[发明专利]飞轮储能装置、风力发电系统及车辆能量回馈制动系统

说明书

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种飞轮储能装置、风力发电系统及车辆能量回馈制动系统。

背景技术

飞轮储能技术是一种可以将电能、风能、太阳能等非机械能转化成飞轮动能的高效机械储能技术。近几年来，飞轮储能以其储能密度高、功率密度大、能量转换效率高、对温度不敏感、对环境友好、使用寿命长、充放电速度快以及易与其它装置组合使用等优点得到广泛的研究及应用，特别是在系统能量回馈及风力发电系统功率调节等领域有着良好的前景。

为了减小飞轮损耗，提高飞轮储能效率，飞轮处于密闭的真空室中。因而，为了将飞轮储存的能量传到系统外，或者将系统外的机械能传递给飞轮储存起来，耦合装置是必需的，现有的耦合装置是一根设置有旋转密封圈的转轴，该转轴将外部能量转化为飞轮的动能。然而，旋转密封圈不可避免地会产生漏气，而且随着使用时间的延长、转速的提高及老化程度的加深，漏气的可能性越大，因而在现有的飞轮储能装置中，需设置额外的真空环境监测系统来监测真空室的工作环境及保持真空系统等，从而保证飞轮工作在一定的真空环境中，这样无形之中增大了飞轮储能装置的体积及制造使用成本。

为了解决上述旋转密封圈存在物理接触容易导致漏气的缺陷，人们发明了一种磁连接器，磁连接器可以去掉旋转密封圈并无物理接触地将飞轮所储能量传给真空室外面的系统或者将外面的能量无物理接触地转换为飞轮的动能存储起来。磁连接器应用到飞轮储能系统，去掉了旋转密封圈，去掉了昂贵的环境监测系统和真空保持系统，解决了现有旋转密封圈的缺陷。然而，上述飞轮储能装置的能量流通路径非常的单一，即飞轮的动能经过高速侧的转动部件，经过调磁机构，传递给低速侧的转动部件；或者低速侧的机械能通过调磁机构，无接触传递给真空室中高速侧转子，带动飞轮加速，将能量储存到飞轮中。该装置能量只有往返两条单一的流通路径，其能量流通路径单一不利于调节输出输入功率的大小和能源的灵活配置。而且上述的飞轮储能装置仍然存在占用体积较大的缺陷

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、能量流通路径多向的飞轮储能装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种飞轮储能装置，所述飞轮储能装置包括真空壳、飞轮、径向磁齿轮、盘式磁齿轮电机和第二转轴，其中，所述真空壳包括真空壳主体、第一调磁极片座和端盖，所述真空壳包围成一真空的容纳腔，所述第一调磁极片座安装于所述真空壳主体与所述端盖之间；所述飞轮容纳于所述容纳腔内，所述飞轮具有第一转轴，所述第一转轴转动安装于所述真空壳主体；所述径向磁齿轮包括内转子、外转子以及N₁个第一调磁极片，所述内转子位于所述第一调磁极片座的内侧，所述外转子位于所述第一调磁极片座的外侧，所述内转子与所述第一转轴同轴固定，所述内转子设置有第一永磁体，所述外转子相对于所述内转子同轴转动，所述外转子设置有第二永磁体，所述N₁个第一调磁极片均嵌装于所述第一调磁极片座；所述盘式磁齿轮电机安装至所述径向磁齿轮之外转子的外围，所述盘式磁齿轮电机包括均呈圆环盘状且均与所述第一转轴同轴设置的第一定子盘、第一转子盘、第二定子盘、第二转子盘和第三转子盘，所述第一定子盘相对于所述真空壳主体固定，所述第一转子盘、所述第三转子盘、所述第二转子盘和所述第二定子盘依次层叠间隔设置于所述第一定子盘之远离所述真空壳主体的一侧，其中，所述第一定子盘设置有第一绕组；所述第一转子盘固定于所述外转子，所述第一转子盘正对于所述第一定子盘，所述第一转子盘设置有第三永磁体；所述第二定子盘相对于所述真空壳固定，所述第二定子盘设置有第二绕组，所述第二定子盘正对于所述第一定子盘；所述第二转子盘正对于所述第二定子盘，所述第二转子盘设置有第四永磁体；所述第三转子盘正对于所述第一转子盘和所述第二转子盘，所述第三转子盘中嵌装有N₂个第二调磁极片；所述第一定子盘和所述第一转子盘构成第一盘式电机，所述第二定子盘和所述第二转子盘构成第二盘式电机，所述第一转子盘、所述第二转子盘和所述第三转子盘构成盘式磁齿轮，所述第一盘式电机、所述第二盘式电机和所述盘式磁齿轮相互耦合共同组成所述盘式磁齿轮电机；所述第二转轴与所述第三转子盘同轴固定。

其中，所述第一永磁体径向或平行充磁，所述第二永磁体径向或平行充磁，所述N₁个第一调磁极片沿位于所述第一调磁极片座的第一圆周均匀排布，所述转动轴线垂直穿过所述第一圆周的圆心，所述N₁个第一调磁极片相互之间绝缘，每一所述第一调磁极片与所述真空壳之间绝缘。