飞轮装置制造方法及图纸

提供一种飞轮(6)，飞轮包括可旋转轴(7)。可旋转轴(7)的至少一端设置有凹部(51)和两个磁体(15、20；31、36)。飞轮(6)设置有支撑装置(18、23、34、39)，支撑装置包括：用于轴(7)的竖直稳定的磁体(17、33)的第一装置(18、34)；以及用于轴(7)的水平稳定的磁体(22、38)的第二装置(23、39)。轴(7)的两个磁体中的第一个(15、31)与第一装置(18、34)相互作用，并且两个磁体中的第二个(20、36)与第二装置(23、39)相互作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】目前，正在付出许多努力来转换和存储能量，以便可以在需要的时间和地点提供电力。与气候变化作斗争的动力导致许多新的产生可再生能源的创新和方法。每天都在开发用于从不同形式的可再生能源发电的设备，但是当试图使发电与需求相匹配时且尤其是在需求高峰时，大多数可再生能源的间歇性性质可能是一个问题。因此，需要用于储存能量的具有成本效益且安全的方法，以便可以在不同级别(即，家用、商业和工业)的消费者需要时提供电力。还需要储存和提供大量的可用能量以有助于平衡英国国家电网和正在全世界不同城市开发的智能电网的需求。目前正在开发的一种能量存储方法是飞轮。飞轮可以非常有效，并且可以在非常有限的空间中储存大量能量。在非常有限的空间中储存大量能量的问题之一是健康和安全影响。如果由钢或高压实复合材料(诸如玻璃纤维或碳纤维)构成的飞轮出现什么问题，则来自碎片的危险可能是相当大的，因此为了减少对生命或财产的任何风险，钢或实心复合飞轮通常被装入坚固的钢管中并埋入地下。对这种飞轮的替代方案是容纳有流体的飞轮。在这种飞轮中，飞轮是中空的而且重量轻，并且可以在加入流体从而增加飞轮的质量之前将飞轮驱动至其操作速度。如果能量可以储存在飞轮中，则可以在添加流体增加飞轮的质量的同时保持飞轮的操作速度。这种飞轮的一个优点可以是，在飞轮的结构或其部件(诸如轴承)有缺陷的情况下，如果飞轮破碎，则大部分质量可以容纳在周围的容纳箱或围栏(bund)内，其中容纳箱的强度可足以容纳碎片并免除将箱埋入地下的必要性。容纳箱可以设置有真空泵，以便排空箱内的空气，或者至少部分地排空和/或减少箱内容纳的空气量。这导致较低的空气阻力，因此使得飞轮能够旋转较长时间。容纳有流体的飞轮的降低的健康和安全风险使得它们更适于家用或商业环境；它们也可以用在许多工业应用中。容纳有流体的飞轮的问题在于，在其操作循环期间，取决于飞轮内存在多少流体，飞轮的速度和质量可能变化。这意味着，在容纳有流体的飞轮的操作循环期间在不同时间将会有不同的应力和应变施加到支撑轴承上。飞轮能量储存系统的操作循环可以分解成三个不同的操作时间段。第一是能量从一种或多种形式的能量(诸如电能)传递到飞轮中以作为动能(该动能则可以被看作飞轮的旋转)储存的时间段。第二是能量既不被传递到飞轮中也不从飞轮中被传递出(除了系统内的损失以外)的时间段。第三是能量从飞轮中被传递出的时间段；这是当能量通常从动能转换成电能以供消费者使用时。在操作循环的这三个时期期间，可能在飞轮能量储存系统内产生不同的力、应力和应变。这些力、应力和应变可以被传递到支撑轴承并从支撑轴承传递，因此这些力、应力和应变可能降低飞轮能量储存系统的效率和操作寿命。这种类型的飞轮由于具有降低的健康和安全风险而具有许多优点，但是目前的流体填充飞轮在维持给电磁轴承的动力(power，电力，功率)时消耗一些其储存的能量，从而降低流体填充飞轮的能量储存容量。为了有助于容纳有流体的飞轮的平衡、振动和整体性能，需要能够非常快速地适应不断变化的负载的轴承和支撑机构。此外，需要能够使用最小量的动力的轴承和支撑机构，以便维持飞轮的储存容量。作为能量储存系统，容纳有流体的飞轮相对于其他能量储存形式具有许多优点，但是因为该技术最近才被开发出来，因而存在若干问题。一个这样的问题是，目前支撑容纳有流体的旋转飞轮的方法消耗一些所储存的动力。这降低了基于飞轮的能量储存系统的总体效率和容量。因此，需要一种可以支撑容纳有流体的飞轮、并且同时消耗尽可能少的所储存的能量的悬浮磁性轴承。本专利技术旨在提供如所附独立权利要求中限定的飞轮系统和控制机构。优选特征在从属权利要求中阐述。在本专利技术的一个方面，提供了一种飞轮，包括可旋转轴，可旋转轴的至少一端设置有凹部和两个磁体，其中，飞轮设置有支撑装置，支撑装置包括：用于轴的水平稳定的磁体的第一装置；以及用于轴的竖直稳定的磁体的第二装置；并且其中，轴的两个磁体中的第一个与第一装置相互作用，并且这两个磁体中的第二个与第二装置相互作用。磁体可以布置成使得轴上的两个磁体与相应的第一装置或第二装置的磁体吸引或与其排斥。显然，吸引或排斥取决于磁体相对于轴的定向和所采用的布置。