[发明专利]磁轴承上的高速飞轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速能量存储飞轮系统，包括位于设置在定子壳体中的真空室中且由磁轴承关于所述定子壳体支撑的转子。

背景技术

高速动能存储飞轮系统基于系统的电池竞争提供用于负载平衡和峰值调节的快速电力。

通常，该能量存储飞轮系统包括高速旋转飞轮（通常由高强度钢或者碳制成）、集成的马达/发动机单元以及能量转换单元（以转换机械能为电能或者逆向地转换电能为机械能）。每个飞轮存储的能量通常上至10kWh。由马达/发动机-能量转换系统提供的峰值能量可以在10kW和几百kW之间变化。

对于该基于存储系统的飞轮，重要的是最大化运行效率：

所有旋转部件容置在真空外壳中以为了最小化风阻损失。

旋转部件有利地在主动磁轴承上无接触地运行。特别地，在竖直布置的飞轮上，适合地适于5-轴磁轴承系统的整个损失少于100W。

应用至高速飞轮，磁轴承意味着没有维护，最小转子，以及轴承损失，没有磨损，没有润滑以及具有大致无限的使用寿命。

然而，该最大运行效率的缺陷是非常长的不使用助推器的旋转减慢时间。

磁悬浮飞轮系统包括备用轴承系统以支撑高速旋转部件以免在磁轴承系统中的故障或者失效。在备用轴承中的旋转减慢期间可以改变，因为通过能量转换单元的发动机也可以用于更快减速。然而，作为最坏的情况，在备用轴承中，可以发生不使用助推器的旋转减慢（即，没有来自于发动机的刹车）。在备用轴承中不使用助推器的旋转减慢是许多小时。

发明内容

要解决的技术问题是提供一种系统，其具有备用轴承，该备用轴承能够经受不使用助推器的全速旋转减慢。然而安全的备用轴承解决方案，其允许几个小时的不使用助推器的旋转减慢，需要大地技术革新且是非常昂贵的。

根据本发明，提出介入装置用于显著地减少在备用轴承中的旋转减慢从几个小时至一些分钟。因此，当应用本发明时，现有的“标准”备用轴承解决方案可以提供需要的保护功能以及不必需设计昂贵的“特殊”加强备用轴承。

本发明限定在附随的权利要求中。

本发明更特别地涉及高速能量存储飞轮系统，包括：转子，其位于设置在定子壳体中的真空室中，以及由主动磁轴承关于所述定子壳体支撑，其特征在于它进一步包括流体罐和控制设备，其配置为以受控方式选择性地释放流体在真空室中，一旦检测到紧急状况，以及因此选择性通过摩擦在转子上产生制动效果。

根据本发明的一个方面，控制设备包括至少一个流体释放阀以及阀控制设备。

根据本发明的另一个方面，控制设备包括与阀控制设备配合的至少一个真空阀，以及真空泵系统。

优选地，磁轴承包括第一和第二径向主动磁轴承以及轴向主动磁轴承。

根据本发明的高速能量存储飞轮系统可以进一步包括结合进定子壳体中的电动机或者发电机。

有利地，转换机械能至电能或者转换电能至机械能的能量转换单元与电动机或者发电机关联。

根据本发明的高速能量存储飞轮系统包括第一和第二备用轴承。

流体罐可以是包括诸如氮气的惰性气体的气体罐。

可替换地，流体罐可以是包括空气的气体罐。

流体罐可以是包括具有压力在10mbar至1000mbar之间的压力的气体的气体罐。

真空室可以配置为包括具有剩余压力小于10^-4mbar的真空。

阀控制设备包括传感器，其配置为传感所述紧急状况以及电或者机械触发的设备，其响应于所述传感器并配置为打开至少一个流体释放阀以能够将来自于气体罐的校准的气体压力渗透进入真空室以及因此产生所需的转子的快速旋转减慢。

本发明进一步涉及高速能量存储飞轮方法，包括在设置在定子壳体中的真空腔室中旋转转子，转子由主动磁轴承关于所述定子壳体支撑，其特征在于它进一步包括检测紧急状况，在紧急状况下，磁轴承失效或者失去活性并且以受控的方式释放来自于流体罐的流体进入真空室以及因此通过摩擦选择性地在转子上产生制动效果。

根据本发明的一个方面，转子与结合在定子壳体中的电动机或者发电机相关联以及该方法进一步包括当检测到所述紧急状况时，使用所述电动机或者发电机，转换机械能为电能或者转换电能至机械能的能量转换步骤。

根据本发明的另一个方面，该方法包括传感所述紧急状况以及响应于所述传感操作，电或者机械地触发打开至少一个流体释放阀以使得来自于气体罐的校准的气体压力能够渗透进入真空室以及因此产生所需的转子的快速减慢。

附图说明