CN101860114A - 集成式开关磁阻电机飞轮储能装置 - Google Patents

集成式开关磁阻电机飞轮储能装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101860114A
CN101860114A CN 201010151336 CN201010151336A CN101860114A CN 101860114 A CN101860114 A CN 101860114A CN 201010151336 CN201010151336 CN 201010151336 CN 201010151336 A CN201010151336 A CN 201010151336A CN 101860114 A CN101860114 A CN 101860114A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
switched reluctance
energy storage
reluctance machine
flywheel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201010151336
Other languages
English (en)
Inventor
方红伟
夏长亮
肖朝霞
贾东方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN 201010151336 priority Critical patent/CN101860114A/zh
Publication of CN101860114A publication Critical patent/CN101860114A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

本发明属于电机设计和制造技术领域，集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，包括开关磁阻电机及与电机输出相连的双向功率变换器，所述开关磁阻电机外面设置有真空壳体，壳体内设置有定子、转子、支撑转子的上磁悬浮轴承与下磁悬浮轴承，所述开关磁阻电机为外转子结构，转子同时作为飞轮，在转子与定子之间固定有旋转内衬套，在转子与真空壳体之间固定有旋转外衬套。本发明取消传统的飞轮与电机通过联轴器等方式连接的中间传动单元，降低了系统的噪声和摩擦，提高了系统的效率和可靠性。

