴24的端部，该端部面向下基座7。具有相反极性的磁环29、30可以分别围绕中心轴20和/或副轴24布置，以减少与毂22和/或支撑件23的摩擦。
31.另一致动器11可以布置在真空室6-8的外部，例如在下基座7的下方，以朝向或远离另一转子13的方向来移动充当定子的另一个线圈12，该另一转子13布置在另一壳体14中，该另一壳体14密封地固定在下基座7下方。另一转子13机械连接，特别是键连接到中心轴20的端部，该端部与设有第一转子13的端部相对。当定子12被致动器11移动靠近转子13时，在控制单元5的控制下，另一定子12可以充当由另一转子13的转动感应的电流的发电机。
32.根据飞轮电池的电气规格，成对的致动器11、定子12、转子13和/或壳体14可以大体上彼此相同或不同。
33.在使用中，与副齿轮27和环形齿轮28的齿数比直接成正比的给定转速比对应于中心轴20以及支撑件23的转动，使得飞轮26的角速度与中心轴20的角速度成比例地增加，或成比例地减少。
34.本领域技术人员可以保持在所附带的权利要求的范围内的同时对本文描述和示出的实施例进行改变或添加。特别地，更多的实施例可以包括以下权利要求之一的技术特征，以及单独地或以任何相互组合的方式附加在文本中描述的或在附图中示出的一个或多个技术特征。