本實(shí)用新型屬于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種集成式無(wú)軸承高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置。

背景技術(shù)：

飛輪儲(chǔ)能是用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的技術(shù)。當(dāng)飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就具有一定的動(dòng)能，飛輪儲(chǔ)能正是以動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的儲(chǔ)能方式。高技術(shù)型的飛輪用于儲(chǔ)存電能，就很像標(biāo)準(zhǔn)電池；但是，常規(guī)的飛輪儲(chǔ)能由于在機(jī)械損耗上的局限性，限制了飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。隨著高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，高溫超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前的高溫超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是利用多塊超導(dǎo)體在低溫環(huán)境下，通過(guò)一定的排布方式，利用徑向與軸向的約束，使得帶有永磁體的飛輪能夠約束在裝置的中心位置，讓飛輪完全抬升，使其脫離于裝置，有效的避免了幾乎所有的機(jī)械摩擦。

目前，現(xiàn)有的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)基本都是上述的結(jié)構(gòu)方式或者與之思想近似的儲(chǔ)能方式，其存在如下缺點(diǎn)：一是利用多塊超導(dǎo)體在一定的排布方式下使飛輪抬升，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；二是通過(guò)多塊超導(dǎo)體的排布方式，大大提高了成本；三是利用此結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動(dòng)飛輪成為了問(wèn)題，因?yàn)槿绻捎弥苯釉陲w輪上驅(qū)動(dòng)，則會(huì)影響原有的徑向約束，如果采用軸部驅(qū)動(dòng)，則會(huì)重新面臨機(jī)械摩擦的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種集成式無(wú)軸承高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置。該裝置利用超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)，使鋁合金飛輪可在無(wú)軸的情況下在裝置中懸浮，不與裝置有直接的接觸，避免了機(jī)械摩擦損耗；并且通過(guò)外設(shè)電路產(chǎn)生穩(wěn)定的三相或多相交流電流，使得三相或多相線圈內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并直接作用在鋁合金飛輪上，通過(guò)先異步再同步的方式驅(qū)動(dòng)鋁合金飛輪旋轉(zhuǎn)，不會(huì)影響到超導(dǎo)體內(nèi)部性質(zhì)的穩(wěn)定，使得裝置結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，集成度高，內(nèi)部磁場(chǎng)穩(wěn)定且成本有所降低。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種集成式無(wú)軸承高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置，包括非磁性真空杜瓦容器；在所述非磁性真空杜瓦容器的內(nèi)側(cè)壁上固定有尼龍定子，在尼龍定子上均勻設(shè)置有若干個(gè)通槽，三相或多相線圈通過(guò)所述通槽纏繞在尼龍定子上；在非磁性真空杜瓦容器內(nèi)部的底部固定有尼龍固定板，在尼龍固定板頂部的中心處設(shè)置有第一凹槽，圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材固定在尼龍固定板的第一凹槽內(nèi)；在尼龍定子的內(nèi)側(cè)、尼龍固定板的上方設(shè)置有鋁合金飛輪，在鋁合金飛輪底部的中心處設(shè)置有第二凹槽，圓柱狀稀土永磁體設(shè)置在鋁合金飛輪的第二凹槽內(nèi)，所述圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材與圓柱狀稀土永磁體相對(duì)設(shè)置；在鋁合金飛輪的外側(cè)壁上均勻設(shè)置有偶數(shù)個(gè)瓦狀稀土永磁體，所述瓦狀稀土永磁體的N極和S極相間設(shè)置；所述飛輪儲(chǔ)能裝置還設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器，三相或多相線圈和轉(zhuǎn)速傳感器分別與外設(shè)電路相連接。

