CN101127465A - 磁悬浮飞轮储能*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自重小、储电量大、制造成本低、能移动使用、能自由调节向外界实时放电量值、能快速充电或实时大量放电等优点的磁悬浮飞轮储能***；其“高真空密封壳体”的轴向部分采用比重小的材料制造、“飞轮”上没有永磁材料部件和其“轮盘”分为三个圆环、“永磁旋转电机装置”有四套、“磁轴承”是“全磁悬浮轴承”或“半磁悬浮轴承”，它还设有保证“磁轴承”移动使用可靠性的装置……。

Description

磁悬浮飞轮储能***

(一)技术领域

本发明涉及储电装置的技术领域。

(二)背景技术

磁悬浮飞轮储能***是一种物理电池。

本文中的磁悬浮飞轮储能***特指一种：由“高真空密封壳体”、“磁轴承”、“飞轮”、“永磁旋转电机装置”《所述“永磁旋转电机装置”都是转子采用永磁而定子采用电励磁的“永磁旋转电机装置》......构成的，以储存机械能代替储存电能的储能***；例如：“美国专利US-5124605号”或“中国专利01126564.7号”中所述的储能***。

磁悬浮飞轮储能***借助其“永磁旋转电机装置”让其“飞轮”与外界进行机电能量互换；借助其“高真空密封壳体”和“磁轴承”减少所述“飞轮”和“永磁旋转电机装置”运转时的摩擦能耗；从而让从外界输入的电能以“飞轮”机械能的形式很好地储存下来，在需要时再以电能的形式向外界输出。

现有技术《已知的磁悬浮飞轮储能***》具有以下特征和缺点：

一、现有技术的“高真空密封壳体”的轴向部分《即“高真空密封壳体”与“飞轮”转轴中轴线平行部分》采用了钢材制造和壳壁厚度处处相同。

公知，鉴于转速低的飞轮储能量小、欠缺实用价值；因此，现代高效磁悬浮飞轮储能***的飞轮极限转速很高，例如美国专利US-5124605号所述储能***的飞轮极限转速就高达每分钟20万转《200000rpm》；在如此转速下，飞轮中用于提供转动惯量的钢部件《若所述钢部件用普通钢材制造的话》所受到的最大离心力将超过其自身强度的十几倍，一旦飞轮破裂，其破碎物就会象炮弹片一样撞击“高真空密封壳体”的轴向部分。

由于现有技术的“高真空密封壳体”的轴向部分采用了比重大的钢材制造和壳壁厚度处处相同，而且，基于上述公知的原因，其壳壁必须相当厚，从而“高真空密封壳体”的轴向部分重量很大；

因此，现有技术存在自重大的缺点。

二、现有技术的“飞轮”中含有众多用于其“永磁旋转电机装置”转子和“磁轴承”的永磁材料部件。

公知一，永磁材料的抗拉强度远小于钢材和比重接近于钢材；

公知二，“飞轮”的储能量与其转动惯量旋转角速度《ω》的平方成正比而所述旋转角速度与转动惯量的旋转半径成正比；

公知三，磁悬浮飞轮储能***的储电量与其“飞轮”的储能量成正比。

由于现有技术的“飞轮”中含有众多永磁材料部件；根据上述公知一，在质量和转速等价的条件下，该“飞轮”转动惯量的旋转角速度较小《因为受到永磁材料低抗拉强度和大比重的影响，“飞轮”质量不能向抗拉强度较大、可拥有较大旋转半径的钢部件处集中、转动惯量的旋转半径较小》，那末，根据上述公知二，其“飞轮”的储能量较小。

因此，根据上述公知三，现有技术存在储电量小的缺点。

三、现有技术的“磁轴承”只局限于由两组“永磁材料部件对”(即利用磁斥力达成磁悬浮运动支承任务的一对永磁材料部件)组成的、轴向和径向运动支承均为磁悬浮支承的“全磁悬浮轴承”；

