CN103001391A - 一种飞轮储能*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞轮储能***，包括盘形结构的磁阻电机，竖直设置的轴，配合安装在所述磁阻电机和轴上、且用于储存能量的飞轮，以及与所述轴配合设置的磁悬浮轴承。本发明所述飞轮储能***，可以克服现有技术中占用体积大、投入成本高、***效率低和飞轮待机时间短等缺陷，以实现占用体积小、投入成本低、***效率高和飞轮待机时间长的优点。

Description

一种飞轮储能***
技术领域
本发明涉及电力储存和逆变发电之技术领域，具体地，涉及一种飞轮储能***。
背景技术
目前，在飞轮储能技术领域中，需要用到电机和飞轮，涉及的电机需要价格昂贵的稀土永磁材料，使得飞轮储能成本大大提高；并且，因永磁而产生的电磁涡流损耗和磁滞损耗，降低了***效率，大大降低了飞轮的待机时间。另外，电机和飞轮占用的体积大，也提高了成本。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在占用体积大、投入成本高、***效率低和飞轮待机时间短等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出了一种新型飞轮储能***，以实现占用体积小、投入成本低、***效率高和飞轮待机时间长的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种飞轮储能***，包括盘形结构的磁阻电机，竖直设置的轴，配合安装在所述磁阻电机和轴上、且用于储存能量的飞轮，以及与所述轴配合设置的磁悬浮轴承。
进一步地，所述磁悬浮轴承采用永磁悬浮和电磁悬浮的协同结构。
进一步地，所述磁阻电机，包括与所述轴配合设置的转子，设置在所述转子外部的定子，以及配合绕制在所述定子上的多相位线圈；所述飞轮叠加在转子上。
进一步地，所述转子为盘形转子，当不需要加大惯量时，盘形转子作为飞轮；当需要加大惯量时，在盘形转子上叠加预设数量的飞轮。
本发明各实施例的飞轮储能***，由于包括盘形结构的磁阻电机，竖直设置的轴，配合安装在磁阻电机和轴上、且用于储存能量的飞轮，以及与轴配合设置的磁悬浮轴承；将毋须永磁材料的磁阻电机改造成盘形结构，使其能高速运转和高速励磁发电，并成功应用在飞轮储能***上；从而可以克服现有技术中占用体积大、投入成本高、***效率低和飞轮待机时间短的缺陷，以实现占用体积小、投入成本低、***效率高和飞轮待机时间长的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明飞轮储能***的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-定子；2-线圈；3-转子；4-飞轮；5-轴。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施例，提供了一种飞轮储能***，即高速开关磁阻电机驱动大惯量高转速的飞轮储能-发电***。如图1所示，本实施例包括盘形结构的磁阻电机(即高速开关磁阻电机)，配合安装在竖直设置的轴上、且用于储存能量的飞轮(如飞轮4)，以及与飞轮的轴(如轴5)配合设置的磁悬浮轴承。轴安装在磁悬浮轴承上，它采用一种永磁悬浮和电磁悬浮协同的特殊结构型式。
上述磁阻电机，包括与轴配合设置的转子(如转子3)，设置在转子外部的定子(如定子1)，以及配合绕制在定子上的多相位线圈(如线圈2)；飞轮叠加在转子上。转子为盘形转子，当不需要加大惯量时，盘形转子作为飞轮；当需要加大惯量时，在盘形转子上叠加预设数量的飞轮。
具体地，上述实施例的飞轮储能***，在定子上绕有多相位的线圈，通常采用三相、四相、六相和八相等；转子为多极转子，并有与定子相适配的极对数；当***输入电能时，转子通过位置传感器所发出的转子位置信号，输送到高速开关电路用以驱动定子线圈，使其产生强大的电磁拉力，拉动转子高速旋转；转子本身就能起到惯性飞轮的作用；如果惯量不够，可以在转子上叠加飞轮，以加大飞轮惯量，提高功率；轴与轴承以支承飞轮在定子内高速旋转；轴与轴承采用永磁悬浮与电磁悬浮协同作用，大大减小轴承阻力，提高***效率，提高飞轮转速，延长***运行寿命；当需要***发电时，飞轮在高速运转的待机状态下，启动高速开关电路对定子线圈励磁，此时，飞轮将成为发电机，能够发出强大的电力。
