[发明专利]一种无实体轴承飞轮储能系统

权利要求书

1.一种无实体轴承飞轮储能系统，其特征在于：整个飞轮储能系统不带轴承，通过新型的磁体结构约束飞轮本体的轴向和径向位置，使整个飞轮储能系统不带轴承，实现单体飞轮的大规模储能；

其中，轮载悬浮永磁体、轨道悬浮永磁体、轮载悬浮电磁体、轨道悬浮电磁体、轮载导向永磁体、轨道导向永磁体、轮载导向电磁体、轨道导向电磁体是约束无实体轴飞轮储能系统转子的关键部件；

真空腔体为空心圆柱体状，且空心圆柱体外侧面半径为内侧面半径的5-50倍；飞轮转子同为空心圆柱体状，与真空腔体同轴，真空腔体的尺寸减去导向气隙的宽度即为飞轮转子的尺寸；所述的飞轮转子不带轴承，其悬浮力由底部环形轨道上布置的悬浮永磁体和悬浮电磁体提供，导向力由侧壁环形轨道上布置的导向永磁体和导向电磁体提供；

双边型永磁同步直线电机机组的定子布置在真空腔体底部或侧面的环形轨道上，为两个同心圆结构，转子磁体布置在飞轮转子的底部或侧面，双边型永磁同步直线电机机组的转子和定子在水平方向平行、垂向方向相对，两者之间的间隙为电机气隙，组成永磁同步直线电机驱动/发电系统；

悬浮永磁体包括轮载悬浮永磁体和轨道悬浮永磁体，轮载悬浮永磁体布置在飞轮转子的底部，轨道悬浮永磁体布置在真空腔体的底部环形轨道上；悬浮电磁体包括轮载悬浮电磁体和轨道悬浮电磁体，轮载悬浮电磁体布置在飞轮转子的底部，轨道悬浮电磁体布置在真空腔体的底部环形轨道上；轮载悬浮永磁体与轨道悬浮永磁体、轮载悬浮电磁体与轨道悬浮电磁体在水平方向平行、垂向方向相对，两者之间的气隙高度为悬浮高度；导向永磁体包括轮载导向永磁体和轨道导向永磁体，轮载导向永磁体布置在飞轮转子的侧面，轨道导向永磁体布置在真空腔体的侧面环形轨道上；导向电磁体包括轮载导向电磁体和轨道导向悬浮电磁体，导向悬浮电磁体布置在飞轮转子的外侧面，轨道导向电磁体布置在真空腔体的侧面环形轨道上；轮载导向永磁体与轨道导向永磁体、轮载导向电磁体与轨道导向电磁体在水平方向相对、垂向方向平行，两者之间的气隙宽度为导向宽度；

真空泵机组的抽气端布置在真空腔体内侧壁的任意位置，真空泵组位于真空腔体外侧壁的任意位置；变流设备布置在真空腔体外侧壁的任意位置，与双边型永磁同步直线电机机组定子、真空泵机组和轨道电磁体连接供电，分别驱动和制动永磁同步直线电机机组、维持真空腔体内部的真空或亚真空状态和控制轨道电磁体的电流大小；

所述的轮载悬浮永磁体、轨道悬浮永磁体、轮载导向永磁体和轨道导向永磁体采用永磁单体或永磁Halbach阵列；

多组轮载悬浮永磁体和轨道悬浮永磁体沿底部环形轨道布置并拼接成环状；多组轮载导向永磁体和轨道导向永磁体中有部分组布置在外侧面环形轨道上，另外部分组布置在内侧面环形轨道上，每组沿外、内侧面环形轨道布置并拼接成环状；

所述多组拼成环状的轮载悬浮永磁体和轨道悬浮永磁体、多组拼成环状的轮载导向永磁体和轨道导向永磁体均分别提供主要的悬浮力和导向力；

所述的环形轨道无轴承磁悬浮飞轮储能系统中，或将飞轮转子设计成实心圆柱体，进一步增加飞轮转子的质量以提高系统的储能容量；此时，飞轮转子的导向力仅由布置在真空腔体内侧面的环形导向永磁体和导向电磁体提供；飞轮转子的驱动/制动由布置在真空腔体底部环形轨道上的永磁同步直线电机机组控制，永磁同步直线电机机组同样布置在真空腔体内侧面环形轨道上，或者同时布置在真空腔体内的底部、顶部和侧面环形轨道上；

所述的轨道悬浮电磁体和轨道导向电磁体由山字型铁芯和线圈组成，轮载悬浮电磁体和轮载导向电磁体为导磁铁板；多组轮载悬浮电磁体和轨道悬浮电磁体沿底部环形轨道布置并拼接成环状；多组轮载导向电磁体和轨道导向电磁体沿侧面环形轨道布置并拼接成环状；

多组拼成环状的轮载悬浮电磁体和轨道悬浮电磁体、多组拼成环状的轮载导向电磁体和轨道导向电磁体均分别提供辅助的悬浮力和导向力；

所述的双边型永磁同步直线电机机组为发电和电动一体化电机，永磁同步直线电机机组的定子由铁芯和线圈组成，沿真空腔体底部的环形轨道布置；永磁同步直线电机机组的转子由永磁单体或Halbach阵列而成，沿飞轮转子底部的环形轨道布置；或者，电机机组的定子同时布置在真空腔体内底部、顶部和内外侧面的环形轨道上，电机机组的转子同时布置在飞轮转子底部、顶部和内外侧面的环形轨道上，进一步提高储能系统的比功率。

2.根据权利要求1所述的一种无实体轴承飞轮储能系统，其特征在于：

所述飞轮转子为一体成型的，或者分块制作再拼接固定而成。