现有技术的“飞轮”中含有众多用于其“永磁旋转电机装置”转子和“磁轴承”的永磁材料部件。

公知一，“全磁悬浮轴承”价格较高；

公知二，磁悬浮飞轮储能***的飞轮极限转速很高，从而其有一定重量的部件必需有非常好的动平衡精度，否则会引起振动，并可能损坏轴承；

公知三，“飞轮”的制造工艺成本与保证其有一定重量部件动平衡精度的难度成正比。

由于现有技术的“磁轴承”只局限于“全磁悬浮轴承”，根据上述公知一，其“磁轴承”的成本较高；

又由于“飞轮”中含有众多永磁材料部件，保证其动平衡精度的难度很高，根据上述公知二和三，其“飞轮”的制造工艺成本很高；

因此，现有技术存在制造成本高的缺点。

四、在现有技术中，没有专门用于防止其“磁轴承”的“永磁材料部件对”发生自我碰撞的装置。

公知一，永磁材料部件硬而脆，两个永磁材料部件相互碰撞时非常容易碎裂；

公知二，当突发外力《例如突发惯性力》大于“磁轴承”“永磁材料部件对”的磁斥力时，组成“永磁材料部件对”的两个永磁材料部件就会相互碰撞；

公知三，磁悬浮飞轮储能***移动使用时，很可能发生突发外力远远大于其“磁轴承”“永磁材料部件对”磁斥力的状况；

公知四，“磁轴承”是否具备移动使用可靠性是磁悬浮飞轮储能***能否移动使用的关键。

由于在现有技术中没有专门用于防止其“磁轴承”的“永磁材料部件对”发生自我碰撞的装置，那末，根据上述公知一、二和三，其“磁轴承”不具移动使用可靠性；

因此，根据上述公知四，现有技术存在不能移动使用的缺点。

五、现有技术的“永磁旋转电机装置”的转子固定在“飞轮”上，运转时其转子永磁材料部件参与励磁的表面积固定不变。

公知一，在永磁材料磁性等价的情况下，“永磁旋转电机装置”的磁矩《T》与其转子永磁材料部件参与励磁的表面积成正比；

公知二，在磁矩《T》不变的情况下，“永磁旋转电机装置”的发电量值与其转子永磁材料部件参与励磁表面积的旋转角速度《ω》成正比；

公知三，磁悬浮飞轮储能***是依靠其“永磁旋转电机装置”把其“飞轮”上的机械能转换为电能向外界输出的。

由于现有技术的“永磁旋转电机装置”运转时，其转子永磁材料部件参与励磁的表面积固定不变；那末，根据上述公知一和二，该“永磁旋转电机装置”的实时发电量值对应于其转子永磁材料部件参与励磁表面积的实时旋转角速度、不能自由调节。

因此，根据上述公知三，现有技术存在不能自由调节向外界实时放电量值的缺点。

六、现有技术中只有一套“永磁旋转电机装置”《自身不能同时进行机电能量双向转换的-不论其有多少个“转子和定子对”-都称为一套“永磁旋转电机装置”》；而且，其转子永磁材料部件参与励磁的表面积位于“飞轮”轴向端面。

公知一，在其它条件不变的情况下，“永磁旋转电机装置”的功率与其转子永磁材料部件参与励磁的表面积成正比；

公知二，磁悬浮飞轮储能***的充电速度或实时放电量值与其用于与外界进行机电能量互换的“永磁旋转电机装置”的功率成正比。

由于现有技术只有一套“永磁旋转电机装置”，只能依靠该套“永磁旋转电机装置”与外界进行机电能量互换，但是，该套“永磁旋转电机装置”转子永磁材料部件参与励磁的表面积位于“飞轮”轴向端面，所述永磁材料部件受永磁材料低抗拉强度的限制，旋转半径不大，从而其参与励磁的表面积很小；那末，根据上述公知一，该套“永磁旋转电机装置”的功率很小；

因此，根据上述公知二，现有技术存在不能够快速充电或实时大量放电的缺点。

(三)  发明内容

针对克服现有技术的缺点，本发明的目的是：

提供一种具有自重小、储电量大、制造成本低、能够移动使用、能够自由调节向外界实时放电量值、能够快速充电或实时大量放电等优点的磁悬浮飞轮储能***。

本发明的技术方案如下：

一种磁悬浮飞轮储能***，它由“高真空密封壳体”、“磁轴承”、“飞轮”、“永磁旋转电机装置”......构成；其特征在于：

上述“高真空密封壳体”的轴向部分，由“防止飞轮破碎物外逸部分”和“散热部分”接合而成。

所述“防止飞轮破碎物外逸部分”的径向内缘正对“飞轮”轮盘”的径向外缘，其轴向长度仅略大于“飞轮”“轮盘”的轴向长度；它采用高强纤维短丝增强树脂材料制造，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成；其壳壁的厚度与实现防止飞轮破碎物外逸的任务相适应；而且，壳壁上贴有用于防止电磁辐射外逸的金属薄膜。

