[发明专利]一种基于摩擦轮减速的飞轮储能装置

说明书

一种基于摩擦轮减速的飞轮储能装置，包括无刷永磁电机和真空腔，所述真空腔包括由下往上装接的一级真空腔和二级真空腔，一级真空腔底部设有一级安装孔，一级真空腔内设有飞轮，一级安装孔内装设有一级支撑机构，该一级支撑机构与飞轮的下部安装连接，飞轮内设有飞轮输出轴，二级真空腔内装设有行星轮减速机构，飞轮输出轴延伸入二级真空腔内与行星轮减速机构连接，无刷永磁电机装在二级真空腔上，无刷永磁电机上设有电磁销，该电磁销的电磁销输出轴伸入无刷永磁电机内与行星轮减速机构的输出端连接。本发明具有自放电率低、待机损耗小、散热性能好的特点。

技术领域

本发明新式储能技术应用领域,具体地说是一种应用于各种航空航天系统、交通运输、电力系统等领域的基于摩擦轮减速的飞轮储能装置。

背景技术

飞轮电池是一种高效、清洁的二次放电装置。飞轮电池和传统的化学电池相比，采用的是机械储能，在飞轮较高的转速下（一般大于15000r/min），具有较高的比功率和比能量。同时，相对化学电池具有充电快、寿命长以及不污染环境等优点，目前在交通运输、航空航天、飞行器的供能及姿态控制、电力能源等领域。飞轮电池的工作原理是采用外部供电，驱动电动机然后带动飞轮旋转。飞轮储存动能后，当需要能量时，用飞轮带动发电机进行发电电能。

为降低飞轮转动过程中的风阻损耗和其他机械接触摩擦损耗，飞轮电池的飞轮转子，和电机的转子一般放置在真空室内，机械支撑部位采用磁轴承，以及保护轴承等。传统的飞轮电池系统一般放置在高真空的密封壳内，虽然抽真空可以降低风损，但是真空又使系统散热功能减弱，导致飞轮及电机的转子的温度极易升高。另外, 传统飞轮电池在非充放电状态下，即高速转动“待机”状态，飞轮电池的待机损耗较高，自放电率大，主要包括飞轮转子及电机转子的机械摩擦损耗，以及风阻损耗。在待机状态，飞轮电池储存的能量在几到几十个小时内会自行耗尽。

目前的飞轮储能装置在系统设计中通常采用主/被动混合磁轴承支承立式主轴,再配以径向气隙结构形式电机来实现飞轮转子的悬浮支承与传动。存在支承损耗高、承载力不足、体积大、散热性能差、成本高等缺点，而且电机转子铁心体积重量大、振动噪声损耗大，也会相对增加待机损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于摩擦轮减速的飞轮储能装置，具有自放电率低、待机损耗小、散热性能好的特点，同时，降低传统飞轮电池对高速电机、磁悬浮轴承系统的依赖，降低系统成本。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种基于摩擦轮减速的飞轮储能装置，包括无刷永磁电机和真空腔，所述真空腔包括由下往上装接的一级真空腔和二级真空腔，一级真空腔底部设有一级安装孔，一级真空腔内设有飞轮，一级安装孔内装设有一级支撑机构，该一级支撑机构与飞轮的下部安装连接，飞轮内设有飞轮输出轴，二级真空腔内装设有行星轮减速机构，飞轮输出轴延伸入二级真空腔内与行星轮减速机构连接，无刷永磁电机装在二级真空腔上，无刷永磁电机上设有电磁销，该电磁销的电磁销输出轴伸入无刷永磁电机内与行星轮减速机构的输出端连接。

所述行星轮减速装置包括摩擦轮、行星轮和行星轮输出轴，行星轮输出轴包括转轴和底架，转轴设在底架上，底架上均布有三个行星轮，摩擦轮设在底架内，飞轮输出轴伸入二级真空腔内且与摩擦轮安装连接，转轴伸入无刷永磁电机内与电磁销匹配连接。

所述二级真空腔的内壁设有内摩擦圈，行星轮在二级真空腔内旋转时与该内摩擦圈接触。

所述一级真空腔底部设有凸台，一级安装孔设在该凸台内，一级支撑机构包括一级转动支撑轴和一级真空腔端盖，一级转动支撑轴一端通过两个第一轴承与安装孔一级安装连接、另一端伸入飞轮内且通过两个第二轴承与飞轮安装连接，一级真空腔端盖通过螺钉锁紧在凸台上遮盖着一级安装孔。

所述一级真空腔端盖与凸台的安装孔之间设有一级密封圈。