【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明总体上涉及用于转子的端板设计。具体地，其涉及由堆叠式层叠件形成的端板设计，这种端板适用于与飞轮转子一起使用。
技术介绍
1、应用在多小时公用事业规模应用以及诸如不间断电源(ups)的短时段电力应用中的现代能量储存转子通常利用复合纤维缠绕转子或钢材建成。当处理在公用事业应用以及在一些商业/工业环境中出现的多小时放电应用时，优化转子成本是核心目标。
2、飞轮转子的成本可以构成制造出的系统成本的50％的范围。因此，其他飞轮部件构成系统成本的另一半。这些系统成本中的许多随转子体积和/或质量的增加而增加。因此，减少转子体积和质量是飞轮能量储存系统中的首要问题。
3、整体钢转子能够利用标准的钢材加工工艺——一次熔化，二次再熔化净化步骤，锻造，淬火和回火——以便在可达到的设计空间内获得期望的形状和材料机械性能。一般地，转子形状可以由“形状系数”k表示特征
4、
5、其中，e是储存的动能，v是转子的总体积，以及σ是转子的峰值应力。形状系数的范围从0到1。粗略地，该形状系数是转子材料利用率的效率的指示。高形状系数是在转子体积上的应力分布相当均匀的指示，因此对应于好的材料利用率。从形状系数的定义也可以看出，储存的能量直接与转子峰值应力成比例关系。因此，实际可用的峰值应力限定多少能量可储存在转子中。最大峰值应力可由与材料的屈服应力或极限应力相关的失效标准来限制，或者可由循环疲劳约束来限制。
6、一般地，带有在6-20英寸范围内的大轴向厚度大型多吨整体实心圆柱形转子具有在0.55的范围内
7、为了制造带有足够能量容量的转子，转子的总体积(或质量)需要适当地设计尺寸。转子的堆叠式层叠件构造使转子尺寸与用于单个层叠件的制造工艺脱钩。围绕中心轴线对称的圆柱形转子的尺寸由其轴向长度和直径，或侧向长度，来明确。直径仅受到可获得的材料原料的供应宽度、即卷材宽度的限制。堆叠式层叠件转子的轴向尺寸由多少个层叠件堆叠来限定。因此，几乎可以实现转子的任何轴向尺寸。可以利用堆叠式层叠件方法来实现的相对无约束的转子尺寸，与使用实心锻造法而可实现的尺寸相反，实心锻造法是用在实心转子的制造中的替代方法。
8、冷轧是通常跟在标准热轧工艺之后的工艺，在这种工艺中，先前热轧的板材料在厚度方面进一步减小。术语冷轧是指在该工艺中允许的温度低于在金属表面上将会形成氧化皮的温度。冷轧在金属生产行业中广泛地使用，并且产品以卷材或片材形式出售，并且在多种金属中提供多种可能的合金、处理和精整加工条件。示例材料是在汽车制造的许多部件中使用的材料，诸如易于可成型的汽车车身面板部件，以及保险杠和结构面板中使用的高强度部件。电气行业中用于建造变压器、电动机和发电机的硅钢材料也是冷轧的，以实现所需的厚度、均匀度和精整度。
9、用于汽车保险杠和结构面板的关键应用的冷轧钢材料容易获得极高的抗拉强度，例如可高达2000mpa。这种材料由领先的全球供应商通常地提供为从0.5mm到2.0mm范围内的厚度。材料质量通常是出色的，并且利用自动光学检测系统容易进行检测。因此，大型面板内通常不会出现缺陷。此外，由于这种薄材料的淬火步骤允许足够的冷却速率，即使是低合金钢也能轻易实现完全整个硬化，因此可以使用非常基本的碳素钢合金来实现极高的强度。
10、如前所述，对于层叠钢转子，有超过整体锻钢转子的若干成本和性能的优势：(1)冷轧钢的连续加工比整体转子所需的单独加工更经济。基本上，无处不在的连续轧制工艺取代了一次性锻造步骤；(2)整体转子厚度受到所使用的钢合金的淬透性(hardenability)的限制。要使6英寸厚的转子实现与2mm厚的层叠件相同的强度水平，必须使用贵得多的合金钢。由于淬透性限制，整体锻件在最大厚度方面已达到极限，而包括冷轧层叠件的转子可以根据厚度需要堆叠成组装好的转子，因为每个层叠件都单独地淬火和回火；(3)层叠的钢转子在钢材中存在的缺陷方面也具有优势。如上所述，冷轧和检测工艺生产出极高质量的材料。此外，在飞轮转子中，最大应力在平面内径向和环向(周缘)方向。垂直于径向或环向方向定向的缺陷将比平行于环向和径向方向的缺陷将会更快地形成裂缝和生长。轧制工艺使晶粒和任何缺陷平行于轧制方向定向，这从疲劳裂纹生长的角度来看是最佳的。整体锻造转子可能具有定向成与转子轴线平行的缺陷，这是对于此类结构中产生的疲劳裂纹的最脆弱的定向。
11、实心锻件的检测通常通过超声波(ut)检测在整个体积上进行，并且对于表面检测是通过磁性颗粒和/或模具渗透检测。尽管这些是标准化的测试工艺，但要求很高，因为检测错误可能是灾难性的。相比之下，冷轧材料的检测已经在生产实践中明显更为自动化，并且在检测的成本和最终产品质量方面具有优势。
12、在旨在进行数万次全摆动应力循环的应用中，每次都对应于飞轮能量储存系统的完整深度循环，应力摆动通常受到循环疲劳的实际限制。循环疲劳寿命取决于缺陷的存在(或不存在)，以及其随后作为裂纹增长到临界尺寸，随后沉淀为断裂。裂纹增长是应力在给出的最小水平和最大水平之间循环的直接结果。由于冷轧层叠件具有它们的固有残余缺陷的有利排列，因此层叠件展示出抵抗循环疲劳的极佳的弹性。
