[发明专利]一种应用无铁芯电机的储能飞轮系统

说明书

本发明属于储能飞轮技术领域，尤其涉及一种应用无铁芯电机的储能飞轮系统，包括飞轮转子，所述飞轮转子分别以永磁卸载轴承、液体动压轴承为上下支撑，并以永磁卸载轴承和液体动压轴承为中轴线在真空室内旋转、储能，所述真空室内还设有为飞轮转子提供动力的电机组件。本发明中，储能飞轮系统采用立式旋转结构，上端为永磁卸载轴承，下端为液体动压轴承，中间为飞轮转子，飞轮转子位于真空室中，保证飞轮转子的高转速，本发明在无铁芯Halbach永磁电机、转子稳定及液体动压轴承在储能飞轮的应用方面取得了进展，以此设计的储能飞轮系统具有良好的性能、可靠性以及经济性，可以广泛应用于市场。

技术领域

本发明属于储能飞轮技术领域，尤其涉及一种应用无铁芯电机的储能飞轮系统。

背景技术

储能飞轮具有绿色能源技术的特征，对环境无污染，对环境温度变化不敏感，加之可以短时高频次连续的充放电，而且对充、放电的次数基本上无限制，在寿命周期内，性能稳定不下降，在UPS应用与智能电网储能的应用中发展势头良好。同时，储能飞轮系统可以应用于风电、太阳能电站等，可以迅速的滤波调频，使之能够快速进入电网，大大提高绿色能源的利用率。储能飞轮系统的关键技术主要是轴承技术、转子稳定技术以及能量转换装置电动/发电机。

对于轴承问题，储能飞轮的待机损耗是衡量储能飞轮系统效率的重要指标，其中轴承的摩耗是主要的损耗。现行储能飞轮系统均采用机械轴承、永磁轴承、电磁轴承和混合轴承，机械轴承的摩耗损失明显大于其他的支撑方式，并且机械轴承在连续工作情况下，寿命较短。目前储能飞轮系统都倾向于使用无接触的轴承来支撑转子的运转，轴承种类为永磁轴承、电磁轴承、超导磁轴承。电磁轴承解决了非接触转子支撑问题，但是结构复杂、成本高昂，并且电磁轴承的电磁场会在软磁材料制作的旋转轴中产生涡流，又带来了转子温升较高的问题，同时电磁轴承在连续工作时自身也会产生能耗。

对于转子稳定性问题，现阶段还没有解决在转子残余失衡量与油膜振荡的影响下，整个转子会出现难以消除的低频进动等问题，对储能飞轮系统的稳定运行构成了隐患，由此会导致储能飞轮免维护运行二十年的设计目标无法实现。

因此，基于以上问题，设计一种具有良好的性能、可靠性以及经济性的储能飞轮系统，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种应用无铁芯电机的储能飞轮系统，本发明在无铁芯Halbach永磁电机、转子稳定及液体动压轴承在储能飞轮的应用方面取得了进展，以此设计的储能飞轮系统具有良好的性能、可靠性以及经济性，可以广泛应用于市场。

本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

一种应用无铁芯电机的储能飞轮系统，包括飞轮转子，所述飞轮转子分别以永磁卸载轴承、液体动压轴承为上下支撑，并以永磁卸载轴承和液体动压轴承为中轴线在真空室内旋转、储能，所述真空室内还设有为飞轮转子提供动力的电机组件，所述电机组件为无铁芯双层Halbach永磁电机。

优选的，所述真空室由上法兰、外套筒以及下法兰围合组成。

进一步优选的，所述飞轮转子位于真空室内，所述飞轮转子为上、下端具有凸出轴的扁平型圆盘形状，所述飞轮转子下端的凸出轴作为动压轴承轴，所述动压轴承轴的轴端安装液体动压轴承，所述系统转子的端面上开设有环形槽。

进一步优选的，所述电机组件的数量至少为一个，所述电机组件位于飞轮转子上端外部、和/或下端外部。

进一步优选的，所述电机组件包括：

电机定子，其包括固定在上法兰/下法兰上的定子托盘、环形排列在定子托盘上的定子绕组骨架、敷设在定子绕组骨架内外圈并与定子托盘紧密相接的定子绕组以及覆盖在定子绕组上的电机定子外壳；

电机转子，其为双层结构，所述电机转子镶嵌在飞轮转子的环形槽的内、外表面，所述电机转子包括朝远离电机定子方向依次压装的永磁体结构、导磁体结构、隔磁体结构。