[實用新型]一種大電量高功率磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020905557.0
• 申請日: 2020-05-26
• 公開（公告）號: CN211958962U
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇森;王志強
• 申請（專利權(quán)）人: 華馳動能（北京）科技有限公司
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K7/09;H02K5/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

本實用新型公開了一種大電量高功率磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，包括：底座、定子外殼、上蓋、頂端密封圓板、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、上徑向混合磁軸承定子、下徑向混合磁軸承定子、軸向永磁被動磁軸承、混合勵磁同極型感應(yīng)子電機定子、連接底座與定子外殼的第一緊固螺栓、連接定子外殼與上蓋的第二緊固螺栓、連接上蓋與頂端密封圓板的第三緊固螺栓、下端備用軸承系統(tǒng)、下端備用軸承室、磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器定子、上端備用軸承室、上端備用軸承系統(tǒng)，本實用新型因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)子比能量利用率高、轉(zhuǎn)子強度高和旋轉(zhuǎn)鐵耗低等優(yōu)勢。本實用新型用于15分鐘級飛輪UPS電池、電力輔助調(diào)頻儲能電池、高頻次充放電特種電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型設(shè)計涉及一種大電量高功率磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，特別涉及一種主被動混合磁懸浮軸承支承和永磁電磁混合勵磁的同極型感應(yīng)子電動發(fā)電機。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的儲能飛輪電動發(fā)電機，采用三相永磁同步電機、三相異步電機或電勵磁同步磁阻電機。當(dāng)儲能飛輪放電時，轉(zhuǎn)速下降永磁同步電機的反電動勢隨之下降，隨著放電深度增加飛輪電機輸出功率也隨之下降，無法保證額定功率持續(xù)放電。電勵磁同步磁阻電機盡管能夠通過增加勵磁電流保持反電動勢隨轉(zhuǎn)速下降保持恒定，但隨著轉(zhuǎn)速下降勵磁電流需要持續(xù)增加，導(dǎo)致勵磁線圈發(fā)熱，通常飛輪運行在真空環(huán)境下，散熱條件差，使得難以電機定子溫度過高，額定功率輸出工況下難以達(dá)到溫度平衡，并且體積大效率低。現(xiàn)有的商用儲能飛輪產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子支承方案有：上下徑向永磁被動支承、軸向針式油膜軸承方案；上下徑向機械軸承支承、軸向電磁軸承卸載支承方案；五自由度全主動磁軸承支承方案。前兩種轉(zhuǎn)子支承方案能夠支承的轉(zhuǎn)子重量有限；第三種支承方案安全性無法充分保證，高速失穩(wěn)會導(dǎo)致飛輪損壞甚至造成嚴(yán)重事故。因此，對于大電量儲能飛輪需要研究設(shè)計全新的方案，滿足重型轉(zhuǎn)子的安全可靠支承。

實用新型內(nèi)容

本實用新型技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大電量高功率磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，具有轉(zhuǎn)子支承安全可靠、轉(zhuǎn)子比能量密度利用率高、勵磁效率高、空間緊湊、損耗低等一系列優(yōu)點。本實用新型用于15分鐘級飛輪UPS電池、電力輔助調(diào)頻儲能電池、高頻次充放電特種電池。

本實用新型提出的大電量高功率磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子的軸向支承采用永磁被動磁軸承、上下徑向為永磁偏置混合磁懸浮軸承。飛輪電機的轉(zhuǎn)子為高強度合金鋼實心轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子凸、凹極沿圓周均勻分布，且上下兩端為反對稱結(jié)構(gòu)。儲能飛輪電機的勵磁位于電機定子側(cè)，采用永磁體和電勵磁的混合勵磁方式，電勵磁繞組沿轉(zhuǎn)子周向繞制，通入外加電流產(chǎn)生空間磁場，激勵磁通從轉(zhuǎn)子一端出來，經(jīng)過外導(dǎo)磁環(huán)、氣隙進入轉(zhuǎn)子另一端，使其上下端部磁極極性相反。定子繞組與轉(zhuǎn)子中心軸線平行且沿轉(zhuǎn)子周向均勻分布，并按一定規(guī)律繞制，定子繞組通入三相電流，產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁場，對應(yīng)轉(zhuǎn)子凸極感應(yīng)電磁力帶動電機旋轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)子為不含永磁體的實心結(jié)構(gòu)，且沿其周向磁場無磁極極性交變。因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)子比能量利用率高、轉(zhuǎn)子強度高和旋轉(zhuǎn)鐵耗低等優(yōu)勢。

本實用新型設(shè)計的一種大電量高功率磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)的電機額定功率為500kW，儲電量為125kWh，額定轉(zhuǎn)速9000rpm，當(dāng)儲能飛輪發(fā)電時，轉(zhuǎn)子降速動能轉(zhuǎn)化為電能，從額定轉(zhuǎn)速9000rpm降至6000rpm電機工作于恒功率段，從6000rpm降至2000rpm電機通過增加電勵磁繞組的電流來保證額定功率輸出，電機的電勵磁繞組電流值范圍為5A～20A。