[发明专利]飞轮电池发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞轮电池发电机组，特别是飞轮电池发电机的储能飞轮与永磁无刷直流电机/发电机永磁转子和永磁无刷直流发电机永磁转子同转轴旋转、储能发电。

本发明应用了飞轮电池能量存储技术和磁悬浮轴承支承技术等国际前沿科技；涉及先进的微电子控制、电力电子控制、传感器、电能存储及新型永磁无刷直流电机、发电机制造等技术领域。

背景技术

永磁无刷直流电机

永磁无刷直流电机是随着电子技术的发展而发展起来的一种新型直流电机，永磁无刷直流电机的最大特点是没有换相器和电刷组成的机械换相机构，因此，永磁无刷直流电机没有换相火花、寿命长、运行可靠；其转速不受机械换相的限制，如采用磁悬浮轴承支承技术，理论上可实现每分钟十万到几十万转的超高转速运行；因此，其应用前景将十分广泛。

永磁无刷直流电机的基本结构：无刷直流电机由电机本体和装于电机内部的电子换相线路与转子位置传感器三部分组成。

永磁无刷直流电机本体：主要由定子铁芯、定子绕组、永磁转子、转轴及支承定子的电机外壳组成。

转子位置传感器：转子位置传感器在无刷直流电机中起着测定转子磁极位置信号和转速信号的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子永磁磁极的位置信号转换成为电信号，去控制定子绕组换相。

电子换相线路：电子换相线路的作用是将位置传感器的输出信号进行解调、预放大、功率放大，然后去触发末级绝缘栅双极型功率晶体管(IGBT)，使电枢绕组按一定的逻辑程序通电，保证电机的可靠运行。

飞轮电池

飞轮电池(即磁悬浮储能飞轮系统)技术是航天应用领域中的关键技术之一，是国际前沿技术。其基于高速磁悬浮轴承支承技术，集成能量存储与空间飞行器姿态控制于一体。

飞轮电池能量存储原理：星上飞轮电池利用卫星在日照区由太阳能电池板提供的电能使永磁无刷直流电机拖动飞轮加速，使飞轮高速旋转达到永磁无刷直流电机42000r/min的额定转速时，高速旋转的飞轮将电能转化为机械能储存起来。在阴影区或星上设备需要时，飞轮转子将高速旋转所存储的机械能转换为电能释放出来，飞轮不断减速，能量不断释放，此时，拖动飞轮高速旋转的永磁无刷直流电机作为发电机运行。

飞轮电池基本结构：飞轮电池主要由飞轮定子系统、转子系统、电机/发电机系统、支撑转子的轴承系统、转子位置(转速)传感器系统及能量转换系统构成。定子又称陀螺房因连在基座上，起支撑、定位作用；转子则是相对定子高速旋转的惯量轮；定子和转子之间为磁悬浮轴承、电机/发电机定子绕组和保护轴承。磁悬浮轴承包括径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，分别起径向和轴向支撑作用；电机为高速永磁无刷直流电机，电机转子永磁体和飞轮转子固定在同一根轴上，绕组则和定子相连，向永磁体提供切向力，带动飞轮转子一起旋转。保护轴承则在飞轮转子未旋转时提供对飞轮转子的支撑作用。

磁悬浮轴承

随着微电子技术、电力电子技术和传感器技术的发展，磁悬浮轴承支承技术在航空航天、精密切削、机床制造等领域得到了很大的发展；目前，磁悬浮轴承支承技术的研究和应用主要集中在超导磁悬浮和电磁悬浮。电磁悬浮又分为主动磁悬浮和被动磁悬浮，主动磁悬浮的最大特征是可以承受较大的动载荷，但轴承功耗高、能耗大；被动磁悬浮结构简单，支承可靠，但轴承的最高转速受到极大的限制；主动混合式磁悬浮轴承，就是将主动磁悬浮轴承的电磁偏置，改为永磁偏置，采用永磁体提供偏置静磁场，电磁铁只是提供平衡负载或外界干扰的控制磁场，可以避免系统因偏置电流所产生的功率损耗，降低了线圈发热；主动混合式磁悬浮轴承不仅支承可靠，可以支撑较大的动载荷；而且这种轴承具有体积小、质量轻、效率高、功耗小等优点，是未来磁悬浮轴承的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在电网低谷时段存储能量，在电网高峰时段释放能量的飞轮电池发电机组。

这种飞轮电池发电机组由包含有永磁无刷直流电机/发电机、永磁无刷直流发电机、储能飞轮以及伺服它们运行的磁悬浮轴承、能量转换控制器及转子位置传感器构成的飞轮电池发电机和由包含有蓄电池组、电源控制器构成的电源控制箱组成。

这种飞轮电池发电机组将储能飞轮与永磁无刷直流电机/发电机永磁转子、永磁无刷直流发电机永磁转子安装在发电机同一根转轴上同转轴旋转、共轴运行。

这种飞轮电池发电机组采用磁悬浮轴承支承技术将发电机转子系统悬浮于空气中，使高速旋转的转子系统没有机械阻力和摩擦损耗。