[发明专利]一种磁悬浮储能飞轮

说明书

技术领域

本发明涉及储能飞轮，特别涉及用于储存电能量的储能飞轮。

背景技术

储能飞轮被认为是最好的电能量储存装置，具有体积小、重量轻、效率高的优点。正越来越多的被应用到需要进行电能量储存的各个行业。常规储能飞轮的主体是由飞轮和与之连轴的能量转换装置(电机)构成，如图4所示，飞轮储能装置机械部分的主体结构包括：飞轮15、与之连轴的电动(发电)机14，支撑转动部件的轴承11、13以及其它辅助的机械结构。该装置的特点：飞轮和能量转换装置通过轴连接，体积较大机械部件多，单位重量储能值低。另外，通常意义上的飞轮由轮轴、轮辐和轮觳组成，飞轮在工作时能量的保持主要依靠轮觳具有的动能，即取决于飞轮的转速与飞轮的重量，显然在动能保持的过程中，飞轮边缘(即轮觳)的重量与速度对整个飞轮储能值的贡献最大，而轮辐和轮轴的作用是实现对飞轮的固定和支撑，贡献则相对较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮储能飞轮，该磁悬浮储能飞轮利用高温超导材料与永久磁铁作用产生的悬浮力和导向力，省去轮轴和轮辐，有效地降低飞轮总重量，简化机械结构。

本发明的磁悬浮储能飞轮包括：一固定底座，其特征在于，还包括：多个磁悬浮支撑装置，该多个磁悬浮支撑装置呈圆形排列，均匀地固定在所述固定底座上，该多个磁悬浮支撑装置由高温超导材料制成；一圆环形轮毂，该圆环形轮毂置于所述磁悬浮支撑装置的上方，其圆心与所述磁悬浮支撑装置围成的圆的圆心重合，其中永久磁体的宽度与放置于低温容器内的超导材料的总宽度相近，并且所述永久磁体与所述超导材料相对，该圆环形轮毂由永久磁铁制成，其磁场方向为轴向，在所述磁悬浮支撑装置进入超导状态后所述圆环形轮毂会被悬浮起来并绕其圆环的中心轴旋转。

以下对本发明的原理进行说明。

超导现象的一个重要特征是迈斯纳效应，即超导体的抗磁性，其要义是：当超导材料处于超导状态时，外界磁场的磁力线会被超导体排出体外，使得内部的磁场强度为零，这个现象被称为迈斯纳效应。这种现象产生的原因是超导体在外磁场的作用下形成不会损耗的超导电流，该超导电流形成的感应磁场与外界磁场大小相等方向相反，与外磁场相互作用后，使超导体获得悬浮力，同时这种相互关系在超导体内部产生的“钉扎”现象会制止超导体在非连续磁场中移动，利用这个特性实现一种动态的“定位”。

本发明中的飞轮是一个用永久磁铁构成的圆环形轮毂1(这就是省去了轮轴和轮辐的飞轮)，其磁场方向是轴向的、即与圆环构成的平面垂直；在圆环下方设置有由高温超导材料制成的磁悬浮支撑装置2，在迈斯纳效应的作用下，该磁悬浮支撑装置2对由永久磁铁构成的圆环形轮毂1(飞轮)产生向上的浮力，使飞轮悬浮，同时由“钉扎”效应产生的导向力使圆环形轮毂1运动的范围被严格限制在只能进行绕轴(这个轴是以此圆环的圆心形成的虚轴)旋转而不能进行径向的移动。

该储能飞轮通过应用磁悬浮技术，利用高温超导材料与永久磁铁作用产生的悬浮力和导向力，省去轮轴和轮辐，有效地降低飞轮总重量，简化机械结构。

附图说明

图1是本发明的磁悬浮储能飞轮的纵向结构示意图。

图2是本发明的磁悬浮储能飞轮的平面结构示意图。

图3是本发明的磁悬浮储能飞轮的另一种应用方式示意图。

图4是现有的储能飞轮的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的磁悬浮储能飞轮进行详细说明。图1是本发明的磁悬浮储能飞轮的纵向结构示意图。图2是本发明的磁悬浮储能飞轮的平面结构示意图。图中，4为固定底座，多个磁悬浮支撑装置2，呈圆形排列，均匀地固定在固定底座4上，该多个磁悬浮支撑装置4由高温超导材料制成；1为圆环形轮毂，该圆环形轮毂1置于磁悬浮支撑装置2的上方，其圆心与所述磁悬浮支撑装置2围成的圆的圆心重合，其中永久磁体的宽度与放置于低温容器内的超导材料的总宽度相近，并且所述永久磁体与所述超导材料相对，该圆环由永久磁铁制成，在磁悬浮支撑装置2进入超导状态后圆环形轮毂1会被悬浮起来并绕其圆环的中心轴旋转，形成一个无摩擦、可以高速旋转的飞轮。3为电动机(或发电机)的定子，它与飞轮一起构成能量转换装置。

图3是本发明的磁悬浮储能飞轮的另一种应用方式示意图。与图1和图2所不同的是，电机定子3置于飞轮的内侧。其它构成与图1、图2所示的储能飞轮相同，这里不再赘述。

从结构示意图可见，整个飞轮是一个无轮轴、轮辐的轮觳，该轮觳由永磁材料制成，在其四周构成复合磁场，此复合磁场用途在于：