本實(shí)用新型涉及一種飛輪，且更具體地，涉及一種包括配重的飛輪。

背景技術(shù)：

在多種機(jī)械（例如，但不限于車輛）中，飛輪被用于能量的儲(chǔ)存。飛輪可在車輛的不同位置處使用，以用于在多種情形中接收或供應(yīng)能量。如本領(lǐng)域通常所公知的，飛輪與內(nèi)燃機(jī)的曲軸相聯(lián)接。在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力沖程過程中，能量通過曲軸被儲(chǔ)存至飛輪，且在發(fā)動(dòng)機(jī)的其余沖程過程中，由曲軸從飛輪接收能量。這種布置確保在內(nèi)燃機(jī)的不同沖程中維持更加均衡的曲軸角速度，且更加均衡的扭矩被提供至車輛的驅(qū)動(dòng)組件。

除了以上所述之外，飛輪還可以被設(shè)置成遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，且通過齒輪連接至車輛的驅(qū)動(dòng)軸，以用于能量的儲(chǔ)存和釋放。在這種飛輪中，所期望的是，在聯(lián)接過程中飛輪的速度應(yīng)該匹配聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)軸的齒輪的速度。典型地，需要附加組件來使得飛輪的速度匹配齒輪的速度。這種附加組件使得整個(gè)系統(tǒng)更加龐大且耗能。另一種用于匹配飛輪的速度的技術(shù)是使用一種能夠改變其自身的慣量的飛輪。這種飛輪可以調(diào)整它們的速度，而無需任何附加的傳動(dòng)組件。這種飛輪包括一種機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于改變附加配重到飛輪中心的距離，以改變飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。然而，由于在飛輪的高角速度下附加配重的不穩(wěn)定性，所以這種飛輪并不能夠儲(chǔ)存足夠的能量。因此，需要一種改進(jìn)的飛輪，該飛輪無需附加的傳動(dòng)組件來改變它們的速度，且在高角速度下還可以保持穩(wěn)定。

美國專利公開號(hào)7044022公開了一種可變慣量飛輪設(shè)備，其被連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。該專利描述了一種具有可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪，在飛輪和可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的主體上分別形成有第一導(dǎo)向槽和第二導(dǎo)向槽?？梢苿?dòng)配重設(shè)置在重疊位置處，且可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件通過液壓壓力相對(duì)于主體而旋轉(zhuǎn)。然而，該參考文獻(xiàn)并未公開采用遠(yuǎn)離于曲軸、用于儲(chǔ)存能量的飛輪，以及用于在高角速度下穩(wěn)定飛輪的任何方法。因此，需要一種改進(jìn)的飛輪結(jié)構(gòu)，其可平衡由在可變飛輪中的附加的配重所產(chǎn)生的力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種飛輪。該飛輪包括具有圓形形狀的邊緣、第一輪轂以及至少兩個(gè)輪幅，該第一輪轂同軸設(shè)置在邊緣內(nèi)部且沿著邊緣的第一軸線延長。至少兩個(gè)輪輻中的每個(gè)輪輻均具有聯(lián)接至邊緣的第一端，以及聯(lián)接至第一輪轂的第二端。另外，飛輪包括第二輪轂，該第二輪轂設(shè)置成與邊緣同軸，且適于在第一輪轂的外表面上沿著邊緣的第一軸線滑動(dòng)。第二輪轂具有至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件。該至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件包括凹槽。該飛輪包括對(duì)應(yīng)于至少兩個(gè)輪輻的至少兩個(gè)組件，以使得至少兩個(gè)組件中的一個(gè)組件被聯(lián)接至至少兩個(gè)輪輻中的一個(gè)輪輻。至少兩個(gè)組件的每個(gè)均包括第一配重，該第一配重設(shè)置成鄰近于第一輪轂，且設(shè)置成與至少兩個(gè)輪輻的一個(gè)輪輻同軸。第一配重適于沿著至少兩個(gè)輪輻的一個(gè)輪輻的長度滑動(dòng)，且具有至少一個(gè)突出構(gòu)件。該至少一個(gè)突出構(gòu)件適于沿著至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件的凹槽滑動(dòng)。彈簧構(gòu)件設(shè)置成沿著徑向方向鄰近于第一配重，且該彈簧構(gòu)件設(shè)置成與第一配重同軸。該彈簧構(gòu)件適于將彈簧力施加至第一配重，以對(duì)抗第一配重在徑向方向上沿著至少兩個(gè)輪輻的一個(gè)輪輻的長度的滑動(dòng)。支撐構(gòu)件設(shè)置成沿著徑向方向鄰近于彈簧構(gòu)件，且該支撐構(gòu)件設(shè)置成與彈簧構(gòu)件同軸。支撐構(gòu)件適于沿著至少兩個(gè)輪輻的一個(gè)輪輻的長度滑動(dòng)。配重組件包括至少一個(gè)第二配重，該至少一個(gè)第二配重設(shè)置成沿著徑向方向鄰近于支撐構(gòu)件。該至少一個(gè)第二配重具有凸輪形狀，且適于繞著至少一個(gè)第二配重的第二軸線旋轉(zhuǎn)。在高于飛輪的預(yù)定角速度時(shí)，該至少一個(gè)第二配重適于壓縮彈簧構(gòu)件。配重組件包括安裝構(gòu)件，該安裝構(gòu)件設(shè)置成與支撐構(gòu)件同軸，且聯(lián)接至至少一個(gè)第二配重。安裝構(gòu)件適于沿著至少兩個(gè)輪輻的一個(gè)輪輻的長度滑動(dòng)。致動(dòng)器聯(lián)接至第二輪轂，且適于沿著邊緣的第一軸線來移動(dòng)第二輪轂。