13、seth r.sanders等人于2020年2月11日提交的美国专利第11,362,558号描述了一种飞轮转子，该飞轮转子由一个堆叠在另一个顶上的一定数量的相邻的层叠件叠形成。本专利技术还公开了成堆叠的层叠件的一端或两端处的端板。美国专利第11,362,558号中公开了端板的各种实施例。然而，进一步的研究和开发表明，钢材端板也可以从用于该专利中公开的钢转子的堆叠式层叠件方法中受益。
14、本专利技术是针对这些考虑和其它考虑作出的。
技术实现思路
1、本专利技术旨在使用堆叠式层叠件来制造用于飞轮转子的端板。
2、某些实施例针对端板的设计，这些端板在两端处支托形成转子的成堆叠的层叠件。端板实施例包括中心区域和从中心区域径向地向外发散的多个辐条。在一个实施例中，每个辐条包括接纳螺栓的孔。在某些实施例中，螺栓穿过每个转子层叠件，并且将层叠件固定到端板。在一个实施例中，端板本身由一定数量的层叠件构成，并且每个层叠件具有与各转子层叠件中的孔对齐的孔。
3、其他实施例针对一种用于转子的堆叠式层叠件端板，包括：多个相邻的层叠件，一个堆叠在另一个顶上，其中每个层叠件具有相同的形状，该形状具有围绕中心轴线对称的中心区域；以及多个辐条，每个辐条从中心区域径向地向外发散，其中每个辐条在其远端处包括通孔；并且其中层叠件一个堆叠在另一个顶上且对齐，使得对于每个辐条而言能够使螺栓插入贯通每个层叠件的对应通孔。
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1.一种用于转子的堆叠式层叠件端板，包括：
2.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，螺纹螺母插入到每个辐条的通孔中。
3.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，有8根所述辐条。
4.根据权利要求1所述的飞轮转子，其特征在于，没有通孔贯通所述中心区域的轴向中心。
5.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，所述层叠件由选自由钢、塑料、碳纤维、复合材料和水泥组成的组的材料制成。
6.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，每个所述层叠件由单个材料片材形成。
7.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，所述层叠件的所述辐条通过从在所述中心区域外部在相邻所述辐条之间的区域移除材料来形成。
8.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，相同的所述形状还包括：
9.根据权利要求8所述的端板，其特征在于，所述中心区域是大致圆形形状，并且每个所述中间通孔置于所述中心区域的周缘的外部。
10.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，所述层叠件中的至少一个包括标签，其中在制造工艺期间使用所述标签，以使多
11.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，相同的所述形状还包括：
12.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，在制造工艺期间，粘合剂被施加到每个所述层叠件。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于转子的堆叠式层叠件端板，包括：
2.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，螺纹螺母插入到每个辐条的通孔中。
3.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，有8根所述辐条。
4.根据权利要求1所述的飞轮转子，其特征在于，没有通孔贯通所述中心区域的轴向中心。
5.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，所述层叠件由选自由钢、塑料、碳纤维、复合材料和水泥组成的组的材料制成。
6.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，每个所述层叠件由单个材料片材形成。
7.根据权利要求1所述的端板，其特征在于，所述层叠件的所述辐条通过从在所述中心区域...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·B·盖瑟，S·R·桑德斯，M·J·浩罗威，K·W·罗德瓦德，K·莱特，
申请(专利权)人：安珀动力能源公司，
类型：发明
国别省市：
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