[發明專利]一種電動機或發電機氣隙磁場可控的儲能飛輪裝置

有效

• 申請號: 201910940296.8
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110649755B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 李光軍;陳益廣
• 申請（專利權）人: 北京泓慧國際能源技術發展有限公司
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 李立娟

本發明公開了一種電動機或發電機氣隙磁場可控的儲能飛輪裝置，由下端軸承座組件、下端蓋組件、電機定子繞組組件、電機定子殼體組件、上端蓋組件、上端軸承座組件、上端密封蓋組件、飛輪轉子、壓緊套、旋轉變壓器、螺母、墊片和螺釘等組成。該裝置中飛輪轉子在上、下兩軸端用機械軸承徑向支撐、在軸向用一對磁軸承支撐；其充電/放電的能量轉換部分由一種氣隙磁場可控的發電機實現?？刂骗h形勵磁線圈的電流實時地控制發電機的氣隙磁場，通過增加磁感應強度提高反電動勢，抑制因轉速下降引起的反電動勢減小，提高了儲能飛輪額定功率輸出的放電深度。在待機狀態，減小環形勵磁線圈的電流，降低儲能飛輪的待機損耗。

技術領域

本發明涉及發電機領域，具體來說，涉及一種電動機或發電機氣隙磁場可控的儲能飛輪裝置。

背景技術

不間斷電源（UPS）一般由儲能單元和UPS主機組成，當市電出現故障時，UPS主機無延遲的將儲能單元的電源轉換為合適的電壓，供重要的用電設備或用電場所使用。隨著通訊和計算機網絡的飛速發展，重要用電設備或用電場所的功率要求越來越大，而且對儲能單元的安全性要求也越來越高。當前市場上常用的儲能單元主要是化學電池，安全性能高的化學電池是鉛酸電池，但鉛酸電池的能量密度低、使用壽命短；其它化學電池在儲能單元中也有應用，但存在易爆燃的隱患。一些對火災敏感的重要應用場合，如超高層建筑、大型醫院或大型數據中心等，急需安全性更高的儲能產品作為UPS的儲能單元。另外，在化學電池報廢后，存在回收成本高，易于污染環境的問題。

儲能飛輪是一種將電能通過電磁介質轉換為飛輪轉子的動能并將能量存儲的設備。在需要電能時，通過將動能轉換為電能輸出給負載。儲能飛輪在動能和電能相互轉換時具有快速、高效、瞬時大功率的特點，是一種高功率密度的物理儲能設備。在能量轉換過程中，儲能飛輪不存在化學反應或化學變化的環節，各個環節都容易精密測量和控制其使用過程的安全性很高。當前儲能飛輪已經應用在了UPS系統、能量回收和電網調頻等多個領域。在UPS領域應用的儲能飛輪，其能量轉換部分（即發電機）主要是采用永磁同步電機、無刷直流電機、開關磁阻電機、異步電機或感應子電機等型式。使用這些電機的儲能飛輪，在能量轉換過程，由于發電機的氣隙磁場是固定的，因此其輸出的反電動勢只與飛輪轉子的轉速成正比。儲能飛輪在放電過程，飛輪轉子的轉速會從高速逐漸降低，輸出的反電動勢也會降低。如果保持恒功率、恒電壓放電，就要通過控制器升壓轉換，以保持電壓恒定；這樣做就會增大發電機定子繞組的電流，電機驅動系統中IGBT功放模塊的電流也會相應增加。當飛輪轉速從最高轉速降低到1/2轉速時，放電深度為75%，而此時IGBT功放模塊中的電流增加到最高轉速時的2倍。

如果再提高放電深度，會進一步增加IGBT功放模塊中的電流，這將導致控制系統的功率增大，致使其成本增加。另外，當儲能飛輪充滿電，即工作在額定轉速時，發電機的氣隙磁場是恒定存在的，飛輪轉子在高速運轉時會在發電機定子和轉子上產生較大的熱損耗。這些都不是用于UPS電源的高性能儲能飛輪所希望的。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的上述技術問題，本發明提出一種電動機或發電機氣隙磁場可控的儲能飛輪裝置，能夠解決上述問題。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的：