[发明专利]一种低损耗的大功率全悬浮飞轮储能系统

说明书

本发明提供了一种低损耗的大功率全悬浮飞轮储能系统，其中，包括金属壳体和一体式飞轮转轴，一体式飞轮转轴由上至下一体化同轴设置的上轴伸段、储能轮毂和下轴伸段；高速永磁电机同轴套接于上轴伸段外侧；高速永磁电机的电机永磁体固定于上轴伸段表面，高速永磁电机的其余部分固定于金属壳体内壁；上径向磁轴承同轴套接于上轴伸段外侧；上径向磁轴承的转子铁心固定于上轴伸段表面，上径向磁轴承的其余部分固定于金属壳体内壁；下径向磁轴承同轴套接于下轴伸段外侧，下径向磁轴承的转子铁心固定于下轴伸段表面，下径向磁轴承的其余部分固定于金属壳体内壁；轴向磁轴承的定子固定于储能轮毂上方的金属壳体内壁。本发明自身损耗低、散热效果好。

技术领域

本发明属于飞轮储能技术领域，具体涉及一种低损耗的大功率全悬浮飞轮储能系统。

背景技术

飞轮储能是一种通过高速电机带动飞轮转子高速旋转将外界电网多余电能快速转化为机械能存储起来，在电网电能不足时再通过高速电机将存储的机械能快速转化为电能对外输出的一种新型机械储能方式，具有绿色无污染、安全可靠、循环寿命长的优点。

目前的飞轮储能产品多采用全机械支撑方式或半机械支撑方式，由于存在机械摩擦，待机损耗很大；而一些采用电磁全悬浮支撑的飞轮产品也存在总体电磁损耗偏大，特别是转子损耗偏高等问题，由于全悬浮飞轮转子处于真空环境中散热极为不便，不利于飞轮系统在高负荷状态下长时稳定运行。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种低损耗的大功率全悬浮飞轮储能系统，适用于高转速、大功率应用场合，具有自身损耗低、散热效果好的特点，尤其是转子损耗低，不易引起热积累，适合于长时高负荷稳定运行。

本发明采用的技术方案是：一种低损耗的大功率全悬浮飞轮储能系统，包括金属壳体以及由下到上依次布置在金属壳体内部的下径向磁轴承、一体式飞轮转轴、轴向磁轴承、高速永磁电机、和上径向磁轴承，且下径向磁轴承和上径向磁轴承结构相同；其中，所述一体式飞轮转轴包括由上至下一体化同轴设置的上轴伸段、储能轮毂和下轴伸段；所述金属壳体内部为真空状态；

高速永磁电机同轴套接于上轴伸段外侧；高速永磁电机的电机永磁体固定于上轴伸段表面，高速永磁电机的其余部分固定于金属壳体内壁；

上径向磁轴承同轴套接于上轴伸段外侧；上径向磁轴承的转子铁心固定于上轴伸段表面，上径向磁轴承的其余部分固定于金属壳体内壁；

下径向磁轴承同轴套接于下轴伸段外侧，下径向磁轴承的转子铁心固定于下轴伸段表面，下径向磁轴承的其余部分固定于金属壳体内壁；

轴向磁轴承的定子固定于储能轮毂上方的金属壳体内壁；储能轮毂作为轴向磁轴承的转子。

上述技术方案中，下径向磁轴承包括两个径向磁轴承转子铁心、两个径向磁轴承定子铁心、两个径向磁轴承导磁套、一个环形径向磁轴承永磁体和一个环形非导磁的径向磁轴承隔磁套；

径向磁轴承隔磁套的一侧面与金属壳体的内壁固定连接，另一侧面与径向磁轴承导磁套和环形径向磁轴承永磁体固定连接；环形径向磁轴承永磁体夹在两个径向磁轴承导磁套中间，三者轴向布置，充磁方向为轴向，产生径向磁轴承偏置磁场；两个径向磁轴承定子铁心分别固定于两个径向磁轴承导磁套内侧；径向磁轴承定子铁心上布置有励磁线圈。

上述技术方案中，所述轴向磁轴承包括轴向磁轴承定子铁心、轴向磁轴承永磁体、轴向磁轴承极靴、轴向磁轴承外环励磁线圈和轴向磁轴承内环励磁线圈；所述轴向磁轴承定子铁心上表面与金属壳体固定连接；轴向磁轴承定子铁心下表面设置有内外两个圆环凹槽，分别放置有轴向磁轴承外环励磁线圈和轴向磁轴承内环励磁线圈；轴承定子铁心下表面设置有轴向磁轴承永磁体，轴向磁轴承永磁体下部安装有轴向磁轴承极靴，磁轴承永磁体为轴向充磁；轴向磁轴承极靴与储能轮毂之间存在轴向磁轴承气隙。

上述技术方案中，所述高速永磁电机包括由内到外依次分布的一体式飞轮转轴、表贴于一体式飞轮转轴上轴伸段的电机转子永磁体和电机定子铁心；电机定子铁心固定于金属壳体内壁；电机定子铁心上套装有电机绕组。