本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域涉及一種磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng)，特別是涉及一種雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置。

背景技術(shù)：

目前飛輪儲能系統(tǒng)已成功應(yīng)用到不間斷電源、可再生能源光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的調(diào)峰，以及混合動力汽車等領(lǐng)域。飛輪儲能系統(tǒng)由飛輪儲能裝置和電控系統(tǒng)組成，飛輪儲能裝置中的飛輪轉(zhuǎn)子在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，以機(jī)械能的方式實現(xiàn)能量的存儲；電控系統(tǒng)負(fù)責(zé)電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換，以及對飛輪儲能裝置的監(jiān)視和控制。為了實現(xiàn)飛輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)和減少阻力，通常采用五自由度電磁軸承支承，并在真空環(huán)境下工作。因此，飛輪儲能裝置應(yīng)包括飛輪轉(zhuǎn)子軸、飛輪、兩個徑向電磁軸承、一個軸向電磁軸承、電機(jī)、輔助軸承、真空室等零部件，這些零部件工作時分為旋轉(zhuǎn)部分和固定不動部分。旋轉(zhuǎn)部分統(tǒng)稱為飛輪轉(zhuǎn)子組件，固定不動部分包括兩個徑向電磁軸承定子、一個軸向電磁軸承定子、電機(jī)定子、兩端輔助軸承定子，以及真空室。目前固定不動部分最普通的形式是不用單獨(dú)的真空室，而是用各部件的定子的支承殼體作為真空室。各定子的支承殼體常見的有兩種形式，一種為整體式，各定子分別與殼體聯(lián)接；另一種是分段式，各定子分別與幾段殼體固定，然后再將幾段聯(lián)接。在飛輪儲能裝置中，飛輪轉(zhuǎn)子上的各定子位置受到轉(zhuǎn)子動力學(xué)、結(jié)構(gòu)和裝配制造等因素的限制，并且各定子部件均需與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置相對應(yīng)。因此，上面提到兩種聯(lián)接形式存在真空密封困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造要求高、裝配調(diào)整不便、內(nèi)部電線和管路穿出真空室困難等問題，嚴(yán)重影響了飛輪儲能裝置的性能和加工制造難度。

cn201310169760.0公開了一種應(yīng)用于風(fēng)電場的飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法。

cn201220055658.9公開了一種并聯(lián)式飛輪儲能裝置。

cn201620542435.3公開了一種新型車載飛輪儲能裝置。

cn201120203808.1公開了一種飛輪儲能系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種雙支承結(jié)構(gòu)的磁懸浮飛輪儲能裝置，解決飛輪儲能裝置中各定子間聯(lián)接，以及各定子與真空殼體聯(lián)接的問題。

本發(fā)明的目的是通過如下措施來實現(xiàn)飛輪儲能裝置中飛輪轉(zhuǎn)子電磁軸承懸浮支承、靜止和意外時輔助支承、真空密封。雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置如圖1所示，適用于飛輪轉(zhuǎn)子軸處于水平方向和垂直方向的飛輪儲能裝置。

一種雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置，包括磁懸浮飛輪儲能裝置、上支撐板5、下支撐板2、真空室，其特征在于：磁懸浮飛輪儲能裝置、上支撐板5、下支撐板12位于真空室的內(nèi)部；上支撐板5和下支撐板12一端與真空室聯(lián)接，另一端與磁懸浮飛輪儲能裝置聯(lián)接。

所述磁懸浮飛輪儲能裝置是由飛輪轉(zhuǎn)子組件10、軸向電磁軸承定子組件、電機(jī)定子組件11組成，且飛輪轉(zhuǎn)子位于電磁軸承定子組件和電機(jī)定子組件11之間。

所述飛輪轉(zhuǎn)子組件10是由上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1、下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8、上徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-2、下徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-7、軸向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-3、飛輪10-4、飛輪轉(zhuǎn)子軸10-5、電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6組成；飛輪10-4位于飛輪轉(zhuǎn)子組件10中間，上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1和下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8位于飛輪轉(zhuǎn)子組件10的兩端；上徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-2和軸向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-3位于上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1和飛輪10-4之間；下徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-7和電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6位于下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8位于飛輪轉(zhuǎn)子組件10和飛輪10-4之間。

所述電磁軸承定子組件是由上輔助軸承定子組件2、下輔助軸承定子組件15、上徑向電磁軸承定子組件4、下徑向電磁軸承定子組件13、軸向電磁軸承定子部件組成；上輔助軸承定子組件2與上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1配合，下輔助軸承定子組件15與下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8配合，上徑向電磁軸承定子組件4與上徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-2配合，下徑向電磁軸承定子組件13與下徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-7配合，軸向電磁軸承定子部件與軸向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-3配合。