所述“散热部分”的径向内缘与“永磁旋转电机装置”的定子电枢相连；它采用轻金属材料制造；而且，其径向外缘的形状与实现散热任务相适应。

上述“磁轴承”是“全磁悬浮轴承”，或“半磁悬浮轴承”。

所述“半磁悬浮轴承”的轴向运动支承采用磁悬浮运动支承，和径向运动支承采用机械轴承。

上述“飞轮”包括“转轴”和固定连接在“转轴”上的“轮盘”，所述“轮盘”从与“转轴”固定连接处向其径向外缘，依任务可划分为“内环”、“中环”和“外环”等三个园环：

“中环”的任务是为“轮盘”提供转动惯量，它是一个钢环部件，或是一个均匀地插布有轴向钢管部件的高强纤维短丝增强树脂材料虚拟园环；

“内环”的任务是把“中环”固定在“转轴”上，和让“中环”在保证高速运行可靠性的前提下有最大旋转半径，它采用高强纤维短丝增强树脂材料制造；

“外环”的任务是提高“中环”承受离心力作用的能力，和在“中环”损坏时防止其破碎物外逸，它采用高强纤维短丝增强树脂材料制造，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成。

上述“永磁旋转电机装置”有四套；它们都是直流电机装置；它们的转子都位于“飞轮”“轮盘”的轴向端面外，和转子永磁材料部件参与励磁的表面积都位于转子径向端面。

第一套“永磁旋转电机装置”的任务是让“飞轮”与外界进行机电能量互换；其转子的轴向两端均与“轴向定位装置”连接，所述转子既伴随“飞轮”的“转轴”旋转，又可受控在所述“转轴”上轴向移动和轴向定位，从而调节和确定其转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积。

该“永磁旋转电机装置”轴向移动转子、调节其转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积时，可调节的幅度在百分之一百到零之间；而且，在任何时候，所述转子永磁材料部件的旋转磁力线都不会影响其它“永磁旋转电机装置”的定子电枢。

所述“轴向定位装置”包括：用于把第一套“永磁旋转电机装置”转子推离“飞轮”“轮盘”的弹簧、固定在“高真空密封壳体”上的弹簧底座，和两套推力磁轴承；

其中一套推力磁轴承的轴向两端，分别连接弹簧和第一套“永磁旋转电机装置”的转子；另一套推力磁轴承的轴向两端，分别连接第一套和第三套“永磁旋转电机装置”的转子。

第二套“永磁旋转电机装置”的任务是监测“飞轮”的实时转速，和在第一套“永磁旋转电机装置”的转子需要轴向移动时，向第三套“永磁旋转电机装置”提供电能；其转子固定在“飞轮”的“转轴”上。

当“飞轮”旋转时，该套“永磁旋转电机装置”处于发电的工作状况，在“控制电路”的控制下，所产生的电能：首先用于监测“飞轮”的实时转速；  然后，在第一套“永磁旋转电机装置”的转子需要轴向移动时，分别向第三套和第四套“永磁旋转电机装置”输出；在第一套“永磁旋转电机装置”的转子不需要轴向移动时，全部向第四套“永磁旋转电机装置”输出。

第三套“永磁旋转电机装置”的任务是轴向移动第一套“永磁旋转电机装置”的转子，和协同“轴向定位装置”给所述转子轴向定位；其转子不与“飞轮”的“转轴”连接，和转子的轴向一端连接“轴向定位装置”。

当有电能向该套“永磁旋转电机装置”输入时，其转子在所输入电能量值和电流方向的控制下旋转，和转子旋转时沿“飞轮”的“转轴”轴向移动，并借助“轴向定位装置”，带动第一套“永磁旋转电机装置”的转子轴向移动；

当无电能向该套“永磁旋转电机装置”输入时，其转子不会沿“飞轮”的“转轴”轴向移动，并协同“轴向定位装置”，给第一套“永磁旋转电机装置”的转子轴向定位。

第四套“永磁旋转电机装置”的任务是把从第二套“永磁旋转电机装置”向其输入的电能，转换为“飞轮”的机械能；其转子固定在“飞轮”的“转轴”上。

此外，该磁悬浮飞轮储能***还设有专门用于防止其“磁轴承”的“永磁材料部件对”发生自我碰撞的装置；该装置由分别固定在“高真空密封壳体”和“飞轮”的“转轴”上，用于代替所述“永磁材料部件对”发生自我碰撞的“替代碰撞部件对”构成。

