[發明專利]永磁電磁復合的懸浮儲能飛輪裝置

有效

• 申請號: 201410039428.7
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103731068A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 唐景春;查生凱;蘇建徽;姜衛東;汪海寧;張健;葉斌;王建國;薛繼鵬
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00;H02K7/02
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于物理儲能領域，具體涉及一種永磁電磁復合懸浮儲能飛輪裝置。

背景技術

隨著社會的進步和科學技術的不斷發展，人們越來越關注節約能源和保護環境。為此，人們研究了多種儲能方式，有化學蓄電池儲能、燃料電池儲能、超導儲能等，但飛輪儲能由于無污染、效率高、壽命長、使用方便等特點，受到了廣泛的青睞。它可廣泛應用于電動汽車、航空航天、電網調峰、不間斷電源等領域，是一種非常有發展前景的儲能裝置。目前采用的飛輪儲能裝置一般由飛輪、軸、軸承、電機、真空容器、控制裝置等組成。主動磁軸承因其體積大、需要消耗較大的控制功率、臨界轉速低、成本高，因而很難適應于超高速運行以及小型、超小型的結構。采用高溫超導磁軸承，目前技術尚未成熟，而且需要復雜的制冷裝置，不利于裝置的小型化。因此以上兩種軸承支承方式都不是很理想。近年來，稀土永磁發展較快，出現了許多高性能的永磁材料，如釹鐵硼永磁、釤鈷永磁等，可以采用永磁體制成剛度大、對稱性好的磁軸承，稱之為被動磁軸承、永磁軸承。然而僅采用永磁軸承是不可能獲得穩定平衡的，至少需要在一個方向上采用機械軸承或主動磁軸承才能使之穩定。

發明內容

為了實現飛輪儲能裝置的超高速運行以及小型化，本發明將永磁軸承和電磁軸承的穩定作用結合起來，提供一種永磁電磁復合的懸浮儲能飛輪裝置。

具體的技術解決方案如下：

永磁電磁復合的懸浮儲能飛輪裝置包括由電機殼體13、定子30、轉子31和轉軸2組成的電機，轉子31固定設于轉軸2上，轉軸2為階梯軸，定子30通過鎖緊哈夫35軸向壓緊固定于電機殼體內。所述轉軸2上還固定設有圓柱狀的飛輪3，所述飛輪3與轉軸2之間的配合為過盈配合；飛輪3一側的轉軸2端部通過下著陸軸承4設于下支撐體16上，與下支撐體16對應的轉軸2上設有軸肩，飛輪3的下端面和所述軸肩貼合；電機一側的轉軸2端部通過上著陸軸承5設于上支撐體14上。

所述下支撐體16呈圓柱體狀，與飛輪3對應的下支撐體16的上端中部設有沉孔，沉孔中部軸向設有軸承孔，下支撐體16的上端面上均布設有下永磁塊9，相鄰下永磁塊9之間的下支撐體16的上端面上設有線包29，下支撐體16的底部固定在底板11上；與下支撐體16的上端面對應的飛輪3端面上均布固定設有飛輪永磁塊8；飛輪3端面上的飛輪永磁塊8和下支撐體16的上端面上的下永磁塊9、線包29構成軸向磁懸浮軸承；轉軸2的軸肩和下著陸軸承4之間的轉軸2上固定設有下軸套21，下徑向永磁懸浮軸承7的內圈通過下護圈24固定在下軸套21上，下徑向永磁懸浮軸承7的外圈通過螺釘固定在下支撐體16上，且下徑向永磁懸浮軸承7位于下支撐體16的沉孔內；所述上支撐體14為圓柱體，軸向中部為貫通的軸孔，軸向兩端分別為法蘭盤；電機10一側的轉軸為臺階軸，所述臺階軸處固定設有上軸套22，上徑向永磁懸浮軸承6的內圈通過上護圈23固定在上軸套22上，上徑向永磁懸浮軸承6的外圈通過螺釘固定于上支撐體14上。

上支撐體14和轉子31之間的轉軸2上套設有平衡環37。

上支撐體14的外端面罩設有真空罩15，圓柱管狀的箱體1罩設在飛輪3和下支撐體16上；箱體1的軸向兩端為連接法蘭，一端連接著電機殼體13，另一端連接著底板11；?整個裝置呈密封狀態；箱體1的一側壁上通過管道連通著真空泵34；所述真空罩15、上支撐體14、電機殼體13、箱體1和底板11之間均采用密封墊圈密封，確保真空度。

所述電機殼體13中部設有螺旋狀的冷卻水道36，冷卻水道36的一端為進水口27，另一端為出水口28；所述上徑向永磁懸浮軸承6和下徑向永磁懸浮軸承7均為永磁軸承；所述上徑向永磁懸浮軸承6、上軸套22的軸向上端設有上護圈23，上徑向永磁懸浮軸承6、上軸套22的軸向下端設有下護圈24；所述下徑向永磁懸浮軸承7、下軸套21的軸向上端設有上護圈23，下徑向永磁懸浮軸承7、下軸套21的軸向下端設有下護圈24。

平衡環37和轉子31之間的轉軸2上套設有平衡墊38，平衡墊38的兩端面分別和平衡環37的端面、轉子31的端面接觸；所述箱體1的一側壁上通過管道設有真空閥33，真空閥33的出口連通著真空泵34，所述管道上設有真空傳感器32。

本發明將永磁軸承和電磁軸承的穩定作用結合起來，構成一種具有最小能耗的磁軸承支承系統，在支承系統中永磁軸承將大大減輕系統負荷，從而可以減小主動磁軸承的功率損耗。可以預計，這種被動磁軸承與主動磁軸承混合控制的軸承系統是未來的發展趨勢之一，可以很好地應用于高速旋轉機構的軸承制造中。

本發明的有益技術效果體現在以下方面：