[发明专利]一种具有轴向振动隔振功能的高温超导磁悬浮飞轮

说明书

本发明提供了一种具有轴向轴向振动隔振功能的高温超导磁悬浮飞轮，包括复合磁悬浮轴承系统、飞轮转子系统、电磁分流阻尼器和电机；所述复合磁悬浮轴承系统用于给飞轮转子系统及其飞轮轴上的附件提供悬浮力和刚度，并保证其稳定悬浮；在稳定悬浮条件下，飞轮转子系统在电机带动下运转，飞轮转子系统运转时产生轴向振动，电磁分流阻尼器阻碍飞轮轴向运动，减弱飞轮轴向振。对高温超导磁悬浮飞轮的轴向振动进行隔振。本发明能够在飞轮无机械接触式的悬浮状态下对飞轮的轴向振动进行隔振。具有非接触，高效率，快速响应等优点。

技术领域

本发明涉及一种具有轴向轴向振动隔振功能的高温超导磁悬浮飞轮，属于飞轮储能领域。

背景技术

新型能源例如风电和光伏发电具有天然的波动特性，其波动性与用户端电负荷的随机性和简短性相矛盾。随着近年来新能源的大规模开发和利用，电力供需矛盾进一步突出。为减小新能源的天然波动性影响使其与用户端向适应，具备常规电源的调节能力和并网性能，需要引入大容量、快响应、高效率和低成本的先进储能技术。目前大规模电储能以抽水储能为主，各种正在研发的新型储能技术具有良好的应用前景，如飞轮储能、超级电容器储能、超导磁储能、压缩空气储能、锂离子电池、液流电池和钠硫电池储能等。相比较上述其他储能技术，飞轮储能具有比容量大、响应速度快、能量转换效率高、安全无污染等优点。

飞轮储能系统的关键部件轴承可分为接触式机械轴承和非接触式磁悬浮轴承两大类。传统的滚珠轴承、滑动轴承和油膜轴承存在机械接触，使其具有机械磨损、能耗高、噪声大、寿命短和油污染等方面的缺点。磁悬浮轴承是一种运行时不存在机械接触，利用永磁体、超导体或通电线圈实现转子悬浮的新型高性能无接触支承轴承。磁悬浮轴承具有避免物体之间摩擦磨损、延长设备使用寿命、改善设备运行条件、高转速低功耗等优点。

磁悬浮轴承以工作原理进行区分，可分为主动、被动以及混合三种形式。主动式磁悬浮轴承实现转子空间悬浮的电磁力是通过给轴承线圈中通入电流来提供，改变电流大小来控制转子的稳定性，按照控制方式的差异可以分为电流控制型和电压控制型。被动式磁悬浮轴承用于悬浮转子的电磁力由永磁体或者超导体来提供，被动式与主动式相比，因使用永磁体或超导体所产生的磁场来悬浮转子，省去了主动电子控制系统，使其体积减小、功耗降低，并且机械结构简单。混合式磁悬浮轴承在结构中既包含主动式中的电磁铁，还包含被动式中的永磁体或超导体，通过电磁铁产生磁场控制轴承平衡，而偏置磁场仅由永磁体或超导体产生。此外，磁悬浮轴承还可以按照支承形式的差异分为径向式、轴向式及径向与轴向的复合式。径向型超导轴承的定转子采用以主轴为中心轴的环绕布置方式，转子采用层叠方式，层间采用软铁材料聚磁，超导定子也采用多层布置方式，每层由多个超导块拼接成圆环，由导冷良好材料封装，以起到传导冷却和保护的作用。轴向型高温超导轴承的结构特征是定转子均做成碟形或盘型，上下平行放置且两者几何轴线重合，超导定子放置在低温杜瓦中，永磁转子与轴相连。

高温超导径向磁悬浮轴承内含有采用高温超导材料，其悬浮力和永磁体位置、速度和历史位移有关。首先由于飞轮整体的制造工艺问题，飞轮运转时飞轮主轴偏心不可避免。其次由于充磁设备的问题，出现永磁体的磁化中心和飞轮旋转中心不完全重合问题。最终飞轮总体运转时，由于永磁体偏心，导致飞轮系统悬浮力变化产生轴向振动。飞轮轴向振动引起电机转子相对定子位置变化，使电机的性能下降。为减弱飞轮轴向振动需要提供一种非接触式高温超导磁悬浮飞轴向振动的隔振装置。

发明内容

本发明目的是提供一种具有轴向轴向振动隔振功能的高温超导磁悬浮飞轮，对高温超导磁悬浮飞轮的轴向振动进行隔振。本发明能够在飞轮无机械接触式的悬浮状态下对飞轮的轴向振动进行隔振。具有非接触，高效率，快速响应等优点。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种具有轴向轴向振动隔振功能的高温超导磁悬浮飞轮，包括复合磁悬浮轴承系统、飞轮转子系统、电磁分流阻尼器和电机；

所述复合磁悬浮轴承系统用于给飞轮转子系统及其飞轮轴上的附件提供悬浮力和刚度，并保证其稳定悬浮；