[发明专利]具有安全结构的机电飞轮

说明书

优先权声明

本申请要求于2012年3月15提交的名为ELECTROMECHANICAL FLYWHEEL WITH SAFETY FEATURES的美国临时专利申请No.61/611,307的权益，该项申请的全部内容合并到本文中并用于所有用途。

背景技术

已知的飞轮存储动能，即，运动的能量。当要求释放该能量时，飞轮随着动能被耗尽而减速。已知的还有驱动电机的飞轮或者由电机驱动的飞轮。几十年来，已经设计制造了这种机电动械，并且这种机电机械在运行上已经获得了不同程度的成功。然而，广泛的应用受困于飞轮的制造，即使是最先进的商用机械在运行上也会受到严重限制，同时超过了较好的替代性执行方式的成本。尽管小型飞轮制造业一直坚持不懈地努力，但现代的机电飞轮仅在一些利基市场中得到有限地应用，并且目前对于发展世界的能量供给没有做出重大贡献。

技术领域

本发明涉及机电领域。特别地，至少部分通过多壁容置系统来实现机电飞轮的排空、安全、热传递功能和支撑功能。

相关技术的论述

机电飞轮包括在大气环境下运行的机械和在真空环境下运行的机械。虽然在真空环境下运行的机械受益于高速运行，但这些机械同样受现有技术的限制而不能够控制磁性部件温度和安全防护。

发明内容

本发明提供一种具有多个封闭部的机电飞轮。

在一种实施方式中，机电飞轮包括：芯部组件，所述芯部组件包括电动发电机定子；电动发电机转子，所述电动发电机转子围绕所述定子；所述定子的特征在于，所述定子限定一旋转轴线，所述定子具有环绕旋转轴线的励磁线圈，并且所述定子具有并不环绕旋转轴线的电枢线圈；飞轮体，所述飞轮体环绕所述转子并且联接至所述转子以便与所述转子一起旋转；以及可排空的壳体，所述可排空的壳体封闭所述飞轮体。所述转子由间隔开的第一悬架组件和第二悬架组件支撑，所述第一悬架组件包括第一电磁轴承，所述第一电磁轴承用于对所述转子施加对中力和悬浮力，所述第二悬架组件包括第二电磁轴承，所述第二电磁轴承用于对所述转子施加对中力。

在一种实施方式中，机电飞轮容置系统包括：内封闭部和外封闭部，所述内封闭部和所述外封闭部分别限定内壁和外壁；主承压壁和/或抛射防护件，所述主承压壁和/或抛射防护件位于所述内封闭部和所述外封闭部的壁部之间；能量交换块，所述能量交换块包括芯部组件和旋转组件，所述芯部组件包括电动发电机定子和定子支撑件，所述旋转组件包括电动发电机转子、飞轮体和毂部；所述电动发电机转子围绕所述电动发电机定子；所述内封闭部包围所述能量交换块；所述外封闭部包围所述内封闭部；第一环形流动通路，所述第一环形流动通路用于输送流体冷却剂，所述第一环形流动通路的外径由所述外封闭部的壁部限定；并且，其中，用于输送冷却剂的容置系统流体回路包括所述第一环形流动通路和定子支撑件流动通路。

在一种实施方式中，上述机电飞轮容置系统还包括：内封闭部和外封闭部的内壁和外壁同心地布置；主承压壁环绕所述内壁；围罩环绕所述主承压壁；所述围罩被所述外封闭部的外壁环绕；所述第一环形流动通路的内径由所述围罩限定；所述围罩和所述主承压壁限定第二环形流动通路；并且，其中，用于输送冷却剂的所述容置系统流体回路包括所述第二环形流动通路。

在又一实施方式中，机电飞轮容置系统包括：内封闭部和外封闭部，所述内封闭部和所述外封闭部分别限定内壁和外壁；主承压壁，所述主承压壁位于所述内壁与所述外壁之间；环形流动通路，所述环形流动通路用于输送流体冷却剂；所述环形流动通路的内径由所述主承压壁限定；电动发电机定子，所述电动发电机定子悬挂在所述内封闭部上；旋转组件，所述旋转组件包括电动发电机转子，所述旋转组件限定一旋转轴线，并且所述旋转组件环绕电动发电机定子且限定一旋转轴线；飞轮体，所述飞轮体围绕并联接至所述转子；并且，其中，所述定子的励磁绕组环绕所述旋转轴线，而所述定子的电枢绕组不环绕所述旋转轴线。

在一些实施方式中，机电飞轮安全系统包括：内封闭部和外封闭部；飞轮体；所述内封闭部包围所述飞轮体，所述外封闭部包围所述内封闭部，所述飞轮体的至少第一部分设计成在第一飞轮体转速时失效，所述飞轮体的至少第二部分设计成在第二飞轮体转速时失效，并且，所述第一飞轮体转速小于所述第二飞轮体转速，从而在飞轮体超速失效事件中，所述飞轮体的第一部分先于所述飞轮体的第二部分失效失效。另一实施方式还包括可操作地抵抗由所述飞轮体的第一部分的失效造成的破裂的内封闭部设计方案，所述内封闭部设计方案还可操作地抵抗随后的所述飞轮体的第二部分失效事件中的破裂。