[實用新型]一種高效飛輪儲能裝置

有效

• 申請號: 201120288434.8
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN202167937U
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 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;H02K7/09;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

本實用新型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。

實用新型內容

技術問題：本實用新型的目的是提供了一種高效飛輪儲能裝置，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，本實用新型采用的技術方案是：

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，采用本實用新型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實用新型做進一步說明。