[实用新型]一种大电量高功率磁悬浮储能飞轮系统

说明书

本实用新型公开了一种大电量高功率磁悬浮储能飞轮系统，包括：底座、定子外壳、上盖、顶端密封圆板、转子系统、上径向混合磁轴承定子、下径向混合磁轴承定子、轴向永磁被动磁轴承、混合励磁同极型感应子电机定子、连接底座与定子外壳的第一紧固螺栓、连接定子外壳与上盖的第二紧固螺栓、连接上盖与顶端密封圆板的第三紧固螺栓、下端备用轴承系统、下端备用轴承室、磁阻式旋转变压器定子、上端备用轴承室、上端备用轴承系统，本实用新型因此具有结构紧凑、转子比能量利用率高、转子强度高和旋转铁耗低等优势。本实用新型用于15分钟级飞轮UPS电池、电力辅助调频储能电池、高频次充放电特种电池。

技术领域

本实用新型设计涉及一种大电量高功率磁悬浮储能飞轮系统，特别涉及一种主被动混合磁悬浮轴承支承和永磁电磁混合励磁的同极型感应子电动发电机。

背景技术

现有的储能飞轮电动发电机，采用三相永磁同步电机、三相异步电机或电励磁同步磁阻电机。当储能飞轮放电时，转速下降永磁同步电机的反电动势随之下降，随着放电深度增加飞轮电机输出功率也随之下降，无法保证额定功率持续放电。电励磁同步磁阻电机尽管能够通过增加励磁电流保持反电动势随转速下降保持恒定，但随着转速下降励磁电流需要持续增加，导致励磁线圈发热，通常飞轮运行在真空环境下，散热条件差，使得难以电机定子温度过高，额定功率输出工况下难以达到温度平衡，并且体积大效率低。现有的商用储能飞轮产品的转子支承方案有：上下径向永磁被动支承、轴向针式油膜轴承方案；上下径向机械轴承支承、轴向电磁轴承卸载支承方案；五自由度全主动磁轴承支承方案。前两种转子支承方案能够支承的转子重量有限；第三种支承方案安全性无法充分保证，高速失稳会导致飞轮损坏甚至造成严重事故。因此，对于大电量储能飞轮需要研究设计全新的方案，满足重型转子的安全可靠支承。

实用新型内容

本实用新型技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种大电量高功率磁悬浮储能飞轮系统，具有转子支承安全可靠、转子比能量密度利用率高、励磁效率高、空间紧凑、损耗低等一系列优点。本实用新型用于15分钟级飞轮UPS电池、电力辅助调频储能电池、高频次充放电特种电池。

本实用新型提出的大电量高功率磁悬浮储能飞轮系统，转子的轴向支承采用永磁被动磁轴承、上下径向为永磁偏置混合磁悬浮轴承。飞轮电机的转子为高强度合金钢实心转子，其转子凸、凹极沿圆周均匀分布，且上下两端为反对称结构。储能飞轮电机的励磁位于电机定子侧，采用永磁体和电励磁的混合励磁方式，电励磁绕组沿转子周向绕制，通入外加电流产生空间磁场，激励磁通从转子一端出来，经过外导磁环、气隙进入转子另一端，使其上下端部磁极极性相反。定子绕组与转子中心轴线平行且沿转子周向均匀分布，并按一定规律绕制，定子绕组通入三相电流，产生空间旋转磁场，对应转子凸极感应电磁力带动电机旋转，由于转子为不含永磁体的实心结构，且沿其周向磁场无磁极极性交变。因此具有结构紧凑、转子比能量利用率高、转子强度高和旋转铁耗低等优势。

本实用新型设计的一种大电量高功率磁悬浮储能飞轮系统的电机额定功率为500kW，储电量为125kWh，额定转速9000rpm，当储能飞轮发电时，转子降速动能转化为电能，从额定转速9000rpm降至6000rpm电机工作于恒功率段，从6000rpm降至2000rpm电机通过增加电励磁绕组的电流来保证额定功率输出，电机的电励磁绕组电流值范围为5A～20A。