[发明专利]飞轮储能系统

说明书

飞轮储能系统，属于电机领域，为了解决现有的飞轮储能装置输出电压单一且充电与放电不能同时进行的问题。本发明在电动状态时，轴向磁场多重定子永磁同步电机通过输入逆变器输入电能；发电状态时，惯性飞轮向轴向磁场多重定子永磁同步电机提供机械能，惯性飞轮与轴向磁场多重定子永磁同步电机的转子同步旋转；轴向磁场多重定子永磁同步电机的定子包括i个输入定子和j个输出定子；转子包括i+j+1个转子盘或i+j‑1个转子盘；定子与转子盘沿轴向依次相间排列；轭板为圆盘形，永磁体轴向充磁，永磁体的N极和S极相间固定在轭板上；输入逆变器和输出整流器同时与轴向磁场多重定子永磁同步电机相连。有益效果为输出电压不受限，充电和放电能够同时进行。

技术领域

本发明属于电机领域。

背景技术

飞轮储能系统是利用高速旋转的飞轮储存能量，并通过机电能量转换装置实现机械能和电能的相互转换。基于其功率密度高、能量密度大、电能和机械能之间的转化效率高、充电速度快、可实现免维护和具有良好的性能价格比等特点，高速飞轮在电动汽车、航空航天、电网调峰、风力发电系统的不间断供电及军事等领域有着广泛的应用前景。

图1所示为现有的高速飞轮储能装置的结构示意图，它主要包括飞轮A6、真空室A7、磁性轴承A1、无刷电动机定子A4、无刷电动机转子A5、外壳A3以及接线端子A2等，其中，无刷电动机定子A4、无刷电动机转子A5以及接线端子A2组成一个电机。

高速飞轮储能装置中有一个内置电机，它既可以运行于电动机状态，也可以运行于发电机状态。在充电时，它作为电动机给飞轮A6加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮A6的转速不断下降；而当飞轮A6空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。

但是，该飞轮储能装置存在如下缺点：由于充电和放电共用一套电机、逆变器，所以放电时的输出电压受到充电时的输入电压限制，不能任意设计，限制了该储能装置在大功率、高电压、脉冲输出场合的应用。另外，该飞轮储能装置只有一个输出电压等级，不能适用于需要多个电压等级的场合。同时，该飞轮储能装置充电与放电不能同时进行，限制了其功率密度与能量密度的进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的飞轮储能装置输出电压单一且充电与放电不能同时进行的问题，提出了四种飞轮储能系统。

本发明所述的第一种飞轮储能系统包括输入逆变器、输出整流器、轴向磁场多重定子永磁同步电机和惯性飞轮；

电动状态时，轴向磁场多重定子永磁同步电机通过输入逆变器输入电能，并将该电能转换为惯性飞轮的机械能；

发电状态时，惯性飞轮向轴向磁场多重定子永磁同步电机提供机械能，并通过输出整流器输出电能；

所述惯性飞轮与轴向磁场多重定子永磁同步电机的转子同步旋转；

所述轴向磁场多重定子永磁同步电机包括定子和转子；

所述定子包括i个输入定子和j个输出定子；i为大于等于1的自然数，j为大于等于1的自然数；

所述转子包括i+j+1个转子盘或i+j-1个转子盘；

定子与转子盘沿轴向依次相间排列；

每个转子盘均包括轭板和多个永磁体；轭板为圆盘形，永磁体轴向充磁，永磁体的N极和S极相间沿圆周方向依次排列固定在轭板上；

所述输入逆变器的输出端与轴向磁场多重定子永磁同步电机的输入定子绕组引出线相连：输出整流器的输入端与轴向磁场多重定子永磁同步电机的输出定子绕组引出线相连。

本发明所述的第二种飞轮储能系统包括输入逆变器、输入电动机、输出整流器、输出发电机和惯性飞轮；

输入逆变器的输出端与输入电动机的定子绕组引出线相连，输出整流器的输入端与输出发电机的定子绕组引出线相连；