本實(shí)用新型飛輪的技術(shù)方案，通過第一配重沿輪輻長度方向的位置變化，來改變飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以使飛輪的速度與第一齒輪的速度調(diào)速匹配。因而，飛輪能夠更加穩(wěn)定均衡地將能量有效地傳遞至動(dòng)力系統(tǒng)或從動(dòng)力系統(tǒng)接收儲(chǔ)存能量。并且飛輪省去了在飛輪與動(dòng)力系統(tǒng)之間傳遞能量的附加傳動(dòng)組件的使用。

從以下說明和附圖，本實(shí)用新型的其它特征和方面將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例具有飛輪的車輛的示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例飛輪的三維透視圖；

圖3A是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例飛輪的一部分的主視圖；

圖3B是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例圖3A的沿線1-1’截取的側(cè)視剖視圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例處于低速度下的飛輪的主視圖；以及

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例處于高速度下的飛輪的主視圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1，除了其它部件之外，動(dòng)力系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12、第一離合器14、傳動(dòng)模塊16、控制器18、差速器20以及飛輪22。車輛的動(dòng)力系統(tǒng)10適于將傳輸動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)12聯(lián)接至車輪24、26、28、30。車輪24、26、28、30需要?jiǎng)恿眚?qū)動(dòng)車輛。傳動(dòng)模塊16適于提供受控的動(dòng)力提供至車輪24、26、28、30。在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，不包括發(fā)動(dòng)機(jī)12、傳動(dòng)模塊16和控制器18的動(dòng)力系統(tǒng)10還可被稱為傳動(dòng)系或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。根據(jù)一實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以為前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)或全輪驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)12通過第一離合器14、第一驅(qū)動(dòng)軸32、傳動(dòng)模塊16和第二驅(qū)動(dòng)軸34被聯(lián)接至差速器20。

飛輪22通過軸38連接至第一齒輪36。第一齒輪36還聯(lián)接至第二齒輪40。在一實(shí)施例中，第一齒輪36和第二齒輪40具有固定的齒輪比。第二齒輪40聯(lián)接至第一驅(qū)動(dòng)軸32?？刂破?8聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)12、第一離合器14、傳動(dòng)模塊16和飛輪22?？刂破?8適于控制車輛的電氣系統(tǒng)或子系統(tǒng)，例如但不限于，第一離合器14。第二離合器42適于將飛輪22接合至第一齒輪36或使兩者分離。當(dāng)車輛移動(dòng)且飛輪22通過第二離合器42接合至第一齒輪36時(shí)，根據(jù)相對(duì)于第一齒輪36的速度的飛輪22的速度，車輛的動(dòng)能從飛輪22被儲(chǔ)存或回收。當(dāng)?shù)谝积X輪36的速度大于飛輪22的速度時(shí)，飛輪22適于從動(dòng)力系統(tǒng)10的第一齒輪36接收動(dòng)能。當(dāng)?shù)谝积X輪36的速度小于飛輪22的速度時(shí)，飛輪22適于將動(dòng)能傳遞至第一齒輪36。當(dāng)?shù)谝积X輪36的速度大于飛輪22的速度時(shí)，飛輪22適于從第一齒輪36接收動(dòng)能。當(dāng)不需要飛輪22時(shí)，通過第二離合器42將飛輪22與第一齒輪36分離。

