[发明专利]磁悬浮飞轮储能系统的制造方法及其系统

说明书

本发明涉及磁悬浮飞轮储能系统的制造方法及其系统。

磁悬浮飞轮储能系统(在下文中，简称为飞轮系统)是一种非常高效、清洁、适合移动、以贮存机械能代替贮存电能的二次储电装置，它可用作蓄电池和不间断电源，尤其适合交通工具用作就车储能动力源。

从工作原理而言，飞轮系统相当于一种特型的旋转磁极式永磁电机。在目前的现有技术中，飞轮系统由壳体、飞轮、电枢(所述电枢为电枢绕组的统称，通常包括电枢齿和电枢轭，在仅用于发电时，亦可只包括电枢轭，在下文中均统称为电枢)、磁轴承和普通电机控制电路等部件构成；其壳体主体采用钢材(包括钢合金)制造，壳体上有普通外接抽真空装置的密封接头，壳体内工作气压为10^-3Pa至4×10^-6Pa；其飞轮由经过预充磁的永磁体、钢材和纤维增强塑料复合材料(所述材料是由碳素/玻璃纤维与环氧树脂、酚醛树脂或不饱和聚酯树脂等热固性树脂复合而成材料的统称，在下文中，简称为FRP材料)复合而成，借助磁轴承飞轮可磁悬浮在壳体内，借助电枢和电机控制电路，充电时飞轮的极限转速可达200,000转/每分钟或以上(在下文中，每分钟转速简称为RPM)，将电能转换为飞轮的动能并储存起来，在放电时则把飞轮的动能转换为电能向外输出；其电枢工作位置是固定的，磁轴承则采用超导磁轴承或普通的专门磁轴承。例如美国专利说明书US-5214981(在下文中，该说明书所述系统简称为ARCH系统)和US-5124605(在下文中，该说明书所述系统简称为AFS系统)所述系统就是这种结构的飞轮系统。

公知，飞轮系统由于其飞轮转速极高、借助磁悬浮和高真空工作环境又大大降低了摩擦损耗，因而得以储存较多能量与能量利用率高；由于借助电机瞬时峰值功率的特点，故飞轮系统能实现快充电和大功率输出；又由于其能量转换工作不通过电化学反应进行，因而不存在化学污染、不受化学反应副生成物对其极限循环寿命的影响和工作时不受低温制约。所以，飞轮系统与同为二次储电装置的二次化学电池相比，具有比能量高、比功率大、充电快、极限循环寿命长、耐候性好、无废气废料污染和全寿命周期成本低等突出优点。现有飞轮系统与有代表性的二次化学电池若干技术性能比较见下表：

 能量密度  (Wh/kg)  功率密度  (W/kg)  极限循环  次数(次)   100％DOD  充电时间(hr)  美国先进电池联合体      (USABC)     长期目标    200    400    1,000    3～6  磁悬浮飞轮储能系统    270  10,000    4,000    0.25    铅/酸电池    40    130    750    8    铅布电池    50    500    900    0.6    锂离子电池    100    200    1,200    2～4  常温锂聚合物电池    200  50～60    300    4    镍/氢电池    80    200    1,000    0.5    镍/镉电池    55    91    2,000    6.5