CN102647125A - 旋转动能式电能储存装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转动能式电能储存装置，装置分为转子与外壳两部分，转子在外壳内，外壳有一中心圆柱，转子和外壳两者间没有接触，转子的固定主要依靠位于外壳内侧布置的磁铁组和永磁铁组。综合了储能与调控，并且从一个新的视角去设计飞轮储能系统的加速/发点系统，抛弃了传统电动机而采用了电磁系统，可以利用小电流产生的磁力持续驱动飞轮加速，从而更节能，结构更简单，维护更方便，适用性更广泛，而且能做到储能与发电同时进行。提升新能源发电的应用价值，更加节能环保。

Description

旋转动能式电能储存装置

技术领域

本发明涉及一种储能技术，特别涉及一种旋转动能式电能储存装置。

背景技术

目前，国内飞轮储能装置主要集中于磁悬浮+电动机上，将储能与发电系统合为一体，但仍有接触，摩擦阻力与结构密封性仍有待解决。其他技术则集中在飞轮几何形状设计上，通过修改形状来提高效率，结构上仍然是磁悬浮+电动机。

目前公开的专利主要有：

1.北京宇航世纪超导储能设备技术有限公司涂凯;王略;牛辉;米旺发明的一种磁悬浮储能飞轮；专利号： 200720187334

2.辽宁省沈阳市和平区澳门路10-2号2-13-2孙昊天发明的永磁悬浮储能飞轮系统  专利号： 200710157385

3.浙江省杭州市下城区朝晖六区谢伟东发明的飞轮储能充电装置；专利号： 201020193810

4.江苏省南京市新模范马路5号南京工业大学张广明;王德明;梅磊发明的一种采用悬浮／储能一体化飞轮的磁悬浮飞轮储能装置；专利号： 201020267700

5.江苏省苏州工业园区金鸡湖大道1355号国际科技园二期E501-3室克里斯托弗·盖卜瑞斯发明的双圆盘结构飞轮储能系统；专利号： 200920353307

6.天津市宁河县贸易开发区庄朝荣;周伯飞;李宗民;董树东发明的飞轮储能器本体结构；专利号： 200910228918

7.河北省保定市永华北大街619号华北电力大学张建成发明的一种利用飞轮储能装置调控可再生能源发电系统的方法；专利号： 200710139348

电能作为一种运用广泛的能源，理应得到珍惜。可是储存电能目前应用最多的是各类蓄电池。这些电池不仅有着成本高寿命短，使用不当会有爆炸的危险；更重要的是如果处理不当，废电池的有毒废液将会严重污染大片土壤与水，对生态造成严重危害。而完全依靠物理方法储存电能的储能，排除不成熟的碳纳米管电池，主要就是将电能转换为其它能量储存。而其中，占用体积最小并且目前应用最广泛的便是飞轮储能系统。但是目前所有飞轮储能系统皆使用磁悬浮+（一台）电动机（+低温超导【重型飞轮系统使用】），而不可避免的要面对高速旋转时带来的摩擦耗能，从而降低了系统的效率。

发明内容

本发明是针对传统电动机采用电磁系统电动机大电流才能有大转速的限制问题，提出了一种旋转动能式电能储存装置，综合了储能与调控，并且从一个新的视角去设计飞轮储能系统的加速/发点系统，抛弃了传统电动机而采用了电磁系统，可以利用小电流产生的磁力持续驱动飞轮加速，从而更节能，结构更简单，维护更方便，适用性更广泛，而且能做到储能与发电同时进行。

本发明的技术方案为：一种旋转动能式电能储存装置，所述装置分为转子与外壳两部分，转子在外壳内，外壳有一中心圆柱，转子和外壳两者间没有接触，两组磁铁组分别布置于外壳内侧与转子外侧底面位置，两组磁铁组形状为同心圆环，且两组磁铁组皆为同一极性向上，位于转子的磁铁组位置对应外壳同心圆环磁铁组；两组永磁铁组分别布置于外壳中心圆柱外侧与转子中心侧壁内侧，永磁铁组由数个矩形磁铁排列而成，排列后的永磁铁组形状为圆筒状，外壳侧壁内侧和转子侧壁内侧的永磁铁组之间有线圈。

所述线圈包括通电线圈和发电线圈。

本发明的有益效果在于：本发明旋转动能式电能储存装置，拥有储能与稳定电能两项功能，并且由于电池加速的优势，将会比电动机加速更为节能，有效。而且由于舍弃了许多活动部件，是整体结构更加简洁而可靠。而储能稳定电能的综合功能将会更好地与新能源并网发电相融合，提升新能源发电的应用价值，更加节能环保。