參考圖2，飛輪22包括包圍第一輪轂46的邊緣44、第二輪轂48、至少兩個(gè)輪輻50、對(duì)應(yīng)于至少兩個(gè)輪輻50的每個(gè)輪輻的至少兩個(gè)組件52、致動(dòng)器54。在一實(shí)施例中，飛輪22具有下述設(shè)計(jì)：其包括用于操作的至少兩個(gè)輪輻50。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍的情況下，飛輪22還可使用用于飛輪22的合適操作的任何數(shù)量的輪輻50。在圖2所示出的示意性實(shí)施例中，飛輪22具有四個(gè)輪輻50以及對(duì)應(yīng)于四個(gè)輪輻50的四個(gè)組件52。邊緣44具有預(yù)定直徑的圓形形狀。第一輪轂46同軸地設(shè)置在邊緣44內(nèi)，且沿著邊緣44的第一軸線2-2’延長。第一輪轂46的外表面56包括多個(gè)花鍵58。輪輻50具有聯(lián)接至邊緣44的第一端60和聯(lián)接至第一輪轂46的第二端62。第二輪轂48與邊緣44同軸對(duì)齊。第二輪轂48適于在花鍵58上滑動(dòng)。第二輪轂48具有至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件64。第二輪轂48包括8個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件64。導(dǎo)向構(gòu)件64具有凹槽66。凹槽66可具有其它形狀，例如但不限于，矩形形狀、橢圓形、弧形邊緣等。

組件52包括第一配重68、彈簧構(gòu)件70、支撐構(gòu)件72以及配重組件74。第一配重68設(shè)置成在徑向方向上遠(yuǎn)離第一軸線2-2’鄰近于第一輪轂46，且與輪輻50同軸對(duì)齊。第一配重68適于沿著輪輻50的長度滑動(dòng)。第一配重68包括位于第一配重68的每側(cè)上的至少一個(gè)突出構(gòu)件76。在一實(shí)施例中，第一配重68包括兩個(gè)突出構(gòu)件76。突出構(gòu)件76沿著凹槽66滑動(dòng)，以使得第一配重68能夠移動(dòng)。第一配重68具有預(yù)定重量。彈簧構(gòu)件70在徑向方向上遠(yuǎn)離邊緣44的第一軸線2-2’對(duì)齊鄰近于第一配重68。彈簧構(gòu)件70還與第一配重68同軸對(duì)齊。彈簧構(gòu)件70為高彈簧剛度的壓縮彈簧。支撐構(gòu)件72設(shè)置成在徑向方向上遠(yuǎn)離于邊緣44的第一軸線2-2’鄰近于彈簧構(gòu)件70，且與彈簧構(gòu)件70同軸對(duì)齊。支撐構(gòu)件72適于沿著輪輻50的長度滑動(dòng)。

配重組件74包括至少一個(gè)第二配重78和安裝構(gòu)件80。第二配重78設(shè)置成在徑向方向上遠(yuǎn)離于邊緣44的第一軸線2-2’鄰近于支撐構(gòu)件72。第二配重78具有凸輪形狀和預(yù)定的重量。第二配重78適于繞著第二軸線3-3’旋轉(zhuǎn)。安裝構(gòu)件80與支撐構(gòu)件72同軸對(duì)齊，且適于沿著輪輻50的長度滑動(dòng)。第二配重78經(jīng)由安裝構(gòu)件80聯(lián)接。

參考圖3A和圖3B，飛輪22的致動(dòng)器54通過軸承82被聯(lián)接至第二輪轂48。致動(dòng)器54適于沿著邊緣44的第一軸線2-2’移動(dòng)第二輪轂48。隨著第二輪轂48沿著第一軸線2-2’移動(dòng)，導(dǎo)向構(gòu)件64也沿著第一軸線2-2’移動(dòng)。由于導(dǎo)向構(gòu)件64沿著軸線2-2’的移動(dòng)，突出構(gòu)件76適于沿著凹槽66滑動(dòng)以在邊緣44的徑向方向上移動(dòng)，致使第一配重68沿著輪輻50的長度進(jìn)行移動(dòng)。由于第一配重68的位置沿著邊緣44的徑向方向可以變化，因此飛輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)變化。當(dāng)?shù)谝慌渲?8朝向邊緣44移動(dòng)時(shí)，飛輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，且當(dāng)?shù)谝慌渲?8從邊緣44移動(dòng)離開時(shí)，飛輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低。

