用于飞轮的连接构件
阅读：575发布：2020-05-11
专利汇可以提供用于飞轮的连接构件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于 能量 存储和回收的 飞轮 设备，其通常包括连接到飞轮驱动系统(18)的飞轮系统。飞轮系统包括壳体(1)，在壳体(1)内具有腔室(1a)，轴(4)上的飞轮(3)在腔室(1a)内旋转。壳体(1)或轴(4)的振动可能会导致令人不安的噪音或飞轮系统的损坏。因此，轴(4)通过至少一个阻尼器(6、7)安装在壳体(1)上，其可以允许但是限制和/或阻尼飞轮(3)和轴(4)相对于壳体(1)的运动。飞轮系统设置有飞轮润滑系统。飞轮驱动系统可以与飞轮系统设置有不同类型的 流体 。两种流体可以通过密封装置(11、20)而分开。飞轮轴(4)相对于壳体(1)的运动被连接构件(14)所适应，连接构件(14)被设置为允许飞轮轴(4)相对于壳体(1)运动而不会损坏飞轮驱动系统。连接构件(14)还防止密封装置(11、20)被损坏或失效，从而防止飞轮系统流体和飞轮驱动系统流体彼此污染。连接构件(14)还可以用作机械保险器。，下面是用于飞轮的连接构件专利的具体信息内容。
1.一种飞轮系统，包括：
安装在轴上的飞轮，
支撑所述轴的轴承装置，
容纳所述飞轮、所述轴和所述轴承装置的壳体，以及
用于传递扭矩的连接构件，所述连接构件被设置为通常在所述连接构件的近端处与所述轴进行扭矩传递配合，并且通常在所述连接构件的远端处具有用于配合驱动构件的配合工具，所述连接构件通过花键连接到所述轴，并且所述连接构件设置为允许所述轴和所述驱动构件的相对径向和轴向运动。
2.根据权利要求1所述的飞轮系统，其中，所述飞轮系统还包括用于阻尼所述轴和所述壳体的相对运动的阻尼器。
3.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，所述飞轮系统还包括阻尼器，所述阻尼器被设置为用于阻尼所述飞轮和所述壳体在相对于所述轴的轴线的径向方向上的相对运动。
4.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，所述飞轮系统还包括阻尼器，所述阻尼器被设置为用于阻尼所述飞轮和所述壳体在相对于所述轴的轴线的轴向方向上的相对运动。
5.根据权利要求4所述的飞轮系统，其中，被设置为用于阻尼所述飞轮和所述壳体在相对于所述轴的轴线的轴向方向上的相对运动的所述阻尼器，与所述连接构件和所述轴之间的所述扭矩传递配合设置在所述飞轮的同一侧。
6.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，其中，所述连接构件被设置为用于提供扭力柔性。
7.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，其中，所述连接构件被设置为形成机械保险器。
8.根据权利要求7所述的飞轮系统，其中，所述连接构件被设置为在预定扭矩极限断裂。
9.根据权利要求7所述的飞轮系统，其中，所述连接构件被设置为在如下预定的组合条件下断裂：当相对于所述壳体发生轴径向位移并且达到预定扭矩极限时。
10.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，所述飞轮系统还包括润滑供给。
11.根据权利要求10所述的飞轮系统，其中，所述润滑供给被引导至所述轴承装置。
12.根据权利要求1所述的飞轮系统，其中，所述连接构件被允许在所述轴和/或所述驱动构件内滑动。
13.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，其中，所述飞轮被配置为以15000rpm或更高的速度旋转。
14.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，其中，所述飞轮被设置为在排空腔室内旋转。
15.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，所述飞轮系统包括密封装置，所述密封装置围绕所述轴并且被设置为在所述轴和所述壳体之间形成气密密封。
16.根据权利要求1或2所述的飞轮系统，所述飞轮系统包括安装在所述壳体上的进一步的轴承装置，其中所述进一步的轴承装置被设置为限制所述驱动构件的径向移动。
17.一种包括根据上述权利要求中任一项所述的飞轮系统和联接到所述驱动构件的飞轮驱动系统的组合的设备。
18.根据权利要求17所述的设备，所述设备还包括向所述飞轮驱动系统的流体供给。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述向所述飞轮驱动系统的流体供给被设置为向所述飞轮驱动系统提供润滑功能、冷却功能和致动功能中的至少一种。
20.根据权利要求19所述的设备，所属设备包括进一步的密封装置，所述进一步的密封装置被设置为用于防止所述飞轮系统中的流体和所述飞轮驱动系统中的流体相混合。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述进一步的密封装置环绕和接触所述驱动构件，并形成对所述驱动构件的密封。
