高速磁悬浮飞轮储能装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107910979A(43)申请公布日2018.04.13(21)申请号201711437241.2(22)申请日2017.12.26(71)申请人盾石磁能科技有限责任公司地址063021河北省唐山市高新区建设北路101号高科总部大厦1104室(72)发明人焦志青唐英伟陈鹰张建平李胜飞温海平赵思锋叶才勇(74)专利代理机构唐山永和专利商标事务所13103代理人魏伟(51)Int.Cl.H02K7/02(2006.01)F16C32/04(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称高速磁悬浮飞轮储能装置(57)摘要本发明提供一种高速磁悬浮飞轮储能装置，机壳立式安装在底座上，机壳顶部安装顶部端盖；定子立式安装在顶部端盖下部；转子包覆在定子外；转子径向集成了电机转子；转子顶部与定子间设有被动磁悬浮轴承用于径向支撑；被动磁悬浮轴承相互作用的两部分磁极分别布置在定子和转子上，转子上的部分是含有永磁粉末的复合磁性材料；转子底部设有针式球轴承作顶部与转子伞状底托固接，底部为球体，球体坐在轴瓦中，轴瓦内设有润滑油，针式球轴承对转子形成轴向支撑，该结构1)降低轴承设计难度；2)解决轴承摩擦损耗以及主动磁悬浮轴承系统控制复杂问题；3)降低转子高频谐波涡流损耗，降低转子发热量，提高单位时间飞轮全功率额定容量工作次数。CN107910979ACN107910979A权利要求书1/1页1.一种高速磁悬浮飞轮储能装置，包括机壳、顶部端盖、底座、定子和转子，机壳立式安装在底座上，机壳顶部安装顶部端盖，机壳内构成真空腔体；所述定子立式安装在顶部端盖下部；所述转子包覆在定子外；其特征是：转子径向集成了电机转子和储能飞轮；所述转子顶部与定子间设有被动磁悬浮轴承用于径向支撑；被动磁悬浮轴承相互作用的两部分磁极分别布置在定子和转子上；转子底部设有针式球轴承，其顶部与转子伞状底托固接，底部为球体，球体坐在轴瓦中，轴瓦上设有与球体表面适配的内凹槽，轴瓦内设有润滑油，针式球轴承对转子形成轴向支撑。2.如权利要求1所述高速磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：被动磁悬浮轴承定子上的部分是多个圆环形永磁体，转子上的部分是含有永磁粉末的磁性复合材料。3.如权利要求2所述高速磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：所述轴瓦安装在压膜阻尼器上，压膜阻尼器装配在底座中。4.如权利要求3所述高速磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：针式球轴承的球体表面刻有斜槽。5.如权利要求4所述高速磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：压膜阻尼器侧面开有长孔。6.如权利要求2或5所述高速磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：永磁粉末是采用钕铁硼磁粉，被动磁悬浮轴承转子上的部分是钕铁硼磁粉、环氧树脂和增强纤维结构制成的复合材料缠绕而成。7.如权利要求6所述高速磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：所述转子采用多层高强度复合材料缠绕而成；所述定子采用导磁材料加工而成。2CN107910979A说明书1/3页高速磁悬浮飞轮储能装置技术领域[0001]本发明属于高速大功率飞轮储能技术领域，涉及一种高速磁悬浮飞轮储能装置。背景技术[0002]飞轮储能作为一种物理储能方式，与化学电池相比具有响应速度快、循环寿命长、对环境友好、免维护等特点，是储能技术发展的重要方向之一；而高速飞轮储能与传统低速飞轮储能相比，更具有能量、功率密度高，毫秒级快速响应等优异性能，更具有应用价值。[0003]高转速飞轮对转子结构强度、低损耗轴系、高效高速电机等技术提出更高要求。现有的高速磁悬浮飞轮存在以下三点缺陷：[0004]1、现有的高速飞轮中支撑结构采用永磁体与转子铁芯配合的结构，飞轮高转速时，高频气隙磁场谐波会在永磁体或转子铁芯上产生大量的涡流损耗。[0005]2、产生的涡流造成转子发热，由于飞轮储能转子或飞轮电机转子运行在真空环境下，转子发出的热量难以辐射散出，降低飞轮储能系统在额定功率及容量时的单位时间工作次数。[0006]3、传统飞轮储能系统一般采用电机与飞轮同轴轴向分布，这种结构对连接轴的刚度、强度的要求更高，转子动力学性能差，且轴向分布造成飞轮储能单元的体积较大。[0007]传统飞轮储能轴系有被动磁悬浮轴承与滚珠轴承配合结构和主动磁悬浮轴承两种。后者需要电力电子装置进行控制，系统的结构复杂，发热量大，不是本发明的研究方向；而前者采用了滚珠轴承方式，此结构仍然有一定摩擦损耗，且存在可优化的空间，并且这种轴承的寿命可靠性低。[0008]我国发明专利申请CN201410614699，公布是：2016年5月18日，公布号：CN105591492A，公开了一种立式磁悬浮飞轮储能系统，壳体内安装飞轮和定子，飞轮和定子间由上到下依次布置着上径向永磁轴承(4)、电动/发电一体电机(7)、