[发明专利]一种飞轮储能装置

说明书

本发明公开了一种飞轮储能装置，包括真空密封机壳以及安装于真空密封机壳内的超导电机、飞轮和磁悬浮轴承；所述超导电机包括由外至内依次同轴设置的外定子、转子和内定子；所述飞轮包括上飞轮和下飞轮，所述上飞轮和下飞轮分别同轴安装于超导电机的转子两端；所述磁悬浮轴承包括上磁悬浮轴承和下磁悬浮轴承，所述上磁悬浮轴承和下磁悬浮轴承分别同轴安装于上飞轮和下飞轮的外侧。本发明将飞轮、磁悬浮轴承、超导电机技术高度融合，实现结构复用，使装置结构简单、紧凑，运行稳定性高，同时解决了飞轮储能装置内置电机的散热困难、功率密度低、噪声大等问题。

技术领域

本发明属于储能装置技术领域，具体涉及一种飞轮储能装置。

背景技术

飞轮储能技术具有功率密度大、瞬时放电功率高、充电时间短和环境友好等特点，在电网削峰填谷、脉冲功率电源、电动汽车能量回收与利用等方面具有重要的应用前景。飞轮储能装置主要包括飞轮、电机、电磁轴承、电机驱动单元等，是一种集合了磁悬浮轴承、高强度复合材料、真空技术、高速电机及控制、电力电子技术等多种高科技技术的机电产品。其中电机作为机电能量转换的关键部件，直接决定了整个飞轮储能系统的可靠性与性能好坏。

目前，飞轮储能采用的电机主要为感应电机、磁阻电机、永磁直流电机、永磁电机等。由于感应电机、永磁电机在高速运转时，转子中产生较大的损耗，将其封装在飞轮储能装置真空环境中时，会因为散热困难而影响使用。磁阻电机转子几乎无损耗，调速范围宽，但运行时也存在转矩脉动及噪声大、功率密度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种飞轮储能装置，将飞轮、磁悬浮轴承、超导电机技术高度融合，实现结构复用，使装置结构简单、紧凑，运行稳定性高，同时解决了飞轮储能装置内置电机的散热困难、功率密度低、噪声大等问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种飞轮储能装置，包括真空密封机壳以及安装于真空密封机壳内的超导电机、飞轮和磁悬浮轴承；

所述超导电机，包括由外至内依次同轴设置的外定子、转子和内定子；

所述飞轮包括上飞轮和下飞轮，所述上飞轮和下飞轮分别同轴安装于超导电机的转子两端；

所述磁悬浮轴承包括上磁悬浮轴承和下磁悬浮轴承，所述上磁悬浮轴承和下磁悬浮轴承分别同轴安装于上飞轮和下飞轮的外侧。

进一步的，还包括中空轴，所述中空轴同轴地安装于真空密封机壳的中心，所述中空轴的两端分别通过上真空绝热法兰和下真空绝热法兰与真空密封机壳连接。

进一步的，所述外定子、转子和内定子三者之间设有气隙。

进一步的，所述外定子包括同轴设置的外定子铁芯和电枢，所述外定子铁芯固定于真空密封机壳的内侧，所述外定子铁芯设有电枢槽，所述电枢嵌于电枢槽中。

进一步的，所述转子包括N极铁芯和S极铁芯，所述N极铁芯和S极铁芯同轴交错排列，所述转子的两端分别与上飞轮和下飞轮连接。

进一步的，所述转子采用叠压硅钢片或软磁复合材料。

进一步的，所述内定子包括同轴设置的内定子铁芯和超导励磁线圈，所述内定子铁芯固定在中空轴外侧，所述超导励磁线圈绕于内定子铁芯外侧，所述超导励磁线圈为环形饼状结构且相邻两组线圈中的电流反向。采用超导励磁线圈，解决了常规电机励磁系统中的损耗问题，使得电机具有功率密度大、效率高的特点。

进一步的，所述磁悬浮轴承为超导磁悬浮轴承，包括上超导磁悬浮轴承和下超导磁悬浮轴承；所述上超导磁悬浮轴承包括由外至内同轴设置的上超导磁悬浮轴承转子和上超导磁悬浮轴承定子，所述下超导磁悬浮轴承包括由外至内同轴设置的下超导磁悬浮轴承转子和下超导磁悬浮轴承定子；所述上超导磁悬浮轴承转子通过上法兰连接上飞轮，所述下超导磁悬浮轴承转子通过下法兰连接下飞轮，所述上超导磁悬浮轴承定子和下超导磁悬浮轴承定子均与中空轴间隙配合。