所述“替代碰撞部件对”的替代碰撞部件，采用高强纤维短丝增强树脂材料制造；所述“替代碰撞部件对”的最大间隙，小于它所对应的“永磁材料部件对”的最大间隙，而且，“替代碰撞部件对”在发生自我碰撞时的碰撞处，均位于“飞轮”“转轴”的中轴线上或其附近。

与现有技术相比，本发明能够达成其目的理由如下：

一、公知一，高强纤维短丝增强树脂材料，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成的材料比重均远远小于钢材和抗撞击能力远远大于钢材；

公知二，轻金属材料的比重远远小于钢材和散热性能远远优于钢材。

由于本发明的“高真空密封壳体”轴向部分，由“防止飞轮破碎物外逸部分”和“散热部分”接合而成，所述“防止飞轮破碎物外逸部分”采用高强纤维短丝增强树脂材料制造，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成，所述“散热部分”采用轻金属材料制造；根据上述公知一和二，在效能等价的条件下，该“高真空密封壳体”的轴向部分重量远远小于现有技术；

因此，本发明的自重小于现有技术。

二、公知一，高强纤维短丝增强树脂材料，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成的材料比重均远远小于钢材和抗拉强度远远大于钢材；

公知二，“飞轮”的储能量与其转动惯量旋转角速度《ω》的平方成正比而所述旋转角速度与转动惯量的旋转半径成正比；

公知三，磁悬浮飞轮储能***的储电量与其“飞轮”的储能量成正比。

由于本发明的“飞轮”由“转轴”和“轮盘”构成，“轮盘”中只有高强纤维短丝增强树脂材料，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成的材料和用于提供转动惯量的钢部件；根据上述公知一，“轮盘”的质量能向所述钢部件高度集中，钢部件又因“轮盘”的“内环”和“外环”而拥有更大旋转半径、旋转角速度较大，从而本发明的“飞轮”转动惯量旋转角速度《ω》较大；那末，根据上述公知二，在质量和转速等价的条件下，本发明的“飞轮”储能量较大；

因此，根据上述公知三，本发明的储电量大于现有技术。

三、公知一，“飞轮”的制造工艺成本与保证其有一定重量部件动平衡精度的难度成正比；

公知二，轴向运动支承采用磁悬浮运动支承，和径向运动支承采用机械轴承的“半磁悬浮轴承”，价格远远低于“全磁悬浮轴承”。

由于本发明“飞轮”需要保证其动平衡精度的有一定重量部件，少了众多用于“永磁旋转电机装置”转子和“磁轴承”的永磁材料部件，保证“飞轮”有一定重量部件动平衡精度的难度，大大低于现有技术；根据上述公知一，“飞轮”的制造工艺成本大大低于现有技术；

因此，本发明的制造成本低于现有技术。

此外，由于本发明的“磁轴承”还可以是“半磁悬浮轴承”，因此，根据上述公知二，本发明比现有技术还多了一种从“磁轴承”成本方面来降低制造成本的选择余地。

四、公知一，高强纤维短丝增强树脂材料部件的抗撞击性能和耐磨性能，远远大于永磁材料部件；

公知二，动能与转动惯量的旋转角速度《ω》的平方成正比，所述旋转角速度与转动惯量的旋转半径成正比；

公知三，“磁轴承”是否具备移动使用可靠性，是磁悬浮飞轮储能***能否移动使用的关键。

由于本发明的专门用于防止其“磁轴承”“永磁材料部件对”发生自我碰撞装置的“替代碰撞部件对”，采用高强纤维短丝增强树脂材料制造，和发生自我碰撞时的碰撞处，均位于“飞轮”“转轴”中轴线上或其附近、旋转半径很小，根据上述公知一和二，其自身不会因发生自我碰撞而毁坏，具备了移动使用可靠性；  又由于所述“替代碰撞部件对”的最大间隙小于它所对应的“永磁材料部件对”的最大间隙，从而，“永磁材料部件对”不会发生自我碰撞，本发明的“磁轴承”也具备了移动使用可靠性；

因此，根据上述公知三，本发明能够移动使用。

五、公知一，在转子永磁材料部件磁性等价的情况下，“永磁旋转电机装置”的磁矩《T》与转子永磁材料部件参与励磁的表面积成正比；

公知二，根据直流电机装置的机电能量平衡公式《EI＝Tω》，直流电机装置的实时发电量值与实时磁矩《T》成正比。

由于本发明用于“飞轮”与外界进行机电能量转换的“永磁旋转电机装置”《第一套“永磁旋转电机装置”》的转子可受控轴向移动，从而调节转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积；根据上述公知一，所述“永磁旋转电机装置”的实时磁矩《T》能够自由调节；又由于所述“永磁旋转电机装置”是直流电机装置；根据上述公知二，其实时发电量值亦能够自由调节；

