CN202840797U - 一种飞轮储能装置 - Google Patents

Abstract

一种飞轮储能装置，包括立柱及设于立柱的飞轮总成，飞轮总成包括通过轴承与立柱连接的飞轮和电动机驱动装置；电动机驱动装置包括设于飞轮下的环形轨道、及两个或者两个以上直流变频电动机及对应的轨道轮，直流变频电动机机座固定接于飞轮外缘扭矩输入部，其输出部驱接于轨道轮传动部，轨道轮设有与环形轨道相配合的滚动部，轨道轮中部通过轴承接设有轨道轮轴芯，轨道轮轴芯接于飞轮；飞轮中部设有扭矩输出部，飞轮扭矩输出部驱接于励磁发电机扭矩输入部，励磁发电机机座与立柱固接；环形轨道下设有承重部件，环形轨道通过承重部件与设于地面的支撑柱连接。具有能够解决轴承负载问题、增加储能效果，结构简单、成本低廉、使用寿命长的特点。

Description

一种飞轮储能装置

技术领域

本实用新型涉及一种电能储能装置技术领域，特别是涉及适于大功率运行的一种飞轮储能装置。

背景技术

众所周知，我国电力十分紧张，但电力设备利用率仅有75％，即约有1／4电力被浪费。现实中，电力行业所指的发电能力通常是指发电厂发电设备满负荷运行时的发电能力，而实际上大多数发电厂只有在白天才能实现发电设备满负荷运行，但在夜晚尤其是深夜则通常处于低负荷状态，使得发电设备的发电能力不能充分利用，由此导致全国年发电量损失高达1200亿度以上。如以每度电0.5元计算，全年损失为600亿元以上。

现有技术中，人们为了解决这一难题，设想或者提出了许多方案：如在深夜时通过水电站抽水蓄能，利用电池蓄能，有的甚至试验过压缩空气蓄能。但是，试验结果表明，这些方法不是储能***格昂贵，就是储能效率太低。

迈向21世纪的当代社会，人们对保护环境的呼声越来越高。伴随着社会、经济的发展，目前的大多数汽车已成为城市的第一大污染源。如何开发一种电动汽车，深夜充电，白天使用，可谓两全其美。然而，使用电池的电动汽车目前已试验过几十年，但至今尚末进入实用阶段。尤其是太阳能、风能、潮夕能、海浪能等发电方式，都存在着电能储存问题，目前的电能储存方式主要是靠电池蓄能，但受到蓄能电池的寿命及其储能效率的制约，使得至今尚不能得以广泛应用。

上述诸多的问题，促使人们不断在寻求一种效率高、寿命长、储能多、使用方便，而且无污染的绿色储能装置。

然而，在研发各种新型的储能技术中，采用传统的飞轮技术研制储能装置却具备解决上述问题的诸多优点，如：储能密度大、效率高、成本低、寿命长、瞬时功率大、响应速度快、安全性能好、维护费用低、环境污染小、不受地理环境限制等等，这是目前最有发展前途的储能技术之一。其原理是将电能转换成旋转物体的机械能，然后进行能量存储。在储能阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮本体加速到一定的转速，将电能转化为机械能；在能量释放阶段，电动机作发电机运行，使飞轮减速，将机械能转化为电能。

但是，现有技术中常规的飞轮是由钢（或者铸铁）制成的，储能仍然有限。例如：使一个发电能力为100万千瓦的电厂均衡发电，储能飞轮需使用钢材150万吨，日本所研制储能飞轮的单个飞轮也仅可以做到1000吨。而在飞轮储能装置的运行过程中，在飞轮高速旋转的工况下，其轴承对于飞轮的负载极限成为了飞轮储能的最大瓶颈。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种能够解决轴承负载问题、增大储能量的飞轮储能技术显得尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够解决轴承负载问题、增加储能效果的，结构简单、成本低廉的飞轮储能装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种飞轮储能装置，包括有立柱以及设置于所述立柱的飞轮总成，其中：