參考圖4，當(dāng)飛輪22以較低的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，在第一配重68中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。沿著徑向方向遠(yuǎn)離于邊緣44的第一軸線2-2’產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（還被稱為位置應(yīng)力）。該內(nèi)應(yīng)力通過彈簧構(gòu)件70得以抵消，該彈簧構(gòu)件70沿著徑向方向朝向邊緣44的第一軸線2-2’施加彈簧力，以對(duì)抗第一配重68的滑動(dòng)。在飛輪22的較低旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，配重組件74對(duì)抵消內(nèi)應(yīng)力不起任何作用。配重組件74的第二配重78保持在其正常位置（還被稱為原始位置）處，且并不適于沿著徑向方向推動(dòng)支撐構(gòu)件72。

參考圖5，當(dāng)飛輪22的旋轉(zhuǎn)速度（即角速度）在預(yù)定值之上時(shí)，在第一配重68中產(chǎn)生兩種類型的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力為取決于位置的應(yīng)力和取決于速度的應(yīng)力。沿著徑向方向遠(yuǎn)離于邊緣44的第一軸線2-2’產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。取決于位置的應(yīng)力通過由彈簧構(gòu)件70產(chǎn)生的彈簧力得以抵消。彈簧構(gòu)件70適于沿著徑向方向朝向邊緣44的第一軸線2-2’施加彈簧力，以對(duì)抗第一配重68的滑動(dòng)。

取決于速度的應(yīng)力通過支撐構(gòu)件72和配重組件74得以抵消。當(dāng)飛輪22以高于預(yù)定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，配重組件74的第二配重78也繞著第二軸線3-3’旋轉(zhuǎn)，沿著徑向方向朝向邊緣44的第一軸線2-2’推動(dòng)支撐構(gòu)件72。由于支撐構(gòu)件72設(shè)置成鄰近于彈簧構(gòu)件70，所以支撐構(gòu)件72壓縮彈簧構(gòu)件70，這產(chǎn)生彈簧力以抵消第一配重68中取決于速度的應(yīng)力。實(shí)際上，通過由配重組件74在彈簧構(gòu)件70上產(chǎn)生的力來抵消取決于速度的應(yīng)力。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍的情況下，致動(dòng)器54可以為液壓控制、機(jī)械控制或氣動(dòng)控制的。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍的情況下，取決于飛輪22的設(shè)計(jì)需求，飛輪22可包括一個(gè)或多個(gè)輪輻50、組件52和突出構(gòu)件76。

工業(yè)實(shí)用性

本實(shí)用新型提供一種飛輪22。通過沿著輪輻50的長度移動(dòng)第一配重68來改變飛輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)?shù)谝慌渲?8朝向邊緣44移動(dòng)時(shí)，飛輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，且當(dāng)?shù)谝慌渲?8從邊緣44移動(dòng)離開時(shí)，飛輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低。針對(duì)具有恒定量能量的飛輪22，降低其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)增加其速度，而增加其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)降低其速度。由于飛輪22適于通過改變其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來改變其速度，因此飛輪22自身足以使其速度匹配第一齒輪36的速度，以便將能量傳遞至動(dòng)力系統(tǒng)10或從動(dòng)力系統(tǒng)10接收能量。因而，飛輪22省去了對(duì)附加傳動(dòng)組件的使用，以便在飛輪22與動(dòng)力系統(tǒng)10之間傳遞能量。

而且，飛輪22包括一機(jī)構(gòu)來抵消在第一配重68上所產(chǎn)生的取決于位置的應(yīng)力和取決于速度的應(yīng)力（當(dāng)飛輪22以較高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，這兩種應(yīng)力會(huì)使得第一配重68不穩(wěn)定）。為了抵消取決于位置的應(yīng)力，彈簧構(gòu)件70適于沿著徑向方向施加彈簧力至第一配重68。為了抵消取決于速度的應(yīng)力，第二配重78繞著第二軸線3-3’旋轉(zhuǎn)，沿著輪輻50的長度推動(dòng)支撐構(gòu)件72。支撐構(gòu)件72壓縮彈簧構(gòu)件70，彈簧構(gòu)件70沿著徑向方向施加彈簧力至第一配重68，并抵抗取決于速度的應(yīng)力。

盡管參考以上實(shí)施例已經(jīng)特別地示出并描述了本實(shí)用新型的方面，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍的情況下，可以設(shè)想通過已公開的機(jī)械、系統(tǒng)和方法的改進(jìn)來獲得各種附加實(shí)施例。這種實(shí)施例應(yīng)當(dāng)被理解為落入如根據(jù)權(quán)利要求及其任何等同物所確定的本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。