[发明专利]带单极直流电磁传动机的飞轮储能和转换系统

权利要求书

1.一种储能和转换系统，包括：一个储能飞轮装置，一个电动/发电机，在飞轮与电机之间的传动设备，以及它们的控制系统，其特征是：传动设备采用一套单极直流电磁传动机(HET)，一套单极直流电磁传动机含有两套转子、一套静子、外部附属系统和调节控制系统，每个转子上有一个或多个轴对称形状的导磁导电体(3)，静子上有两个或多个环绕轴心线(1)缠绕的直流励磁线圈(9)，磁路由转子和静子上的轴对称结构件导引为闭环，至少有两个主磁路(22)，磁路经过转子导磁导电体(3)，最多有一个主磁路(22)同时经过两个转子的导磁导电体，构造有一套闭合的主电流回路(23)，该回路串联连接全部的转子导磁导电体，每个转子导磁导电体(3)的轴向两侧分别连接一个转子导电体(4)，该转子导磁导电体(3)和其两侧的转子导电体(4)与转轴(2)套接，转轴(2)导引主磁路(22)的磁通，并与经过转子导磁导电体(3)的磁通相接，每个转子导电体(4)通过一个电路连接区(5)缝隙内的液态金属与一个静子导电体(6，11)形成主电路连接，电路连接区(5)的径向位置介于转子导电体(4)的内径与外径之间，转子导磁导电体上的主电流方向与磁通(Φ)方向在子午面互相垂直，通过调节各个励磁线圈的电流(I1、I2、…)，调节直流主电流(I0)、每个转子的电磁转矩和电磁功率。

2.如权利要求1所述的储能和转换系统，其特征是：储能飞轮采用立式柔性飞轮，由旋转的轮体、一个转轴(51)、转轴上的轴承、包容轮体且腔内真空的壳体(52)组成，其转轴中心线垂直于地面，轮体为多体轴对称结构，轮体含有一个或多个质量块体(53)和至少一个支承体(54)，轮体中的称为结构体的质量块体和支承体以大环套小环形式依次顺序布置，支承体位于质量块体的内圈，质量块体由周向缠绕的纤维增强聚合物构成，采用轴对称的柔性膜环(55，58)连接相邻的内圈和外圈结构体，外圈结构体的一个面朝下的端面置于内圈结构体的一个面朝上的端面上，两个端面组成承重端面副(56)。

3.如权利要求2所述的储能和转换系统，其特征是：外圈结构体的一个面朝上的端面置于内圈结构体的一个面朝下的端面的下方，两个端面组成限制向上位移的端面副(57，64)。

4.如权利要求1所述的储能和转换系统，其特征是：储能飞轮采用悬挂式柔性飞轮，由一套或多套串联的旋转轮体、一个转轴(101)、转轴上的轴承、包容轮体的真空容器组成，其转轴中心线垂直于地面，转轴上的轴向轴承采用一组轴向支承永磁轴承，轮体位于转轴的下端，轮体与中心轴(102)连接，中心轴与转轴下轴端通过承拉传扭柔性传动件连接，使轮体悬挂在转轴下面。

5.如权利要求4所述的储能和转换系统，其特征是：承拉传扭柔性传动件采用一套万向传动轴，包括两个万向节，万向节的两个转动副的转轴轴线垂直相交，或垂直相错。

6.如权利要求4所述的储能和转换系统，其特征是：承拉传扭柔性传动件采用圆环链条，上下端各采用半个圆环，中间采用一个或多个圆环，每个圆环由上下两个半环和中间加长的两个直段组成，或者该两个直段之间还有加强的横向连接梁。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的储能和转换系统，其特征是：对单极直流电磁传动机采用总损耗最小原则的调节控制方法：主电流欧姆热和励磁电流欧姆热的总和为总损耗，选定主电流和各个励磁电流的应用极限范围，在该范围内，分别计算或试验获得两个转子上的穿过转子主电流回路回转面的总磁通跟随主电流和相关励磁电流多维变量变化的对应关系，给定两轴转速和一指定轴电磁转矩的应用范围，利用电磁定律公式和上述对应关系，计算出全范围覆盖不同转速条件和转矩需求的、满足总损耗最小目标的各个励磁电流最佳值矩阵，并把全部数据存储于控制系统，在调节执行时，即时采集两个转子的转速，作为输入条件，给出一指定轴转矩指令，也作为输入条件，从控制系统中调用相关存储数据，计算获得对应的各励磁电流最佳值，用于执行环节。

8.如权利要求1至6中任一权利要求所述的储能和转换系统，其特征是：对单极直流电磁传动机采用总损耗最小原则的调节控制方法：主电流欧姆热、励磁电流欧姆热和电路连接区(5)液态金属磨擦热的总和为总损耗，选定主电流和各个励磁电流的应用极限范围，在该范围内，分别计算或试验获得两个转子上的穿过转子主电流回路回转面的总磁通跟随主电流和相关励磁电流多维变量变化的对应关系，给定两轴转速、一指定轴电磁转矩、电路连接区液态金属状态参数的应用范围，利用电磁定律公式和上述对应关系，计算出全范围覆盖不同转速条件和转矩需求的、满足总损耗最小目标的各个励磁电流最佳值矩阵和液态金属状态参数最佳值矩阵，并把全部数据存储于控制系统，在调节执行时，即时采集两个转子的转速，作为输入条件，给出一指定轴转矩指令，也作为输入条件，从控制系统中调用相关存储数据，计算获得对应的各励磁电流最佳值和液态金属状态参数最佳值，用于执行环节。