22.根据权利要求20或21所述的设备，其中，所述飞轮系统中的所述流体和所述飞轮驱动系统中的所述流体彼此是不同的。
23.根据权利要求18至21中任一项所述的设备，其中，所述飞轮系统中的所述流体是真空油，并且所述飞轮驱动系统中的所述流体选自齿轮油、牵引流体和自动传动流体中的一种。
24.根据权利要求17至21中任一项所述的设备，其中，所述飞轮驱动系统包括多个可选择的离合器。
用于飞轮的连接构件
技术领域
[0001] 本发明涉及用于将飞轮轴联接到飞轮驱动系统的连接构件。特别地，本发明涉及允许飞轮轴相对于飞轮驱动系统的驱动构件进行运动的连接构件。
背景技术
[0002] 用于能量存储和回收的飞轮通常安装在壳体内的轴上，使得飞轮和轴基本上一起运动。轴通过轴承装置安装在壳体上，该轴承装置允许轴(并因此允许飞轮)相对于壳体旋转。通过增加飞轮的旋转速度可以将动能存储在飞轮中。通过将飞轮的旋转能量传递到另一实体(例如车辆驱动轴)，可以从飞轮回收能量。
[0003] 由于飞轮的较高端速(tip speed)，飞轮以高速(例如超过15000rpm或20000rpm的速度)旋转会遭遇很大的空气阻力(或“风阻”)。这导致飞轮的动能损失。为了减少这种损失，可以使用真空泵来至少部分地排空(evacuate)壳体内的腔室，飞轮位于腔室内。排空腔室会降低腔室内的压力，最优地达到近似真空的水平，这意味着飞轮在腔室内旋转时遭遇的空气阻力较小。
[0004] 已知飞轮会表现出可能与壳体相互作用的共振模式，从而导致不期望的噪音，或者在一段时间内导致对飞轮、其支撑轴承或密封装置的损坏。为了抑制(damp)这种振动，飞轮可以通过阻尼器(例如弹性阻尼器)而与壳体相隔离。这可能会导致飞轮和壳体相对于彼此进行平移运动(除了预期的相对于彼此的旋转运动之外)。壳体和飞轮之间的相对运动的其他原因可能会由于安装有飞轮系统的机器所产生的振动而产生；例如，飞轮可以安装在横穿崎岖地形的车辆中的动能回收系统(KERS)中，例如施工车辆(例如挖掘机、装载车辆、采矿车辆、倾卸车、物料搬运车或拖拉机等农用车)。
[0005] 飞轮系统通常包括在腔室内旋转的飞轮。这种飞轮通常安装在能够在轴承装置上旋转的轴上。飞轮轴通常由飞轮驱动系统驱动，例如离合式飞轮传动装置(其通常需要按顺序切换滑动离合器)或无级变速器(CVT)。
[0006] 飞轮轴通过阻尼器安装在壳体上，阻尼器允许轴的全部或部分相对于壳体、并因此同样相对于飞轮驱动系统而进行平移运动。飞轮及其轴相对于飞轮驱动系统的平移运动可能是存在问题的，原因有以下几个。
[0007] 首先，飞轮系统和飞轮驱动系统可能需要不同的流体来执行其各自的期望功能。例如，飞轮系统可能使用真空级油进行润滑，而相邻飞轮驱动系统可能例如使用齿轮油(在离合式飞轮传动装置的情况下)、自动传动油(在自动传动的情况下)、或牵引(traction)流体(在牵引驱动器CVT的情况下)进行润滑。因此，可能需要密封装置来防止两种流体相混合，因为这种混合会降低一种或两种流体的性能，致使它们不适合于各自的功能。飞轮轴的全部或部分相对于飞轮驱动系统的平移运动可能会使得难以在两个系统之间保持密封。用于分离这些不同流体的任何密封装置的密封性能和/或其耐久性可能由于飞轮轴和飞轮驱动系统的相对平移运动而打折扣。
[0008] 其次，壳体内的飞轮和轴的平移运动(例如振动)可能会导致相邻飞轮驱动系统自身相对于安装于其上或其内的任何主体的平移运动(例如振动)。这种振动可能是喧吵的和/或物理上不安定的，因此对于飞轮驱动系统的使用者来说是不愉快的。如果飞轮系统或飞轮驱动系统的部件由于振动而松动，也可能会产生不期望的后果。如果一个或多个振动主体达到振动的谐振模式，则这些问题可能会尤其糟糕。此外，如果飞轮系统的任何轴承、(如适用)密封装置、真空管理系统或轴承装置发生故障，则可能会通过飞轮系统向飞轮驱动系统施加较大的扭矩。因此，如果飞轮驱动系统被保护以防止如此大的扭矩，那将会是有益的。
[0009] 进一步的挑战在于，在飞轮驱动系统控制飞轮的速度或加速度方面存在的不精确性(例如，其中依次被选择的离合器被用作飞轮驱动系统的一部分)可能导致在飞轮驱动系统和飞轮系统之间的交界面处产生较大的扭矩扰动或峰值(spikes)。因此，如果飞轮系统和驱动系统被保护以防止这种扭矩峰值，或者如果这种扭矩峰值被衰减或阻止，那将会是有益的。此外，由于在飞轮驱动系统中的扭矩控制精度差，所以防止这种扭矩也会有助于减小传递至动力传动系统的扭矩脉冲，使得飞轮驱动系统可有助于提供更平滑的扭矩传递，例如，至车辆传动系统。
[0010] 本发明旨在克服或至少改善上述问题。
发明内容
[0011] 对应地，提供一种飞轮系统，其包括：安装在轴上的飞轮；支撑轴的轴承装置；容纳飞轮、轴和轴承装置的壳体；以及用于传递扭矩的连接构件，连接构件被设置为通常在连接构件的近端处与轴进行扭矩传递配合，并且通常在连接构件的远端处具有用于配合驱动构件的配合工具。
[0012] 飞轮系统可以还包括用于阻尼轴和壳体的相对运动的阻尼器。特别地，飞轮系统可以还包括阻尼器，阻尼器被设置为用于阻尼飞轮和壳体在相对于轴的轴线的径向方向上的相对运动，和/或还包括阻尼器，阻尼器被设置为用于阻尼飞轮和壳体在相对于轴的轴线的轴向方向上的相对运动。被设置为用于阻尼飞轮和壳体在相对于轴的轴线的轴向方向上的相对运动的阻尼器，可以设置在飞轮的与连接构件和轴之间的扭矩传递配合相同的一侧。