因此，本发明能够自由调节向外界实时放电量值。

六、公知一，在其它条件不变的情况下，“永磁旋转电机装置”的功率与其转子永磁材料部件参与励磁的表面积成正比。

公知二，磁悬浮飞轮储能***的充电速度或实时放电量值，与其用于“飞轮”与外界进行机电能量转换的“永磁旋转电机装置”的功率成正比。

由于本发明用于“飞轮”与外界进行机电能量转换的“永磁旋转电机装置”《第一套“永磁旋转电机装置”》的转子位于“飞轮”“轮盘”的轴向端面外，和其永磁材料部件参与励磁的表面积位于转子径向端面，在转子永磁材料部件旋转半径等价的条件下，转子的轴向长度可以很大，转子永磁材料部件参与励磁的表面积亦随之增加、可以很大，那末，根据上述公知一，该“永磁旋转电机装置”的功率可以很大；

因此，根据上述公知二，本发明能够实现快速充电或实时大量放电。

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

(四)附图说明

附图1 是依据本发明的一种磁悬浮飞轮储能***的结构半剖视图；

附图2 是依据本发明的另一种磁悬浮飞轮储能***的结构半剖视图；

附图3 是附图2所述磁悬浮飞轮储能***的“飞轮”“轮盘”结构俯视图。

(五)具体实施方式

在本发明的两个实施例中，磁悬浮飞轮储能***的结构分别如附图1和2所示；它们都由“高真空密封壳体”、“磁轴承”、“飞轮”、“永磁旋转电机装置”……构成。

附图1和2所示磁悬浮飞轮储能***的“高真空密封壳体”的轴向部分，由“防止飞轮破碎物外逸部分”(1a)和“散热部分”(1b)接合而成。

所述“防止飞轮破碎物外逸部分”的径向内缘，正对“飞轮”“轮盘”的径向外缘《因为“飞轮”高速旋转时，“飞轮”“轮盘”上用于提供转动惯量的钢部件动能最大、其破碎物最具破坏力，和破碎物是循离心力的方向飞散的》，其轴向长度仅略大于“飞轮”“轮盘”的轴向长度。

附图1中的该部分，采用碳纤维短丝增强环氧树脂制造；附图2中的该部分用碳纤维长丝层层缠绕、以环氧树脂粘合而成；鉴于实施例的“飞轮”设计极限转速均为250000rpm和上述材料的强度，该部分的壳壁厚度分别为5cm和3.5cm，以便能与实现其防止飞轮破碎物外逸的任务相适应；而且，为了防止电磁辐射从该部分逸出“高真空密封壳体”，该部分的壳壁上均贴有金属薄膜(1aa)。

所述“散热部分”的径向内缘，与“永磁旋转电机装置”的定子电枢《最主要的发热源》相连；为了减轻自重和更好散热，它采用铝合金制造；而且，其径向外缘为散热片状，以便与实现散热任务相适应。

附图1所示磁悬浮飞轮储能***的“磁轴承”，是“全磁悬浮轴承”；它包括用于轴向磁悬浮运动支承的“永磁材料部件对”(2a)，和用于径向磁悬浮运动支承的“永磁材料部件对”(2b)。

附图2所示磁悬浮飞轮储能***的“磁轴承”是“半磁悬浮轴承”，它包括用于轴向磁悬浮运动支承的“永磁材料部件对”(2a)，和用于径向机械运动支承的“机械轴承”(2c)《因为径向运动支承不受重力影响而摩擦能耗较小，和用于径向磁悬浮运动支承的“永磁材料部件对”，价格远远高于用于轴向磁悬浮运动支承的“永磁材料部件对”》。

附图1和2所示磁悬浮飞轮储能***的“飞轮”包括：“转轴”(3a)和固定连接在“转轴”上的“轮盘”。

所述“轮盘”从与“转轴”固定连接处向其径向外缘，依任务可划分为“内环”(3ba)、“中环”(3bb)和“外环”(3bc)等三个园环：

“中环”的任务是为“轮盘”提供转动惯量，附图1中的“中环”是一个采用高强度钢材制造的钢环，附图2和3中的“中环”是一个均匀地插布有采用高强度钢材制造的轴向钢管(3bba)的碳纤维短丝增强环氧树脂虚拟园环《该虚拟园环的范围，在附图3中用虚线标出》；