上述实施例的飞轮储能***，既是一项重大的节能项目，又是一项能源再利用项目。风能、太阳能和水力资源，都能得到充分的利用，而且可将白白浪费的电能回收再利用，或将其输入电网。同时，本发明实施例，还可对电网的峰-谷电力进行宏观调控。
上述实施例的飞轮储能***，属于大功率电能-与大惯量飞轮旋转的机械能，相互转换的一种储能***。该飞轮储能***的具体应用包括：
(1)工矿企业，大型商场等单位可利用大功率飞轮储能***，将晚上歉价的电能储存起来供白天使用。
(2)军队，医院，重要的国际会议等地方，可将飞轮储能***作为不间断电源。
(3)风力发电，太阳能光伏发电将不再成为垃圾电。可用飞轮储能***将其整合后，输送入电网。
(4)全国的地铁因频繁启动，刹车，浪费了将近30％的电能。利用飞轮储能***将其刹车能量转换成电能储存起来，供列车启动时再利用。
(5)全国的中，小水电站利用飞轮储能***对电力进行储存和整合后，为广大的农业服务。
上述实施例的飞轮储能***，具有以下特点：(1)将毋须永磁材料的磁阻电机改造成盘形结构，使其能高速运转和高速励磁发电，并成功应用在飞轮储能的电机上；(2)盘形转子本身就具备飞轮功能；(3)若要加大惯量，只须在原转子上再叠加飞轮；(4)飞轮轴承采用永磁悬浮和电磁悬浮的协同结构以降低旋转阻力，提高转速，提高效率，延长寿命，降低制造成本。
上述实施例的飞轮储能***，还具有以下特点：(1)采用盘形开关磁阻电机，提高电子开关速度和功率，使其能驱动大惯量飞轮高速旋转；(2)利用开关磁阻电机的快速励磁，使其逆变成为发电机，将巨大的飞轮惯量转变成电能输出；(3)由于本发明上述实施例涉及的电机不需要价格昂贵的稀土永磁材料，不仅大大降低成本，更重要的是消除了因永磁而产生的电磁渦流损耗和磁滞损耗，大大提高了***效率和飞轮的待机时间；(4)开关磁阻电机的大惯量盤型转子与飞轮两者可合而为一，减小体积，降低成本；(5)电机轴承采用永磁悬浮和电磁悬浮协同的磁悬浮技术，解决了高速旋转的难题。
上述实施例的飞轮储能***，系一种大惯量，高转速的飞轮储能一发电***，它属于高效率，大功率，长寿命，低成本的电力储存设备；亦可称为“机械能蓄电池”，既可充电，又可放电。该飞轮储能***，主要用于电力电网的峰-谷调节，风力发电和光伏发电的调质与输入电网，中，小水电站的电力储存与并网，地铁刹车能量的回收和再利用，以及军队、医院等重要部门的大功率不间断电源等。
上述实施例的飞轮储能***，主要由高性能，高转速的盘形开关磁阻电机驱动大惯量飞轮来储存能量，并通过励磁将其逆变成发电机输出所储存的电能。
由于上述实施例的飞轮储能***所用的电机不采用价格昂贵的稀土永磁材料，不仅大大降低成本，还使整个***不产生因永磁而引起的渦流损耗和磁滞损耗，大大提高了***的效率和飞轮的待机时间。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种飞轮储能***，其特征在于，包括盘形结构的磁阻电机，竖直设置的轴，配合安装在所述磁阻电机和轴上、且用于储存能量的飞轮，以及与所述轴配合设置的磁悬浮轴承。
2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能***，其特征在于，所述磁悬浮轴承采用永磁悬浮和电磁悬浮的协同结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种飞轮储能***，其特征在于，所述磁阻电机，包括与所述轴配合设置的转子，设置在所述转子外部的定子，以及配合绕制在所述定子上的多相位线圈；所述飞轮叠加在转子上。
4.根据权利要求3所述的一种飞轮储能***，其特征在于，所述转子为盘形转子，当不需要加大惯量时，盘形转子作为飞轮；当需要加大惯量时，在盘形转子上叠加预设数量的飞轮。
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