[实用新型]飞轮能量存储系统

说明书

飞轮能量存储系统具有飞轮和单极机器。单极机器具有：转子，转子具有主体，该主体具有至少一个第一凸角及至少一个第二凸角；围绕转子主体的环形电枢线圈布置；定子，包括第一端部部分、第二端部部分及桥部分，其中第一端部部分和第二端部部分具有多个叠层，使得磁通能够沿径向和轴向行进，并且其中桥部分具有多个叠层，使得磁通能够在围绕第一端部部分和第二端部部分之间的桥部分的弧形路径中行进；位于定子和转子之间的超导体场线圈，其中超导体场线圈包括高温超导(HTS)材料；以及电磁屏蔽件，其定位在超导体场线圈和电枢线圈布置之间，电磁屏蔽件配置成限制交变场从电枢绕组通过而到达超导体场线圈。

技术领域

本实用新型涉及单极的飞轮能量存储系统。

背景技术

飞轮能量存储系统用于各种应用以便进行功率平均。在低需求阶段期间，能量存储在飞轮中，而在高峰需求阶段期间，能量从飞轮中汲取。用于高效飞轮能量存储系统的可能应用包括：

·电气列车，其在加速期间从飞轮汲取能量以及在减速期间将制动能量返回到飞轮；

·滚轧机，其当钢坯通过辊时从飞轮汲取能量；

·电池，其用于在白天期间存储太阳能并且在夜晚期间汲取太阳能；

·风力涡轮发动机，其用于在风力高峰阶段期间存储多余功率并且在风力贫乏阶段期间抽取多余功率；

·本地电功率网，其用于在夜晚期间存储更便宜的功率并且在白天期间在高峰速率期间使用所述功率；以及

·电池，其用于给市区/郊区总线传输系统供电—与常规电池不同，其可在几秒内对飞轮进行再充电。

常规的飞轮能量存储系统具有连接到一个或多个飞轮的转子，以及用于将能量传输进出转子的马达/发电机。转子包括一个或多个永磁体，以及电流经由铜线被传输到系统或从系统传输。

常规的飞轮系统具有使它们不经济和/或不实用的几个缺陷。

适于上述应用的飞轮系统需要能够应付当能量被引入系统时的大电流。这需要大量铜导体，增加系统的体积。另外，能量通过在铜中产生热量而被损耗。

现有系统的转子中使用的高强度永磁体是相对脆性的。这在磁体没有失效的情况下限制了转子的旋转速度。磁体脆性损坏是安全问题。

由于在转子中经历的交变磁通导致转子主体及其铜线圈或者铜鼠笼条发热，常规的感应马达/发电机也遭受损耗。

已经提出利用超导元件的高效飞轮能量存储系统。超导元件具有非常高效的潜力，因为在超导元件中的损耗几乎为零。唯一有显著损耗的元件关联于制冷机系统用于将超导元件保持在其预期的工作温度而消耗的功率。

电机的功率P与它的转子激励场B和旋转速度ω两者成正比。因此高功率密度机器必须以非常高的速度旋转大磁场。铜线圈不可能可行地产生高于～1.5T的磁场。另外，由于过高的离心应力以及处理功率和冷却系统界面的挑战，对于附着到转子上的有效线圈，超过15,000 转/分的速度是不可能的。

商业上生产的高温超导体(HTS，High Temperature Superconductor) 线的最近出现已经根本上改变了超导机器的成本度量和技术可行性两者。 HTS线在高达到93K的温度超导，使得机械制冷机能够结合气体交换冷却使用。这消除了与旋转液体制冷剂相关的许多问题，而升高的工作温度提供“热余量(thermal head-room’)”，进一步提高系统稳定性。

本实用新型的至少一个优选实施例的对象的目的是提供飞轮能量存储系统，其提供高的电效率。