所述飞轮总成包括有飞轮和电动机驱动装置，所述飞轮通过轴承与所述立柱连接；

所述电动机驱动装置包括有设置于所述飞轮下方的环形轨道、以及两个或者两个以上的直流变频电动机及对应的两个或者两个以上的轨道轮，所述直流变频电动机的机座固定连接于所述飞轮外缘的扭矩输入部，所述直流变频电动机输出部驱动连接于所述轨道轮的传动部，所述轨道轮设置有与所述环形轨道相配合的滚动部，所述轨道轮中部通过轴承连接设置有轨道轮轴芯，所述轨道轮轴芯连接于所述飞轮；

所述飞轮的中部设置有扭矩输出部，所述飞轮的扭矩输出部驱动连接于励磁发电机的扭矩输入部，所述励磁发电机的机座与所述立柱固定连接；

所述环形轨道下方设置有承重部件，所述环形轨道通过所述承重部件与设置于地面的支撑柱连接。

其中，所述轨道轮轴芯与所述飞轮之间设置有减震装置，所述轨道轮轴芯通过所述减震装置与所述飞轮连接。

其中，所述减震装置包括有减震弹簧和减震弹簧轴座，所述减震弹簧轴座纵向设置于所述飞轮的下方，所述减震弹簧套设于减震弹簧轴座，所述减震弹簧轴座下端部与轨道轮轴芯固定连接，所述减震弹簧轴座上端部与所述飞轮活动套接。

其中，所述轨道轮设置为具有单边轮毂的轨道轮。

其中，所述环形轨道设置为钢轨结构的环形轨道，所述承重部件设置为工字钢结构或者混凝土支梁结构或者混凝土墙结构的承重部件。

其中，所述直流变频电动机输出部通过齿轮副驱动连接于所述轨道轮的传动部。

其中，所述飞轮的扭矩输出部通过齿轮副驱动连接于励磁发电机的扭矩输入部。

其中，所述直流变频电动机和轨道轮分别设置为三个或者三个以上，所述三个或者三个以上的直流变频电动机和轨道轮以所述立柱为轴心沿圆周方向均匀分布设置。

其中，所述立柱设置有立柱架，所述立柱本体下端部固定连接于所述立柱架，所述励磁发电机的机座固定连接于所述立柱架。

其中，设置有控制器，所述控制器分别与所述励磁发电机、所述直流变频电动机电信号连接。

本实用新型的有益效果：

一种飞轮储能装置，包括有立柱以及设置于立柱的飞轮总成，由于：飞轮总成包括有飞轮和电动机驱动装置，飞轮通过轴承与立柱连接；电动机驱动装置包括有设置于飞轮下方的环形轨道、以及两个或者两个以上的直流变频电动机及对应的两个或者两个以上的轨道轮，直流变频电动机的机座固定连接于飞轮外缘的扭矩输入部，直流变频电动机输出部驱动连接于轨道轮的传动部，轨道轮设置有与环形轨道相配合的滚动部，轨道轮中部通过轴承连接设置有轨道轮轴芯，轨道轮轴芯连接于飞轮；飞轮的中部设置有扭矩输出部，飞轮的扭矩输出部驱动连接于励磁发电机的扭矩输入部，励磁发电机的机座与立柱固定连接；环形轨道下方设置有承重部件，环形轨道通过承重部件与设置于地面的支撑柱连接。

由此，使得在传统飞轮的基础上，优化组合飞轮储能装置的结构，通过设置环形轨道用于支承飞轮的重量，并由直流变频电动机驱动飞轮运转，以及控制励磁发电机根据实时负载用电量调节输出功率，使能量输出与输入实现及时调控，可以有效地解决飞轮高速运行时其与立柱间的轴承的负载极限问题，从而也可以使用超大重量的飞轮，以提高飞轮的储能量和能源的有效利用率。具有结构简单易于制造，成本低廉，使用寿命长，可增加储能效果的特点；而且，特别适用于大功率的飞轮运行。

具体为具有以下优点：

（1）有效地提高了飞轮总成的稳定性，继而降低了整机的维护成本及降低了故障率；

（2）采用多个直流变频电动机驱动，运行稳定可靠；

（3）负载能力好，无噪音且制造工艺简单；

（4）结构简单，易于加工，制造的综合成本低；

（5）适合于大中型发电设备稳定电源，可提高电相品质。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的一种飞轮储能装置的结构示意图。

