[发明专利]一种惯性储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯性储能系统，属于电能的转换与存储技术领域。

背景技术

飞轮储能是利用旋转物体具有的动能来进行能量存储的，其基本原理是首先利用与飞轮机械连接的电动机带动飞轮加速旋转，将电能转换成飞轮的动能进行存储，此时飞轮维持高速旋转。在忽略各种损耗的理想状态下，飞轮的转速将一直维持不变，存储的动能也维持不变。当需要释放能量时，利用与飞轮机械连接的发电机进行发电，飞轮作为发电机的原动机，飞轮存储的动能转换为电能向外输出能量，这一过程中，动能减少，飞轮减速。飞轮的加速和减速实现了能量的存储和利用。飞轮储能具有储能密度高、无充放电次数限制、峰值功率大、转换效率高、无污染等特点，在不间断UPS、电力调峰、航空航天等领域具有重要的应用价值。飞轮储能在工程中早已得到大量应用，在2000年前后，现代飞轮储能电源商业化产品已开始推广。

飞轮储能用于UPS电源系统可以替代传统的化学蓄电池储能系统为关键负载提供可靠、环保的优质电力。飞轮储能UPS电源系统与现有的电池系统相比具有众多特点：寿命长；适应恶劣的工作环境；适应频繁充放电；维护工作量小；安全性好；占地面积小等。因此，飞轮储能用于UPS电源系统具有广阔的前景，UPS电源系统对飞轮储能系统也有特殊要求：效率高，维持状态的损耗小，结构简单，体积小等。

图1给出了现有的飞轮储能系统的典型结构，其包括机壳1、定子铁芯2、定子绕组3、永磁体4、转子铁芯5、轴承6、转子轴7和飞轮8。其中，机壳1可采用常规的安装方式固定，定子铁芯2固定连接在机壳1内，定子铁芯2是电机磁路的一部分，定子铁芯2内圆布置定子绕组3，定子绕组3一般为三相绕组。飞轮8固定连接在转子轴7上，转子轴7通过轴承6转动支撑在机壳1内，转子铁芯5固定连接在转子轴7上,转子铁芯5上布置有永磁体4，永磁体4充磁方向为径向，永磁体4的极性沿圆周向交替布置，转子轴7能够带动飞轮8、转子铁芯5和永磁体4绕轴心旋转。采用永磁体4形成永磁电机与飞轮组合形成飞轮储能系统，一般认为永磁电机效率高，体积小，转子无绕组，结构简单，适合高速运行。但是永磁电机飞轮储能系统也存在明显的不足：1、作为UPS应用，飞轮储能系统储能后一直运行在高速，此时的损耗决定了飞轮储能系统自身能够维持运行的时间，决定了系统的效率，而永磁电机永磁体磁场无法调节，导致铁损耗一直存在，而且铁损耗与磁场变化频率的1.5次方成正比，高速运行正好运行在铁损耗最大的时候，因此损耗大。2、永磁体布置在转子上，转子散热存在困难，为了减小飞轮储能系统的损耗，一般飞轮储能系统布置在真空腔体内，减小高速旋转空气带来的摩擦损耗，没有空气进行散热后转子的热量只能靠辐射散出，其散热能力有限。永磁体本身受温度限制，过高温度会导致永磁体失磁。3、永磁电机与飞轮通过转子轴连接，飞轮储能装置的高度方向尺寸较大。4、飞轮重量较大，轴承承受的载荷大，导致轴承损耗增大，寿命受限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种无永磁材料的、可有效降低系统高速运行时的铁损耗的惯性储能系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种惯性储能系统，其特征在于：它包括壳体、定子背轭、定子铁芯、定子绕组、定子励磁绕组、磁阻转子和轴；所述定子背轭固定连接在所述壳体的内壁上；所述轴通过上、下两轴承转动支撑在所述壳体内，在所述轴上固定套设所述磁阻转子；所述磁阻转子包括磁阻转子第一段、磁阻转子第二段和磁阻转子连接段，其中，所述磁阻转子第一段与磁阻转子第二段通过磁阻转子连接段连接；在所述定子背轭的内壁上、下间隔固定连接两所述定子铁芯，在两所述定子铁芯的内侧布置所述定子绕组，在两所述定子铁芯之间布置所述定子励磁绕组；所述定子励磁绕组在高度方向上与所述磁阻转子连接段对应，两所述定子铁芯在高度方向上分别与所述磁阻转子第一段、所述磁阻转子第二段一一对应。

所述磁阻转子第一段和所述磁阻转子第二段均为在外圆上交替布置有突出的第一齿和凹陷的第一槽的具有厚度的圆盘；所述磁阻转子连接段为具有厚度的圆盘，所述磁阻转子连接段的直径小于所述磁阻转子第一段、所述磁阻转子第二段的所述第一齿所在处圆的直径；所述磁阻转子第一段的所述第一齿在轴向上与所述磁阻转子第二段的所述第一槽相对；所述磁阻转子第一段的所述第一槽在轴向上与所述磁阻转子第二段的所述第一齿相对。

在两所述定子铁芯内圆均匀开有第二槽，所述第二槽之间形成第二齿，在所述第二槽内布置所述定子绕组，所述定子绕组为三相或者多相绕组。