[實用新型]曲面變截面轉(zhuǎn)子混合支承的飛輪儲能系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201822042335.6
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN208904827U
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙宇蘭;趙雷;時振剛;張秋鴻;莫逆;楊國軍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱電氣股份有限公司;清華大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K7/09;H02K7/08
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 李曉敏

曲面變截面轉(zhuǎn)子混合支承的飛輪儲能系統(tǒng)，屬于飛輪儲能技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型解決了現(xiàn)有的飛輪儲能系統(tǒng)存在的飛輪轉(zhuǎn)子的軸向長度，影響轉(zhuǎn)子動力力學特性并將導致飛輪儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊性欠佳的問題，本實用新型永磁推力軸承、上輔助軸承、外轉(zhuǎn)子永磁同步電機和下輔助軸承安裝在芯軸上，飛輪旋轉(zhuǎn)體的上端和下端與上輔助軸承和下輔助軸承呈間隙配合狀態(tài)；永磁推力軸承與飛輪旋轉(zhuǎn)體的上端面間留有間隙；外轉(zhuǎn)子永磁同步電機置于飛輪旋轉(zhuǎn)體內(nèi)，帶動飛輪旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)；徑向電磁軸承固定安裝在殼體上，電磁軸承與飛輪旋轉(zhuǎn)體外壁呈無接觸狀態(tài)，飛輪主體為曲面變截面結(jié)構(gòu)。本實用新型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，提升轉(zhuǎn)子動力學特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛輪儲能系統(tǒng)，具體涉及一種曲面變截面轉(zhuǎn)子混合支承的飛輪儲能系統(tǒng)，屬于飛輪儲能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

飛輪儲能系統(tǒng)作為一個可靈活調(diào)控的有功源，主動參與系統(tǒng)的動態(tài)行為，并能在擾動消除后縮短暫態(tài)過渡過程，使系統(tǒng)迅速恢復穩(wěn)定狀態(tài)。飛輪儲能系統(tǒng)主要由飛輪轉(zhuǎn)子、軸承、一體化電動/發(fā)電互逆式雙向電機、電子電力轉(zhuǎn)換器等組成。一體化電動/發(fā)電互逆式雙向電機實現(xiàn)電能與高速飛輪機械能轉(zhuǎn)換。電能通過電力轉(zhuǎn)換器驅(qū)動電機，飛輪加速儲能；之后，電機恒定運轉(zhuǎn)直至接收釋能控制信號；高速飛輪拖動電機發(fā)電釋能，經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出適于負載的電流與電壓。

為存儲更多能量，減小系統(tǒng)損耗，飛輪轉(zhuǎn)子需要具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，并在真空環(huán)境下處于高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。作為一種集機械、控制、電子等技術(shù)于一體的機電一體化儲能裝備，飛輪儲能系統(tǒng)目前還存在諸多制約其工程化應用的技術(shù)難題，主要表現(xiàn)于懸浮支承系統(tǒng)選型、一體化電動/發(fā)電機的性能與控制等。飛輪儲能系統(tǒng)若采取安裝內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，并采用多個磁懸浮軸承支承，通常會增加飛輪轉(zhuǎn)子的軸向長度，影響轉(zhuǎn)子動力力學特性并將導致飛輪儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊性欠佳。

發(fā)明內(nèi)容

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的飛輪儲能系統(tǒng)存在的飛輪轉(zhuǎn)子的軸向長度，影響轉(zhuǎn)子動力力學特性并將導致飛輪儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊性欠佳的問題，進而設(shè)計了一種曲面變截面轉(zhuǎn)子混合支承的飛輪儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機與永磁軸承混合支承。

本發(fā)明所采取的方案為：曲面變截面轉(zhuǎn)子混合支承的飛輪儲能系統(tǒng)，包括能量儲存轉(zhuǎn)化部分、轉(zhuǎn)子支承部分和輔助部分；

其中，能量儲存轉(zhuǎn)化部分包括飛輪旋轉(zhuǎn)體和外轉(zhuǎn)子永磁同步電機6；轉(zhuǎn)子支承部分包括上徑向電磁軸承、下徑向電磁軸承、上輔助軸承、下輔助軸承和永磁推力軸承；輔助部分包括殼體和芯軸；

其中，所述芯軸和飛輪旋轉(zhuǎn)體安裝在殼體內(nèi)，殼體內(nèi)部保持真空狀態(tài)；飛輪主體為曲面變截面結(jié)構(gòu)，所述曲面變截面結(jié)構(gòu)為沿飛輪水平中心向上和向下直徑逐漸縮小的曲面階梯結(jié)構(gòu)，階梯間采用曲面過渡，以飛輪中心建立笛卡爾坐標系，所述曲面的截面曲線沿笛卡爾坐標系的橫縱坐標軸均呈雙曲線形式；所述永磁推力軸承、上輔助軸承、外轉(zhuǎn)子永磁同步電機和下輔助軸承均安裝在芯軸上，且沿軸向由上至下依次排布；上輔助軸承、下輔助軸承、外轉(zhuǎn)子永磁同步電機的內(nèi)定子都固定安裝在芯軸上；飛輪旋轉(zhuǎn)體的上端和下端通過上輔助軸承和下輔助軸承與芯軸建立連接，且與上輔助軸承和下輔助軸承呈間隙配合狀態(tài)；所述永磁推力軸承置于飛輪旋轉(zhuǎn)體上方，且與飛輪旋轉(zhuǎn)體的上端面間留有間隙；所述外轉(zhuǎn)子永磁同步電機置于飛輪旋轉(zhuǎn)體內(nèi)，且?guī)语w輪旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)；所述上徑向電磁軸承、下徑向電磁軸承固定安裝在殼體上，且上徑向電磁軸承、下徑向電磁軸承與飛輪旋轉(zhuǎn)體外壁呈無接觸狀態(tài)。

進一步地：所述飛輪旋轉(zhuǎn)體包括飛輪、飛輪上端蓋和飛輪下端蓋，飛輪上下端安裝有飛輪上端蓋和飛輪下端蓋，飛輪上端蓋與上輔助軸承間隙配合，飛輪下端蓋與下輔助軸承間隙配合。

進一步地：所述飛輪旋轉(zhuǎn)體為合金鋼飛輪旋轉(zhuǎn)體。