技术领域
[0001] 本
发明涉及飞轮，特别涉及用于车辆中的高速飞轮。
背景技术
[0002] 飞轮典型地包括较重的
质量，安装在轴上并被设置为与轴一起旋转。飞轮在车辆中的使用是已知的，例如用作车辆
加速或减速的辅助设备。还已知的是将飞轮用于
能量存储器，从而飞轮的
动能被转化为
电能。飞轮的动能与
转动惯量以及
角速度的平方直接成比例。在车辆中用于能量存储器的飞轮必须实现质量、惯量和转速的最佳平衡。飞轮被制造成旋转的越快，对于给定存储容量将越小且越轻。
[0003] 高速飞轮通常被包含在施加
真空的闭合罩内，从而减小由阻
力引起的能量损失，并防止飞轮的
温度由于与周围空气摩擦上升过高。
[0004] 当飞轮被包含在真空的
外壳中，必须在外壳和轴之间提供密封件以允许真空被保持在外壳内。目前已知的用于其上
支撑有飞轮的轴的密封件仅适用于在小于20,000rpm转速下旋转的轴。
[0005] 目前已知的用于飞轮轴的密封件的示例为
铁磁
流体密封件，其中油基流体掺杂有铁颗粒，并且设有磁体以将流体在围绕轴的环带中保持就位。流体形成密封，从而保持飞轮外壳内的真空。
[0006] 铁磁流体密封件的效率由于流体中掺杂有铁颗粒受到限制，这增加了流体的粘性。而且，轴必须由特定等级的不锈
钢形成，从而限制了轴的强度。尽管为了使飞轮操作时的阻力和热生成最小化而必须使轴的直径最小化，对于给定的轴材料，直径必须足以使轴足够坚固来支撑飞轮和/或传递所需转矩。
[0007] 目前已知飞轮密封件的另一个问题是，当飞轮在高速下操作时，由于产生的热不能够被充分耗散，经常发生
过热。
[0008] 本发明的目的是为了在高速即超过20,000的速度下旋转的飞轮和轴之间提供密封件，以使真空能够被保持在飞轮外壳内。
发明内容
[0009] 于是，本发明提供如所附
权利要求的权利要求1所要求的用于高速飞轮的密封件。
[0010] 本发明的一个优点是，密封流体被有效地冷却，并且减小过热的可能性，因此使得所述密封件能够用于在超过20,000rpm的速度下操作的飞轮。应理解的是所述密封件也将在低速下操作。
[0011] 在本发明中，转矩传递轴的材料不限于特定等级的
不锈钢。因此可以使用高强度的材料，从而允许轴的直径能够被最小化，并相应地使阻力和热生成最小化，由此提高飞轮的效率，并减小所述密封件过热的可能性。
[0012] 而且，本发明中使用的密封流体不需要掺杂有铁颗粒，因此可使用比目前已知的流体具有更低粘性的流体。
[0013] 流体可以在原地，即一旦飞轮被安装在轴上通过填充嘴管被注入到密封腔中。当腔被流体填充的同时，空气能够通过排放嘴管从所述腔排出。
[0014] 优选地，所述密封件包括设有孔的插入件，其中所述孔的大小决定环形腔的体积，并相应地确定必须注入以填充所述腔的油的量。所述孔优选为圆形，并可以被形成为与所述插入件的外径不同心，并因此与其上支撑有飞轮的轴不同心。因此流体腔也与所述轴不同心，当飞轮操作时有利地引导流体流动，从而增加流体和外壳之间的热量的热传递，并相应地减小所述密封件过热的可能性。
[0015]
活塞可以被设置在所述密封件的第一外壳部分中。当在飞轮操作中流体变热时活塞能够根据流体的膨胀移动，从而防止当流体变热时在流体中积累超压。所述活塞还能够用于平衡所述密封件内的压力与所述密封件外的气压，从而保持第一唇形密封上的零压降。因此，由于所述密封件内的压力等于周围压力，将不会发生周围空气
泄漏到密封腔中。
[0016] 优选地，本发明中使用的流体不会在飞轮的真空芯的压力下
蒸发。因此，如果流体被导致渗漏到真空飞轮芯，由于流体不会在真空飞轮芯内蒸发，因此不会引起真空损失。
[0017] 所述密封件的外壳可以由例如
铝的具有良好导热性的轻
合金制造。在重量不重要的
位置可以使
用例如
铜的具有良好导热性的其它材料。因此，与目前已知的由磁体和钢包围并比轻合金表现出更低导热性的铁磁流体型密封件相比，密封流体的冷却更加有效。