[0013] 连接构件可以被设置为允许轴和驱动构件的相对径向移动，和/或被设置为允许轴和驱动构件的相对轴向移动。连接构件可以额外地或可替换地被设置为用于提供扭力柔性(torsional compliance)。
[0014] 在一些实施例中，连接构件可以被设置为形成机械保险器(fuse)。连接构件可以例如被设置为在预定扭矩极限断裂，或被设置为在如下预定的组合条件下断裂：当相对于所述壳体轴发生径向位移并且达到预定扭矩极限时。
[0015] 飞轮系统可以还包括润滑供给。润滑供给被引导至轴承装置。
[0016] 连接构件可以是套筒轴。在一些实施例中，套筒轴通过花键联接到轴，和/或被允许在轴和/或驱动构件内滑动。
[0017] 飞轮可以被配置为以15000rpm或更高的速度旋转。飞轮可以被设置为在排空腔室内旋转
[0018] 飞轮系统可以还包括密封装置，密封装置围绕轴并且被设置为在轴和壳体之间形成气密密封。
[0019] 在一些实施例中，飞轮系统可以还包括安装在壳体上的进一步的轴承装置，其中进一步的轴承装置被设置为用于限制驱动构件的径向移动。
[0020] 还提供一种包括飞轮系统和联接到驱动构件的飞轮驱动系统的组合的设备。
[0021] 设备还可以包括向飞轮驱动系统的流体供给。向飞轮驱动系统的流体供给被设置为向飞轮驱动系统提供润滑功能、冷却功能和致动功能中的至少一种。
[0022] 设备还可以包括进一步的密封装置以防止飞轮系统中的流体与飞轮驱动系统中的流体发生混合。进一步的密封装置被设置为环绕、接触驱动构件并形成对驱动构件的密封。飞轮系统中的流体和飞轮驱动系统中的流体可以彼此是不同的。
[0023] 在一些实施例中，飞轮系统中的流体是真空油，并且飞轮驱动系统中的流体选自齿轮油、牵引流体和自动传动流体(automatic transmission fluid)中的一种。
[0025] 现在将通过非限制性实例的方式描述本发明的具体实施例，其中：
[0026] 图1是根据本发明实施例的飞轮系统的示意性横截面；
[0027] 图2是根据本发明实施例的通过连接构件而连接到飞轮驱动系统的飞轮系统的示意性横截面。
具体实施方式
[0028] 本发明实施例示出了将本发明付诸实践的申请人目前已知的最佳方式，但是这不是唯一可实现的方式。下面将仅通过实例的方式进行描述。
[0029] 参考图1，飞轮3安装在壳体1内的排空腔室1a中的轴4上。飞轮3安装在轴4上，使得飞轮3和轴4通常可以作为一个质量块基本上一起运动(特别是旋转)。飞轮3和轴4可以例如整体形成为单个部件，或者也可以形成为单独的部件。
[0030] 轴4通过第一托架12的孔(参见图1和图2的右侧)。轴4通过轴承装置安装在第一托架12上。轴承装置包括两个轴承2，每个轴承2包括内圈2a(图1中径向最靠近轴4)，外圈2b(图1中径向最远离轴4)和位于内圈2a和外圈2b之间的滚动元件2c。轴承2可以是角接触轴承或其他类型的轴承。
[0031] 轴承装置安装在第一托架12上。轴承装置可以通过至少一个止动环(例如卡环(snap ring)或簧环(circlip))和第一托架12的至少一个肩部而相对于第一托架12轴向地(即，在平行于轴4的轴线的方向上)被限制。
[0032] 在所示实施例中，最靠近飞轮3的轴承2的外圈2b的飞轮侧位于靠近第一托架12的肩部。离飞轮3最远的轴承2的外圈2b的外侧(相对于飞轮3)位于靠近止动环(例如具有垫片(shim)的簧环)。止动环(例如，簧环)可以向距离飞轮3最远的轴承2的外圈2b施加力，以迫使外圈2b朝着最接近飞轮3的轴承2的外圈2b，从而推动两个外圈2b朝向第一托架12的肩部并且保持轴承2的外圈2b基本上相对于第一托架12而轴向固定。簧环仅允许轴承装置和第一托架12的较小程度的相对轴向运动。
[0033] 因此，轴承装置可以安装在第一托架12上并被限制，使得其通过止动环(例如簧环)并通过第一托架12的肩部基本上固定在相对于第一托架12的位置。轴承装置与第一托架12可以基本上一起轴向运动。第一托架12与轴承装置也可以或交替地基本上一起径向地(即，在基本上沿着轴4的径向线的方向上)运动。
[0034] 在第一托架12附近的飞轮系统中还包括密封装置11。所示密封装置11包括两个密封件10，这两个密封件10接触或几乎接触轴4并且位于沿着轴4的轴线彼此略微分开的位置，使得两个密封件10面向于彼此并且在密封件10之间沿着轴4的轴线形成有腔体。
[0035] 在所示示例中，密封件10是唇密封件，尽管也可以使用其它类型的密封件。密封件10可以是聚合物密封件，例如聚酰亚胺密封件或橡胶密封件。密封件10可以包括聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、二硫化钼和/或其它材料。在一些实例中，密封件10可以是磁性液体旋转密封件。密封件10基本上接触轴4，使得密封件10密封轴4。或者，密封装置11可以包括机械面密封件。
[0036] 从图1中可以看出，腔体被限定于密封件10之间。密封件10限定腔体的轴向边界，即，密封件10限定：沿着平行于轴4的轴线的线，腔体延伸距离为多少。轴4限定腔体的内部径向边界，而由壳体1限定的圆周壁则划定腔体在轴4径向上的外边界。
