[發明專利]一種非接觸式飛輪儲能轉子真空散熱系統

在審

• 申請號: 201811044948.1
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109067080A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 陳磊;王亮;陳海生;林曦鵬;彭瓏;于東
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K9/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種非接觸式飛輪儲能轉子真空散熱系統，所述系統主要由熱管、翅片冷卻結構、回路管道等構成。熱管分別布置在電機轉子和電磁軸承轉子內部，用以將熱源熱量轉移至冷端翅片冷卻結構。其中，翅片冷卻結構由沿軸向相互交錯且無機械接觸的轉子翅片和定子翅片構成。同時，翅片沿周向為類似齒輪嚙合結構，以便于翅片冷卻結構的裝配。本發明考慮了真空狀態下飛輪儲能系統轉子散熱的特殊需求，采用熱管進行熱量轉移，并結合了無機械接觸且便于裝配的翅片冷卻結構，可解決真空條件下飛輪儲能系統轉子的散熱難題。

技術領域

本發明屬于能量存儲技術領域，涉及一種飛輪儲能系統，具體涉及一種熱管傳熱以及真空條件下輻射換熱強化的非接觸式飛輪儲能轉子散熱系統。

背景技術

飛輪儲能早就應用于新能源汽車，隨著可再生能源的逐步發展，電力供需不平衡的矛盾愈發明顯。儲能技術可為可再生能源電網調峰和改善電能質量等方面提供有力支持，提高可再生能源的消納水平，推動傳統化石能源逐步向可再生能源轉變，實現能源行業新的發展。

目前，電力儲能技術包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、蓄電池儲能、超導磁能和超級電容等。其中，飛輪儲能具有效率高(84％～96％)、響應快、功率高、壽命長以及清潔無污染等特點，主要應用于電動汽車、智能電網/分布式電網調頻調幅、高品質電源、航空航天及軌道交通能量回收等領域。隨著飛輪儲能技術的逐漸完善，其將成為目前最具開發前途的儲能技術之一。

國內外針對飛輪儲能技術進行了大量的研究和應用。目前，針對已有商業化應用或樣機研制的飛輪儲能系統，國外低速飛輪儲能單機規模為：3MW、60MJ、7700r/min；國內低速飛輪儲能單機規模為：1MW、60MJ、8000r/min。國外高速飛輪儲能規模為：333kW、90MJ、52000r/min；國內高速飛輪儲能規模為：300kW、36MJ、16000r/min。隨著飛輪儲能技術的日益發展，大功率、高轉速、短時高頻次充放電以及高真空等特點，導致飛輪儲能系統面臨嚴峻的散熱需求。尤其是飛輪儲能系統各轉子，受到相位諧波的影響，在其磁極處產生感應電流，并引起溫度上升。由于飛輪儲能系統各轉子處于真空和磁懸浮狀態，其熱量導出困難。為防止轉子超溫，真空條件下轉子的強化散熱是值得研究的問題。

發明內容

針對真空條件下，飛輪儲能系統各轉子散熱困難的問題，本發明的目的是提出了一種非接觸式飛輪儲能轉子真空散熱系統，可以有效的強化真空條件下的輻射換熱，并使翅片冷卻結構動靜部件之間無機械接觸，可消除摩擦損耗，為真空中飛輪儲能轉子散熱提供有效解決方案。

為達到以上目的，本發明的技術解決方案是：

一種非接觸式飛輪儲能轉子真空散熱系統，包括真空密閉殼體以及同軸設置在所述真空密閉殼體中的電磁軸承、飛輪、電機，所述飛輪的上表面固定設定一電機轉子，所述飛輪的下表面固定設定一電磁軸承轉子，所述電磁軸承轉子與電機轉子同軸布置，所述電磁軸承轉子的底端以及所述電機轉子的頂端均通過一軸承件可轉動地支撐在所述密閉殼體上，所述電磁軸承設置在所述電磁軸承轉子上，所述電機設置在所述電機轉子上，

其特征在于，

所述電磁軸承轉子的外圍布置一第一翅片冷卻結構，所述電機轉子的外圍布置一第二翅片冷卻結構，所述第一翅片冷卻結構、第二翅片冷卻結構均包括一組沿軸向固定在轉子上的轉子翅片和一組沿軸向固定在定子冷卻套上的定子翅片，所述轉子翅片和定子翅片沿軸向相互交錯且二者之間無機械接觸，所述定子冷卻套通過回路管道與設置在所述真空密閉殼體外部的冷卻機組連通形成冷卻回路，

所述電磁軸承轉子的內腔中內嵌一第一熱管，所述電機轉子的內腔中內嵌一第二熱管，所述第一熱管、第二熱管均包括一吸熱端和一放熱端，所述第一熱管、第二熱管的吸熱端在軸向上分別布置在所述電磁軸承、電機的發熱位置，所述第一熱管、第二熱管的放熱端在軸向上分別布置在所述第一翅片冷卻結構、第二翅片冷卻結構的轉子翅片處。