專利名稱：飛輪儲能系統(tǒng)的制作方法
飛輪儲能系統(tǒng)
背景技術(shù)：
汽油供應(yīng)的日益縮減和油價的節(jié)節(jié)攀升，刺激了提高機動車輛燃料效率技術(shù)的發(fā)展。這種發(fā)展不僅導(dǎo)致了高效率內(nèi)燃機的問世，也導(dǎo)致了混合動力機動車的出現(xiàn)，該機動車在低速行駛時由電動機驅(qū)動。電動機的動力來自電池組，當(dāng)遇到迅速加速、高速行駛、爬山等負載較重或電池耗盡時，內(nèi)燃機輔助電動機工作。在此類結(jié)構(gòu)的機動車中，電池組可由內(nèi)燃機充電，也可以通過再生制動等方法獲得能量。電動汽車是將燃料效率最大化的另一種汽車技術(shù)途徑，該機動車由能量來源于電池組的電動機直接驅(qū)動。當(dāng)電池組能量耗盡時，內(nèi)燃機可通過驅(qū)動發(fā)電機為機動車提供能量。在這類汽車中，電池組可以通過外部充電站進行充電，也可以通過再生制動等能量再生方法進行充電。雖然電池技術(shù)的進步，使電池更高效、更耐用、儲能能力更強，但將機械能轉(zhuǎn)換為儲存于電池的化學(xué)能的效率仍舊很低，且反之亦然。此外，電動機不適合在大功率負載和多變功率負載的情況下使用。因此，需要研究一種既能使能量損失最小又能快速應(yīng)對高負荷環(huán)境的儲能方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所公開的飛輪儲能系統(tǒng)，可通過至少一個實施例展示出來。飛輪儲能系統(tǒng)可包括電動機、飛輪、飛輪軸和曲軸。電動機和飛輪軸之間，以及飛輪軸與曲軸之間可通過齒輪組耦合在一起。飛輪儲能系統(tǒng)的曲軸與機動車的動力傳動系統(tǒng)耦合在一起。在實際操作中，飛輪儲能系統(tǒng)可儲存能量，并在某種情況下(如急加速)為機動車動力傳動系統(tǒng)提供必要的能量。該系統(tǒng)也能夠在某種情況下(如再生制動過程中)從動力傳動系統(tǒng)獲得能量。 因此，在燃油動力車輛、混合動力車輛及電動力車輛中，所述飛輪儲能系統(tǒng)都能將能量損失降到最小并使輸出功率達到最優(yōu)。


圖1是飛輪儲能系統(tǒng)的示意圖；圖2是包含飛輪儲能系統(tǒng)的機動車示意圖。
具體實施例方式針對本發(fā)明具體實施例的以下描述和相關(guān)附圖用以揭露本發(fā)明的各個方面。只要不脫離本發(fā)明的核心思想和范圍，可提出可替代實施例。另外，為使本發(fā)明的相關(guān)細節(jié)重點突出，對實施例中業(yè)內(nèi)熟知部分不再贅述。此外，為更好地理解文中的表述，幾個術(shù)語規(guī)定如下?！皩嵤├笔侵浮耙詫嵗?、具體情況或圖示的方式進行說明”，文中所描述的實施方式并不局限于實施例，只是代表而已。需要理解的是，所舉實施例并不一定比其他實施例更可取、更具優(yōu)勢。此外，“本發(fā)明的實施方式”、“實施例”、“本發(fā)明”等術(shù)語并不要求本發(fā)明的實施例具有文中所描述的所有特點、優(yōu)勢和操作模式。如圖1所示，在某一實施例中展示了一種飛輪儲能系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可包括電動機102、耦合至飛輪軸106的飛輪104和曲軸108。電動機102可包括與之耦合的主動齒輪 110。另外，與飛輪軸106耦合的可有輸入齒輪112和輸出齒輪114。曲軸108可與曲軸齒輪116耦合。主動齒輪110與輸入齒輪112可通過第一鏈條118耦合，而輸出齒輪114與曲軸齒輪116可通過第二鏈條120耦合。在某一實施例中，主動齒輪110可與輸入齒輪112 直接耦合，輸出齒輪114可與曲軸齒輪116直接耦合?？稍O(shè)定主動齒輪110與輸入齒輪112的大小，以使主動齒輪110大于輸入齒輪 112。在某一實施例中，主動齒輪110上的齒輪齒與輸入齒輪112上的齒輪齒的比例關(guān)系可為2 1。例如主動齒輪110可有40個齒輪齒，而輸入齒輪112則可有20個齒輪齒?？稍O(shè)定輸出齒輪114與曲軸齒輪116的大小，以使輸出齒輪114大于曲軸齒輪116。在某一實施例中，輸出齒輪114上的齒輪齒與曲軸齒輪116上的齒輪齒的比例關(guān)系可為2. 52 1。 例如輸出齒輪114可有48個齒輪齒，而曲軸齒輪116則可有19個齒輪齒。這種比例設(shè)計的結(jié)果是，主動齒輪110每旋轉(zhuǎn)一周，曲軸108將旋轉(zhuǎn)5. 