所述外設(shè)電路包括電源、整流濾波模塊、逆變模塊、DSP驅(qū)動(dòng)模塊、三相整流濾波模塊及穩(wěn)壓模塊，電源經(jīng)整流濾波模塊與逆變模塊的輸入端相連接，逆變模塊的輸出端與飛輪儲(chǔ)能裝置的三相或多相線圈相連接，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端經(jīng)DSP驅(qū)動(dòng)模塊與逆變模塊的控制端相連接；飛輪儲(chǔ)能裝置的三相或多相線圈經(jīng)三相整流濾波模塊與穩(wěn)壓模塊的輸入端相連接，穩(wěn)壓模塊的輸出端為所述飛輪儲(chǔ)能裝置的供電端。

本實(shí)用新型的有益效果：

1、本實(shí)用新型利用超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)，只用一塊圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材就使鋁合金飛輪抬升，且轉(zhuǎn)子就是鋁合金飛輪，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠滿(mǎn)足很多場(chǎng)合的儲(chǔ)能需要；

2、本實(shí)用新型只用一塊圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材，大大減少了成本；

3、本實(shí)用新型通過(guò)外設(shè)電路產(chǎn)生穩(wěn)定的三相或多相交流電流，使得三相或多相線圈內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通過(guò)穩(wěn)定的徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用在鋁合金飛輪以及瓦狀稀土永磁體上，形成永磁同步電機(jī)形式；并且與圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材作用間距較大，使得內(nèi)部磁場(chǎng)相當(dāng)穩(wěn)定，不會(huì)破壞圓柱狀稀土永磁體與圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材之間的邁斯納效應(yīng)，從而使鋁合金飛輪穩(wěn)定的懸浮，摩擦損耗小，儲(chǔ)能效率高，同時(shí)解決了驅(qū)動(dòng)問(wèn)題和機(jī)械摩擦問(wèn)題；

4、所述三相或多相線圈安裝在非磁性真空杜瓦容器的內(nèi)側(cè)壁上，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，適合質(zhì)量較大的儲(chǔ)能飛輪，易于形成陀螺儀效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的集成式無(wú)軸承高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是本實(shí)用新型的外設(shè)電路的電路原理框圖；

圖4是本實(shí)用新型的外設(shè)電路中輸入部分的電路原理圖；

圖5是本實(shí)用新型的尼龍定子的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的尼龍固定板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型的三相或多相線圈的繞線示意圖；

圖中：1-非磁性真空杜瓦容器，2-尼龍定子，3-三相或多相線圈，4-尼龍固定板，5-圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材，6-瓦狀稀土永磁體，7-圓柱狀稀土永磁體，8-鋁合金飛輪，9-外設(shè)電路，10-通槽，11-第一凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1～圖6所示，一種集成式無(wú)軸承高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置，包括非磁性真空杜瓦容器1；在所述非磁性真空杜瓦容器1的內(nèi)側(cè)壁上固定有尼龍定子2，在尼龍定子2上均勻設(shè)置有若干個(gè)通槽10，三相或多相線圈3通過(guò)所述通槽10纏繞在尼龍定子2上，并且做三相或多相抽頭；在非磁性真空杜瓦容器1內(nèi)部的底部固定有圓盤(pán)型的尼龍固定板4，在尼龍固定板4頂部的中心處設(shè)置有第一凹槽11，所述第一凹槽11為圓環(huán)型凹槽，圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材5固定在尼龍固定板4的第一凹槽11內(nèi)，防止液氮沖走；在尼龍定子2的內(nèi)側(cè)、尼龍固定板4的上方設(shè)置有鋁合金飛輪8，在鋁合金飛輪8底部的中心處設(shè)置有第二凹槽，圓柱狀稀土永磁體7嵌入或粘貼在鋁合金飛輪8的第二凹槽內(nèi)，用以抬升并驅(qū)動(dòng)鋁合金飛輪8無(wú)軸旋轉(zhuǎn)，所述圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材5與圓柱狀稀土永磁體7相對(duì)設(shè)置；在鋁合金飛輪8的外側(cè)壁上均勻設(shè)置有偶數(shù)個(gè)瓦狀稀土永磁體6，所述瓦狀稀土永磁體6的N極和S極相間設(shè)置，可在鋁合金飛輪8的外側(cè)壁上設(shè)置安裝瓦狀稀土永磁體6的槽，本實(shí)施例中，所述瓦狀稀土永磁體6設(shè)置有六個(gè)；所述飛輪儲(chǔ)能裝置還設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器，三相或多相線圈3和轉(zhuǎn)速傳感器分別與外設(shè)電路9相連接。

