一种大功率磁悬浮储能飞轮装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器、设于真空容器内的电机及飞轮，电机包括定子组件及转轴，转轴与飞轮固连，转轴的底端穿过飞轮并与组合磁轴承连接，组合磁轴承包括环状的绕线座、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件、设于绕线座外侧的导磁环、位于导磁环上下两侧的轴向定子磁极，导磁环的顶端与底端分别与轴向定子磁极固连，绕线座的外侧绕有轴向控制线圈，定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈。本发明专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置体积较小、输出功率大。

A high power magnetic energy storage flywheel device

The invention relates to a high-power magnetic suspension energy storage flywheel device, which comprises a vacuum container, a motor arranged in the vacuum container and a flywheel, the motor comprises a stator component and a rotating shaft, the rotating shaft is fixedly connected with the flywheel, the bottom end of the rotating shaft passes through the flywheel and is connected with the combined magnetic bearing, the combined magnetic bearing comprises a ring-shaped winding seat, a plurality of stator pole lamination components arranged in the inner side of the winding seat, and a fixed magnetic bearing The rotor lamination assembly on the inner side of the sub pole lamination assembly, the magnetic guide ring on the outer side of the winding seat, and the axial stator magnetic poles on the upper and lower sides of the magnetic guide ring, the top and bottom ends of the magnetic guide ring are respectively fixedly connected with the axial stator magnetic poles, the outer side of the winding seat is surrounded by an axial control coil, the stator magnetic pole lamination assembly and the axial stator magnetic poles are provided with bias magnetic steel, and the stator magnetic pole lamination is also surrounded by Radial control coil. The high-power magnetic suspension energy storage flywheel device of the invention has small volume and large output power.

