[發明專利]帶單極直流電磁傳動機的飛輪儲能和轉換系統

有效

• 申請號: 201410257433.5
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN105226873B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 徐立民
• 申請（專利權）人: 徐立民
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02J3/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種儲能和轉換系統，包括：一個儲能飛輪裝置，一個電動/發電機，在飛輪與電機之間的傳動設備，以及它們的控制系統，其特征是：傳動設備采用一套單極直流電磁傳動機(HET)，一套單極直流電磁傳動機含有兩套轉子、一套靜子、外部附屬系統和調節控制系統，每個轉子上有一個或多個軸對稱形狀的導磁導電體(3)，靜子上有兩個或多個環繞軸心線(1)纏繞的直流勵磁線圈(9)，磁路由轉子和靜子上的軸對稱結構件導引為閉環，至少有兩個主磁路(22)，磁路經過轉子導磁導電體(3)，最多有一個主磁路(22)同時經過兩個轉子的導磁導電體，構造有一套閉合的主電流回路(23)，該回路串聯連接全部的轉子導磁導電體，每個轉子導磁導電體(3)的軸向兩側分別連接一個轉子導電體(4)，該轉子導磁導電體(3)和其兩側的轉子導電體(4)與轉軸(2)套接，轉軸(2)導引主磁路(22)的磁通，并與經過轉子導磁導電體(3)的磁通相接，每個轉子導電體(4)通過一個電路連接區(5)縫隙內的液態金屬與一個靜子導電體(6，11)形成主電路連接，電路連接區(5)的徑向位置介于轉子導電體(4)的內徑與外徑之間，轉子導磁導電體上的主電流方向與磁通(Φ)方向在子午面互相垂直，通過調節各個勵磁線圈的電流(I1、I2、…)，調節直流主電流(I0)、每個轉子的電磁轉矩和電磁功率。

2.如權利要求1所述的儲能和轉換系統，其特征是：儲能飛輪采用立式柔性飛輪，由旋轉的輪體、一個轉軸(51)、轉軸上的軸承、包容輪體且腔內真空的殼體(52)組成，其轉軸中心線垂直于地面，輪體為多體軸對稱結構，輪體含有一個或多個質量塊體(53)和至少一個支承體(54)，輪體中的稱為結構體的質量塊體和支承體以大環套小環形式依次順序布置，支承體位于質量塊體的內圈，質量塊體由周向纏繞的纖維增強聚合物構成，采用軸對稱的柔性膜環(55，58)連接相鄰的內圈和外圈結構體，外圈結構體的一個面朝下的端面置于內圈結構體的一個面朝上的端面上，兩個端面組成承重端面副(56)。

3.如權利要求2所述的儲能和轉換系統，其特征是：外圈結構體的一個面朝上的端面置于內圈結構體的一個面朝下的端面的下方，兩個端面組成限制向上位移的端面副(57，64)。

4.如權利要求1所述的儲能和轉換系統，其特征是：儲能飛輪采用懸掛式柔性飛輪，由一套或多套串聯的旋轉輪體、一個轉軸(101)、轉軸上的軸承、包容輪體的真空容器組成，其轉軸中心線垂直于地面，轉軸上的軸向軸承采用一組軸向支承永磁軸承，輪體位于轉軸的下端，輪體與中心軸(102)連接，中心軸與轉軸下軸端通過承拉傳扭柔性傳動件連接，使輪體懸掛在轉軸下面。

5.如權利要求4所述的儲能和轉換系統，其特征是：承拉傳扭柔性傳動件采用一套萬向傳動軸，包括兩個萬向節，萬向節的兩個轉動副的轉軸軸線垂直相交，或垂直相錯。

6.如權利要求4所述的儲能和轉換系統，其特征是：承拉傳扭柔性傳動件采用圓環鏈條，上下端各采用半個圓環，中間采用一個或多個圓環，每個圓環由上下兩個半環和中間加長的兩個直段組成，或者該兩個直段之間還有加強的橫向連接梁。

7.如權利要求1至6中任一權利要求所述的儲能和轉換系統，其特征是：對單極直流電磁傳動機采用總損耗最小原則的調節控制方法：主電流歐姆熱和勵磁電流歐姆熱的總和為總損耗，選定主電流和各個勵磁電流的應用極限范圍，在該范圍內，分別計算或試驗獲得兩個轉子上的穿過轉子主電流回路回轉面的總磁通跟隨主電流和相關勵磁電流多維變量變化的對應關系，給定兩軸轉速和一指定軸電磁轉矩的應用范圍，利用電磁定律公式和上述對應關系，計算出全范圍覆蓋不同轉速條件和轉矩需求的、滿足總損耗最小目標的各個勵磁電流最佳值矩陣，并把全部數據存儲于控制系統，在調節執行時，即時采集兩個轉子的轉速，作為輸入條件，給出一指定軸轉矩指令，也作為輸入條件，從控制系統中調用相關存儲數據，計算獲得對應的各勵磁電流最佳值，用于執行環節。

8.如權利要求1至6中任一權利要求所述的儲能和轉換系統，其特征是：對單極直流電磁傳動機采用總損耗最小原則的調節控制方法：主電流歐姆熱、勵磁電流歐姆熱和電路連接區(5)液態金屬磨擦熱的總和為總損耗，選定主電流和各個勵磁電流的應用極限范圍，在該范圍內，分別計算或試驗獲得兩個轉子上的穿過轉子主電流回路回轉面的總磁通跟隨主電流和相關勵磁電流多維變量變化的對應關系，給定兩軸轉速、一指定軸電磁轉矩、電路連接區液態金屬狀態參數的應用范圍，利用電磁定律公式和上述對應關系，計算出全范圍覆蓋不同轉速條件和轉矩需求的、滿足總損耗最小目標的各個勵磁電流最佳值矩陣和液態金屬狀態參數最佳值矩陣，并把全部數據存儲于控制系統，在調節執行時，即時采集兩個轉子的轉速，作為輸入條件，給出一指定軸轉矩指令，也作為輸入條件，從控制系統中調用相關存儲數據，計算獲得對應的各勵磁電流最佳值和液態金屬狀態參數最佳值，用于執行環節。