优选地，第一装置包括环形磁体，并且其中，第一轴磁体与第一装置中的磁体同轴地布置并且基本上布置于第一装置中的磁体中，而且更优选地，第一轴磁体是环形的并且具有比第一装置中的环形磁体更小的直径。轴磁体小于第一装置中的另一个磁体允许轴磁体被定位在另一个磁体内。这使得轴磁体在水平方向上的任何移动均被另一个磁体抵消以使轴保持居中。有利地，第二装置包括环形磁体，并且第二轴磁体布置成与第二装置中的磁体同轴且与其邻近，而且更有利地，第二轴磁体是环形的，并且具有的直径与第二装置中的环形磁体基本上相同，并且定位在第二装置中的磁体上方。将一个磁体定位在另一个上方允许轴的竖直稳定，因为一个磁体的移动将导致磁场和/或重力干扰被移动磁体的场，从而通过校正场中的移动以重新建立平衡位置来提供竖直稳定。支撑装置形式的稳定布置允许使用两个同轴的磁体装置控制飞轮轴在竖直和水平方向上的移动：第一个磁体装置包括一个在另一个顶部上，以允许控制轴的竖直位置；而第二个磁体装置具有一个在一种装置中，可旋转轴的两端均包括两个磁体和相应的关联支撑装置。这允许调节任一端或两端以使轴保持稳定。优选地，设置容纳在轴的凹部内的顶部销和底部销。将销定位在凹部中降低了轴落下的风险，并且允许在轴凹部的内部和销之间的轻微接触以辅助稳定。有利地，销是导电的，这允许它们被用作用于监测轴相对于销的位置的开关。在优选的装置中，轴还包括磁性轴承并且框架设置有相应的磁性轴承以使轴从框架上悬浮。框架提供了轴相对于其悬浮的固定位置，并且磁性轴承减少了系统中的摩擦，从而允许飞轮长时间旋转。在有利的实施方案中，支撑装置的竖直位置可以被调节以改变轴的竖直位置。这可以包括相应地移动销，使得它们有助于轴的稳定。通过移动轴的竖直位置，可以减小装置中的摩擦并且可以更容易地控制飞轮。可以提供计算机来监测轴的位置并且调节支撑装置以改变轴的竖直高度。允许计算机监测和调节支撑装置和飞轮的轴的位置允许对轴位置和平衡的变化进行自动响应。优选地，轴在其凹部中设置有电触点(electricalcontact)，方法包括如下步骤：监测通过至少一个销的电流以及使用步进电机调节轴的竖直位置直到流停止，以及调节轴的竖直位置直到重新建立电接触。这允许调节轴相对于销的位置，使得摩擦接触减少，从而允许飞轮较长时间的旋转。通过连续地断开和重新连接销与轴之间的连接，可以监测和控制摩擦以使其保持较低。替代地，在必要时，可以通过增加销与轴之间的摩擦来减少轴的旋转。因此，本专利技术的目的是提供一种用于支撑容纳有流体的飞轮的旋转中心轴的计算机控制可调节永磁体阵列。竖直对准的旋转中心轴的顶部和底部可以由相应的定心销支撑；定心销可以用作一对开关，以使计算机控制装置能够对永磁体阵列的位置和定心销的位置进行准确调节。顶部和底部定心销可以通过计算机控制装置在高度上或竖直方向上几乎同时地被不断独立调节，以向容纳有流体的飞轮的旋转中心轴的两端施加受控压力，以维持稳定性并减少容纳有流体的飞轮中的不期望振动。本专利技术的一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮，包括可旋转轴，所述可旋转轴的至少一端设置有凹部和两个磁体，其中，所述飞轮设置有支撑装置，所述支撑装置包括：用于所述轴的水平稳定的磁体的第一装置；以及用于所述轴的竖直稳定的磁体的第二装置；并且其中，所述轴的所述两个磁体中的第一个与所述第一装置相互作用，并且所述轴的所述两个磁体中的第二个与所述第二装置相互作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.23 GB 1409264.71.一种飞轮，包括可旋转轴，所述可旋转轴的至少一端设置有凹部和两个磁体，其中，所述飞轮设置有支撑装置，所述支撑装置包括：用于所述轴的水平稳定的磁体的第一装置；以及用于所述轴的竖直稳定的磁体的第二装置；并且其中，所述轴的所述两个磁体中的第一个与所述第一装置相互作用，并且所述轴的所述两个磁体中的第二个与所述第二装置相互作用。2.根据权利要求1所述的飞轮，其中，所述第一装置包括环形磁体，并且其中，第一轴磁体与所述第一装置中的磁体同轴地布置并且基本上位于所述第一装置中的磁体中。3.根据权利要求2所述的飞轮，其中，所述第一轴磁体是环形的并且具有比所述第一装置中的所述环形磁体更小的直径。4.根据任一前述权利要求所述的飞轮，其中，所述第二装置包括环形磁体，并且第二轴磁体与所述第二装置中的磁体同轴地布置并且邻近于所述第二装置中的磁体。5.根据权利要求4所述的飞轮，其中，所述第二轴磁体是环形的并且具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里·墨菲，
申请(专利权)人：黑普特龙能源传动有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB