[發明專利]一種雙圓盤結構飛輪儲能系統

無效

• 申請號: 200910215967.0
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101924418A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·蓋卜瑞斯
• 申請（專利權）人: 蘇州菲萊特能源科技有限公司
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用型涉及一種高效率、高功率、低成本的飛輪儲能系統。

背景技術

作為化學電池和超級電容器的一種替代產品，飛輪儲能系統儲存電能，具有壽命長、維護量小、高效率、和高功率的優點。飛輪儲能依靠旋轉的飛輪把電能轉換為動能儲存起來。飛輪儲能系統依靠電機來實現充放電。充電時，電機推動飛輪轉動，把電能轉換為動能儲存起來；放電時，飛輪驅動電機，把動能轉換為電能釋放出去。電機有多種設計方法，不同方法有各自的優點，適合于不同的要求。飛輪一般使用鋼和復合材料來制造，所以有鋼飛輪、復合材料飛輪、以及鋼和復合材料混合飛輪。飛輪儲能系統一般使用磁懸浮軸承來支撐飛輪，來實現減少摩擦和提高系統壽命。為了減少空氣阻力，飛輪一般放在密閉的真空容器中。盡管有許多方法來設計飛輪儲能系統，一種具有低成本、高效率、高功率的飛輪儲能系統是目前業界追求的目標。

發明內容

本發明是提供了一種雙圓盤結構飛輪儲能系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種雙圓盤結構飛輪儲能系統，具有兩個不含孔洞的實心鋼質輪盤，在兩個輪盤在外徑部位是分開的，在中心部位固定連接在一起，在輪盤的盤面上設置有作為電機的磁通來源的環形軸向交替磁極的磁體，在磁體氣隙中間設置有電機定子的空心電樞，在磁體的外圍設置有徑向約束磁體的約束環。

輪盤的固定方式具體可采用：輪盤通過過盈配合到中央的一個獨立的圓管實現連接到一起。或者，輪盤通過設置于輪盤上的中心凹凸的插口過盈配合連接到一起。

外部的約束環可以有多種方法制造。第一種方法，圓盤軸向伸出一個剪切唇。這是最簡單的方法，磁體可以插入剪切唇中并吸附在圓盤上。第二種方法，約束環由一個周向纏繞的復合材料環構成。復合材料環可以是碳纖維或者玻璃纖維，其高強度能夠提高線速度，但代價是增加成本和復雜性。復合材料環可以先纏繞到磁體上，然后磁體吸附到圓盤上；或者復合材料環在磁體吸附到圓盤以后再加工到圓盤上。或者，復合材料環使用過盈配合來預壓輪盤或者磁體。預壓輪盤或者磁體能夠提高輪盤和磁體的線速度，代價是復合材料環的應力提高。過盈配合可以使用冷卻輪盤或者預壓來實現。第三種方法，約束環由輪盤外緣軸向伸出的剪切唇及剪切唇的外側設置的碳纖維樹脂約束環組成。

由于圓盤上沒有孔洞，提高了飛輪的轉速。兩個圓盤在中央位置通過盈配合套在一起，在其余部位是分開的。

集成在飛輪上的電機，使飛輪通過加速和減速來實現充電和放電。電機的軸向磁極交替的磁體分別吸附在上下兩個鋼圓盤上。磁力線來回穿過圓盤之間的空隙，構成回路。電機的定子位于磁體氣隙中間，采用空心電樞。空心電樞使用多相繞組，與旋轉磁體產生感應。磁體使用永磁體，軸向吸附在鋼圓盤上。磁體在徑向上被外圍一個約束環束縛，來抵抗旋轉時產生的離心力。

雖然使用兩個圓盤比使用一個圓盤造價高，然而本方法降低了整個系統的成本。兩個圓盤扣在一起，構成了電機的一部分。把磁體簡單的吸附到圓盤上，構成了電機的磁通來源。這種電機實現了非常高的效率和功率，因為它免去了電機常用的疊片，并且提高了磁體的線速度。電機疊片的免去，是因為整個磁通路徑與飛輪一同轉動，周向變化的磁通不需要穿過定子。疊片的免去和使用空心電樞進一步降低了成本。

空心電樞使用利茲導線纏繞，放在絕磁的盤上，這樣實現了最高的效率和簡單的制作。利茲導線，或者多股相互絕緣的導線，阻止了繞組中的渦流電流。也可以采用其它種類的空心電樞。由于鋼圓盤使用過盈配合扣在一起，沒有孔洞，是一種有效提高飛輪轉速的方法。

外部的約束環可以有多種方法制造。第一種方法，圓盤軸向伸出一個剪切唇。這是最簡單的方法，磁體可以插入剪切唇中并吸附在圓盤上。第二種方法，約束環由一個周向纏繞的復合材料環構成。復合材料環可以是碳纖維或者玻璃纖維，其高強度能夠提高線速度，但代價是增加成本和復雜性。復合材料環可以先纏繞到磁體上，然后磁體吸附到圓盤上；或者復合材料環在磁體吸附到圓盤以后再加工到圓盤上。第三種方法，復合材料環使用過盈配合來預壓輪盤或者磁體。預壓輪盤或者磁體能夠提高輪盤和磁體的線速度，代價是復合材料環的應力提高。過盈配合可以使用冷卻輪盤或者預壓來實現。

除了輪盤和約束環的應力之外，磁體的應力也是個問題。彎曲應力可以很容易使磁體產生裂縫。為了消除這個問題，在磁體和環之間插入一個緩沖，這個緩沖環材料的彈性模量要比約束環和磁體的彈性模量低。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的飛輪儲能系統的正視圖。