“内环”的任务是把“中环”固定在“转轴”上，和让“中环”在保证高速运行可靠性的前提下有最大旋转半径，它采用高强纤维短丝增强树脂材料制造；

“外环”的任务是提高“中环”承受离心力作用的能力，和在“中环”损坏时防止其破碎物外逸，附图1中的“外环”采用碳纤维长丝层层缠绕、以环氧树脂粘合而成，附图2和3中的“外环”采用碳纤维短丝增强环氧树脂制造《所述材料的抗拉强度均远远大于高强度钢材和比重远远小于高强度钢材》。

在附图1和2所示磁悬浮飞轮储能***中，均有四套“永磁旋转电机装置”；它们都是直流电机装置；它们的转子都位于“飞轮”“轮盘”的轴向端面外，和转子永磁材料部件参与励磁的表面积都位于转子径向端面。

第一套“永磁旋转电机装置”包括转子(4aa)和定子电枢(4ab)，它的任务是让“飞轮”与外界进行机电能量互换；其转子的轴向两端均与“轴向定位装置”连接，所述转子既伴随“飞轮”的“转轴”旋转，又可受控在所述“转轴”上轴向移动和轴向定位，从而调节和确定转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积。

该“永磁旋转电机装置”轴向移动转子、调节其转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积时，可调节的幅度在百分之一百到零之间，而且，在任何时候，所述转子永磁材料部件的旋转磁力线都不会影响其它“永磁旋转电机装置”的定子电枢《附图1和2中所示是转子(4aa)永磁材料部件实时参与励磁的表面积的幅度为百分之一百，所述表面积全部对正定子电枢(4ab)，此时，所述表面积与第二套和第四套“永磁旋转电机装置”的定子电枢有相当距离，其旋转磁力线不会影响定子电枢(4bb)和(4db)，“飞轮”机械能不会经由定子电枢(4bb)和(4db)散失；当转子(4aa)轴向移动到另一尽头、其永磁材料部件实时参与励磁的表面积的幅度为零时，所述表面积与第三套“永磁旋转电机装置”的定子电枢亦有相当距离，其旋转磁力线不会影响定子电枢(4cb)，“飞轮”机械能也不会经由定子电枢(4cb)散失》。

所述“轴向定位装置”包括：用于把第一套“永磁旋转电机装置”转子推离“飞轮”“轮盘”的弹簧(6a)、固定在“高真空密封壳体”上的弹簧底座(6aa)，和两套推力磁轴承；

其中一套推力磁轴承(6ba)的轴向两端，分别连接弹簧和第一套“永磁旋转电机装置”的转子；另一套推力磁轴承(6bb)的轴向两端，分别连接第一套和第三套“永磁旋转电机装置”的转子。

第二套“永磁旋转电机装置”包括转子(4ba)和定子电枢(4bb)，它的任务是监测“飞轮”的实时转速，和在第一套“永磁旋转电机装置”的转子需要轴向移动时《例如在磁悬浮飞轮储能***需要稳定或调节向外界实时放电量值时》，向第三套“永磁旋转电机装置”提供电能；其转子固定在“飞轮”的“转轴”上。

当“飞轮”旋转时，该套“永磁旋转电机装置”处于发电的工作状况，在“控制电路”(5)的控制下，所产生的电能：首先用于监测“飞轮”的实时转速《因为发电量值与“飞轮”的转速成正比，监测实时发电量值便可监测“飞轮”的实时转速》；然后，在第一套“永磁旋转电机装置”的转子需要轴向移动时，把所述电能分流，分别向第三套和第四套“永磁旋转电机装置”输出；在第一套“永磁旋转电机装置”的转子不需要轴向移动时，把所述电能全部向第四套“永磁旋转电机装置”输出。

第三套“永磁旋转电机装置”包括转子(4ca)、定子电枢(4cb)和螺纹导向部件(4cc)《所述螺纹导向部件与“飞轮”的“转轴”同轴但不发生接触》，它的任务是轴向移动第一套“永磁旋转电机装置”的转子，和协同“轴向定位装置”给所述转子轴向定位；其转子径向内缘的螺纹与螺纹导向部件的螺纹滑配，和转子的轴向一端连接“轴向定位装置”。

当有电能向该套“永磁旋转电机装置”输入时，其转子在输入电能量值和电流方向的控制下旋转，和转子旋转时沿螺纹导向部件轴向移动，并借助“轴向定位装置”，带动第一套“永磁旋转电机装置”的转子轴向移动；

