[發明專利]飛輪能量儲存系統

在審

• 申請號: 201811286973.0
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN111049315A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 胡煥隆;彭明燦;吳家麟
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;林媛媛

本發明涉及一種飛輪能量儲存系統，包含一外殼、一轉軸、一飛輪、以及二電機組。轉軸可樞轉地設置于外殼中。飛輪包含一中樞部與一環型體。轉軸穿過環型體。環型體經由中樞部固定于轉軸。環型體于中樞部的相對兩側分別形成二開槽。電機組分別容置于該二開槽中。各電機組包含一第一電機轉子與一電機定子。于各開槽中，第一電機轉子固設于轉軸上，而電機定子固定于外殼并位于第一電機轉子與環型體之間。

技術領域

本發明是關于一種電動機，特別是一種飛輪能量儲存系統。

背景技術

飛輪能量儲存(Flywheel energy storage，FES)系統，是一種能量儲存的方式，其主要是通過加速轉子(具有轉軸的飛輪)至極高速度，從而將能量以旋轉動能的形式儲存于系統中。當系統需要釋放能量時，根據能量守恒原理，飛輪的旋轉速度會下降；當系統需要儲存能量時，則可提高飛輪的旋轉速度。

詳細來說，典型的飛輪能量儲存系統包含一個腔體，其內配置有一轉子(飛輪)以及與之連接為一體的電機組(或稱電動機組)。飛輪于旋轉時具有機械位能，當其質量越大與旋轉速度越快時，其可儲存的能量可成正比成長，當飛輪相對于轉軸的力矩越大，其可儲存的能量將成平方比地增加。所述的電機組則作為能量輸出與輸入的裝置，能以馬達的形態接收電力輸入以驅動飛輪旋轉，也能改以發電機的形態將飛輪旋轉的機械位能轉換為電力輸出。

由此可知，飛輪能量儲存系統可切換為馬達功能或發電機功能，以將機械能與電能作直接的轉換。且由于飛輪的轉速能被快速被提升而得以快速地吸收能量或快速地釋放出能量，因此其功率相對于其他儲能元件而言更大。例如相較于一般化學電池(例如鉛酸電池)，飛輪能量儲存系統的功率密度明顯高出許多，使得在某些需要快速儲存能量的場合，飛輪能量儲存系統比起化學電池更為適用，例如在風量變化很大的風力發電廠，或水量變化很大的波浪發電廠等場合，需要快速吸收或釋放能量的裝置來穩定電壓或電量；或者，飛輪能量儲存系統也適用于機動車輛上，可以飛輪快速吸收煞車能量或減速能量，并于起動時快速釋出能量。前述的原因與優勢使得飛輪能量儲存系統逐漸受到業界的重視。

然而，目前的飛輪能量儲存系統仍有不足之處。舉例來說，為了滿足機動車輛的使用，如為了避免車輛的載重過重，飛輪能量儲存系統的體積與重量需要降低，然而，如何能在此需求下維持甚至提高能量密度，亦即要如何在降低體積與重量的同時又提高其能量密度與功率密度，是近年來各界研究的重點之一，尤其是在綠色能源的時代，其重要性將越來越高。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種飛輪能量儲存系統，可同時兼顧降低重量與提升能量密度及功率密度的優勢，以符合現今飛輪能量儲存系統的發展趨勢。

根據本發明所揭露的一種飛輪能量儲存系統，包含一外殼、一轉軸、一飛輪、以及二電機組。轉軸可樞轉地設置于外殼中。飛輪包含一中樞部與一環型體。轉軸穿過環型體。環型體經由中樞部固定于轉軸。環型體于中樞部的相對兩側分別形成二開槽。電機組分別容置于該二開槽中。各電機組包含一第一電機轉子與一電機定子。于各開槽中，第一電機轉子固設于轉軸上，而電機定子固定于外殼并位于第一電機轉子與環型體之間。

根據本發明所揭露的一種飛輪能量儲存系統，包含一外殼、一轉軸、一飛輪以及一電機組。轉軸可樞轉地設置于外殼中。飛輪包含一中樞部與一環型體。轉軸穿過環型體。環型體經由中樞部固定于轉軸，且環型體于中樞部的一側形成一開槽。電機組容置于該開槽中。電機組包含一第一電機轉子、一第二電機轉子與一電機定子。第一電機轉子固設于轉軸上，第二電機轉子固設于環型體的一環型內壁上，而電機定子固定于外殼并位于第一電機轉子與第二電機轉子之間。

本發明所揭露的飛輪能量儲存系統，藉由飛輪的環型體的幾何構型，飛輪大部分的質量遠離轉軸從而可大幅減少飛輪的總重量但又可同時增大其旋轉力距，即在提高慣量對重量之比的情況下提高旋轉位能的能量密度。并且，電機組能容置于飛輪的開槽中，可充分利用空間而有助于縮小整體體積，進而讓飛輪能量儲存系統于單位重量及單位體積的能量密度提高。