[发明专利]一种大功率磁悬浮储能飞轮装置

说明书

本发明涉及一种大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器、设于真空容器内的电机及飞轮，电机包括定子组件及转轴，转轴与飞轮固连，转轴的底端穿过飞轮并与组合磁轴承连接，组合磁轴承包括环状的绕线座、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件、设于绕线座外侧的导磁环、位于导磁环上下两侧的轴向定子磁极，导磁环的顶端与底端分别与轴向定子磁极固连，绕线座的外侧绕有轴向控制线圈，定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈。本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置体积较小、输出功率大。

技术领域

本发明涉及一种智能电网用物理储能装置，尤其涉及一种大功率磁悬浮储能飞轮装置。

背景技术

近些年，储能技术及其应用发展迅速，其中飞轮储能系统作为一种重要的储能装置，广泛应用于人造卫星、不间断电源等领域，其利用飞轮转轴的升、降速实现电能-机械能双向流动，单体容量大、状态可监控，同时具有功率密度高、允许短时间大电流充放电、使用寿命长、温度适应性好等优点。其中，大惯量飞轮轮体是能量载体，其在轴承支承下由电机驱动高速旋转充电，放电时拖动发电机释放电能，因此，实现储能飞轮高比能/高比功率设计的关键在于降低轴承支承损耗、提高飞轮转轴临界转速和能量转换效率，同时提高储能飞轮的运行寿命和安全性。

在国家相关专项的牵引下很多机构开展了飞轮储能基础理论和关键技术的研究与原理验证，所研制的储能装置为了降低功耗、提高支承效率，大多采用了特殊设计的机械轴承和轴向永磁卸载的方案，刚度和阻尼特性难以调整；受制于轴承支承，大功率电机速度低(通常为几千转)，系统体积和质量庞大，降低了能量密度；受限于电机功率水平和临界转速，所公开的磁悬浮装置输出功率小、运转速度低，并联扩展能力差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种体积较小、输出功率大的大功率磁悬浮储能飞轮装置。

本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器、设于真空容器内的电机及飞轮，所述电机包括固设于真空容器内的定子组件、设于定子组件内侧的转轴，所述转轴与飞轮固连，所述飞轮位于定子组件的下方，所述转轴的顶端设置有上径向磁轴承，转轴的底端穿过所述飞轮并与组合磁轴承连接，所述组合磁轴承包括环状的绕线座、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件、设于绕线座外侧的导磁环、位于导磁环、绕线座及定子磁极叠片组件上下两侧的轴向定子磁极，所述定子磁极叠片组件由多片定子磁极叠片堆叠形成，所述转子叠片组件由多片转子叠片堆叠形成，定子磁极叠片组件的内侧面与转子叠片组件的外侧面之间具有径向工作间隙，转子叠片组件的上端面、下端面与轴向定子磁极之间具有轴向工作间隙，所述导磁环的顶端与底端分别与所述轴向定子磁极固连，所述绕线座的外侧绕有轴向控制线圈，所述定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈。

进一步的，本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述轴向定子磁极与定子磁极叠片组件之间还设置有与轴向定子磁极固连的压环。

进一步的，本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述定子磁极叠片组件的上下表面分别设置有线圈挡板，所述径向控制线圈绕设于线圈挡板上。

进一步的，本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述绕线座的外表面设有绕线槽，所述轴向控制线圈设置于所述绕线槽内。

进一步的，本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述转轴包括由钐钴材料制成的磁钢轴、位于磁钢轴外侧的保护套位于磁钢轴两端的隔磁板，所述隔磁板通过耐热胶水与所述磁钢轴粘接，所述保护套与飞轮过盈配合。

进一步的，本发明的大功率磁悬浮储能飞轮装置，还包括柜体，所述真空容器设置于柜体内，所述柜体内还设置有与真空容器连接的真空泵、与所述电机连接的电力电子模块、与所述组合磁轴承连接的磁轴承控制器，柜体的顶壁和侧壁上分别设有散热口，散热口处设置有电磁屏蔽网及风扇。