04周。如此推算，為使曲軸108每分鐘旋轉(zhuǎn)750周，電動機102每分鐘可旋轉(zhuǎn)149周。因此，按照上述比例可減少電動機102 的能量消耗。在某一實施例中，飛輪104的直徑約在10英寸到12英寸之間，重量約在10磅到 75磅之間。通過改變這些參數(shù)，飛輪104可得到所需要的角轉(zhuǎn)動慣量。電動機102的操作參數(shù)也可以根據(jù)需要進行調(diào)整，例如在某一實施例中，電動機102可產(chǎn)生的馬力約在0. 33 馬力到2. 25馬力之間。電動機102轉(zhuǎn)速上限約在每分鐘1800轉(zhuǎn)到每分鐘5500轉(zhuǎn)之間。在某一實施例中，輸入齒輪112和飛輪軸106之間的連接器可為單向超越式離合器。因此，當(dāng)飛輪104和飛輪軸106的轉(zhuǎn)動速度大于電動機102和主動齒輪110的轉(zhuǎn)動速度時，可以避免對電動機102的損傷。在另一實施例中，飛輪104可與飛輪軸106通過離合器耦合，該離合器在需要時可參與和飛輪之間的功率傳輸。因此，這種設(shè)計可以將飛輪儲能系統(tǒng)內(nèi)部由于摩擦力導(dǎo)致的能量消耗降到最小。在另一實施例中，飛輪104可放置于真空室中，這種設(shè)計可進一步將飛輪104與環(huán)境之間由于空氣阻力導(dǎo)致的能量損耗降到最小。如圖2所示，飛輪儲能系統(tǒng)100可與機動車200的驅(qū)動系統(tǒng)202耦合。在某一實施例中，飛輪儲能系統(tǒng)100可通過線性方式與機動車的驅(qū)動系統(tǒng)202耦合。例如，曲軸108可與引擎206的驅(qū)動軸204耦合，引擎206可以是內(nèi)燃機、電動機或混合動力系統(tǒng)。位于曲軸 108與引擎206的連接器208可包括摩擦片式離合器設(shè)備、液力聯(lián)軸節(jié)(fluid coupling) 例如液力變矩器、或本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他結(jié)合方法。另外，連接器208可包括傳動裝置210，傳動裝置210可以是一個標準的手動傳動裝置、行星齒輪結(jié)構(gòu)的自動傳動裝置、 無級變速傳動裝置或本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他功率傳送系統(tǒng)。在某一實施例中，傳動裝置210可控制通過飛輪儲能系統(tǒng)100向機動車200的驅(qū)動系統(tǒng)202傳送的功率大小。飛輪儲能系統(tǒng)100也可與化學(xué)能存儲系統(tǒng)212耦合起作用，化學(xué)能存儲系統(tǒng)212的組成是電池技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。另外，化學(xué)能存儲系統(tǒng)212可以通過交流發(fā)電機214或再生制動系統(tǒng)216進行充電。在運轉(zhuǎn)中，電動機102可使飛輪104轉(zhuǎn)動以使飛輪104的轉(zhuǎn)動速度在所需要的范圍之內(nèi)。例如，電動機102的轉(zhuǎn)動速度約為每分鐘500轉(zhuǎn)，傳送到飛輪104上的轉(zhuǎn)動速度大約為每分鐘1000轉(zhuǎn)，可使曲軸108的轉(zhuǎn)動速度約為每分鐘2520轉(zhuǎn)。在這樣的轉(zhuǎn)動速度下， 根據(jù)機動車的最終傳動比，機動車200的時速可約為70英里每小時。在某一實施例中，電動機102可通過電池系統(tǒng)212的電流驅(qū)動，電動機102也可通過交流發(fā)電機214或再生制動系統(tǒng)216產(chǎn)生的電流驅(qū)動。通過交流發(fā)電機214或再生制動系統(tǒng)216直接驅(qū)動電動機， 可以避免能量的損失，也可以避免周期性充放電時對電池內(nèi)在性能造成的損害。在另一實施例中，電動機102可包含渦輪機218，渦輪機218用于部分地或完全地推動電動機102的旋轉(zhuǎn)。電動機102的渦輪機218可通過皮帶傳動的葉輪或類似裝置產(chǎn)生的壓縮空氣進行驅(qū)動。渦輪機218可通過齒輪組與電動機102耦合，該齒輪組將傳送給電動機102的功率最大化。當(dāng)飛輪104在所需要的轉(zhuǎn)動速度旋轉(zhuǎn)時，飛輪儲能系統(tǒng)100可通過傳動裝置210 或其他連接器208將功率傳送到機動車200的驅(qū)動輪220。