图2是图1的另一视角的结构示意图。

在图1、图2中包括有：

1——飞轮、2——直流变频电动机、3——减震弹簧、4——立柱、

5——轨道轮轴芯、6——轨道轮、7——环形轨道、8—励磁发电机、

9——立柱架、10——承重部件、11——减震弹簧轴座。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

本实用新型的一种飞轮储能装置，如图1、图2所示，包括有立柱4以及设置于立柱4上部的飞轮总成，飞轮总成包括有飞轮1和电动机驱动装置，飞轮1通过轴承与立柱4连接；电动机驱动装置包括有设置于飞轮下方的环形轨道7、以及两个或者两个以上的直流变频电动机2及对应的两个或者两个以上的轨道轮6，直流变频电动机2的机座固定连接于飞轮1外缘的扭矩输入部，直流变频电动机2输出部驱动连接于轨道轮6的传动部，轨道轮6设置有与环形轨道7相配合的滚动部，轨道轮6中部通过轴承连接设置有轨道轮轴芯5，轨道轮轴芯5连接于飞轮1；飞轮1的中部设置有扭矩输出部，飞轮1的扭矩输出部驱动连接于励磁发电机8的扭矩输入部，励磁发电机8的机座与立柱4固定连接；环形轨道7下方设置有承重部件10，环形轨道7通过承重部件10与设置于地面的支撑柱连接；将重力部件改为地面支承，可以有效地解决飞轮1高速运行时其与立柱4间的轴承的负载极限，从而也可以使用超大重量的飞轮1，以提高飞轮1的储能量和能源的有效利用率，并且还可以有效提高了飞轮总成的稳定性，减小立柱4的摆动，使运行更加安全可靠，而且结构简单易于制造，使用寿命长。

具体的，参见图1所示，轨道轮轴芯5与飞轮1之间可以设置有减震装置，轨道轮轴芯5通过减震装置与飞轮1连接。

具体的，减震装置可以包括有减震弹簧3和减震弹簧轴座11，减震弹簧轴座11纵向设置于飞轮1的下方，减震弹簧3套设于减震弹簧轴座11，减震弹簧轴座11下端部与轨道轮轴芯5固定连接，减震弹簧轴座11上端部与飞轮1活动套接。

飞轮总成以立柱4为轴心运转，该轴心也是环形轨道7的圆心，由此进一步提高了稳定性。而且减震装置有效提高了整机的稳定性，能够较好地承托飞轮1，减震装置将飞轮1的重量由轨道轮6施加在环形轨道7上，可以降低立柱4及轴承所承受飞轮1的重量，同时在运行过程中，通过设置的减震弹簧轴座11及减震弹簧3吸收震后反弹时的震荡及来自飞轮1高速运转时的冲击，进一步提高了运行的稳定性。

具体的，参见图1和图2，轨道轮6为两个或者两个以上的轨道轮6。飞轮1的下方设置有两个或者两个以上的轨道轮6，使飞轮总成受力均衡，从而增加整个***的稳定性。

由于运转过程中，环形轨道7和减震装置承受了飞轮1高速运转时的离心力及重力，使设置于飞轮1与立柱4间的轴承负载大大减小，从而提高了轴承的使用寿命。

具体的，直流变频电动机2输出部通过齿轮副驱动连接于轨道轮6的传动部。以利用齿轮副传动具有较好的稳定性，可以在使飞轮1储蓄能量和运行更为平稳的同时，便于根据传动比控制降低飞轮1的转速。

具体的，飞轮1的扭矩输出部通过齿轮副驱动连接于励磁发电机8的扭矩输入部。以利用齿轮副传动具有较好的稳定性，可以在使飞轮1驱动励磁发电机8发电运行更为平稳的同时，便于根据传动比控制提高励磁发电机8的转速。

具体的，设置有控制器，控制器分别与励磁发电机8、直流变频电动机2电信号连接。

当发电设备运行所提供的功率大于用户需求时，通过控制器切换提供一部分电能给直流变频电动机2驱动轨道轮6带动飞轮1起动，直流变频电动机2根据飞轮1转速智能调节驱动轨道轮6的转动，从而使飞轮1产生加速度,储蓄能量。此时，励磁发电机8因未切换至励磁状态，其转子仅随飞轮1的扭矩输出部空转。

