[发明专利]飞轮装置

说明书

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。

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。