[实用新型]外转子飞轮储能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种属于物理储能装置，尤其涉及一种外转子飞轮储能装置。

背景技术

环保和能源资源等方面的原因，必须大力发展可再生能源。可再生能源具有可持续、无污染等诸多优点，但也具有间歇性和分布式的特点。如风能不仅储量大，可利用率高，而且便于大规模开发。我国可开发利用的风能资源陆地为2.53亿kW，近海7.5亿kW，合计10.03亿kW。近年来，我国风力发电装机容量增加较快。到现在已达7000万kW，到2015年我国风电总装机容量将达到1.5亿kW。但风速变化很大，且瞬间变化也很剧烈，使得有人将其称为“垃圾电”。要发展可再生能源，必须解决能源的储藏和释放并减缓瞬间变化以改善电能品质。

另一方面，在用电设备中也有许多间歇性工作的情况，如油田抽油机的不同冲程变化，为使能源得到高品质的利用，蓄能装置不可或缺。储能技术在电网中的主要作用是：实现需求侧管理；消除昼夜峰谷差；平滑负荷；提高电力设备利用率，降低供电成本；提高协调运行稳定性、调整频率；补偿负荷波动。主要的储能方式可分为物理储能和化学储能等。物理储能有抽水蓄能、压缩空气储能(CAES)、飞轮储能(FESS)和电磁储能其中电磁储能又有超级电容储能和超导储能(SMES)等。化学储能有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池及其它二次电池储能(BESS)等。飞轮储能系统核心部分为：飞轮，电动机-发电机，电力电子变换装置。工作模式是充电、保持、放电。电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮存储旋转动能(机械能)，当外部需要能量时，用飞轮带动发电机旋转发电，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种外转子飞轮储能装置，本外转子飞轮储能装置结构简单，而且转子位于定子外部，因此在同样的体积和重量下，转动惯量大大增加，使储能密度大大提高，进一步的还可以降低转速，以减小空气阻力与轴承滚动阻力的损失。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：外转子飞轮储能装置，包括机架、轴、转子和定子；所述轴固定安装在机架上；其特征在于：所述转子转动安装在轴上，所述定子固定安装在轴上，并且所述定子位于所述转子内。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述转子的内圆处镶嵌有永磁体。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述定子为无齿槽结构。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述转子通过机械轴承安装在轴上。

本实用新型的结构与经常采用的电机结构，电机通常的结构中，固定不动的电机定子放在外面同时旋转运动的电机转子放在电机定子内部；而本实用新型的转子位于定子外部，换句话说定子在转子内，因转动惯量与半径的平方成正比，储存的能量与转动惯量成正比，其结果是转动惯量大大增加，储能密度高；另一方面采用转动惯量较大的转子，可以降低转子转速，以减小空气阻力与轴承滚动阻力的损失；本实用新型采用永磁材料励磁，即将永磁体镶嵌在转子内圆处，没有滑环及励磁线圈，也更容易采用无齿槽结构的圆柱形定子，结构简单。总之，本实用新型的结构简单、成本低，而且转动惯量大，储能密度高，空气阻力与轴承滚动阻力小。当然，本实用新型也适用于磁悬浮和抽真空的结构和技术。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A-A向的剖视结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，本外转子飞轮储能装置，包括机架1、轴2、转子3和定子4；所述轴2固定安装在机架1上；所述转子3转动安装在轴2上，所述定子4固定安装在轴2上，并且所述定子4位于所述转子3内。所述转子3的内圆处镶嵌有永磁体，所述定子4为无齿槽结构，即为圆柱形，所述转子3通过机械轴承5安装在轴2上。

本外转子飞轮储能装置的工作过程是：储能时，通过电力电子变换装置将转子和定子之间设置成电动机模式；并且给定子通电，定子通电后，在定子和转子之间形成磁场并驱动转子旋转，将电能转换成转子的旋转动能；放电时，通过电力电子变换装置将转子和定子之间设置成发电机模式，转子转速下降，定子上的线圈内形成电流，并通过电力电子变换装置将电流输出。所述电力电子变换装置为本技术领域中的常规技术手段，并且为现有技术，不再详述。本外转子飞轮储能装置的储能密度——单位体积和重量存储的能量——大大提高；转子转动惯量较大，可以降低转速，减小空气阻力与轴承滚动阻力的损失；定子结构更容易实现无齿槽结构，进一步的简化了结构，降低了成本。因为外转子飞轮储能装置是机械储能装置，不存在电化学的反应与电极板的承受能力问题，因此效率高，全程免维护，完全零污染。