当无电能向该套“永磁旋转电机装置”输入时，其转子停在螺纹导向部件上，并协同“轴向定位装置”，给第一套“永磁旋转电机装置”的转子轴向定位。

第四套“永磁旋转电机装置”包括转子(4da)和定子电枢(4db)，它的任务是把从第二套“永磁旋转电机装置”向其输入的电能，转换为“飞轮”的机械能《以便把所述能量返还“飞轮”》；其转子固定在“飞轮”的“转轴”上。当有电能从第二套“永磁旋转电机装置”向该套“永磁旋转电机装置”输入时，该套“永磁旋转电机装置”处于电动的工作状况。

此外，在附图1和2所示磁悬浮飞轮储能***中，还设有专门用于防止其“磁轴承”的“永磁材料部件对”发生自我碰撞的装置。

该装置由分别固定在“高真空密封壳体”和“飞轮”的“转轴”上，用于代替所述“永磁材料部件对”发生自我碰撞的“替代碰撞部件对”(7a)和(7b)构成；所述“替代碰撞部件对”的替代碰撞部件，采用碳纤维短丝增强环氧树脂《这种材料的抗撞击性能非常好，远比永磁材料部件耐撞》制造。

从附图1中可见：所述“替代碰撞部件对”(7a)的最大间隙，小于它所对应的“永磁材料部件对”(2a)的最大间隙，“替代碰撞部件对”(7b)的最大间隙，小于它所对应的“永磁材料部件对”(2b)的最大间隙；从附图2中可见：所述“替代碰撞部件对”(7a)的最大间隙，小于它所对应的“永磁材料部件对”(2a)的最大间隙；从而能起到防止“磁轴承”的“永磁材料部件对”发生自我碰撞的作用。

从附图1和2中还可见：所述“替代碰撞部件对”在发生自我碰撞时的碰撞处，均位于“飞轮”“转轴”的中轴线上或其附近《例如“替代碰撞部件对”(7a)在发生自我碰撞时的碰撞处，位于“飞轮”“转轴”的中轴线上；“替代碰撞部件对”(7b)在发生自我碰撞时的碰撞处，位于“飞轮”“转轴”的中轴线附近》，以便碰撞处的旋转半径较小而撞击力较小。

通过上述实施例，本专业的普通技术人员应能了解本发明的实质，和明白在该实质的前提下，不难对实施例的细微之处作出各种各样调整和变化；所以，本发明不局限于上述实施例，只要涉及权利要求所述的特征，均属于本发明的范围。

Claims (9)

1.一种磁悬浮飞轮储能***，它由“高真空密封壳体”、“磁轴承”、“飞轮”、“永磁旋转电机装置”......构成；其特征在于：

上述“高真空密封壳体”的轴向部分，由径向内缘正对“飞轮”“轮盘”径向外缘的“防止飞轮破碎物外逸部分”，和径向内缘与“永磁旋转电机装置”的定子电枢相连的“散热部分”接合而成，

所述“防止飞轮破碎物外逸部分”采用高强纤维短丝增强树脂材料制造，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成，所述“散热部分”采用轻金属材料制造；

上述“磁轴承”是“全磁悬浮轴承”或“半磁悬浮轴承”；

上述“飞轮”包括“转轴”和固定连接在“转轴”上的“轮盘”，所述“轮盘”从与“转轴”固定连接处向其径向外缘，依任务可划分为“内环”、“中环”和“外环”等三个园环，

“中环”的任务是为“轮盘”提供转动惯量，

“内环”的任务是把“中环”固定在“转轴”上，和让“中环”在保证高速运行可靠性的前提下有最大旋转半径，

“外环”的任务是提高“中环”承受离心力作用的能力，和在“中环”损坏时防止其破碎物外逸；

上述“永磁旋转电机装置”有四套，它们的转子都位于“飞轮”“轮盘”的轴向端面外，和转子永磁材料部件参与励磁的表面积都位于转子径向端面，

第一套“永磁旋转电机装置”的任务是让“飞轮”与外界进行机电能量互换，其转子的轴向两端均与“轴向定位装置”连接，所述转子既伴随“飞轮”的“转轴”旋转，又可受控在所述“转轴”上轴向移动和轴向定位，从而调节和确定其转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积，

第二套“永磁旋转电机装置”的任务是监测“飞轮”的实时转速，和在第一套“永磁旋转电机装置”的转子需要轴向移动时，向第三套“永磁旋转电机装置”提供电能，其转子固定在“飞轮”的“转轴”上，

