CN101841201A - 共轴式飞轮电池 - Google Patents

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Abstract

一种共轴式飞轮电池，包括飞轮装置、电动机和发电机，所述的飞轮装置包括飞轮、转轴和飞轮机壳，所述的电动机包括电动机转子、电动机定子和电动机机壳，所述的电动机定子固接在电动机机壳内侧，所述的发电机包括发电机转子、发电机定子和发电机机壳，所述的发电机定子固接在发电机机壳内侧，所述的飞轮固接在转轴上，所述的转轴通过轴承被支承在飞轮机壳上，所述的转轴两端分别伸出飞轮机壳外，所述的电动机转子和发电机转子分别固接在转轴伸出飞轮机壳外的轴段上，所述的电动机机壳固接在飞轮机壳上，所述的发电机机壳固接在飞轮机壳上。本发明结构紧凑、使用寿命长、可靠性高、造价不高、运行维护成本低、无污染。

Description

共轴式飞轮电池
技术领域
本发明属于一种飞轮电池。
背景技术
如何高效地将电能储存起来，一直是人类社会关注的重大课题。目前商业化的储电装置几乎都是各种化学蓄电池，但是它们一直无法摆脱化学电池固有的弊病：能量密度小、污染大、寿命短等缺陷。因此，近年来物理储电装置受到了科技界的广泛重视，其中飞轮电池(也有称飞轮储能装置)已经显现出巨大的优势：比能量高、比功率大、体积小、充电快(以分钟计，而化学电池以小时计)、寿命长、无任何废气废料污染等特点。
近十年来，国外研究机构和公司已开发出了实用化水平的飞轮电池产品，主要用于军事、宇航、通讯、能源、交通等部门行业，其中在航天卫星、风力发电、电动汽车、大功率设备等诸多领域投入了实际运营，取得了一定的成效。我国的研究工作起步较晚，研究单位也较少，整体处于跟踪国外技术发展的层次。
发明内容
为了克服已有储能电池的结构复杂、使用寿命短、可靠性差、造价高、运行维护成本高、存在污染的不足，本发明提供一种结构紧凑、使用寿命长、可靠性高、造价不高、运行维护成本低、无污染的共轴式飞轮电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种共轴式飞轮电池，包括飞轮装置、电动机和发电机，所述的飞轮装置包括飞轮、转轴和飞轮机壳，所述的电动机包括电动机转子、电动机定子和电动机机壳，所述的电动机定子固接在电动机机壳内侧，所述的发电机包括发电机转子、发电机定子和发电机机壳，所述的发电机定子固接在发电机机壳内侧，所述的飞轮固接在转轴上，所述的转轴通过轴承被支承在飞轮机壳上，所述的转轴两端分别伸出飞轮机壳外，所述的电动机转子和发电机转子分别固接在转轴伸出飞轮机壳外的轴段上，所述的电动机机壳固接在飞轮机壳上，所述的发电机机壳固接在飞轮机壳上。
进一步，所述的飞轮电池还包括电动机驱动器，所述的电动机与电动机驱动器连接，电动机驱动器与电网连接。
所述的电动机为同步电动机。
所述的电动机为双转子电动机或双定子电动机。当然，也可以采用其他变结构电动机。
所述的飞轮电池还包括变换器，所述的发电机与变换器连接，变换器与负载连接。
所述的发电机为直流发电机，所述的变换器为DC/DC变换器。
所述的发电机为交流发电机，所述的变换器为AC/AC变换器。
所述的飞轮电池还包括发电机控制器，发电机控制器与发电机连接。
所述的飞轮电池还包括电池控制器，所述的电池控制器与电动机驱动器、发电机控制器连接。
所述的飞轮电池还包括电池控制器，所述的电池控制器与电动机驱动器连接。
所述的飞轮电池还包括电池控制器，所述的电池控制器与变换器连接。
所述电动机上安装位置传感器，所述的位置传感器与电动机驱动器、电池控制器连接。
本发明的技术构思为：将飞轮装置、电动机和发电机等成熟技术与装置，通过特定的连接方式集成为一个整体装置，并与相关驱动器和控制器等一起，组成一种实用化的飞轮电池，可实现特定的工程应用。
本发明主要是针对一些特定的应用用途，例如电动汽车充电站、蓄能电站等，提出了一种共轴式飞轮电池及其控制系统，包括飞轮装置、电动机、发电机、驱动与控制单元等，它可方便的组合成各种储电容量需求的蓄电系统，并具有结构紧凑、使用寿命长、可靠性高、造价不高、运行维护成本低、无污染等优点。
本发明的有益效果主要表现在：本发明的飞轮电池，采用成熟技术与装置，具有便于组建各种容量的蓄电系统、结构紧凑、使用寿命长、可靠性高、造价不高、运行维护成本低、无污染等优点。
附图说明
图1是一种共轴式飞轮电池机械结构实施例的结构示意图。
图2是一种共轴式飞轮电池实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1、图2，一种共轴式飞轮电池机械结构实施例，包括飞轮装置1、电动机2和发电机3，所述的飞轮装置1包括飞轮11、转轴12和飞轮机壳13，所述的电动机2包括电动机转子21、电动机定子22和电动机机壳23，所述的电动机定子22固结在其机壳23内侧，所述的发电机3包括发电机转子31、发电机定子32和发电机机壳33，所述的发电机定子32固结在发电机机壳33内侧，所述的飞轮11固结在转轴12上，所述的转轴12通过轴承4被支承在飞轮机壳13上，所述的转轴12两端分别伸出飞轮机壳13外，所述的电动机转子21和发电机转子3 1分别固结在转轴12伸出飞轮机壳13外的轴段上，所述的电动机机壳23固结在飞轮机壳13上并与电动机转子21配合，所述的发电机机壳33固结在飞轮机壳13上并与发电机转子31配合。
参考图2，所述的飞轮电池还包括电动机驱动器6，所述的电动机2与电动机驱动器6通过导线51连接，电动机驱动器6与电网通过导线51连接，所述的导线51不限于1条。
所述的飞轮电池还包括变换器7，所述的发电机3与变换器7通过导线51连接，变换器7与负载通过导线51连接，所述的导线51不限于1条。
所述的飞轮电池还包括发电机控制器8，发电机控制器8与发电机3通过导线52连接，所述的导线52不限于1条。
所述的飞轮电池还包括电池控制器9，所述的电池控制器9与电动机驱动器6、变换器7、发电机控制器8通过导线52连接，所述的导线52不限于1条。所述的发电机为直流发电机，所述的变换器为DC/DC变换器，直流发电机与DC/DC变换器连接，DC/DC变换器与负载连接。所述的发电机为交流发电机，所述的变换器为AC/AC变换器，交流发电机与AC/AC变换器连接，AC/AC变换器与负载连接。
所述电动机2上安装位置传感器a，所述的位置传感器a与电动机驱动器6、电池控制器9通过导线52连接，所述的导线52不限于1条。
所述的位置传感器a将电动机转子21的转角位置信号发送给电动机驱动器6，以便电动机驱动器6对电动机2实施控制。
所述的位置传感器a将电动机转子21的转角位置信号发送给电池控制器9，电池控制器9通过计算可实时掌握飞轮11的转速，从而对整个飞轮电池实施充放电控制。
共轴式飞轮电池的工作原理：
充电过程：当飞轮电池需要充电时，电池控制器9向电动机驱动器6发出指令，电动机驱动器6立即根据指令运行电动机2，电动机转子21被驱动后转速升高，此时飞轮11也随之转速升高，因此飞轮11储存的机械能升高。当飞轮11达到允许的上限转速或指令要求的转速后停止充电，飞轮11继续转动，其储存的机械能得以储存，此时发电机转子31也随之转动。
放电过程：当飞轮电池需要放电时，电池控制器9向发电机控制器8发出指令，发电机控制器8立即根据指令运行发电机3，发电机转子31在飞轮装置储存的机械能带动下使发电机3按照发电机控制器8要求的发电参数发电，发电机3发出的电经过变换器7变换成负载所需的电参数要求。当发电机3达到指令要求后停止发电，由于飞轮11储存的机械能被消耗，此后飞轮11将以较低的转速继续转动。当飞轮11降低到允许的下限转速时，电池控制器9将随时发出指令停止放电过程，之后电池控制器9将根据控制程序择机运行充电过程。
上述充电过程和发电过程可根据需要在电池控制器9的控制下分别运行或同时运行。

