[发明专利]一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种磁轴承技术、高速电机和储能飞轮相结合的一种储能装置。

背景技术

飞轮储能装置是由电机驱动飞轮高速旋转，电能转变为机械能储存的一种储能装置，其具有高储能密度、可大功率、高密度充放电等优点，而将磁轴承应用于飞轮储能装置中，可实现高转速，低功耗，长寿命，充放电次数几乎没有限制等优点，在国防、航空、电力等领域具有广泛的应用前景。但在实际运行的飞轮装置中，对轴承功耗有一定的要求，轴承损耗功率小于电机功率的3％以下才有工程实用价值。为降低轴承功耗，使磁轴承能够在实际中得以应用，则需广泛采用不产生功耗的永磁磁力轴承，但永磁轴承在6个自由度方向至少存在一个自由度方向不稳定，所以它不能单独用于支承转子，而必须与其它轴承(如电磁轴承、超导磁轴承或机械轴承)联合使用，这就要求电磁轴承也应是低功耗运行。

目前，电磁轴承按照磁力提供的方式分为以下几种：第一种是主动磁轴承，这种磁轴承线圈中存在偏置电流，以提供偏置磁场，由控制电流流经控制绕组产生的控制磁通与偏置磁通进行叠加，从而产生可控的悬浮力，体积、重量和功耗都比较大。第二种是被动磁轴承，这种磁轴承的悬浮力完全由永磁体提供，其所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷。第三种是混合磁轴承，这种磁轴承采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，也称永磁偏置磁轴承，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了磁轴承的体积，减轻了其重量，并提高了承载能力。

现有的飞轮储能装置中，虽也有采用磁轴承与永磁磁力轴承相结合的轴承支撑方式，但其一般采用主动磁轴承的结构形式，功耗较高，未能实现飞轮装置的真正低功耗运行。

发明内容

本发明针对现有不足，提供一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，能够进一步降低轴承功耗。为实现上述目的，本发明采用技术方案是：

一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，包括能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分，所述能量存储与转化部分包括飞轮7、电机5；所述磁悬浮支撑部分包括轴向传感器1、上下保护轴承2，9，轴向磁轴承3，径向传感器4，上下永磁磁力轴承6，8；所述辅助部分包括壳体，安装轴10；其中，轴向传感器1、上保护轴承2、轴向磁轴承3、径向传感器4、电机5、上永磁磁力轴承6、飞轮7、下永磁磁力轴承8与下保护轴承9在安装轴10的轴向上从上到下依次排布，所述能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分的安装轴10密封在辅助部分的壳体内部，壳体内部保持真空状态。

所述永磁磁力轴承6，8的定子内表面贴装环形永磁体，所述永磁磁力轴承6，8的转子外表面贴装环形永磁体。所述永磁磁力轴承为内转子结构，其中定子与转子的轴向气隙为非对称布置。

本发明的有益效果：本发明是一种垂直放置的飞轮装置，利用两个永磁磁轴承和一个永磁偏置轴向磁轴承实现飞轮装置的五自由度悬浮，永磁磁轴承不产生功耗，轴向气隙不对称布置的永磁偏置磁轴承实现低功耗直至零功耗运行，使整个飞轮装置的悬浮功耗得以降低。该装置结构简单，临界转速高，功耗低，在电网调频、电网安全稳定控制、电能质量控制及高功率脉冲等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行具体介绍如下：

一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，包括能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分，所述能量存储与转化部分包括飞轮7、电机5；所述磁悬浮支撑部分包括轴向传感器1、上下保护轴承2，9，轴向磁轴承3，径向传感器4，上下永磁磁力轴承6，8；所述辅助部分包括壳体，安装轴10；其中，轴向传感器1、上保护轴承2、轴向磁轴承3、径向传感器4、电机5、上永磁磁力轴承6、飞轮7、下永磁磁力轴承8与下保护轴承9在安装轴10的轴向上从上到下依次排布，所述能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分的安装轴10密封在辅助部分的壳体内部，壳体内部保持真空状态。

所述永磁磁力轴承6，8的定子内表面贴装环形永磁体，所述永磁磁力轴承6，8的转子外表面贴装环形永磁体；所述永磁磁力轴承为内转子结构，其中定子与转子的轴向气隙为非对称布置。