[0037] 密封件10和腔体围绕轴4周向延伸，使得其环绕着轴。密封件10和腔体在与轴4的轴线大致正交的平面中被定位和延伸。腔体被设置为使得其可以至少部分地填充有密封流体。密封流体可以是任何适合的液体或气体。在所示实例中，腔体填充有用作密封流体的油。密封件10被设置为使得其将密封流体保持在腔体内，或者将尽可能多的密封流体保持在腔体内。任何通过最靠近于飞轮的密封件10泄漏出腔体并进入排空腔室1a的密封流体都可以通过排空该腔室1a的真空泵而被回收。真空泵可以从例如排空腔室1a的底部将密封流体清除，并将密封流体返回至密封流体的存储器。
[0038] 在一些实例中，密封流体可以是在密封件10和连接至飞轮系统的飞轮驱动系统(例如飞轮传动装置)之间共享的流体。密封流体可以是齿轮油、自动传动流体或无级变速传动流体，例如可以在牵引驱动的情况下使用的牵引流体。
[0039] 在一些实例中，密封流体可以是低粘度油。该油可以是在排空腔室的压力下不蒸发的真空级油。在飞轮装置的工作温度下，该油可以具有约5mm2s-1和15mm2s-1之间的运动粘度。低粘度油可以有利地减少密封装置中的阻力。
[0040] 与密封流体组合的密封件10被设置为用于防止流体(例如空气、润滑剂)和其它物质进入壳体1内的腔室1a内。
[0041] 密封件10和密封流体有助于在腔室1a内在密封装置11的飞轮侧保持较低的(理想为真空的)压力。密封装置11设置为在其两侧之间，即密封装置11的飞轮(真空)侧和密封装置11的大气侧之间，保持大约1个大气压的压差。密封装置11可以形成对轴的气密密封。在密封装置的密封件10的唇和轴4之间的流体薄层或膜可以确保形成气密密封。
[0042] 密封装置11从轴承装置沿轴4安装在壳体1内。在所示实例中，密封装置11安装在轴承装置的飞轮侧，使得密封装置11沿着轴4的轴线比轴承装置更靠近于飞轮3。在其他实例中，轴承装置可以安装为比密封装置11更靠近于飞轮3。密封装置11可以安装在轴承装置附近，或者可以是飞轮系统的其它元件插入在密封装置11和轴承装置之间。
[0043] 如前所述，例如由于飞轮3和轴4的振动、由于飞轮3和轴4在壳体1内的振动或共振、或者由于通过安装有飞轮系统的装置的加速度(例如横穿崎岖地形的车辆)施加的壳体1的运动，使得轴4可能会相对于壳体1平移。
[0044] 轴4围绕不同于其纵向轴线的轴线(即偏移于轴4纵向轴线的轴线，和/或与轴4纵向轴线成一定角度)而相对于壳体1的旋转可能引起轴4的至少一部分相对于壳体1而平移运动。特别地，围绕此轴线的旋转可能引起(通过轴承装置中一个或多个轴承2安装在第一托架12上的)轴4的一部分相对于壳体1的平移运动，从而导致轴承装置和第一托架12的相应的平移运动。围绕此轴线的旋转可能导致轴4相对于壳体1的摆动。
[0045] 轴承2沿着轴4轴向上的较宽间距可以有助于防止这种摆动。因此，在一些实施例中，可以在飞轮3的一侧上具有至少一个轴承装置，并且在飞轮3的另一侧上具有至少另一个轴承装置。在其他实施例中，轴4可以通过飞轮3的仅仅一轴向侧上的一个或多个轴承装置而以悬臂式的方式被支撑。在上述任一情况下，支撑轴承2之间的间距都可以设置为尽可能宽。
[0046] 轴承装置和密封装置11相对于彼此以及相对于排空腔室1a的位置也可以改变。例如，在一些实施例中，一个轴承装置位于排空腔室1a之外(即轴向上在密封装置11之外)，而另一个轴承装置位于排空腔室1a之内。排空腔室1a之内的轴承装置可以与排空腔室1a之外的轴承装置在飞轮3的同一侧上，或者也可以在飞轮3的相对侧上。
[0047] 在一些实施例中，例如图1所示的实施例，飞轮装置可以包括至少一个阻尼器6、7，用于阻尼或衰减壳体1和/或飞轮3的相对运动、振动或共振模式。第一和第二托架12、13可以通过一个或多个阻尼器6、7而安装在壳体1上。阻尼器6、7可以将轴4与壳体1相隔离。阻尼器6、7可以通过将轴4与轴承装置相隔离、和/或通过将轴承装置与壳体1相隔离从而实现轴4与壳体1的隔离，这取决于阻尼器6、7的数量和位置。当轴承装置安装在托架12、13中时，托架12、13可以与壳体1相隔离。
[0048] 在图1所示的特定实施例中，在飞轮3的右侧具有两个阻尼器6(图1的右侧的阻尼器6)，用于阻尼轴4和壳体1在径向上的相对运动；在飞轮3左侧的两个阻尼器6(图1的左侧的阻尼器6)，用于阻尼轴4和壳体1在径向上的相对运动；以及在飞轮3的左侧的两个阻尼器7(图1左侧的阻尼器7)，用于阻尼轴4和壳体1在轴向上的相对运动。
[0049] 如图1的右侧所示，第一托架12通过两个阻尼器6安装在壳体1上。阻尼器6被设置为在大致沿着轴4的径向线的方向上阻尼壳体1和第一托架12的相对运动。因为安装在第一托架12上的轴承2与轴4直接接触，并且飞轮3安装在轴4上，从而飞轮3和轴4基本上一起运动，对壳体1与第一托架12的相对径向运动的阻尼阻尼了壳体1和飞轮3的相对径向运动。
[0050] 用于阻尼壳体1和飞轮3的大致沿着轴4的径向线的方向上的相对运动的阻尼器6，可以被称为“径向”阻尼器。阻尼器6被安装用于径向压缩。阻尼器6可以被安装用于在基本上正交于轴4的轴线的平面中进行剪切(shear)。阻尼器6向飞轮3提供径向限制。阻尼器6可以被配置为允许飞轮3和壳体1相对径向运动至一定距离。阻尼器6可以例如允许飞轮3相对于壳体1从其径向平衡位置(即，当附加外力不再施加于壳体1和/或飞轮3时，飞轮3返回至的(相对于壳体1的)径向位置)移动预定的径向距离。