当“飞轮”旋转时，该套“永磁旋转电机装置”处于发电的工作状况，在“控制电路”的控制下，所产生的电能：首先用于监测“飞轮”的实时转速，然后，在第一套“永磁旋转电机装置”的转子需要轴向移动时，分别向第三套和第四套“永磁旋转电机装置”输出，在第一套“永磁旋转电机装置”的转子不需要轴向移动时，全部向第四套“永磁旋转电机装置”输出，

第三套“永磁旋转电机装置”的任务是轴向移动第一套“永磁旋转电机装置”的转子，和协同“轴向定位装置”给所述转子轴向定位，其转子不与“飞轮”的“转轴”连接，和转子的轴向一端连接“轴向定位装置”，

当有电能向该套“永磁旋转电机装置”输入时，其转子在输入电能量值和电流方向的控制下旋转，和转子旋转时沿“飞轮”的“转轴”轴向移动，并借助“轴向定位装置”，带动第一套“永磁旋转电机装置”的转子轴向移动，

当无电能向该套“永磁旋转电机装置”输入时，其转子不会沿“飞轮”的“转轴”轴向移动，并协同“轴向定位装置”，给第一套“永磁旋转电机装置”的转子轴向定位，

第四套“永磁旋转电机装置”的任务是把从第二套“永磁旋转电机装置”向其输入的电能，转换为“飞轮”的机械能，其转子固定在“飞轮”的“转轴”上；

此外，该磁悬浮飞轮储能***还设有专门用于防止其“磁轴承”的“永磁材料部件对”发生自我碰撞的装置，

该装置由分别固定在“高真空密封壳体”和“飞轮”的“转轴”上，用于代替所述“永磁材料部件对”发生自我碰撞的“替代碰撞部件对”构成。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其“高真空密封壳体”轴向部分的“防止飞轮破碎物外逸部分”的特征在于：

所述“防止飞轮破碎物外逸部分”的轴向长度仅略大于“飞轮”“轮盘”的轴向长度；其壳壁厚度与实现防止飞轮破碎物外逸的任务相适应；而且，壳壁上贴有用于防止电磁辐射外逸的金属薄膜。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其“高真空密封壳体”轴向部分的“散热部分”的特征在于：

所述“散热部分”径向外缘的形状与实现散热任务相适应。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其“半磁悬浮轴承”的特征在于：

所述“半磁悬浮轴承”的轴向运动支承采用磁悬浮运动支承，和径向运动支承采用机械轴承。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其“飞轮”“轮盘”的“中环”、“内环”和“外环”的特征在于：

所述“中环”是一个钢环部件，或是一个均匀地插布有轴向钢管部件的高强纤维短丝增强树脂材料虚拟园环；

所述“内环”采用高强纤维短丝增强树脂材料制造；

所述“外环”采用高强纤维短丝增强树脂材料制造，或用高强纤维长丝层层缠绕、以树脂粘合而成。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其四套“永磁旋转电机装置”的特征在于：

所述四套“永磁旋转电机装置”都是直流电机装置。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其第一套“永磁旋转电机装置”的特征在于：

所述“永磁旋转电机装置”轴向移动转子、调节其转子永磁材料部件实时参与励磁的表面积时，可调节的幅度在百分之一百到零之间；而且，在任何时候，所述转子永磁材料部件的旋转磁力线都不会影响其它“永磁旋转电机装置”的定子电枢。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其“轴向定位装置”的特征在于：

所述“轴向定位装置”包括：用于把第一套“永磁旋转电机装置”转子推离“飞轮”“轮盘”的弹簧、固定在“高真空密封壳体”上的弹簧底座，和两套推力磁轴承；

其中一套推力磁轴承的轴向两端，分别连接弹簧和第一套“永磁旋转电机装置”的转子；另一套推力磁轴承的轴向两端，分别连接第一套和第三套“永磁旋转电机装置”的转子。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能***；其专门用于防止其“磁轴承”“永磁材料部件对”发生自我碰撞的装置的“替代碰撞部件对”的特征在于：

所述“替代碰撞部件对”的替代碰撞部件，采用高强纤维短丝增强树脂材料制造；

所述“替代碰撞部件对”的最大间隙，小于它所对应的“永磁材料部件对”的最大间隙，而且，“替代碰撞部件对”在发生自我碰撞时的碰撞处，均位于“飞轮”“转轴”的中轴线上或其附近。

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