[發明專利]氣墊飛輪儲能

無效

• 申請號: 200910022171.3
• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號: CN101873027A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 楊金玉
• 申請（專利權）人: 楊金玉
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;F03B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域??飛輪儲能是將能量以動能的形式儲存在高速旋轉的飛輪中。再結合電機、電子技術，先利用電動機驅動飛輪使高速旋轉，電能轉變為動能而儲存；當需要電能時，飛輪帶動電動機作發電機運行，將飛輪動能轉換成電能。飛輪的加速和減速實現了充電和放電，故又稱飛輪電池。該飛輪電池可應用于電力系統調峰、風力發電、太陽能發電、大功率調峰等領域。屬機械、電力、交通技術領域。

背景技術??目前飛輪儲能的關鍵技術之一是利用主動磁軸承，超導磁軸承和機械軸承結合的辦法，減低軸承(高速、重載)的摩擦損耗。而主動磁軸承體積大，需要消耗較大的控制功率，臨界轉速低，成本高；而高溫超導磁軸承技術目前尚不成熟，且需要復雜的制冷裝置。

本發明是楊金玉發明(200910021015.5)的延續。

發明內容??把楊金玉發明(200910021015.5)直接引用來做飛輪電池，是非常合適的。密封氣墊承載能力強，技術成熟，成本低，比磁懸浮更易實現產業化。詳細內容結合附圖加以說明。

附圖說明??圖1為氣墊飛輪儲能裝置構成圖。圖中：

1、飛輪：要有很好的動平衡特性。

2、密封氣盒：為承受巨大的大氣壓，密封氣盒做成球殼形，為制造和安裝方便，球殼設計成多瓣拼接結構，其底部密封安裝在地基上，在飛輪底部與地基之間的A處裝有環形氣體密封裝置，這是一種動態非接觸密封，目的是阻抑氣體沿旋轉飛輪與地基(或密封盒)的間隙處泄漏。球形氣盒頂部裝有飛輪定位軸承及軸承座。若軸承座裝在球形氣盒外(即飛輪軸伸出氣盒外)，則需要用磁流體密封沿轉動軸泄漏的氣體，飛輪軸的旋轉線速度比飛輪外周的線速度要小得多，用磁流體密封效果很好。若如圖1把軸承座裝在球形氣盒內，則不需要密封裝置。

使用真空泵抽去由球形氣盒、飛輪底面及部分地基所構成的氣體密封空間的空氣，形成負氣壓差ΔP，那么外面的大氣壓將作用在飛輪底面，對飛輪有向上推的浮力F＝ΔP×S，其中S為沒有包在密封空間內的飛輪底面AA區面積。我們可以控制負氣壓的大小，使氣體浮力正好等于飛輪及其附屬件的重量，這樣飛輪就懸浮在普通空氣中，飛輪對軸承無重力壓力。我們舉一例子說明氣墊的承載能力和氣壓差的大小：為簡單，設飛輪為半球體狀，底部直徑為10米，由比重為2的纖維復合材料制成。可算得飛輪的體積飛輪的重量為433.6噸，飛輪底面積S＝πr²＝78.54米²那么懸浮飛輪所需的負氣壓差ΔP＝433.6噸/78.54米²＝0.55kg/cm²＝53.936kPa。可見只要較小的氣壓差就能使巨大的飛輪懸浮在空氣中，大大降低了制造大型飛輪儲能裝置的難度。可以把負壓工作的球形密封氣盒氣墊飛輪歸類于楊金玉發明(200910021015.5)中的吊頂式氣墊飛輪，其制造難度和成本比正氣壓工作的托底式氣墊飛輪要高，但飛輪在稀薄空氣中的阻力小得多，尤其是超高速旋轉飛輪受益更大。

3、電機和功率電子變換器：為適應飛輪的高速旋轉要求，有四種電機可供選擇：感應電機、開關磁阻電機、同步磁阻電機、永磁無刷直流/交流電機。功率電子變換器的功能是實現儲能/放能的控制及改變電流電壓的頻率和波形，以滿足用戶的需求。在圖1中電機沒有放入球形氣盒內，若放入氣盒內空氣阻力會更小。

4、氣墊密封裝置：氣墊飛輪的氣墊密封一般采用動態非接觸式密封。往往發生在兩處，一處是當需要把飛輪軸伸出密封氣盒外時，則要阻抑氣體通過旋轉軸與密封盒的間隙泄漏，一般采用磁流體密封就會取得好效果。如果仍把飛輪軸包在密封盒內，此處不要密封了。另一處是旋轉飛輪與密封盒的間隙處，可用機械密封方式、磁流體密封方式、迷宮密封方式進行密封。

5、軸承：由于密封氣墊正好承載了飛輪及其附件的全部重量，飛輪對軸承沒有重力壓力，在飛輪動平衡特性很好時，軸承的作用僅僅是定位。但我們還要在地基上裝一些零星的滾子起止推作用，以備裝配飛輪及密封氣盒失靈時之急需。當正常氣墊使飛輪懸浮時，這些滾子與飛輪不接觸；只在密封失靈飛輪下降時才接觸這些滾子。

6、氣壓調節裝置：由氣泵、氣壓表及閥門組成。