[0018] 唇形密封的特色是由包括PTFE的共混
聚合物制成的
密封唇。
附图说明
[0019] 下面将以示例的方式并参照附图对本发明的
实施例进行描述，其中：
[0020] 图1是根据本发明的飞轮密封件的侧视图。
[0021] 图2是图1的飞轮密封件沿线II-II的剖视图。
[0022] 图3是图2的飞轮密封件沿线III-III的剖视图。
[0023] 图4是根据本发明的飞轮密封件的可替代实施例的剖视图。
具体实施方式
[0024] 参见图2，密封件2对转矩传递轴4提供气密密封。该密封件包括由第一外壳部分6和第二外壳部分8形成的轻合金外壳。第一外壳部分6和第二外壳部分8具有互补的阶梯型轮廓10、12，使得第一外壳部分6装配到第二外壳部分8中。
[0025] 在组装的飞轮上，第一外壳部分6从飞轮朝向外并且是可触及的。第二外壳部分8朝向内进入真空飞轮芯中，因此是不可触及的。
[0026] 第一外壳部分6装配到第二外壳部分8，以使在所述外壳之间形成空间14。环形肩16、18形成在第一外壳部分6和第二外壳部分8中，以分别容纳第一改良PTFE唇形密封20和第二改良PTFE唇形密封22。每个环形肩16、18的深度大体上等于唇形密封20、22的宽度，使得唇形密封20、22不会紧密
接触空间14。
[0027] 环形插入件24a被设置在空间14中。该插入件的外径26使得其装配到第二外壳部分8中。参见图3，轴穿过插入件24a的中心。
[0028] 环形腔30形成在唇形密封20、22之间。该腔被唇形密封20、22，外壳部分6、8和插入件24限制。插入件24a用作体积缩减器，其中环形腔的体积是外壳部分20、22之间的空间的体积减去插入件24a的体积。
[0029] 密封件2被安装在轴4上，使得轴4穿过外壳部分6、8，唇形密封20、22以及插入件24a的中心。
[0030] 唇形密封20、22被设置成唇形密封的唇32、34指向环形腔30并与轴4接触。
[0031] 腔30通过填充嘴管36填充有油基流体40(图3)。当流体被注入的同时，空气能够通过排放嘴管38从腔30排出。一旦腔30充满流体40，流体40对轴4形成密封。第一唇形密封20将流体40与周围空气分离，并且第二唇形密封22将流体40与真空飞轮芯分离。
[0032] 由于填充嘴管36和排放嘴管38从飞轮朝向外并且是可触及的，流体40能够在原地，即在飞轮被安装到轴4上之后被注入到腔30中。由环绕轴4的流体40形成密封；同时唇形密封20、22防止流体40从腔30向外并沿着轴4渗漏。
[0033] 当飞轮在高速下操作时，流体40还提供润滑和冷却，以防止唇形密封20、22过热。由流体40吸收的热利用传导通过外壳部分6、8耗散。
[0034] 活塞42被设置在第一外壳部分6内。当在飞轮操作中流体40变热时活塞能够根据流体40的膨胀移动，从而防止当流体40变热时在流体40内积累超压。活塞42还用于平衡密封件内的压力与密封件外的气压，从而保持第一唇形密封20上的零压降。因此，由于腔30内的压力等于周围压力，从而防止周围空气泄漏到腔30中。第二唇形密封22用于保持1bar的压降。然而，如果任何流体40被引起从腔30渗漏，通过第二唇形密封22渗漏到真空飞轮芯中，由于流体在真空芯的压力下不会蒸发，因此将不会引起真空损失。
[0035] 密封件2可以根据需要包括可替代的插入件24。由于插入件24减小腔30的体积，更大的插入件将占据腔30的更大部分，从而减少填充腔30所需的流体40的量。
[0036] 在图4所示的可替代实施例中，环形插入件24b的中心的形状能够被设置为与插入件24b的外径26不同心。因此当装配飞轮和密封件时，插入件24的中心和其中注入有流体40的腔30与轴4不同心。于是当飞轮操作时，流体流动将被引导到腔30中，从而防止在特定区域聚集热，并使流体的温度梯度最小化。相应地改善了流体40和外壳部分6、8之间的热量的热传递。
