一种磁悬浮飞轮储能蓄电池.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103023388A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103023388A(43)申请公布日2013.04.03(21)申请号201210486820.7(22)申请日2012.11.26(71)申请人曾涛地址201206上海市浦东新区金湘路333号爱立诚大厦1004室(72)发明人曾涛(51)Int.Cl.H02N15/00(2006.01)H02K7/02(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图11页(54)发明名称一种磁悬浮飞轮储能蓄电池(57)摘要本发明涉及一种磁悬浮飞轮储能蓄电池装置，其特征是：磁悬浮飞轮转子与定子之间通过轴向、径向永磁体形成斥力磁悬浮轴承，飞轮悬浮于封闭的真空环境中；飞轮中部按阵列布置有12个永磁体，与定子中部的12个线圈构成“发电机/电动机一体化”；飞轮动态稳定系统是通过飞轮转子上下两个圆盘中的线圈由于转子偏离正常位置，而产生感应电动势继而产生与偏移方向相反的洛仑兹力，使得飞轮回归正常位置；电子电力控制系统集成在定子内部，由于线圈和控制系统会产生热量，因此有热管散热系统将热量排出，以保障系统正常工作；由于高速旋转的飞轮具有极高的能量，一旦发生转子与定子的摩擦将迅速产生高温，因此快速应急释放高压氮气可以将危险控制在最小范围。CN10328ACN103023388A权利要求书1/1页1.一种磁悬浮飞轮储能蓄电池，“磁悬浮”其特征是：通过飞轮转子与定子上的轴向组合(磁极反向)、径向组合(磁极同向)的永磁体使得飞轮悬浮于封闭的真空环境中，飞轮转子与定子无接触，保证飞轮超高速旋转。2.根据权利要求1所诉的飞轮蓄电池，“发电机/电动机一体化”其特征是：在飞轮转子中部集成了一组的永磁体转子，在定子相对应的位置安装了感应线圈，转子上的磁极和定子上的线圈构成了“一体化的发电机/电动机”，当向飞轮储能蓄电池充电时为“电动机”，当飞轮储能蓄电池向外输出电力时为“发电机”。3.根据权利要求1所诉的飞轮蓄电池，“飞轮动态稳定系统”其特征是：在定子上下各有一组永磁体组合，每一个组合中有四个永磁体圆环，上下内外对称安置，形成固定磁力线分布，在飞轮转子上下各有一个圆盘，圆盘嵌入在定子组合永磁体当中，双方无接触，在圆盘磁力线的通道位置上有三组线圈，当飞轮运转姿态正常时，线圈中磁通量是稳定的，线圈不产生电动势，当飞轮运转姿态发生变化时，线圈由于切割磁力线磁通量发生变化，由于线圈中感应电动势的存在，随之产生的洛仑兹力使得飞轮转子恢复到稳定状态。4.根据权利要求1所诉的飞轮蓄电池，其特征是：在飞轮中间位置集成了电子电力控制系统和热管散热系统，定子中轴为空心轴，其中布置了飞轮蓄电池的电子电力控制系统；由于电机线圈和蓄电池控制系统会产生热量，因此布置热管散热系统将改善使用环境，提高系统使用寿命。5.根据权利要求1所诉的飞轮蓄电池，“高压氮气飞轮应急冷却系统”其特征是：由于高速旋转的飞轮具有很大的能量，一旦发生转子与定子的摩擦，将迅速产生高温造成危险，因此通过释放高压氮气迅速冷却，可以将危险控制在最小范围内。2CN103023388A说明书1/3页一种磁悬浮飞轮储能蓄电池技术领域[0001]在各种储能技术中，化学储能的发展速度一直领先于物理储能，随着能源体系对储能技术需求的提升，一直以环境污染小，运行稳定性高著称的物理储能技术正在迅速升温，其中飞轮储能具有充放快捷、能量密度最大等特点。飞轮储能系统由高速飞轮、轴承支撑系统、电动机、发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。谷值负荷时，飞轮储能系统由工频电网提供电能，带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能到机械能的转换；出现峰值负荷时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动电机发电，经功率变换器输出电流和电压，完成机械能到电能的转换。与其他形式的储能技术相比，飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境危害小等优点。飞轮储能功率密度大于5kW/kg，能量密度超过20Wh/kg，效率在90％以上，循环使用寿命长达20年，工作温区为40℃～50℃，无噪声，无污染，维护简单，可连续工作，积木式组合后可以实现兆瓦级，输出持续时间较长，主要用于不间断电源(UPS)、应急电源(EPS)、电网调峰和频率控制。背景技术[0002]全球储能技术主要有化学储能(如铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池等)、物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。目前技术进步最快的是化学储能，其中锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破。物理储能中最成熟也是世界应用最普遍的是抽水蓄能，主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急