[0051] 如图1的左侧所示，轴4也通过第二托架13的孔。第二托架13在轴向上(即在与轴4的轴线平行的方向上)分离于第一托架12。第二托架13安装在壳体1上，在飞轮3的具有第一托架12的一侧的相对侧上。第二托架13通过进一步的“径向”阻尼器6安装在壳体1上。该进一步的径向阻尼器6，类似于将第一托架12安装在壳体1上(在图1的右侧上)的阻尼器6，被设置为在沿着轴4的径向线的方向上阻尼壳体1和第二托架13的相对运动。
[0052] 和第一托架12一样，第二托架13在其上安装有包括两个轴承2的轴承装置。和在第一托架12上一样，轴承装置安装在第二托架13上，使得安装在壳体1上靠近于第二托架13的密封装置11比轴承装置更加靠近于飞轮3，即，密封装置11被安装于沿着轴4的轴线从轴承装置朝向飞轮3。
[0053] 第二托架13可以通过轴承装置中的轴承2的其中一个内圈2a的一侧抵靠着的轴4的肩部9、轴承装置中的轴承2的其中另一个内圈2a的一侧抵靠着的止动螺母、以及位于靠近于轴承装置中的其中一个轴承2的外圈2b的止动环(例如，簧环)而相对于轴4被轴向固定。另一个轴承2的外圈2b位于靠近于第二托架13的肩部，并且可以向第二托架13施加力，以使得第二托架13相对于轴承装置和轴4而被轴向固定。因此第二托架13被限制为与轴4轴向运动。第二托架13不能相对于轴4轴向运动。如果轴4轴向运动，则第二托架13只能轴向运动(受制于止动环允许的较小程度的运动)。轴承圈2a、2b是轴4上，并且在托架13内，的紧密滑动或过盈配合，使得第二托架13被限制为与轴4径向运动。第二托架13不能相对于轴4径向运动。如果轴4径向运动，则第二托架13只能径向运动。第一托架12可以通过类似的方式被限制，使得第一托架12被限制为与轴4轴向和/或径向运动。
[0054] 从图1中可以看出，第二托架13也通过附加的阻尼器7而安装在壳体1上。阻尼器7被设置为阻尼壳体1和第二托架13在基本上平行于轴4的纵向轴线的方向上的相对运动。由于第二托架13及其轴承装置受到限制，使得只有当轴4相对于壳体1轴向运动时，它们才可以相对于壳体1轴向运动，对壳体1与第二托架13的相对轴向运动的阻尼阻尼了壳体1和飞轮3的相对轴向运动。用于阻尼壳体1和飞轮3在基本上平行于轴4的纵向轴线的方向上的相对运动的阻尼器7可以被称为“轴向”阻尼器。
[0055] 阻尼器7被安装用于轴向压缩。阻尼器7可以被安装用于在基本上平行于轴4的轴线的平面中进行剪切。阻尼器7向飞轮3提供轴向限制。类似于阻尼器6，阻尼器7可以被配置为允许飞轮3和壳体1轴向上相对运动至一定距离。阻尼器7可以例如允许飞轮3相对于壳体1从其轴向平衡位置(即，附加外力不再施加于壳体1和/或飞轮3时，飞轮3返回至的(相对于壳体1的)轴向位置)移动预定的轴向距离。
[0056] 在所示实施例中，第一托架12没有设置轴向阻尼器7。第一托架12和壳体1在轴向上的相对运动没有被直接阻尼。第二托架13和壳体1在轴向上的相对运动被图1所示的阻尼器7直接阻尼。因此，在所示实施例中，将第二托架13安装在壳体1上的阻尼器7，独自阻尼壳体1和飞轮3的相对轴向运动。
[0057] 因此，第一托架12比第二托架13具有更大的轴向运动自由度(相对于壳体1)。第一托架12可以在壳体1内自由地轴向浮动，而第二托架13被轴向阻尼器7限制，其中轴向阻尼器7限制第二托架13在壳体1内的轴向运动，并将第二托架13与壳体1相隔离。
[0058] 如果，例如轴4在飞轮系统的操作期间发生热膨胀，或者轴4没有被制成为最佳或预期的尺寸，第一托架12的轴向运动的更大的自由度可以允许飞轮装置继续运转，而不会对轴承装置、密封装置11或托架12、13施加过大的应力和/或造成任何损坏。因此，第一托架12的轴向运动的更大的自由度可以增加飞轮装置的某些尺寸的容许公差，从而降低成本。
[0059] 阻尼器6、7可以由用于实现阻尼壳体1和飞轮3相对运动的任何适合的材料制成。阻尼器6、7可以例如包括天然橡胶或碳氟化合物等的弹性体材料。每个阻尼器可以优选采用环的形式，优选为O形环，但是阻尼器也可以是弹性条或弹性片。适合的材料包括任何弹性体物质，例如碳氟化合物、天然橡胶或聚氨酯。如图1所示，托架12、13通过阻尼器6、7被安装在壳体1上，使得阻尼器6、7位于托架12、13和壳体1之间。在一些实例中，一个或多个托架
12、13可以包括金属衬套(bush)，金属衬套包括具有围绕其周界而结合的任何适合的阻尼材料的圆柱形金属套筒。这种衬套可以通过阻尼材料的压缩来提供径向阻尼，并通过阻尼材料的剪切来提供轴向阻尼。在所示实例中，阻尼器6、7位于轴承装置的径向外侧。在其他实例中，阻尼器6、7(和/或金属衬套)可以位于轴承装置的径向内侧，以阻尼轴4和壳体1的相对运动。
12、13可以包括金属衬套(bush)，金属衬套包括具有围绕其周界而结合的任何适合的阻尼材料的圆柱形金属套筒。这种衬套可以通过阻尼材料的压缩来提供径向阻尼，并通过阻尼材料的剪切来提供轴向阻尼。在所示实例中，阻尼器6、7位于轴承装置的径向外侧。在其他实例中，阻尼器6、7(和/或金属衬套)可以位于轴承装置的径向内侧，以阻尼轴4和壳体1的相对运动。
