[發(fā)明專利]一種真空超導(dǎo)磁懸浮集成飛輪儲能裝置

無效

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• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102594008A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武俊峰;吳一輝;程千兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02N15/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 南小平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛輪儲能領(lǐng)域，尤其涉及一種真空超導(dǎo)磁懸浮集成飛輪儲能裝置。

背景技術(shù)

飛輪儲能是一種新型的機械儲能方式，與蓄電池儲能比較，飛輪儲能具有儲能密度高、充放電次數(shù)多、壽命長、效率高、體積小、工作范圍寬、無環(huán)境污染、可獲得較大的功率峰值等優(yōu)點。現(xiàn)階段飛輪儲能支撐機構(gòu)尚存在一些問題，如采用機械軸承的飛輪儲能方式，摩擦力較大，損耗較多，轉(zhuǎn)換效率較低；采用電磁懸浮軸承的飛輪儲能方式要求控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，且控制消耗能量，效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有飛輪儲能在高速旋轉(zhuǎn)時由于摩擦而造成較大的損耗，本發(fā)明采用高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承作為飛輪的支撐機構(gòu)，設(shè)計出一種真空超導(dǎo)磁懸浮集成飛輪儲能裝置。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：

一種真空超導(dǎo)磁懸浮集成飛輪儲能裝置，包括底座、支架、步進電機、真空蓋、真空腔體、導(dǎo)軌、冷卻裝置、直流無刷電機定子、集成飛輪轉(zhuǎn)子和高溫超導(dǎo)塊；支架和導(dǎo)軌固定在底座上，步進電機固定在支架上；真空蓋和真空腔體通過螺釘連接構(gòu)成真空系統(tǒng)，真空蓋上設(shè)有電接口和真空接口；真空腔體通過真空接口與真空泵連接抽真空，通過電接口與電源連接并控制集成飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時，真空腔體由步進電機驅(qū)動沿導(dǎo)軌做升降移動；直流無刷電機定子固定在真空腔體內(nèi)部，集成飛輪轉(zhuǎn)子放置在真空腔體內(nèi)部的同心凹槽內(nèi)，并與直流無刷電機定子之間有空隙；冷卻裝置固定在底座上，高溫超導(dǎo)塊固定在冷卻裝置內(nèi)，冷卻裝置內(nèi)裝有液氮。

本發(fā)明的工作原理如下：

儲能工作時，通過步進電機和導(dǎo)軌控制真空腔體上下移動，先控制步進電機和導(dǎo)軌帶動真空腔體向上移動，保證集成飛輪轉(zhuǎn)子和高溫超導(dǎo)塊之間的場冷高度，使得高溫超導(dǎo)塊進入超導(dǎo)態(tài)時，超導(dǎo)軸承轉(zhuǎn)子具有較大的軸承剛度，保證飛輪轉(zhuǎn)子能夠無源的懸浮在真空系統(tǒng)中。

向冷卻裝置中倒入液氮，使得固定在冷卻裝置內(nèi)的高溫超導(dǎo)塊進入超導(dǎo)態(tài)，利用高溫超導(dǎo)的磁通釘扎特性和邁斯納效應(yīng)，捕獲集成飛輪轉(zhuǎn)子中永磁鐵產(chǎn)生的磁場，形成穩(wěn)定的懸浮。

直流無刷電機定子固定在真空腔體內(nèi)部，通過步進電機和導(dǎo)軌帶動真空腔體向下移動，進而保證直流無刷電機和集成飛輪轉(zhuǎn)子之間的電機間隙。

通過真空蓋上的真空接口連接真空泵保證真空腔體的真空狀態(tài)，通過真空蓋上的電接口給直流無刷電機定子通電，直流無刷電機帶動集成飛輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。

飛輪加速到一定的速度后，斷開無刷電機電源，飛輪轉(zhuǎn)子停止加速，并處于無緣的懸浮，無機械摩擦可持續(xù)較長時間的旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)飛輪機械儲能。

當釋放能量時，將電源線連接在負載上，此時無刷電機可作為發(fā)電機，將飛輪儲存的機械能轉(zhuǎn)換為電能對外輸出。

本發(fā)明的有益效果如下：

1)本發(fā)明采用超導(dǎo)磁懸浮作為飛輪儲能器的支撐機構(gòu)可以使得飛輪轉(zhuǎn)子無源的懸浮在真空中，高速無摩擦，能量損失小，使得飛輪儲能效率提高。

2)本發(fā)明采用平面直流無刷電機作為驅(qū)動裝置，直流無刷電機采用定子繞組的無槽、無鐵芯結(jié)構(gòu)，有效地減小了由齒槽效應(yīng)引起的電磁轉(zhuǎn)矩脈動以及由鐵心帶來的諸多弊端，使得電機質(zhì)量減少，避免了磁滯和渦流損耗而提高了運行效率。

3)本發(fā)明采用集成飛輪轉(zhuǎn)子，將電機轉(zhuǎn)子、飛輪轉(zhuǎn)子以及超導(dǎo)磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子集成在一起，無軸化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，可以使得飛輪轉(zhuǎn)子無源的懸浮，高速旋轉(zhuǎn)。

4)本發(fā)明的真空腔體可以保證飛輪轉(zhuǎn)子在真空下高速無空氣阻力的旋轉(zhuǎn)，且真空腔體通過步進電機可以保證超導(dǎo)磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子的場冷高度和平面無刷電機的間隙。

附圖說明

圖1是本發(fā)明真空超導(dǎo)磁懸浮集成飛輪儲能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明真空超導(dǎo)磁懸浮集成飛輪儲能裝置的剖視圖。

圖3是本發(fā)明中的集成飛輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3的軸向音視圖。

圖5是本發(fā)明中的直流無刷電機定子的線圈平面示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。