通過驅(qū)動器請求或引擎管理計算機等方式，可更易于飛輪儲能系統(tǒng)100從事功率傳送。例如，某混合驅(qū)動或電驅(qū)動的機動車中，當(dāng)突然有增加功率的需要時，飛輪104就可以進行功率傳送。因此，飛輪104輔助電動引擎驅(qū)動機動車200，并將電動引擎的峰值功率降到了最低，有助于電動引擎的高效運行。在另一實施例中，飛輪儲能系統(tǒng)100應(yīng)用于輔助機動車的內(nèi)燃機，為驅(qū)動系統(tǒng)提供額外功率并有助于使內(nèi)燃機保持在高效運行的速度上。前面的論述和相關(guān)的圖片說明了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實施例和操作模式。盡管如此，該發(fā)明并不局限于上文所舉的某一實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解對上述實施例引申出的其他變化。因此，上文所舉實施例是為了闡述該發(fā)明，并不是將該發(fā)明局限于實施例中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求書所表述范圍的情況下，可以對本發(fā)明的實施例進行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于機動車的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括第一軸；第二軸，與所述第一軸和機動車的動力傳動系統(tǒng)耦合起作用；飛輪，與所述第一軸耦合起作用；電動機與所述第一軸耦合起作用并與動力源進行電耦合；其中，所述電動機適于從機動車的電氣系統(tǒng)接收能量；所述飛輪儲能系統(tǒng)適于將能量轉(zhuǎn)移到機動車的驅(qū)動系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機和第一軸通過第一齒輪和第二齒輪耦合起作用。
3.如權(quán)利要求2所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一齒輪和第二齒輪通過鏈條相互耦合。
4.如權(quán)利要求2所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一齒輪和第二齒輪的齒輪齒數(shù)比例關(guān)系為2 1。
5.如權(quán)利要求1所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一軸和第二軸通過第三齒輪和第四齒輪耦合起作用。
6.如權(quán)利要求5所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一齒輪與第二齒輪通過鏈條相互耦合。
7.如權(quán)利要求5所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第三齒輪與第四齒輪的齒輪齒數(shù)比例關(guān)系為2. 52 1。
8.如權(quán)利要求1所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機還適于從壓縮空氣源接收能量。
9.如權(quán)利要求8所述的飛輪儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機與渦輪機耦合起作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于機動車的飛輪儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一軸、第二軸、飛輪和電動機，其中所述第二軸通過與第一軸和機動車動力傳動系統(tǒng)耦合起作用，所述飛輪通過與第一軸耦合起作用，所述電動機通過與第一軸耦合起作用并與動力源進行電耦合。所述電動機適于從機動車的電氣系統(tǒng)接收能量，所述飛輪儲能系統(tǒng)適于將能量轉(zhuǎn)移到機動車的驅(qū)動系統(tǒng)。
文檔編號B60K6/30GK102202925SQ200980142123
公開日2011年9月28日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者D·羅杰斯, 查爾斯·吉布森 申請人:D·羅杰斯, 查爾斯·吉布森