[0060] 考虑到可能施加到飞轮系统以引起壳体1和飞轮3的相对平移运动的力的大小和方向，阻尼器6、7的材料、尺寸和其他性质可以被选择和/或被配置为使得阻尼率适用于飞轮3在壳体1中的预期应用。阻尼器6、7可以被设置为引起壳体1和飞轮3相对运动的临界阻尼、欠阻尼或过阻尼。
[0061] 特别地，依据飞轮系统的应用，阻尼器6、7可以被设置为允许但阻尼飞轮3和壳体1的相对轴向和/或径向运动，或者被设置为完全阻止飞轮3和壳体1的相对轴向和/或径向运动。阻尼器6、7可以被设置为阻尼由飞轮3和/或壳体1所表现的一个或多个振动模式，特别是在飞轮3的操作速度范围内可能发生的共振振动模式。阻尼器6、7可以例如被设置为阻尼飞轮3在其轴承2上摆动的摆动模式。如上所述，可能有利的是，轴承2沿着轴4的轴线在宽度上分离，以减少摆动的影响。
[0062] 通过阻尼器6、7将托架12、13安装在壳体1上意味着托架12、13，轴承装置和轴4会相对于壳体1运动，并且使其相对于壳体1的运动被阻尼和/或限制，这大体上一起进行。
[0063] 参考图2，如上所述，当飞轮3通过连接构件14连接到相邻驱动系统18时，连接构件或联接件14允许飞轮3和壳体1的相对运动，其中驱动系统18为例如飞轮驱动传动(可能包括CVT或离合式飞轮传动)。相邻驱动系统18本身能够可操作地联接到车辆原动机(prime mover)，最终驱动器(final drive)或两者之间的变速器的一部分。如下文中更详细的说明，连接构件14可以采用将安装有飞轮3的轴4联接到驱动构件16的套筒轴的形式。驱动构件16配合于相邻驱动系统18从而在飞轮3和相邻驱动系统18之间转移旋转能量、旋转动量和/或扭矩。在其他实例中，连接构件14可以是允许一定程度径向运动的任何其他形式的扭转联接器，例如优选由不锈钢形成的波纹管或波柱管(beam type coupling)。联接器可以包括两个其间具有柔性构件的金属构件，例如简单的扭转弹性体联接件。金属构件可以互锁，互锁构件之间的间隔被聚合物形成的，弹性体形成的或两者的组合形成的柔性构件所占据；这种联接器可以是爪形联接器。联接器可以包括一个或多个、优选两个万向接头，其可选地包括由例如弹性体的柔性(compliant)化合物形成的柔性构件。联接器可以是滑块(Oldham)联接器。
[0064] 优选地，联接器是套筒轴。
[0065] 连接构件14(例如套筒轴)允许飞轮3和安装有飞轮3的轴4相对于壳体运动(即平移和旋转)，并允许驱动构件16相对于壳体1保持为基本静止(在平移意义上)。连接构件14使得安装有飞轮3的轴4相对于壳体1在径向和/或轴向上平移运动(以及旋转运动)，但不会导致驱动构件16(飞轮3通过该驱动构件16连接到相邻驱动系统18)相应的径向和/或轴向运动。因此，例如飞轮3的轴向平移、径向平移或摆动等任何运动将不会传递到驱动构件16。这可以防止在相邻飞轮驱动系统18中发生损坏、磨损、过早失效或振动。
[0066] 连接构件14具有近端，其邻近于安装有飞轮3的轴4。连接构件14的远端远离于安装有飞轮3的轴4。连接构件14可以设置为扭矩传递配合于安装有飞轮3的轴4以及配合于驱动构件16。
[0067] 在所示实施例中，第二托架13设置有径向阻尼器6和轴向阻尼器7，而第一托架12仅设置有径向阻尼器6。因此，第二托架13的运动被限制在平行于轴4的轴线的方向上以及沿着轴4的径向线的方向上。第一托架12的运动被限制在沿着轴4的径向线的方向上。
[0068] 第二托架13位于轴4的端部或附近，在该处，轴4和连接构件14处于扭矩传递配合状态。因此，与第二托架13相关联的轴向阻尼器7减小了连接构件14所必须适应的轴4和壳体1的相对轴向运动的程度，因为轴向阻尼器7限制了第二托架13相对于壳体1的运动。
[0069] 第一托架12位于轴4的端部，该端部与(轴4和连接构件14处于扭矩传递配合状态的)端部是相对的。第一托架12相对于壳体1的运动的比较自由度(因为第一托架12没有轴向阻尼器7来限制其轴向运动)允许飞轮系统适应于例如在飞轮系统运行期间的轴4长度的变化。
[0070] 如果轴4在飞轮系统的操作期间被加热并且在长度上延伸，则第二托架13支撑的轴4的端部将会由于径向和轴向阻尼器6、7提供的径向和轴向限制而保持在相对于壳体1基本上相同的位置。被第一托架12支撑的轴4的端部能够相对于壳体1轴向运动(例如，至图1和图2中的右侧)，以适应轴4增加的长度。
[0071] 当轴4被冷却并在长度上缩短时，由第二托架13支撑的轴4的端部仍然将会处于相对于壳体1基本上相同的位置，但是由第一托架12支撑的轴4的端部将会运动(例如，至图1和图2中的左侧)，以适应轴减小的长度。
[0072] 在一些实例中，驱动构件16可以设置有密封装置20。密封装置20可以在飞轮系统和相邻驱动系统18之间提供密封，如下将更详细的进行说明，从而防止来自于飞轮系统的流体与来自于相邻驱动系统18的流体相混合。
[0073] 图2中的装置包括飞轮系统，飞轮系统包括安装在壳体1内的排空腔室1a内的轴4上的飞轮3，参考图1如上所述。轴4可操作地联接到驱动构件16，使得轴4的旋转被设置为用于引起驱动构件16的旋转，并且驱动构件16的旋转被设置为用于引起轴4的旋转。驱动构件16可以是适合于特定驱动系统18的任何类型的驱动构件。驱动构件16可以例如是轴、齿轮或其他形式的机械联动装置，其可以被设置为允许在飞轮系统和飞轮驱动系统之间传递驱动力。当驱动构件16为齿轮或联接到齿轮时，驱动力可以从该齿轮径向地移除到驱动系统
