[发明专利]永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统

说明书

永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。本发明解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本发明的永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承由上至下安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；上径向电磁轴承、下径向电磁轴承固定安装在壳体上，径向电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态。本发明转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。

技术领域

本发明涉及一种飞轮储能系统，具体涉及一种永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。

背景技术

飞轮储能系统作为一个可灵活调控的有功源，主动参与系统的动态行为，并能在扰动消除后缩短暂态过渡过程，使系统迅速恢复稳定状态。飞轮储能系统主要由飞轮转子、轴承、一体化电动/发电互逆式双向电机、电子电力转换器等组成。一体化电动/发电互逆式双向电机实现电能与高速飞轮机械能转换。电能通过电力转换器驱动电机，飞轮加速储能；之后，电机恒定运转直至接收释能控制信号；高速飞轮拖动电机发电释能，经转换器输出适于负载的电流与电压。

为存储更多能量，减小系统损耗，飞轮转子需要具有较大的转动惯量，并在真空环境下处于高转速运转。作为一种集机械、控制、电子等技术于一体的机电一体化储能装备，飞轮储能系统目前还存在诸多制约其工程化应用的技术难题，主要表现于悬浮支承系统选型、一体化电动/发电机的性能与控制等。飞轮储能系统若采取安装内转子电机，并采用多个磁悬浮轴承支承，通常会增加飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明为了解决现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，进而设计了一种永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统，该系统采用外转子永磁同步电机与永磁轴承混合支承。

本发明所采取的方案为：永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统，包括能量储存转化部分、转子支承部分和辅助部分；

其中，能量储存转化部分包括飞轮旋转体和外转子永磁同步电机6；转子支承部分包括上径向电磁轴承、下径向电磁轴承、上辅助轴承、下辅助轴承和永磁推力轴承；辅助部分包括壳体和芯轴；

其中，所述芯轴和飞轮旋转体安装在壳体内，壳体内部保持真空状态；所述永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承均安装在芯轴上，且沿轴向由上至下依次排布；上辅助轴承、下辅助轴承、外转子永磁同步电机的内定子都固定安装在芯轴上；飞轮旋转体的上端和下端通过上辅助轴承和下辅助轴承与芯轴建立连接，且与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；所述永磁推力轴承置于飞轮旋转体上方，且与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；所述外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，且带动飞轮旋转体旋转；所述上径向电磁轴承、下径向电磁轴承固定安装在壳体上，且上径向电磁轴承、下径向电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态。

进一步地：所述飞轮旋转体包括飞轮、飞轮上端盖和飞轮下端盖，飞轮上下端安装有飞轮上端盖和飞轮下端盖，飞轮上端盖与上辅助轴承间隙配合，飞轮下端盖与下辅助轴承间隙配合。

进一步地：所述飞轮旋转体为合金钢飞轮旋转体。