[实用新型]集成式无轴承高温超导磁悬浮飞轮储能装置

说明书

技术领域

本实用新型属于飞轮储能技术领域，特别是涉及一种集成式无轴承高温超导磁悬浮飞轮储能装置。

背景技术

飞轮储能是用物理方法实现储能的技术。当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能，飞轮储能正是以动能转换成电能的储能方式。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池；但是，常规的飞轮储能由于在机械损耗上的局限性，限制了飞轮储能技术的进一步发展。随着高温超导材料的出现，高温超导飞轮储能系统应运而生。目前的高温超导飞轮储能技术是利用多块超导体在低温环境下，通过一定的排布方式，利用径向与轴向的约束，使得带有永磁体的飞轮能够约束在装置的中心位置，让飞轮完全抬升，使其脱离于装置，有效的避免了几乎所有的机械摩擦。

目前，现有的飞轮储能技术基本都是上述的结构方式或者与之思想近似的储能方式，其存在如下缺点：一是利用多块超导体在一定的排布方式下使飞轮抬升，结构非常复杂；二是通过多块超导体的排布方式，大大提高了成本；三是利用此结构，使得驱动飞轮成为了问题，因为如果采用直接在飞轮上驱动，则会影响原有的径向约束，如果采用轴部驱动，则会重新面临机械摩擦的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种集成式无轴承高温超导磁悬浮飞轮储能装置。该装置利用超导体的迈斯纳效应，使铝合金飞轮可在无轴的情况下在装置中悬浮，不与装置有直接的接触，避免了机械摩擦损耗；并且通过外设电路产生稳定的三相或多相交流电流，使得三相或多相线圈内产生稳定的径向旋转磁场，并直接作用在铝合金飞轮上，通过先异步再同步的方式驱动铝合金飞轮旋转，不会影响到超导体内部性质的稳定，使得装置结构更加简单，集成度高，内部磁场稳定且成本有所降低。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种集成式无轴承高温超导磁悬浮飞轮储能装置，包括非磁性真空杜瓦容器；在所述非磁性真空杜瓦容器的内侧壁上固定有尼龙定子，在尼龙定子上均匀设置有若干个通槽，三相或多相线圈通过所述通槽缠绕在尼龙定子上；在非磁性真空杜瓦容器内部的底部固定有尼龙固定板，在尼龙固定板顶部的中心处设置有第一凹槽，圆柱状YBCO超导块材固定在尼龙固定板的第一凹槽内；在尼龙定子的内侧、尼龙固定板的上方设置有铝合金飞轮，在铝合金飞轮底部的中心处设置有第二凹槽，圆柱状稀土永磁体设置在铝合金飞轮的第二凹槽内，所述圆柱状YBCO超导块材与圆柱状稀土永磁体相对设置；在铝合金飞轮的外侧壁上均匀设置有偶数个瓦状稀土永磁体，所述瓦状稀土永磁体的N极和S极相间设置；所述飞轮储能装置还设置有转速传感器，三相或多相线圈和转速传感器分别与外设电路相连接。

所述外设电路包括电源、整流滤波模块、逆变模块、DSP驱动模块、三相整流滤波模块及稳压模块，电源经整流滤波模块与逆变模块的输入端相连接，逆变模块的输出端与飞轮储能装置的三相或多相线圈相连接，转速传感器的输出端经DSP驱动模块与逆变模块的控制端相连接；飞轮储能装置的三相或多相线圈经三相整流滤波模块与稳压模块的输入端相连接，稳压模块的输出端为所述飞轮储能装置的供电端。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型利用超导体的迈斯纳效应，只用一块圆柱状YBCO超导块材就使铝合金飞轮抬升，且转子就是铝合金飞轮，结构简单，能够满足很多场合的储能需要；

2、本实用新型只用一块圆柱状YBCO超导块材，大大减少了成本；

3、本实用新型通过外设电路产生稳定的三相或多相交流电流，使得三相或多相线圈内产生稳定的径向旋转磁场，通过稳定的径向旋转磁场作用在铝合金飞轮以及瓦状稀土永磁体上，形成永磁同步电机形式；并且与圆柱状YBCO超导块材作用间距较大，使得内部磁场相当稳定，不会破坏圆柱状稀土永磁体与圆柱状YBCO超导块材之间的迈斯纳效应，从而使铝合金飞轮稳定的悬浮，摩擦损耗小，储能效率高，同时解决了驱动问题和机械摩擦问题；

4、所述三相或多相线圈安装在非磁性真空杜瓦容器的内侧壁上，产生的转矩大，适合质量较大的储能飞轮，易于形成陀螺仪效应。

附图说明

图1是本实用新型的集成式无轴承高温超导磁悬浮飞轮储能装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型的外设电路的电路原理框图；

图4是本实用新型的外设电路中输入部分的电路原理图；

图5是本实用新型的尼龙定子的结构示意图；

图6是本实用新型的尼龙固定板的结构示意图；

图7是本实用新型的三相或多相线圈的绕线示意图；