Description

集成式开关磁阻电机飞轮储能装置
技术领域
本发明属于电机设计和制造技术领域，具体涉及一种开关磁阻电机飞轮储能装置。
背景技术
电能储存的形式可分为四类：机械储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)、电磁储能(如超导电磁储能等)和相变储能(如冰蓄冷等)。飞轮储能以其能量密度大、效率高、建设周期短、寿命长、质量轻、充电快、充放电次数无限、无污染、对温度不敏感、容易测量放电深度等优点，在太阳能发电、风力发电、电动汽车、航天设备等领域具有很好的应用前景，并取得了一定的成效。飞轮储能系统用集成式电动机/发电机类型主要包括感应电机、永磁同步电机、无刷直流电机、开关磁阻电机等。感应电机飞轮一股适合中低速飞轮产品，不易工作在高速场合。永磁电机飞轮的主要缺点是，存在失磁和退磁的可能，并且磁场不易调节。开关磁阻电机因其转子无励磁绕组，从而具有很好的转子机械特性，同时开关磁阻电机还具备多种控制方式，易于控制，因此较适合高速旋转的飞轮储能装置中。但是传统的开关磁阻电机飞轮储能装置均是将飞轮与电机作为两个独立的单元，然后将其通过联轴器等方式进行连接(见附图1)，这不但增加了系统的开发成本，还降低了系统的可靠性。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，装置采用开关磁阻电机驱动飞轮，并将飞轮与电机的转子设计为一体，这样既可以减小传统飞轮与电机的连接机构，也有利于飞轮装置可靠性和安全性的提高。
为了实现上述目的，本发明提出一种集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，包括开关磁阻电机及与电机输出相连的双向功率变换器，所述开关磁阻电机外面设置有真空壳体，壳体内设置有定子、转子、支撑转子的上磁悬浮轴承与下磁悬浮轴承，所述开关磁阻电机为外转子结构，转子同时作为飞轮，在转子与定子之间固定有旋转内衬套，在转子与真空壳体之间固定有旋转外衬套。
作为优选实施方式，本发明的集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，所述的旋转内衬套和旋转外衬套均由石墨增强型复合材料制成；所述的转子由铁铝合金磁钢制成。
该装置采用飞轮与电机转子一体化的开关磁阻电机，取消传统的飞轮与电机通过联轴器等方式连接的中间传动单元，降低了系统的噪声和摩擦，提高了系统的效率和可靠性。通过运用复合材料设计开关磁阻电机转子，并不改变电机转子的形状及其凸极特点。同时，磁悬浮轴承与电机控制采用无位置传感器控制方式，电机采取适合高速旋转的角度控制策略。双向功率变换器通过PWM控制方式保证集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，既可以在电能多余的时候进行储能，还可以保证在负载过大或发电源发生故障时补充系统的电能，从而为负载特别是关键负载提供更好的电能质量和更高的供电可靠性。具体而言，具有如下的技术效果：
1)本发明的集成式开关磁阻电机飞轮储能装置将飞轮与电机转子设计为一体，可以减小机械传统机构环节，降低系统的成本、噪声及摩擦，提高系统的效率和安全性。
2)采用鉄铝合金磁钢制成可以同时作为飞轮的转子，保证了电机转子牢固的高速旋转机械特性，并通过增大开关磁阻电机转子的转动惯量、质量及其运行速度，将电机设计为外转子式，保证了电机飞轮的运行平稳性及其储能的可靠性。
3)旋转内外衬套能吸收飞轮转子爆裂后释放的能量，还可以防止磁悬浮轴承失效后转子与定子及壳体的直接碰撞。
4)通过双向PWM功率变换器对飞轮储能进行控制，既能保证关键负载的供电质量，还可以用于风力发电、太阳能发电等间歇性发电应用场合，提高这些相关发电系统的供电可靠性。
5)装置通过基于电机端口的电压电流进行系统的无位置传感器控制，可大大降低系统的硬件成本，并提高轴承的抗干扰能力。
6)该飞轮储能装置具有便携性和模块化功能等特点，并可将其并联运行，实现其在风力发电、太阳能发电等场合的即插即用式负载均衡与能量回馈功能。
7)该飞轮储能装置对温度不敏感，环境友好，属绿色环保储能产品。
附图说明
图1是传统电机飞轮储能装置示意图。
图2是本发明的集成式开关磁阻电机飞轮储能装置示意图。
图3是本发明的集成式开关磁阻电机飞轮结构图，图中1是开关磁阻电机定子、2是一体化的开关磁阻电机转子与飞轮、3是上磁悬浮轴承、4下磁悬浮轴承、5是真空壳体，6是旋转外衬套，7是旋转内衬套。
图4是6/8极外转子式开关磁阻电机的定转子示意图。
图5是双向功率变换器原理图。
具体实施方式
参照图2——图5，图2为本发明的集成式开关磁阻电机飞轮储能装置示意图。该装置主要分为两大部分：一体化的开关磁阻电机飞轮和双向功率变换器。图3是对应的一体化的开关磁阻电机飞轮结构示意图，图中开关磁阻电机定子1的极数为6；开关磁阻电机转子2为8极，且具有转动惯量和质量大，运行转速高等特点，它采用各向异性的复合材料制作，将飞轮与转子融为一体，简化了飞轮储能的结构，也提高了飞轮高速运行时的安全性；上磁悬浮轴承3与下磁悬浮轴承4联合作用保证转子能高效率和高速运行；真空壳体5，一方面可以更好地保证转子的高效与高速运行，还能保证系统具有很好的安全性。旋转内衬套7与外衬套6均由石墨增强型复合材料制作，衬套可以有效吸收飞轮转子爆裂后释放的能量，也可以阻止磁悬浮轴承失效后转子与定子及壳体的直接碰撞。图4为对应的6/8极开关磁阻电机的定转子结构形状图。
图5为双向功率变换器原理图，负责控制飞轮储能装置的充电与放电过程。图中网侧控制器负责对系统的有功功率和无功功率进行控制；电机侧控制器采用直流母线的电压u和开关磁阻电机各相的电流i实现系统的位置检测，然后利用位置信号进行飞轮储能装置的充放电控制，实现飞轮储能装置为风力发电与太阳能发电等间歇性发电系统提供更高电能质量的目的。同时被估计的位置信号还用来控制磁悬浮轴承3与4的运动，保证系统的平稳运行。

Claims (3)

1.一种集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，包括开关磁阻电机及与电机输出相连的双向功率变换器，所述开关磁阻电机外面设置有真空壳体，壳体内设置有定子、转子、支撑转子的上磁悬浮轴承与下磁悬浮轴承，其特征在于，所述开关磁阻电机为外转子结构，转子同时作为飞轮，在转子与定子之间固定有旋转内衬套，在转子与真空壳体之间固定有旋转外衬套。
2.根据权利要求1所述的集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，其特征在于，所述的旋转内衬套和旋转外衬套均由石墨增强型复合材料制成。
3.根据权利要求1所述的集成式开关磁阻电机飞轮储能装置，其特征在于，所述的转子由铁铝合金磁钢制成。
CN 201010151336 2010-04-20 2010-04-20 集成式开关磁阻电机飞轮储能装置 Pending CN101860114A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010151336 CN101860114A (zh) 2010-04-20 2010-04-20 集成式开关磁阻电机飞轮储能装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010151336 CN101860114A (zh) 2010-04-20 2010-04-20 集成式开关磁阻电机飞轮储能装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101860114A true CN101860114A (zh) 2010-10-13