所述上支撐板5和下支撐板12為圓環(huán)形，并在圓環(huán)上鉆孔；上支承板5靠近磁懸浮飛輪儲能裝置一側(cè)的上面與上徑向電磁軸承定子組件4聯(lián)接，下面與軸向電磁軸承定子支座6聯(lián)接；下支撐板12靠近磁懸浮飛輪儲能裝置一側(cè)的上面與下徑向電磁軸承定子組件13聯(lián)接，下面與電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6聯(lián)接。

所述真空室是由真空室缸體9、上端蓋1、下端蓋16組成；上端蓋1和下端蓋16分別與真空室缸體9聯(lián)接。

所述電機(jī)定子組件11既可以是發(fā)電機(jī)定子部件也可以是電動機(jī)部件。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6既可以是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子也可以是電動機(jī)轉(zhuǎn)子。

所述軸向電磁軸承定子組件包括軸向電磁軸承定子支撐件6，上軸向電磁軸承定子7和下軸向電磁軸承定子8，其中軸向電磁軸承定子支撐件6含有兩個凸肩和一個底座，兩個凸肩分別與上軸向電磁軸承定子7和上軸向電磁軸承定子8聯(lián)接，底座和上支撐板5聯(lián)接，聯(lián)接方式為螺栓聯(lián)接。

本發(fā)明雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置不限于圖1中所示的立式結(jié)構(gòu)，也可以是飛輪轉(zhuǎn)子軸水平方向的臥式結(jié)構(gòu)。各定子有多種總體布置方式，如徑向電磁軸承可以處于緊靠飛輪位置，或軸向電磁軸承部件與電機(jī)位置互換等

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.雙支承飛輪儲能裝置總體布局合理，易于滿足轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計要求。徑向電磁軸承相對于飛輪兩端對稱布置，使飛輪轉(zhuǎn)子的質(zhì)心接近于徑向支承中心，兩徑向電磁軸承負(fù)荷接近，并能發(fā)揮其最大承載能力。總體結(jié)構(gòu)軸向更為緊湊，有利于提高飛輪轉(zhuǎn)子的剛度和固有頻率。

2.便于加工制造和裝配調(diào)整，易于保證精度要求。上徑向電磁軸承、下徑向電磁軸承和輔助軸承等可采用相同的零部件。圓環(huán)形支承板的內(nèi)外圓處聯(lián)接均采用止口定位，易于保證同軸度要求。裝配時使飛輪轉(zhuǎn)子與上支承板形成裝配組件，下支承板與真空室形成裝配組件，然后兩個裝配組件再進(jìn)行裝配，裝配后僅需調(diào)整輔助軸承處就可完成軸向間隙的調(diào)整，主要調(diào)整在裝配組件裝配中就可完成。

3.便于真空的密封，易于保證整體功能和性能要求。真空室為整體結(jié)構(gòu)，起到支承、安全防護(hù)、真空密封多種作用，并且只有上下兩個端蓋，便于密封和真空保持。真空室圓周進(jìn)出口采用密封蓋形式，電連接器、冷卻水管、真空管均與密封蓋先聯(lián)接，然后再通過密封蓋裝配到真空室上。不僅可滿足各零部件功能所需的要求，也能保證整體性能的要求。

附圖說明

圖1為雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為上下支承板俯視圖；

具體實施方式

本發(fā)明的實施例雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置如附圖1和附圖2所示。圖1為立式結(jié)構(gòu)，即飛輪轉(zhuǎn)子軸處于垂直方向；同樣適用于飛輪轉(zhuǎn)子軸處于水平方向的臥式結(jié)構(gòu)。

一種雙支承磁懸浮飛輪儲能裝置，包括磁懸浮飛輪儲能裝置、上支撐板5、下支撐板12、真空室，其特征在于：磁懸浮飛輪儲能裝置、上支撐板5、下支撐板12位于真空室的內(nèi)部；上支撐板5和下支撐板12一端與真空室聯(lián)接，另一端與磁懸浮飛輪儲能裝置聯(lián)接。

所述磁懸浮飛輪儲能裝置是由飛輪轉(zhuǎn)子10、軸向電磁軸承定子組件、電機(jī)定子組件11組成，且飛輪轉(zhuǎn)子位于電磁軸承定子組件和電機(jī)定子組件11之間。

所述飛輪轉(zhuǎn)子組件10是由上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1、下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8、上徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-2、下徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-7、軸向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-3、飛輪10-4、飛輪轉(zhuǎn)子軸10-5、電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6組成；飛輪10-4位于飛輪轉(zhuǎn)子組件10中間，上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1和下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8位于飛輪轉(zhuǎn)子組件10的兩端；上徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-2和軸向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-3位于上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1和飛輪10-4之間；下徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-7和電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6位于下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8位于飛輪轉(zhuǎn)子組件10和飛輪10-4之間。