18。通常，这种齿轮会形成驱动系统18和驱动构件16之间的升压比的一半，从而允许飞轮被高速驱动，通常大于15000rpm。
18。通常，这种齿轮会形成驱动系统18和驱动构件16之间的升压比的一半，从而允许飞轮被高速驱动，通常大于15000rpm。
[0074] 在所示实例中，轴4通过套筒轴14可操作地联接到驱动构件16。套筒轴14是适合的连接构件的实例。套筒轴14被设置为使得其能够适应轴4(当径向阻尼器6被压缩时，轴4可能相对于壳体1径向运动)和驱动构件16(驱动构件16相对于壳体1被其上安装有驱动构件16的轴承装置22所固定，其必须被限制以使得驱动构件16的相对端部所附接的驱动系统18的内部部件的损坏被最小化或被防止)的相对径向运动。为此，套筒轴14可以是细长的和/或柔性的，从而允许套筒轴14弯曲以适应轴4的相对径向运动。套筒轴14也可以是扭力柔性的(torsionally compliant)，以便提供显著的卷绕能力，因此可以阻尼扭转振动并减小由飞轮驱动系统18施加到飞轮3的扭矩峰值(例如由于施加到飞轮3的扭矩控制不良)，或者反之亦然。轴承装置22可以被称为进一步的轴承装置。轴承装置22可以包括一个或多个轴承并且可以限制驱动构件16相对于壳体1的径向和/或轴向运动。
[0075] 套筒轴14在近端处或近端处附近包括对应于轴4的一端处或其附近的花键(splined)部24(参见图1)的花键部。轴4的花键部24和套筒轴14的花键部被设置为彼此配合，使得旋转能量、旋转动量和/或扭矩可以在轴4和套筒轴14之间传递。另外，轴4和套筒轴14的花键部可以相对于彼此轴向滑动，使得轴4和套筒轴14可以相对于彼此轴向运动，同时保持配置为用于在轴4和套筒轴14之间传递旋转能量、旋转动量和/或扭矩。
[0076] 在图2所示的特定实例中，套筒轴14具有比轴4更窄的直径。套筒轴14的花键部在套筒轴14的外侧，即在套筒轴14的外表面上。轴4的花键部24在轴4的内部，即在轴4的内表面上。当包括有花键部的套筒轴14的端部进入包括有相应花键部24的轴4的端部时，轴4的花键部和套筒轴14的花键部彼此配合。
[0077] 在其他实例中，套筒轴14可以具有比轴4更大的直径，在这种情况下，轴4可以在其外部开设花键，套筒轴14可以在其内部开设花键，并且包括有花键部的轴4的端部可以开槽于(slot inside)包括有相应花键部的套筒轴14的端部。两个花键部的花键的齿距、高度、长度和其他尺寸被设置为使得花键部能够在轴4和套筒轴14之间传递旋转能量、旋转动量和/或扭矩。
[0078] 套筒轴14在其远端处包括配合工具，用于将套筒轴14联接到驱动构件16。配合工具可以包括在套筒轴14上的花键部和驱动构件16上的对应花键部。优选地，在该实施例中，存在用于限制套筒轴14在驱动构件16内移动的工具。例如，套筒轴14可以具有附接(例如螺栓连接)到其端部的凸缘(flange)或垫圈(washer)。凸缘或垫圈可以被设置为抵靠于驱动构件16中的花键的垂直面，从而限制了套筒轴14相对于驱动构件16在一个方向上的轴向移动。插入到驱动构件16中的塞子(bung)可以限制套筒轴14在另一个方向上的轴向移动。因此，可以使用两个这样的轴向止动件来限制或防止套筒轴14在驱动构件16内的轴向运动。
[0079] 在其他装置中，存在用于将套筒轴14螺栓连接或以其他方式刚性地附接到驱动构件16的工具。在这种装置中，套筒轴14相对于壳体1和驱动构件16在轴向和径向上固定在套筒轴14的远端，而套筒轴14的近端可以相对于壳体1径向运动以适应轴4相对于壳体1和驱动构件16的径向运动。轴4相对于壳体1和驱动构件16的轴向运动被轴4和套筒轴14的花键部以滑动方式的彼此配合所适应，即，使得花键部的花键可以彼此滑动通过但是保持为配合状态以传递旋转能量、旋转动量和/或扭矩。
[0080] 在其他实例中，轴4、套筒轴14和驱动构件16可以设置有用于在轴4和套筒轴14之间传递旋转能量、旋转动量和/或扭矩的替代工具，使得轴4可以相对于驱动构件而轴向和/或径向运动。套筒轴14可以例如在远端包括凸缘。凸缘可以例如通过螺栓或其他适合的连接工具而连接到驱动构件16。或者，套筒轴14可以是驱动构件16的整体部分。在另一变型中，套筒轴14可以是驱动构件16中的过盈配合。
[0081] 在另一组实施例中，套筒轴14可以被设置为相对于驱动构件16轴向滑动，但是相对于轴4被轴向固定，通过使用类似的将套筒轴14的轴向运动限制为如上所述的方法。在所有实施例中，套筒轴14被设置为使得其可以在轴4和驱动构件16之间传递旋转能量、旋转动量和/或扭矩。
[0082] 驱动构件16可以连接(例如，在与套筒轴14端相反的一端)至驱动系统18，驱动系统18可以是例如飞轮传动装置。飞轮传动装置可以例如采用无级变速器(CVT)或离合式飞轮传动装置的形式。驱动构件16可以连接到驱动系统18，使得旋转能量、旋转动量和/或扭矩可以在驱动系统18和驱动构件16之间传递。因此，轴4、套筒轴14，驱动构件16和驱动系统18被设置为使得旋转能量、旋转动量和/或扭矩可以(与轴4旋转的)在飞轮3和驱动系统18之间传递能量、动量和/或扭矩可以在飞轮3和驱动系统18之间的任一方向上传送。
