[發明專利]一種立式磁懸浮飛輪儲能系統

在審

• 申請號: 201410614699.0
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN105591492A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 張瑞彬
• 申請（專利權）人: 張瑞彬
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;F16C32/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電工技術領域，涉及一種立式磁懸浮飛輪儲能系統，更具體的涉及一種高 轉速、低待機損耗、低成本的立式磁懸浮飛輪儲能系統。

背景技術

目前儲能技術主要有以下幾種：化學蓄電池儲能、抽水儲能和飛輪儲能。其中飛輪儲 能由于具有無污染、充放電次數無限制、分布不受自然條件限制等優勢，可廣泛用于電網 調峰調頻、不間斷電源、航空航天等場合。雖然近幾年相關研究機構和公司已開發出實用 水平的飛輪儲能產品，但存在著飛輪儲能系統結構復雜、待機損耗高、綜合成本高等問題。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前飛輪儲能系統在結構方面的缺陷，提供一種高轉速、低 待機損耗、低成本的立式磁懸浮飛輪儲能系統。其主要體現在去掉了連接電機與飛輪的轉 軸，將電機設計成外轉子結構并將電機的外轉子布置在圓筒形飛輪的內壁上。利用飛輪本 身結構強度高的特點為高速旋轉的電機轉子提供足夠的向心力，從而滿足飛輪儲能系統高 轉速的設計要求。支撐系統中的徑向懸浮部分采用永磁磁懸浮軸承的設計，從而實現低成 本、低待機損耗的設計要求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種立式磁懸浮飛輪儲能系統，包 括殼體、飛輪、定子、上徑向永磁軸承、下徑向永磁軸承、軸向電磁軸承、電動/發電一 體電機。

所述的飛輪為復合材料制成的圓筒形飛輪，布置在殼體與定子之間。所述的飛輪與定 子之間由上到下依次布置著上徑向永磁軸承、電動/發電一體電機、下徑向永磁軸承。所 述的飛輪與殼體之間布置著軸向電磁軸承。所述的軸向電磁軸承也可布置在飛輪與定子之 間。所述的定子布置在殼體上。所述的殼體為一個密閉空間。

所述的上徑向永磁軸承與下徑向永磁軸承同為圓環形永磁體制成的徑向永磁磁懸浮 軸承。所述的徑向永磁磁懸浮軸承包括兩部分：布置在定子上的部分為定子圓環，布置在 飛輪內壁上的部分為轉子圓環。所述的定子圓環的外圓面直徑小于轉子圓環的內圓面直 徑。所述的定子圓環的外圓面磁場與在其同一徑向平面內的轉子圓環的內圓面磁場極性相 同。所述的定子圓環的外圓面磁場可由一個圓環形永磁體產生，也可由多個圓環形永磁體 按一定規律排列產生。所述的轉子圓環的內圓面磁場可由一個圓環形永磁體產生，也可由 多個圓環形永磁體按一定規律排列產生。所述的定子圓環和轉子圓環組成一套徑向永磁磁 懸浮軸承。所述的上徑向永磁軸承可由一套徑向永磁磁懸浮軸承制成，也可由多套徑向永 磁磁懸浮軸承制成。所述的下徑向永磁軸承可由一套徑向永磁磁懸浮軸承制成，也可由多 套徑向永磁磁懸浮軸承制成。所述的圓環形永磁體可由一個永磁體制成，也可由多個永磁 體按一定規律排列制成。

所述的軸向電磁軸承包括兩部分，布置在殼體或與殼體相連的定子上的部分為電磁軸 承定子，布置在飛輪上的部分為電磁軸承轉子。所述的電磁軸承定子由電磁鐵和冷卻系統 構成。所述的電磁軸承轉子由布置著吸力盤的輪輻構成。所述的輪輻布置在飛輪的內壁上 中間布置著吸力盤，使吸力盤的徑向平面與飛輪的中軸線垂直，且吸力盤的軸心在飛輪的 中軸線上。所述的電磁鐵與吸力盤延飛輪的中軸線相對布置且相距一定距離。

所述的電動/發電一體電機為無鐵芯的外轉子永磁電機，包括電機定子和電機轉子兩 部分。所述的電機定子由布置在定子上的電機繞組線圈和冷卻系統構成。所述的電機轉子 由布置在飛輪內壁上的電機永磁體構成。所述的電機定子與電機轉子間留有工作氣隙。

本發明的工作原理：利用永磁體間“異性相吸，同性相斥”的現象，在不需要電源的 情況下使飛輪在上徑向永磁軸承和下徑向永磁軸承的磁場斥力作用下，實現飛輪的徑向永 磁磁懸浮。當軸向電磁軸承接通電源時，利用電磁鐵與布置在輪輻上的吸力盤間的受控電 磁吸力，實現飛輪的軸向懸浮。這樣飛輪在五個自由度上實現懸浮支撐。電動/發電一體 電機接通電源飛輪儲能系統在充電模式下運行，真空泵開始工作使密閉的殼體形成真空 腔。充電模式下電動/發電一體電機的繞組線圈利用電磁力為布置在飛輪內壁上的電機永 磁體提供加速度，使飛輪加速旋轉儲存機械能。當飛輪儲能系統在發電模式下運行時，高 速旋轉的飛輪內壁上的電機永磁體在電機繞組線圈上產生感應電壓，隨著電能的輸出飛輪 轉速降低從而完成機械能到電能的轉換。

本發明與現有飛輪儲能技術相比具有以下特點：