所述電磁軸承定子組件是由上輔助軸承定子組件2、下輔助軸承定子組件15、上徑向電磁軸承定子組件4、下徑向電磁軸承定子組件13、軸向電磁軸承定子部件組成；上輔助軸承定子組件2與上輔助軸承轉(zhuǎn)子10-1配合，下輔助軸承定子組件15與下輔助軸承轉(zhuǎn)子10-8配合，上徑向電磁軸承定子組件4與上徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-2配合，下徑向電磁軸承定子組件13與下徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-7配合，軸向電磁軸承定子部件與軸向電磁軸承轉(zhuǎn)子10-3配合。

所述上支撐板5和下支撐板12為圓環(huán)形，并在圓環(huán)上鉆孔；上支承板5靠近磁懸浮飛輪儲能裝置一側(cè)的上面與上徑向電磁軸承定子組件4聯(lián)接，下面與軸向電磁軸承定子支座6聯(lián)接；下支撐板12靠近磁懸浮飛輪儲能裝置一側(cè)的上面與下徑向電磁軸承定子組件13聯(lián)接，下面與電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6聯(lián)接。

所述真空室是由真空室缸體9、上端蓋1、下端蓋16組成；上端蓋1和下端蓋16分別與真空室缸體9聯(lián)接。

所述電機(jī)定子組件11既可以是發(fā)電機(jī)定子部件也可以是電動機(jī)部件。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子10-6既可以是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子也可以是電動機(jī)轉(zhuǎn)子。

所述軸向電磁軸承定子組件包括軸向電磁軸承定子支撐件6，上軸向電磁軸承定子7和下軸向電磁軸承定子8，其中軸向電磁軸承定子支座6含有兩個凸肩和一個底座，兩個凸肩分別與上軸向電磁軸承定子7和上軸向電磁軸承定子8聯(lián)接，底座和上支撐板5聯(lián)接，聯(lián)接方式為螺栓聯(lián)接。

上支承板5和下支承板12俯視圖見圖2，圖2左圖為圖1中上支承板5的俯視圖，圖2右圖為圖1中下支承板12的俯視圖。支承板為圓環(huán)形，圓周有若干孔，以便電線和管路通過，以及減輕重量，其厚度方向并不限于圖1中所示的板形結(jié)構(gòu)。上支承板5內(nèi)圓上面與上徑向電磁軸承定子組件4相聯(lián)接，下面與軸向電磁軸承定子支座6相聯(lián)接。軸向電磁軸承定子支座6與上軸向電磁軸承定子7和下軸向電磁軸承定子8共同組成軸向電磁軸承定子部件，上輔助軸承定子2通過上輔助軸承定子組件聯(lián)接板3與上徑向電磁軸承定子組件4聯(lián)接。由此，上支承板5對飛輪轉(zhuǎn)子組件起到了上徑向支承和軸向支承的雙重作用。下支承板12內(nèi)圓下面與下徑向電磁軸承定子組件13相聯(lián)接，上面與電機(jī)定子組件11相聯(lián)接，下輔助軸承定子15通過下輔助軸承定子組件聯(lián)接板14與下徑向電磁軸承定子組件13聯(lián)接。由此，下支承板12對飛輪轉(zhuǎn)子組件起到了下徑向支承和電機(jī)定子支承的雙重作用。圖2中上下支承板的外圓與圖1中真空室缸體9聯(lián)接，對于真空室缸體9只有與兩個支承板聯(lián)接處的要求有較高的加工精度，從而降低了加工制造難度。上下支承板內(nèi)外圓聯(lián)接處均采用止口端面定位方式，便于加工制造和裝配。

本實施例中，飛輪儲能裝置的裝配可先裝配成兩個總成部件：一個是將上輔助軸承定子2、上輔助軸承定子組件聯(lián)接板3、上徑向電磁軸承定子組件4、上支承板5、軸向電磁軸承定子支座6、上軸向電磁軸承定子7、下軸向電磁軸承定子8、飛輪轉(zhuǎn)子組件10裝配成上支承總成，另一個是將真空室缸體9、電機(jī)定子組件11、下支撐板12、下徑向電磁軸承定子組件13、下輔助軸承定子組件聯(lián)接板14、下輔助軸承定子15裝配成下支承總成。然后將上支承總成裝配到下支承總成中，大部分裝配調(diào)整均可在總成中進(jìn)行，降低了裝配難度，提高了裝配效率。

本發(fā)明飛輪10-4處于上支撐板5和下支撐板12中間，上徑向電磁軸承4和下徑向電磁軸承13采取對稱布置方式，輔助軸向組件通過支架與徑向電磁軸承聯(lián)接，電磁軸承和電機(jī)各處于飛輪一側(cè)，但不限于本實施例中的布置形式。也可以是電機(jī)定子組件處于飛輪上面，軸承電磁軸承部件位于飛輪下面的布置方式；以及徑向電磁軸承位于近靠飛輪的位置，即圖1中上支承板5的下面和下支承板12上面的布置方式。