[发明专利]飞轮系统和飞轮轴承模块

说明书

一种飞轮系统包括转子，所述转子被构造成围绕旋转轴旋转。所述飞轮系统还包括固定装置以及有源磁轴承模块，所述有源磁轴承模块用于相对于所述固定装置有源地稳定所述转子。所述有源磁轴承模块包括多个第一可磁化元件，所述多个第一可磁化元件机械地耦合至所述转子或集成在所述转子中；以及多个电磁体，所述多个电磁体机械地耦合至所述固定装置并被构造成与所述多个第一可磁化元件磁耦合以相对于所述固定装置有源地稳定所述转子。所述第一可磁化元件中的每一个比所述电磁体中的每一个离所述旋转轴更远。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月22日提交的第62/575,489号美国临时专利申请的优先权的权益，所述美国临时专利申请以引用的方式全文并入本文。

背景技术

飞轮系统是大量储存旋转能的机械装置。转子中储存的能量与转子转速的平方成正比。转子可与电磁发电机定子磁耦合，以允许飞轮系统在转子的旋转能与电能之间进行转换。发电机定子可使转子减速以从自转子提取的旋转能中产生电能，并且发电机定子可接收电能并将此电能转换为转子的旋转能，从而引起转子加速。飞轮系统可被设计为具有大的能量储存能力，并且还能够快速传递和吸收能量。飞轮系统的常见用途包括：(a)例如燃烧发电机定子的另一能量源的功率输出的调峰；(b)能量储存；(c)备用电源；以及(d)快速能量传递。

飞轮系统中的低损耗能量储存要求转子旋转时具有很小摩擦。因此，高性能飞轮系统的转子通常是磁悬浮的。

发明内容

在实施方案中，一种飞轮系统包括转子，所述转子被构造成围绕旋转轴旋转。所述飞轮系统还包括固定装置以及用于相对于所述固定装置有源地稳定所述转子的有源磁轴承模块。所述有源磁轴承模块包括：多个第一可磁化元件，所述多个第一可磁化元件机械地耦合至所述转子或集成在所述转子中；以及多个电磁体，所述多个电磁体机械地耦合至所述固定装置并被构造成与所述多个第一可磁化元件磁耦合以相对于所述固定装置有源地稳定所述转子。所述第一可磁化元件中的每一个比所述电磁体中的每一个离所述旋转轴更远。

在实施方案中，一种用于飞轮系统的轴承模块包括：多个第一可磁化元件，所述多个第一可磁化元件沿着第一直径布置并被构造成机械地耦合至所述飞轮系统的转子；以及多个电磁体，所述多个电磁体被构造成机械地耦合至固定装置并与所述第一可磁化元件磁耦合以相对于所述固定装置稳定所述转子。所述电磁体由小于所述第一直径的第二直径限制，以使得能够将所述电磁体定位在所述第一直径内。

在实施方案中，一种轴承模块与发电机集成。所述集成轴承模块和发电机被构造成用于飞轮系统，并且包括多个永磁体、发电机定子和有源磁轴承。所述多个永磁体沿着第一直径布置并被构造成机械地耦合至所述飞轮系统的转子。所述发电机定子被构造成机械地耦合至固定装置。所述发电机定子由小于所述第一直径的第二直径限制，以使得能够将所述发电机定子定位在所述第一直径内以与所述永磁体磁耦合，从而在所述转子的旋转能与所述发电机定子的绕组中的电流之间进行转换。所述有源磁轴承包括(a)多个第一可磁化元件，所述多个第一可磁化元件沿着第三直径布置并被构造成机械地耦合至所述转子；以及(b)多个电磁体，所述多个电磁体沿着第四直径布置并被构造成机械地耦合至所述固定装置且与所述第一可磁化元件磁耦合。所述第三直径大于所述第一直径，以使得能够将所述第一可磁化元件定位在比所述永磁体距所述转子的旋转轴更远距离处。所述第四直径大于所述第一直径，以使得能够将所述有源磁轴承定位在比所述永磁体距所述旋转轴更远距离处。

附图说明

图1示出根据实施方案的在示例性使用场景中的飞轮系统。

图2示出根据实施方案的飞轮系统，所述飞轮系统包括有源磁轴承以相对于飞轮系统的基座有源地稳定飞轮系统的转子。

图3示意性地示出根据实施方案的用于飞轮系统的有源磁轴承模块。

图4示出根据实施方案的用于飞轮系统的有源磁轴承。