[发明专利]一种无实体轴承飞轮储能系统

说明书

本发明涉及一种无实体轴承飞轮储能系统，不同于当今飞轮研究领域通过改进轴承，包括机械轴承和磁悬浮轴承来提高飞轮转速以提升飞轮储能量的思路，本发明直接抛弃实体轴承，消除了实体轴承对飞轮储能量的约束，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。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；真空腔体和飞轮转子均为空心圆柱体，且几何轴线相重合。悬浮永磁体、悬浮电磁体分别设置在真空腔体、飞轮的底部、侧面等位置提供悬浮力和导向力。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，转子布置在飞轮转子的底部或侧面。

技术领域

本发明涉及一种无实体轴承飞轮储能系统。

背景技术

随着化石能源的枯竭和环境问题的日益恶化，全球正在大力开发和利用可再生能源。可再生能源受气候条件等不可控因素的影响大，存在明显的随机性、波动性和分散性等特点，给可再生能源的大规模并网带来了前所未有的挑战。为有效的应对这一挑战，发展大规模电力储能技术的需求十分迫切。现有储能技术按原理可划分为：机械储能，电化学储能，电气储能，相变蓄热储能。

每种储能技术，各有优势和不足。综合而言，电化学储能和电气储能都具有响应快、比能量或比功率高的优势，但也都具有成本高、单体容量低的不足，难以用于大规模储能系统中；相变蓄热储能具有温度恒定和蓄热密度大的优点，但存在成本高、难规模化的不足。机械储能的储能容量大，适用于大规模储能系统中，其中抽水蓄能和压缩空气储能成本低、技术成熟，但响应慢、且受选址因素的限制。虽然飞轮储能具有响应快、效率高等优点，且不受选址因素的限制，但受轴承刚度和强度的限制，其单体容量小、能量密度低，故需要采用大规模阵列才能提高整个系统的储能容量；而大规模飞轮阵列后的成本显著增加，限制了其大范围、全方位的推广和应用。

发明内容

为了克服现有飞轮储能技术的不足，本发明提出一种无实体轴承飞轮储能系统。本发明的磁悬浮飞轮储能系统不需要轴承，具有单体容量大、比功率高、成本低、稳定性强、响应快、效率较高等优势。

本发明提出一种无实体轴承飞轮储能系统，整个飞轮储能系统不带轴承，采用双边型永磁同步直线电机机组分扇区供电和控制策略，实现单体飞轮的大规模储能。

其中，双边型永磁同步直线电机机组的转子和定子、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、轨道导向电磁体和飞轮转子布置在真空腔体内部，真空泵机组和变流设备布置在真空腔体外部；

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；

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，转子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；