[0083] 套筒轴14可以在飞轮3和驱动系统18之间提供机械保险器(fuse)。套筒轴14可以例如在飞轮系统内发生部件故障的情况下保护驱动系统18免受扭矩过载造成的损坏。这种部件故障可能导致飞轮接触表面1c接触壳体接触表面1b，这种接触会导致飞轮组件的快速降速并且向相邻驱动系统18施加较高扭矩。然而，套筒轴14可以被设置为防止轴4和驱动构件16之间的扭矩超过一定的量级。当超过给定量级的扭矩被施加时，套筒轴14可以设置有用于在一端或两端(从轴4和/或驱动构件16)断开的工具，或者套筒轴14可以断开或断裂。
[0084] 套筒轴14可以包括强度降低的部分(例如直径减小的部分)，该部分被设置为在套筒轴14的该部分内的预定扭矩水平时断裂。套筒轴14可以包括剪切销或键槽，其被设置为在预定扭矩水平时断裂。这些可以在轴4和套筒轴14的配合部之内，或者在套筒轴14和驱动构件16的配合部之内，或者它们可以安装在套筒轴14的两个部之间，驱动力是通过所述键槽或剪切销在每个部之间进行传递的。因此，可以保护驱动系统18和/或飞轮系统免受扭矩过载造成的损坏。有利地，套筒轴14通常比飞轮3、轴4或驱动构件16(特别是如果驱动构件16是齿轮)更加便宜。
[0085] 有利的是，套筒轴14意味着飞轮3的输出齿轮(例如)可以安装在相邻驱动构件(例如驱动构件16)上，从而在没有引起驱动系统18的输出齿轮或部件的损坏或振动的情况下，允许轴4可以相对于壳体1和驱动系统18运动。套筒轴14将第二托架13(和轴4)的径向和轴向运动与驱动构件16相分离，从而与驱动系统18的任何可能与驱动构件16连接的部件相分离。套筒轴14开槽于轴4使得整个系统包装体积减小了。
[0086] 如上所述，在一些实例中，可以为驱动构件16提供密封装置20。这可以被称为进一步的密封装置20。该进一步的密封装置20可以被设置为用于对壳体1和驱动构件16密封，以防止(或至少减少)流体或其它物质沿着驱动构件16从壳体1中流出壳体1，和/或防止(或至少减少)流体或其它物质沿着驱动构件16从外壳1流入壳体1。类似于上述图1中所述的密封装置11，该进一步的密封装置20可以包括至少一个密封件，例如唇密封件。在一些实施例中，该进一步的密封装置20可以包括两个唇密封件，两个唇密封件限定出基本上类似于上述参考图1所述的密封装置11的腔体。腔体可以允许来自驱动系统18和飞轮系统中的一者或两者的泄漏通过其相应的密封件(例如，在密封件磨损或损坏的情况下)的密封流体被排出，从而防止每种流体被另一种流体污染。排水管可以将流体引导至捕集(catcher)罐或外部环境。
[0087] 该进一步的密封装置20可以用于防止诸如传动油、齿轮油、自动传动流体(automatic transmission fluid)、牵引流体或与驱动系统18相关联的其它流体等流体沿着驱动构件16进入飞轮系统。类似地，该进一步的密封装置20可以用于防止例如与轴承装置、轴4和/或密封装置11相关联的低粘度真空油等流体沿着驱动构件16离开飞轮系统。这可以防止两种不同类型的流体被污染并相互混合。
[0088] 在一些实施例中，驱动系统18可以使用与存在于密封装置11中(和/或可能存在于轴承2和轴4中及其周围)的相同的流体，在这种情况下可以从装置中省略进一步的密封装置20。
[0090] 另外或替代地，如果车辆是例如服务车辆、工程车辆或非公路用车辆/越野车辆，例如货车、挖土机、轮式装载机、挖掘机、倾卸车等，则飞轮3的动能可以用于使得车辆的另一部分，例如提升臂、机械铲、驾驶室或尾部提升器进行运动。在某些情况下，部件的返回运动(例如在重力作用下)可能会将动能附加到飞轮3上。
[0091] 当在车辆中使用飞轮3时，阻尼器6、7可以用于阻尼由于车辆加速或制动、转弯、行驶于崎岖的地形上或者被装载货物或其他材料而引起的飞轮3和壳体1的相对运动。
[0092] 参照图2如上所述，在一些实施例中，套筒轴14可以设置在飞轮3的一侧上，以与轴4相配合并在轴4(以及飞轮3)和例如驱动系统18的系统之间传递旋转能量。套筒轴14可以是细长的和/或可弹性变形的，从而当径向阻尼器6被压缩并且轴4相对于壳体1径向运动时，套筒轴14足够弹性以适应轴4的轻微平移运动。当飞轮3和轴4相对于壳体1径向运动时，套筒轴14的这种弹性可以完全阻止或至少减小驱动构件16和壳体1的相对径向移动。这可以防止或减少对驱动构件16的另一端连接的驱动系统18造成的损坏，和/或可以防止或减小当轴4相对于壳体1运动时对进一步的密封装置20造成的损坏。
[0093] 如上所述，套筒轴14可以包括花键部，其被设置为适应于轴4相对于壳体1的轴向运动(例如，当轴向阻尼器7被压缩时)。
[0095] 此外，尽管在所示实例中，每个轴承装置具有两个轴承2并且每个托架具有一个轴承装置，但是每个轴承装置可以具有任何数量的轴承2以及每个轴承托架可以具有任何数量的轴承装置，包括每个轴承装置具有仅一个轴承，每个轴承装置具有两个以上的轴承，和/或每个托架具有两个或多个轴承装置。这也适用于其中轴4被支撑于悬臂式结构中的实施例，即轴4仅支撑于飞轮3的一侧上。
[0096] 在本文中，“联接”一词可以表示直接或间接联接。在两个或更多个连接元件之间可能存在或可能不存在中间部件。
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