【技术实现步骤摘要】
一种大功率磁悬浮储能飞轮装置
本专利技术涉及一种智能电网用物理储能装置，尤其涉及一种大功率磁悬浮储能飞轮装置。
技术介绍
近些年，储能技术及其应用发展迅速，其中飞轮储能系统作为一种重要的储能装置，广泛应用于人造卫星、不间断电源等领域，其利用飞轮转轴的升、降速实现电能-机械能双向流动，单体容量大、状态可监控，同时具有功率密度高、允许短时间大电流充放电、使用寿命长、温度适应性好等优点。其中，大惯量飞轮轮体是能量载体，其在轴承支承下由电机驱动高速旋转充电，放电时拖动发电机释放电能，因此，实现储能飞轮高比能/高比功率设计的关键在于降低轴承支承损耗、提高飞轮转轴临界转速和能量转换效率，同时提高储能飞轮的运行寿命和安全性。在国家相关专项的牵引下很多机构开展了飞轮储能基础理论和关键技术的研究与原理验证，所研制的储能装置为了降低功耗、提高支承效率，大多采用了特殊设计的机械轴承和轴向永磁卸载的方案，刚度和阻尼特性难以调整；受制于轴承支承，大功率电机速度低(通常为几千转)，系统体积和质量庞大，降低了能量密度；受限于电机功率水平和临界转速，所公开的磁悬浮装置输出功率小、运转速度低，并联扩展能力差。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种体积较小、输出功率大的大功率磁悬浮储能飞轮装置。本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器、设于真空容器内的电机及飞轮，所述电机包括固设于真空容器内的定子组件、设于定子组件内侧的转轴，所述转轴与飞轮固连，所述飞轮位于定子组件的下方，所述转轴的顶端设置有上径向磁轴承，转轴的底端穿过所述飞轮并与组合磁轴承连接，所述组合磁轴承包括环状的绕线座、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件、设于绕线座外侧的导磁环、位于导磁环、绕线座及定子磁极叠片组件上下两侧的轴向定子磁极，所述定子磁极叠片组件由多片定子磁极叠片堆叠形成，所述转子叠片组件由多片转子叠片堆叠形成，定子磁极叠片组件的内侧面与转子叠片组件的外侧面之间具有径向工作间隙，转子叠片组件的上端面、下端面与轴向定子磁极之间具有轴向工作间隙，所述导磁环的顶端与底端分别与所述轴向定子磁极固连，所述绕线座的外侧绕有轴向控制线圈，所述定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈。进一步的，本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述轴向定子磁极与定子磁极叠片组件之间还设置有与轴向定子磁极固连的压环。进一步的，本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述定子磁极叠片组件的上下表面分别设置有线圈挡板，所述径向控制线圈绕设于线圈挡板上。进一步的，本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述绕线座的外表面设有绕线槽，所述轴向控制线圈设置于所述绕线槽内。进一步的，本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，所述转轴包括由钐钴材料制成的磁钢轴、位于磁钢轴外侧的保护套位于磁钢轴两端的隔磁板，所述隔磁板通过耐热胶水与所述磁钢轴粘接，所述保护套与飞轮过盈配合。进一步的，本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，还包括柜体，所述真空容器设置于柜体内，所述柜体内还设置有与真空容器连接的真空泵、与所述电机连接的电力电子模块、与所述组合磁轴承连接的磁轴承控制器，柜体的顶壁和侧壁上分别设有散热口，散热口处设置有电磁屏蔽网及风扇。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置，组合磁轴承的设置，实现了下径向磁轴承和轴向磁轴承的组合，使得由径向控制线圈形成的下径向磁轴承和由轴向控制线圈形成的轴向磁轴承能够复用磁路，从而使得组合磁轴承相较于分立的下径向磁轴承和轴向磁轴承具有更小的体积、结构更紧凑。其中，径向控制线圈产生的磁场实现了对转子叠片组件及与转子叠片组件连接的转轴X方向和Y方向的定位，轴向控制线圈产生的磁场实现了对转子叠片组件Z向的定位，从而使得转轴及与转轴连接的飞轮能够在上径向磁轴承、组合磁轴承的作用下呈悬浮状态，转轴及飞轮在旋转时与真空容器及定子组件等固定部件无机械式接触，其损耗更小，功率更高。工作时，电机首先带动转轴及飞轮转动，使得多余电能存储于转动的飞轮，当向外放点时，电机作为发电机使用，此时飞轮带动转轴转动，从而使得电机对外发电。综上所述，本专利技术的大功率磁悬浮储能飞轮装置体积较小、输出功率大。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为真空容器的内部结构示意图；图2为组成磁轴承的结构示意图；图3为转轴的结构示意图；图4为图3中AA向的剖视图；图5为磁轴承控制器的电路结构框图；图6为的电力电子模块的电路结构拓扑图；图7为大功率磁悬浮储能飞轮装置总体结构框图；图8为柜体及其内各部件的布局图。其中，1：真空容器；2：电机；3：飞轮；4：定子组件；5：转轴；6：上径向磁轴承；7：组合磁轴承；8：绕线座；9：定子磁极叠片组件；10：转子叠片组件；11：导磁环；12：轴向定子磁极；13：径向工作间隙；14：轴向工作间隙；15：轴向控制线圈；16：偏置磁钢；17：径向控制线圈；18：压环；19：线圈挡板；20：绕线槽；21：磁钢轴；22：保护套；23：隔磁板；24：柜体；25：真空泵；26：电力电子模块；27：磁轴承控制器；28：散热口；29：电磁屏蔽网；30：风扇。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参见图1至图8，本专利技术的一种大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器1、设于真空容器内的电机2及飞轮3，电机包括固设于真空容器内的定子组件4、设于定子组件内侧的转轴5，转轴与飞轮固连，飞轮位于定子组件的下方，转轴的顶端设置有上径向磁轴承6，转轴的底端穿过飞轮并与组合磁轴承7连接，组合磁轴承包括环状的绕线座8、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件9、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件10、设于绕线座外侧的导磁环11、位于导磁环、绕线座及定子磁极叠片组件上下两侧的轴向定子磁极12，定子磁极叠片组件由多片定子磁极叠片堆叠形成，转子叠片组件由多片转子叠片堆叠形成，定子磁极叠片组件的内侧面与转子叠片组件的外侧面之间具有径向工作间隙13，转子叠片组件的上端面、下端面与轴向定子磁极之间具有轴向工作间隙14，导磁环的顶端与底端分别与轴向定子磁极固连，绕线座的外侧绕有轴向控制线圈15，定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢16，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈17。组合磁轴承的设置，实现了下径向磁轴承和轴向磁轴承的组合，使得由径向控制线圈形成的下径向磁轴承和由轴向控制线圈形成的轴向磁轴承能够复用磁路，从而使得组合磁轴承相较于分立的下径向磁轴承和轴向磁轴承具有更小的体积、结构更紧凑。其中，径向控制线圈产生的磁场实现了对转子叠片组件及与转子叠片组件连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器、设于真空容器内的电机及飞轮，所述电机包括固设于真空容器内的定子组件、设于定子组件内侧的转轴，所述转轴与飞轮固连，所述飞轮位于定子组件的下方，所述转轴的顶端设置有上径向磁轴承，其特征在于：转轴的底端穿过所述飞轮并与组合磁轴承连接，所述组合磁轴承包括环状的绕线座、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件、设于绕线座外侧的导磁环、位于导磁环、绕线座及定子磁极叠片组件上下两侧的轴向定子磁极，所述定子磁极叠片组件由多片定子磁极叠片堆叠形成，所述转子叠片组件由多片转子叠片堆叠形成，定子磁极叠片组件的内侧面与转子叠片组件的外侧面之间具有径向工作间隙，转子叠片组件的上端面、下端面与轴向定子磁极之间具有轴向工作间隙，所述导磁环的顶端与底端分别与所述轴向定子磁极固连，所述绕线座的外侧绕有轴向控制线圈，所述定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率磁悬浮储能飞轮装置，包括真空容器、设于真空容器内的电机及飞轮，所述电机包括固设于真空容器内的定子组件、设于定子组件内侧的转轴，所述转轴与飞轮固连，所述飞轮位于定子组件的下方，所述转轴的顶端设置有上径向磁轴承，其特征在于：转轴的底端穿过所述飞轮并与组合磁轴承连接，所述组合磁轴承包括环状的绕线座、设于绕线座内侧的多个定子磁极叠片组件、位于定子磁极叠片组件内侧的转子叠片组件、设于绕线座外侧的导磁环、位于导磁环、绕线座及定子磁极叠片组件上下两侧的轴向定子磁极，所述定子磁极叠片组件由多片定子磁极叠片堆叠形成，所述转子叠片组件由多片转子叠片堆叠形成，定子磁极叠片组件的内侧面与转子叠片组件的外侧面之间具有径向工作间隙，转子叠片组件的上端面、下端面与轴向定子磁极之间具有轴向工作间隙，所述导磁环的顶端与底端分别与所述轴向定子磁极固连，所述绕线座的外侧绕有轴向控制线圈，所述定子磁极叠片组件与轴向定子磁极之间设有偏置磁钢，定子磁极叠片上还绕有径向控制线圈。


2.根据权利要求1所述的大功率磁悬浮储能飞轮装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕奇超，李延宝，吕东元，陈军委，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31