[发明专利]一种电动机或发电机气隙磁场可控的储能飞轮装置

说明书

本发明公开了一种电动机或发电机气隙磁场可控的储能飞轮装置，由下端轴承座组件、下端盖组件、电机定子绕组组件、电机定子壳体组件、上端盖组件、上端轴承座组件、上端密封盖组件、飞轮转子、压紧套、旋转变压器、螺母、垫片和螺钉等组成。该装置中飞轮转子在上、下两轴端用机械轴承径向支撑、在轴向用一对磁轴承支撑；其充电/放电的能量转换部分由一种气隙磁场可控的发电机实现。控制环形励磁线圈的电流实时地控制发电机的气隙磁场，通过增加磁感应强度提高反电动势，抑制因转速下降引起的反电动势减小，提高了储能飞轮额定功率输出的放电深度。在待机状态，减小环形励磁线圈的电流，降低储能飞轮的待机损耗。

技术领域

本发明涉及发电机领域，具体来说，涉及一种电动机或发电机气隙磁场可控的储能飞轮装置。

背景技术

不间断电源（UPS）一般由储能单元和UPS主机组成，当市电出现故障时，UPS主机无延迟的将储能单元的电源转换为合适的电压，供重要的用电设备或用电场所使用。随着通讯和计算机网络的飞速发展，重要用电设备或用电场所的功率要求越来越大，而且对储能单元的安全性要求也越来越高。当前市场上常用的储能单元主要是化学电池，安全性能高的化学电池是铅酸电池，但铅酸电池的能量密度低、使用寿命短；其它化学电池在储能单元中也有应用，但存在易爆燃的隐患。一些对火灾敏感的重要应用场合，如超高层建筑、大型医院或大型数据中心等，急需安全性更高的储能产品作为UPS的储能单元。另外，在化学电池报废后，存在回收成本高，易于污染环境的问题。

储能飞轮是一种将电能通过电磁介质转换为飞轮转子的动能并将能量存储的设备。在需要电能时，通过将动能转换为电能输出给负载。储能飞轮在动能和电能相互转换时具有快速、高效、瞬时大功率的特点，是一种高功率密度的物理储能设备。在能量转换过程中，储能飞轮不存在化学反应或化学变化的环节，各个环节都容易精密测量和控制其使用过程的安全性很高。当前储能飞轮已经应用在了UPS系统、能量回收和电网调频等多个领域。在UPS领域应用的储能飞轮，其能量转换部分（即发电机）主要是采用永磁同步电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、异步电机或感应子电机等型式。使用这些电机的储能飞轮，在能量转换过程，由于发电机的气隙磁场是固定的，因此其输出的反电动势只与飞轮转子的转速成正比。储能飞轮在放电过程，飞轮转子的转速会从高速逐渐降低，输出的反电动势也会降低。如果保持恒功率、恒电压放电，就要通过控制器升压转换，以保持电压恒定；这样做就会增大发电机定子绕组的电流，电机驱动系统中IGBT功放模块的电流也会相应增加。当飞轮转速从最高转速降低到1/2转速时，放电深度为75%，而此时IGBT功放模块中的电流增加到最高转速时的2倍。

如果再提高放电深度，会进一步增加IGBT功放模块中的电流，这将导致控制系统的功率增大，致使其成本增加。另外，当储能飞轮充满电，即工作在额定转速时，发电机的气隙磁场是恒定存在的，飞轮转子在高速运转时会在发电机定子和转子上产生较大的热损耗。这些都不是用于UPS电源的高性能储能飞轮所希望的。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种电动机或发电机气隙磁场可控的储能飞轮装置，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：