在用电高峰发电设备功率不足时，飞轮1驱动安装于立柱4上的励磁发电机8转动，输出电能，该励磁发电机8的励磁电流由控制器切换控制，通过控制励磁电流来实时调节功率以满足用户用电需求。此时飞轮1产生减速度，储蓄的能量得到释放。此时，励磁发电机8因已切换至励磁状态，其转子在飞轮1的驱动下切割磁力线做功发电。

具体的，直流变频电动机2和轨道轮6分别设置为三个或者三个以上，三个或者三个以上的直流变频电动机2和轨道轮6以立柱为轴心沿圆周方向均匀分布设置。

具体的，如图2所示，直流变频电动机2和轨道轮6分别设置为十二个，十二个直流变频电动机2和轨道轮6以立柱为轴心沿圆周方向均匀分布设置。

具体的，立柱4设置有立柱架9，立柱4本体下端部固定连接于立柱架9，励磁发电机8的机座固定连接于立柱架9。

实施例2

 本实用新型的一种飞轮储能装置，如图1所示，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于：环形轨道7设置为钢轨结构的环形轨道7。该钢轨类似火车的轨道，是一种标准型材，以采用国标中的钢轨铺设成环形结构即可。

实施例3

本实用新型的一种飞轮储能装置，如图1所示，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1或者实施例2的区别在于：轨道轮6设置为具有单边轮毂的轨道轮6。

实施例4

本实用新型的一种飞轮储能装置，如图1所示，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1或者实施例2或者实施例3的区别在于：承重部件10可以设置为工字钢结构或者混凝土支梁结构或者混凝土墙结构的承重部件。

本实用新型的一种飞轮储能装置可以满足运行的外界条件标准：

1、机组正常运行的温度范围为-20℃～+50℃，高寒地区为-25℃～+45℃；

2、机组运行的最高海拔为4000m；

3、相对湿度为95﹪。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种飞轮储能装置，包括有立柱以及设置于所述立柱的飞轮总成，其特征在于：

所述飞轮总成包括有飞轮和电动机驱动装置，所述飞轮通过轴承与所述立柱连接；

所述电动机驱动装置包括有设置于所述飞轮下方的环形轨道、以及两个或者两个以上的直流变频电动机及对应的两个或者两个以上的轨道轮，所述直流变频电动机的机座固定连接于所述飞轮外缘的扭矩输入部，所述直流变频电动机输出部驱动连接于所述轨道轮的传动部，所述轨道轮设置有与所述环形轨道相配合的滚动部，所述轨道轮中部通过轴承连接设置有轨道轮轴芯，所述轨道轮轴芯连接于所述飞轮；

所述飞轮的中部设置有扭矩输出部，所述飞轮的扭矩输出部驱动连接于励磁发电机的扭矩输入部，所述励磁发电机的机座与所述立柱固定连接；

所述环形轨道下方设置有承重部件，所述环形轨道通过所述承重部件与设置于地面的支撑柱连接。

2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述轨道轮轴芯与所述飞轮之间设置有减震装置，所述轨道轮轴芯通过所述减震装置与所述飞轮连接。

3.根据权利要求2所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述减震装置包括有减震弹簧和减震弹簧轴座，所述减震弹簧轴座纵向设置于所述飞轮的下方，所述减震弹簧套设于减震弹簧轴座，所述减震弹簧轴座下端部与轨道轮轴芯固定连接，所述减震弹簧轴座上端部与所述飞轮活动套接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述轨道轮设置为具有单边轮毂的轨道轮。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述环形轨道设置为钢轨结构的环形轨道，所述承重部件设置为工字钢结构或者混凝土支梁结构或者混凝土墙结构的承重部件。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述直流变频电动机输出部通过齿轮副驱动连接于所述轨道轮的传动部。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述飞轮的扭矩输出部通过齿轮副驱动连接于励磁发电机的扭矩输入部。

8.根据权利要求7所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述直流变频电动机和轨道轮分别设置为三个或者三个以上，所述三个或者三个以上的直流变频电动机和轨道轮以所述立柱为轴心沿圆周方向均匀分布设置。

9.根据权利要求8所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：所述立柱设置有立柱架，所述立柱本体下端部固定连接于所述立柱架，所述励磁发电机的机座固定连接于所述立柱架。

10.根据权利要求1所述的一种飞轮储能装置，其特征在于：设置有控制器，所述控制器分别与所述励磁发电机、所述直流变频电动机电信号连接。

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