飞轮储能装置.pdf

本发明提供一种高效的飞轮储能装置，包括外壳和设于外壳的空腔内的电机、飞轮和支承结构，所述空腔抽成真空；所述电机设于飞轮的下方，飞轮的飞轮轴与电机的转子为一体；所述支承结构为枢轴止推轴承与永磁轴承混合的支承结构。本发明结构简单、维护方便、成本低廉、稳定性好，充放电同步快捷，储能效率高。

1.  一种飞轮储能装置，包括外壳(10)，外壳(10)的内部为真空腔(3)，在真空腔(3)内设有由高强度钢材料制成的飞轮本体(4)，其特征在于，在飞轮轴(5)的下端通过弹性小轴(7)连接一个与飞轮本体(4)同轴的枢轴止推轴承(8)，枢轴止推轴承(8)的外面设有一个油膜阻尼器(9)；飞轮本体(4)与弹性小轴(7)之间还同轴设有电机(6)，飞轮轴(5)与电机(6)的转子合为一体；飞轮本体(4)的上端面上设有与飞轮本体(4)同轴的永磁轴承下磁环(2)，与永磁轴承下磁环(2)相对的正上方设有永磁轴承上磁环(1)，永磁轴承上磁环(1)与永磁轴承下磁环(2)之间为吸引力。

2.  如权利要求1所述飞轮储能装置，其特征在于所述永磁轴承上磁环(1)和永磁轴承下磁环(2)均为钕铁硼材料的永磁环。

3.  如权利要求1所述飞轮储能装置，其特征在于所述电机(6)为永磁同步发电机或永磁同步电动机。

飞轮储能装置
一、技术领域
本发明涉及一种新型的高效飞轮储能装置，属于电能的转换与存储技术领域。
二、背景技术
电能的新型转换型式与存贮方式已成为当今能源领域的研究热点问题。飞轮储能技术具有电能转换效率高、充放电快捷、不受地理环境限制、可就近分散放置、不污染环境、单位质量储能密度大、应用前景广等突出优势而倍受国内外学术界关注，并有可能成为21世纪能量存储的新技术。
飞轮储能的原理是：通过电动/发电互逆式电机，实现电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换，并经过调频、整流、恒压等变换，与不同类型负载接口。按照支承方式可将飞轮系统大致分成三类：电磁悬浮支承式、超导磁悬浮支承式和永磁-机械混合支承式。
磁悬浮轴承技术已出现40多年，其优点是不接触，无磨损，无需润滑，寿命长。其缺点是：磁轴承及其测控系统较为复杂，造价远大于传统的机械轴承；相同直径磁轴承的刚度和承载能力也远小于传统机械轴承。而超导磁悬浮技术需要构造较为昂贵的高低温环境。目前国际上磁悬浮轴承在飞轮储能中已有所应用，但尚未见到批量化；而国内磁悬浮轴承存在刚度较偏小、可靠性较低等问题，其在飞轮储能中的应用尚处于实验室阶段；机械滚动轴承的摩擦损耗大，寿命低。
机械枢轴止推轴承具有结构简单、造价低，在形成全油膜的情况下，摩擦损耗低等优点；而永磁轴承也具有结构简单、成本低、无需维护等优点。
三、发明内容
技术问题：本发明采用枢轴止推轴承与永磁轴承复合的支承结构，提供了一种高效的飞轮储能系统。
技术方案：本发明所采用的技术方案是：一种飞轮储能装置，包括外壳，外壳的内部为真空腔，在真空腔内设有由高强度钢材料制成的飞轮本体，在飞轮轴的下端通过弹性小轴连接一个与飞轮本体同轴的枢轴止推轴承，枢轴止推轴承的外面设有一个油膜阻尼器；飞轮本体与弹性小轴之间还同轴设有电机，飞轮轴与电机的转子合为一体，飞轮本体的上端面上设有与飞轮本体同轴的永磁轴承下磁环，与永磁轴承下磁环相对的正上方设有永磁轴承上磁环，永磁轴承上磁环与永磁轴承下磁环之间为吸引力。
其中，所述永磁轴承上磁环和永磁轴承下磁环均为钕铁硼材料的永磁环。
其中，所述电机为永磁同步发电机或永磁同步电动机。
有益效果：
本发明的飞轮储能装置采用枢轴止推轴承与永磁轴承复合的支承结构：飞轮上端采用永磁轴承作为支承，它起着轴向卸载，减少下端加在枢轴止推轴承上负载，以降低摩擦功耗，又具有提供径向刚度的作用。这样的复合支承结构具有结构简单、维护方便、成本低廉、稳定性好等突出优点。下端枢轴止推轴承在高速旋转时会形成一个动压润滑膜，这样就会把金属面隔开，降低摩擦损耗。
本发明中，永磁同步电动/发电机转子与飞轮轴做成一体，结构简单、效率高、充放电同步快捷。
本发明中的飞轮本体采用高强度钢材料经机械加工而成，具有成本低廉、制造简单的特点。
外壳内部的空腔抽成真空，使整个系统处于真空腔内，可以减少风损、降低能量损耗。
飞轮系统在永磁轴承吸引力的作用下，本体只有10-20％的重量作用在下轴承上，以此达到了减少摩擦损耗的效果；加之飞轮系统在真空环境下，减少了风损，整个系统的储能效率达到80-95％以上。
四、附图说明
图1是本发明飞轮储能装置的结构示意图。
其中：1-永磁轴承上磁环；2-永磁轴承下磁环；3-真空腔；4-飞轮本体；
      5-飞轮轴；6-电机；7-弹性小轴；8-枢轴止推轴承；
      9-油膜阻尼器；10-外壳。
五、具体实施方式
实施例1
一种飞轮储能装置，包括外壳10，外壳10的内部为真空腔3，在真空腔3内设有由高强度钢材料制成的飞轮本体4，在飞轮轴5的下端通过弹性小轴7连接一个与飞轮本体4同轴的枢轴止推轴承8，枢轴止推轴承8的外面设有一个油膜阻尼器9；飞轮本体4与弹性小轴7之间还同轴设有电机6，飞轮轴5与电机6的转子合为一体，飞轮本体4的上端面上设有与飞轮本体4同轴的永磁轴承下磁环2，与永磁轴承下磁环2相对的正上方设有永磁轴承上磁环1，永磁轴承上磁环1与永磁轴承下磁环2之间为吸引力。
其中，所述永磁轴承上磁环1和永磁轴承下磁环2均为钕铁硼材料的永磁环。电机6为南京微分电机厂生产的永磁同步发电机或永磁同步电动机。