Family

ID=42945829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010151336 Pending CN101860114A (zh) 2010-04-20 2010-04-20 集成式开关磁阻电机飞轮储能装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101860114A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2489523A (en) * 2011-04-01 2012-10-03 Oxto Ltd Energy storage system using switched reluctance motor
CN103001391A (zh) * 2012-10-17 2013-03-27 汤镛之 一种飞轮储能系统
CN103633885A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 江苏大学 飞轮电池用单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机
CN104113240A (zh) * 2014-06-04 2014-10-22 华中科技大学 一种开关磁阻电机高速驱动控制系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5398571A (en) * 1993-08-13 1995-03-21 Lewis; David W. Flywheel storage system with improved magnetic bearings
CN1158674A (zh) * 1994-08-08 1997-09-03 英国核子燃料公司 能量存储及转换设备
CN1179861A (zh) * 1995-02-09 1998-04-22 英国核子燃料公司 一种能量储存与转换设备
CN101409478A (zh) * 2007-10-10 2009-04-15 孙昊天 永磁悬浮储能飞轮系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5398571A (en) * 1993-08-13 1995-03-21 Lewis; David W. Flywheel storage system with improved magnetic bearings
CN1158674A (zh) * 1994-08-08 1997-09-03 英国核子燃料公司 能量存储及转换设备
CN1179861A (zh) * 1995-02-09 1998-04-22 英国核子燃料公司 一种能量储存与转换设备
CN101409478A (zh) * 2007-10-10 2009-04-15 孙昊天 永磁悬浮储能飞轮系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《三峡大学学报》 20020228 汤双清等 飞轮储能系统研究综述 第78-82页 1-3 第24卷, 第1期 2 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2489523A (en) * 2011-04-01 2012-10-03 Oxto Ltd Energy storage system using switched reluctance motor
GB2489523B (en) * 2011-04-01 2015-02-18 Oxto Ltd Energy storage system
CN103001391A (zh) * 2012-10-17 2013-03-27 汤镛之 一种飞轮储能系统
CN103633885A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 江苏大学 飞轮电池用单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机
CN104113240A (zh) * 2014-06-04 2014-10-22 华中科技大学 一种开关磁阻电机高速驱动控制系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204231154U (zh) 一种磁悬浮开关磁阻飞轮电机
CN102710200B (zh) 一种高温超导励磁磁通切换电机构成的直驱型风力发电系统
CN202524258U (zh) 应用双转子电机的变功率输入恒频发电系统
CN113131706B (zh) 盘式永磁同步电机、储能飞轮及方法
CN103051124B (zh) 无定子的两电刷双转子外圈永磁体同步电机
CN203412699U (zh) 一种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统
CN107070073B (zh) 一种磁悬浮飞轮电池
CN108471193A (zh) 一种高集成飞轮储能装置
CN103184979A (zh) 电动机与风力发电机组合发电装置及其使用方法
CN201374630Y (zh) 变速恒频双馈永磁风力发电机系统
CN101860114A (zh) 集成式开关磁阻电机飞轮储能装置
CN103078457B (zh) 无定子的两电刷双转子内圈永磁体同步电机
CN108365719A (zh) 一种可偏转双定子开关磁阻式风力发电机
CN113131705A (zh) 杯形绕组永磁同步电机、储能飞轮及方法
CN106953465B (zh) 轮毂型磁阻开关发电机
CN202798333U (zh) 汽车传动轴发电机
CN103036379B (zh) 无定子的三电刷双转子外圈永磁体同步电机
Liu et al. Comparison of outer-rotor permanent magnet machines for in-wheel drives
US20170018943A1 (en) Power generation device utilizing renewable natural energy
CN102151850B (zh) 机床永磁同步电主轴
CN201813305U (zh) 具有电能回收功能的马达
CN202172350U (zh) 一种磁场调制型多功率端口永磁电机
CN201960141U (zh) 机床永磁同步电主轴
Qian Application research of flywheel battery in the wind and solar complementary power generation
CN210469033U (zh) 开关磁阻-盘式双转子电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent for invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Fang Hongwei

Inventor after: Xia Changliang

Inventor after: Xiao Chaoxia

Inventor before: Fang Hongwei

Inventor before: Xia Changliang

Inventor before: Xiao Chaoxia

Inventor before: Jia Dongfang

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: FANG HONGWEI XIA CHANGLIANG XIAO ZHAOXIA JIA DONGFANG TO: FANG HONGWEI XIACHANGLIANG XIAO ZHAOXIA

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20101013