[發明專利]一種使用記憶式定子永磁型電機的飛輪儲能裝置

有效

• 申請號: 201110227777.8
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN102290910A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 程明;張淦;張建忠;花為
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K1/17;H02K1/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于電能存儲技術領域，具體來說，涉及的是一種新型的高效飛輪儲能裝置。

背景技術

隨著新能源發電和電動汽車等的快速發展，電能儲存裝置的應用日益廣泛。在眾多電能儲存裝置中，飛輪儲能裝置因動態性能好，沒有二次污染等優點，正受到越來越多的重視。飛輪儲能的基本原理是，首先通過電機作電動機運行驅動飛輪加速，將電能轉換為動能儲存在飛輪轉子上，需要時，再由飛輪帶動電機作發電機運行，將飛輪中的動能轉換為電能。由于飛輪轉子中儲存的動能與飛輪轉速的平方成正比，因此，飛輪轉速應盡量高，通常達數萬轉/分甚到數十萬轉/分。在飛輪不與外界交換能量，即處于待機狀態時，為了減小轉輪的自身損耗，通常采用磁懸浮軸承，并將飛輪腔抽成真空，以減小軸承和轉子的磨擦損耗。為了提高能量轉換效率，飛輪儲能裝置中廣泛使用永磁電機。于是，在飛輪儲能系統不與外界進行能量傳遞，即系統處于儲能工作狀態時，隨著飛輪高速旋轉，永磁磁場會在電機鐵心內部產生渦流損耗和磁滯損耗，這將不斷消耗飛輪中所存儲的能量，轉速越高，電機鐵心中的磁場越強，則損耗越大。這不僅導致能量的浪費，降低了飛輪儲能系統整體的效率，使目前的飛輪儲能時間很短（短則幾分鐘，長則幾十分鐘），極大地限制了飛輪儲能裝置的應用。而且，渦流損耗和磁滯損耗還會引起電機鐵心發熱，這將導致飛輪儲能系統安全性降低，同時對飛輪儲能系統的散熱提出更高要求，使得飛輪儲能系統的整體結構更加復雜，也對制造工藝提出更高要求。因此，如何減小飛輪儲能系統的能量損耗，提高能量轉換效率，以及提高系統安全性是飛輪研發的關鍵技術之一。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供了一種使用記憶式定子永磁型電機的飛輪儲能裝置，可以顯著減小飛輪儲能系統的能量消耗，大大延長飛輪的儲能時間，提高系統整體的能量轉換效率及系統的安全性。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

使用記憶式定子永磁型電機的飛輪儲能裝置包括上磁性軸承，真空腔，飛輪本體，外殼，電機轉子，電機定子，下磁性軸承，飛輪轉軸；飛輪轉軸的上下兩端分別設置在上磁性軸承和下磁性軸承上，上磁性軸承和下磁性軸承分別固定在外殼的上下兩端，飛輪本體和電機轉子分別固定在飛輪轉軸上，電機定子固定在電機轉子外側的外殼上，構成記憶式徑向氣隙定子永磁型電機的飛輪儲能裝置。

所述的電機轉子和電機定子采用軸向設置，即電機轉子設置在飛輪本體上，電機定子設置在電機轉子的下方，構成記憶式軸向氣隙定子永磁型電機的飛輪儲能裝置。電機轉子和電機定子均為雙凸極結構。

電機定子包括電機定子鐵心，勵磁繞組，電樞繞組和鋁鎳鈷永磁體；其中電機定子鐵心由2n塊圓弧形鐵心連接成一個圓形，該數目n為自然數，在每兩塊圓弧形鐵心之間設有鋁鎳鈷永磁體，在鋁鎳鈷永磁體外設有勵磁繞組，電樞繞組位于電機定子鐵心內圓的齒上。

電機定子包括電機定子鐵心，勵磁繞組，電樞繞組和鋁鎳鈷永磁體；其中電機定子鐵心由2n塊扇形鐵心連接成一個圓形，該數目n為自然數，在每兩塊扇形鐵心之間設有鋁鎳鈷永磁體，在鋁鎳鈷永磁體外設有勵磁繞組，每一組電樞繞組環繞于相鄰兩電機定子鐵心側面的齒上。

有益效果：與現有技術相比，采用本發明的技術方案的有益效果是：

1.?當飛輪儲能系統與外界進行能量傳遞時，先給勵磁繞組通入脈沖電流，給鋁鎳鈷永磁體充磁，然后勵磁繞組開路，由鋁鎳鈷永磁體單獨提供電機的勵磁磁場，因此避免了電機運行時勵磁繞組的損耗。而當系統不與外界進行能量傳遞時，在勵磁繞組上施加一反向脈沖電流給鋁鎳鈷永磁體消磁，此時電機無勵磁磁場，避免了產生渦流損耗和磁滯損耗，延長了儲能時間，提高了飛輪儲能系統整體的能量轉換效率。

2.?由于在飛輪儲能系統不進行能量傳遞時，避免了鐵心內部渦流損耗和磁滯損耗的產生，在提高系統效率的同時，也避免了由渦流損耗和磁滯損耗損耗所引起的鐵心發熱，于是更加有利于改善系統的冷卻條件。

3.?整個裝置的結構簡單，尤其是由于電機采用定子永磁型結構，轉子僅為導磁鐵心，所以轉子結構非常簡單堅固，特別適合于高速運行。這將更有利于提高飛輪的最高轉速，進而提高該飛輪儲能系統的能量存儲能力。

同時，電樞繞組可以采用集中繞組和分布繞組兩種形式，轉子也可以采用直槽和斜槽兩種方式。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。