[發明專利]一種基于軸向磁懸浮的盤式電動發電機的飛輪儲能裝置

在審

• 申請號: 202011384892.1
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN114583883A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 顏廷鑫
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K7/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于軸向磁懸浮的盤式電動發電機的飛輪儲能裝置，包括飛輪轉子，盤式電機系統，上、下徑軸承，上、下徑保護軸承，上、下徑軸承端蓋，上、下徑端面端蓋，上徑軸向磁軸承，殼體。所述殼體上端面與上徑軸向磁軸承固定配合，殼體下端面與下徑端面端蓋固定配合；所述上徑軸向磁軸承與上徑端面端蓋固定；所述飛輪轉子下端面與盤式電機轉子固定配合；飛輪轉子上下內徑軸先后安裝上下徑軸承，上下徑保護軸承；所述下徑軸承端蓋，上徑軸承端蓋分別與盤式電機定子，上徑軸向磁軸承固定配合；通過盤式電動發電機與飛輪轉子相結合的方式可以大幅縮減飛輪儲能系統的整體高度，進而減少動靜碰摩，從而提高儲能密度、增強安全穩定效果。

技術領域

本發明涉及飛輪儲能，飛輪電池，旋轉電池領域，具體是一種基于軸向磁懸浮的盤式電動發電機的飛輪儲能裝置。

背景技術

目前，現有的飛輪儲能裝置因大規模推廣而不斷模塊化、標準化。根據現有資料顯示，立式飛輪轉子，電機轉子獨立串聯，整體高度較高，美國Active Power公司的飛輪儲能裝置高度超過2400mm，無疑對安裝環境高度提出了較高的要求。由于大多數應用場景的功率密度要求較高，飛輪儲能一般只能保持幾秒到幾分鐘的放電，相對能量密度較低。現有較高的儲能裝置高度與相對較低的能量密度綜合造成單位面積儲能密度低的特點。

因飛輪轉子的陀螺效應，軸心具有規律性章動和進動特性，對運行中的軸承產生非對稱的徑向載荷，嚴重縮短了軸承壽命；另外，狹長形的飛輪轉子在高轉速下產生擾動，存在電機軸動靜碰磨風險。

專利申請號為201210066795.7，名為“雙定子盤式電機飛輪儲能器轉子磁懸浮結構”的發明專利，提供了盤式電機與飛輪儲能的結合方式，將轉子嵌入飛輪轉子內，運用永磁體作為軸向磁軸承，初步實現了盤式電機與飛輪儲能模塊化的推廣標準，但該裝置中，轉子高速旋轉下勢必大幅增加轉子與永磁體解體的可能；軸向磁軸承中永磁體的磁場密度不均勻與高速軸承的強制限制章動特性，將不可避免的帶來較高幅值的振動，存在較大的安全隱患；

專利申請號為202010638878.3，名為“盤式異步電機、飛輪儲能裝置、轉子懸浮控制系統及方法”的發明專利，提供了雙定子盤式電機飛輪儲能方案，該方案控制雙定子的磁性差異進而達到抵消軸向載荷的目標，理論推導中可以實現，實際方案中因磁力瞬息變化，實現較困難，且飛輪儲能由電動機到發電機工作時，反電動勢將不足以抵消軸向載荷，實際工作狀態為高速軸承承載較大載荷；

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于軸向磁懸浮(俗稱“磁軸承”)的盤式電機的飛輪儲能裝置，以解決上述背景技術中提出的關于整體高度和動靜碰摩風險的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明公開了一種盤式電機飛輪儲能裝置，包括飛輪轉子，盤式電機系統，下徑軸承，下徑保護軸承，下徑軸承端蓋，下徑端面端蓋，上徑軸承，上徑保護軸承，上徑軸向磁軸承，殼體，上徑端面端蓋，上徑軸承端蓋。

所述殼體分上下端面，均勻分布通孔，上端面分別與上徑軸向磁軸承、上端面端蓋先后經通孔配合螺栓固定；下端面與下徑端面端蓋經通孔配合螺栓固定；

所述上徑軸向磁軸承通常采用不銹鋼或鋁制材質，可起到隔離磁場作用；

所述上徑軸向磁軸承，端面以圓心為原點均勻分布可安裝電磁鐵線圈的凹槽通孔，凹槽通孔為等腰梯形，為放置電磁鐵線圈，凹槽通孔設計為面積不同的兩個端面；端面通孔面積較大為上端面，端面通孔面積較小為下端面；下端面與殼體上端面接觸經通孔配合螺栓固定，上端面與上端面端蓋接觸經通孔配合螺栓固定；

所述上徑軸向磁軸承，軸心設計了兩個半徑不同的同心圓相組合形成的凸臺通孔，凸臺通孔中半徑較小的直徑為軸承與保護軸承的外徑，凸臺通孔中半徑較大的與上軸承端蓋下端面接觸并經螺栓固定；

所述上徑軸向磁軸承，放置電磁鐵線圈通孔外側還均勻分布四個通孔，可安裝軸向電渦流距離傳感器；