所述外設(shè)電路9包括電源、整流濾波模塊、逆變模塊、DSP驅(qū)動(dòng)模塊、三相整流濾波模塊及穩(wěn)壓模塊，電源經(jīng)整流濾波模塊與逆變模塊的輸入端相連接，逆變模塊的輸出端與飛輪儲(chǔ)能裝置的三相或多相線圈3相連接，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端經(jīng)DSP驅(qū)動(dòng)模塊與逆變模塊的控制端相連接；飛輪儲(chǔ)能裝置的三相或多相線圈3經(jīng)三相整流濾波模塊與穩(wěn)壓模塊的輸入端相連接，穩(wěn)壓模塊的輸出端為所述飛輪儲(chǔ)能裝置的供電端。

所述整流濾波模塊由變壓器、單相不可控整流橋和LC電路組成，其采用的型號(hào)為KBPC5010；逆變模塊由三塊或多塊IGBT逆變橋構(gòu)成，其采用的型號(hào)為FF300R12KT3；三相整流濾波模塊采用三相整流橋堆MDS100A1600V，穩(wěn)壓模塊采用的型號(hào)為AMS1117；DSP驅(qū)動(dòng)模塊用于控制輸出三相交流正弦電流，其采用的型號(hào)為T(mén)MS320F281；轉(zhuǎn)速傳感器用于檢測(cè)鋁合金飛輪8的轉(zhuǎn)速，其采用的型號(hào)為E3JK-DR12-C。

如圖7所示，所述三相或多相線圈3需要按照電機(jī)繞組理論，繞制成三相或多相繞組，繞組連接后，有3根或多根輸入接頭，并均勻纏繞在尼龍定子2中。

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的一次使用過(guò)程。

如圖1～圖6所示，使用時(shí)，首先將鋁合金飛輪8設(shè)置在尼龍固定板4上方，間隙為5mm，可用5mm的尼龍板隔開(kāi)；然后在非磁性真空杜瓦容器1內(nèi)注入液氮，等待圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材5處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)將尼龍板抽開(kāi)，此時(shí)圓柱狀YBCO超導(dǎo)塊材5與圓柱狀稀土永磁體7產(chǎn)生邁斯納效應(yīng)，鋁合金飛輪8處于懸浮狀態(tài)。

接通電源，先通過(guò)變壓器降低市電電壓，再通過(guò)單相不可控整流橋?qū)⑵湔鳛橹绷鳎?jīng)過(guò)LC電路使之成為穩(wěn)定的直流；然后經(jīng)由DSP驅(qū)動(dòng)模塊控制的逆變模塊變?yōu)槿嗷蚨嘞嘟涣麟姟Ｈ嗷蚨嘞嗑€圈3通入三相或多相交流電，使其內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。此時(shí)，本實(shí)用新型的裝置是一個(gè)同步電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)鋁合金飛輪8的高速轉(zhuǎn)動(dòng)以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存能量。

斷開(kāi)電源，此時(shí)鋁合金飛輪8高速旋轉(zhuǎn)，瓦狀稀土永磁體6隨之旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)被三相或多相線圈3切割產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，在輸出電路閉合后三相或多相線圈3內(nèi)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)開(kāi)始往外輸電，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，輸出的電能通過(guò)三相整流濾波模塊和穩(wěn)壓模塊變成穩(wěn)定的直流電供給用電設(shè)備。