Claims (12)

1.一种共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池包括飞轮装置、电动机和发电机，所述的飞轮装置包括飞轮、转轴和飞轮机壳，所述的电动机包括电动机转子、电动机定子和电动机机壳，所述的电动机定子固接在电动机机壳内侧，所述的发电机包括发电机转子、发电机定子和发电机机壳，所述的发电机定子固接在发电机机壳内侧，所述的飞轮固接在转轴上，所述的转轴通过轴承被支承在飞轮机壳上，所述的转轴两端分别伸出飞轮机壳外，所述的电动机转子和发电机转子分别固接在转轴伸出飞轮机壳外的轴段上，所述的电动机机壳固接在飞轮机壳上，所述的发电机机壳固接在飞轮机壳上。
2.如权利要求1所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池还包括电动机驱动器，所述的电动机与电动机驱动器连接，电动机驱动器与电网连接。
3.如权利要求2所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的电动机为同步电动机。
4.如权利要求2所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的电动机为双转子电动机或双定子电动机。
5.如权利要求1～4之一所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池还包括变换器，所述的发电机与变换器连接，变换器与负载连接。
6.如权利要求5所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的发电机为直流发电机，所述的变换器为DC/DC变换器。
7.如权利要求5所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的发电机为交流发电机，所述的变换器为AC/AC变换器。
8.如权利要求2～4之一所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池还包括发电机控制器，发电机控制器与发电机连接。
9.如权利要求8所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池还包括电池控制器，所述的电池控制器与电动机驱动器、发电机控制器连接。
10.如权利要求2～4之一所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池还包括电池控制器，所述的电池控制器与电动机驱动器连接。
11.如权利要求5所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述的飞轮电池还包括电池控制器，所述的电池控制器与变换器连接。
12.如权利要求1～4之一所述的共轴式飞轮电池，其特征在于：所述电动机上安装位置传感器，所述的位置传感器与电动机驱动器、电池控制器连接。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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