附图说明

图1是本发明旋转动能式电能储存装置俯视图；

图2是本发明旋转动能式电能储存装置正视图；

图3是本发明旋转动能式电能储存装置磁铁组示意图；

图4是本发明旋转动能式电能储存装置中永磁铁组分布正视放大图；

图5是本发明旋转动能式电能储存装置中永磁铁组分布俯视放大图；

图6是本发明旋转动能式电能储存装置中外壳内侧的线圈示意图；

图7是本发明旋转动能式电能储存装置中外壳内侧的线圈通电旋转示意图；

图8是本发明旋转动能式电能储存装置中磁铁加速组与发电组工作示意图。

具体实施方式

该储能装置利用飞轮旋转时产生的巨大动能来储能，并且磁悬浮尽可能减小摩擦阻力对于储能效果的影响。而本装置与其他现有装置最大的不同就在于其加速/发电系统的可分离。同时利用一套转子上的磁石实现了加速与发电可以同步进行，从而使之从单一的储能放电变为可以同步储能与放电，从而可以作为一种电能缓冲装置使用。而利用电磁加速的另一个好处就是摒弃了对电动机转速越高需要电流越大的限制，可以利用一个很小磁力的持续加载进行加速，故而可以做到发出少量电能也能起到持续加速的效果，同电流下拥有比电动机更持久的加速性能。

因而电磁加速/发电系统是此装置有别于其它类似飞轮储能装置最大的不同。节能，高效，简便，多用途易商业化。便是这个装置的优势所在。

磁力限位系统：如图1所示旋转动能式电能储存装置俯视图，装置分为转子2与外壳1两部分，转子2在外壳1内，外壳有一中心圆柱3，转子2和外壳1两者间没有接触，转子的固定主要依靠位于外壳内侧布置的磁铁组和永磁铁组。

水平方向的固定：如图2所示旋转动能式电能储存装置正视图，磁铁组布置于外壳1内侧与转子2外侧底面位置单个磁铁形状将依据最终测试效果确定，磁铁组形状为同心圆环，如图3所示，且两组磁铁组皆为同一极性向上。位于转子的磁铁组4位置对应外壳同心圆环磁铁组5，且同性相斥产生支撑转子重量的磁力。

竖直方向的固定：两组永磁铁组分别布置于外壳中心圆柱外侧永磁铁组6与转子中心侧壁内侧永磁铁组7之间，同样利用同性相斥原理达到限制转子与外壳距离的作用。磁铁采用矩形磁铁，排列形状大致构成圆筒状。如图4、5所示永磁铁组分布示意图。

磁力加速系统概述：如图6所示外壳内侧的线圈示意图，利用布置在转子侧壁内侧的永磁铁组7与外壳侧壁内侧的加速（发电）线圈组8，组成飞轮系统的电磁加速系统。由于转子2磁悬浮于外壳1内并与外壁间无实际接触，维持转子自转所需外力极小，理论上为零。因而外界施加的任一大小同向力皆可对转子形成推力，从而加速。而实际现象中，由于存在着不可克服的微小阻力以及其他阻力的影响，加速到一定程度便达到终端收尾速度。因此在达到收尾速度前，转子2将在恒定力的作用下做加速度逐渐减小的加速运动。而推理的产生借鉴磁悬浮推进原理，即利用布置于外壳内侧的线圈8通电（如图7所示）产生与转子2磁铁同性（或异性）磁极，从而推动（或拉动）转子2旋转。发电状态则借鉴水电发电机原理，利用转子2磁铁靠近或远离线圈8产生的磁通量变化发电。而稳定电能则可将所有线圈8分为加速组与发电组两组，如图8所示理论上可以实现，但效果仍需后继实验验证并加以升级。

利用该专利的飞轮储能系统将拥有储能与稳定电能两项功能，并且由于电池加速的优势，将会比电动机加速更为节能，有效。而且由于舍弃了许多活动部件，是整体结构更为结实，简介。而储能稳定电能的综合功能将会更好地与新能源并网发电相融合，也就提升了新能源发电的实际意义。也树立起了节能环保的良好社会榜样。

模型选材为有机玻璃板，测量数据时研究转子转速以及质量为多少时转子仍有加速空间、系统储能效果最好、设备稳定性最高。绘制相应的图表。借助光线或者磁力传感器来测量转轮随时间变化的转速变动。测量放电状态时能释放多少能量，并通过实验不断改进模型效率。

装置利用日夜电费差能够实现建造、维修费用的回收进而盈利。而其起到的作用不仅为储能，还可以在新能源发电基地周围建立储能工厂与电厂，稳定新能源发电提供的电能，使新能源可以成为稳定的发电来源之一。而储能的初衷也是节约宝贵而又不太容易储存的电能，起到节能环保的示范及带头作用，可以起到推进发展节约型社会的积极社会效应。理论上更可以将装置做大，甚至可以发展成为今后电力储存运输的一种可能性。

Claims (2)

1.一种旋转动能式电能储存装置，其特征在于，所述装置分为转子与外壳两部分，转子在外壳内，外壳有一中心圆柱，转子和外壳两者间没有接触，两组磁铁组分别布置于外壳内侧与转子外侧底面位置，两组磁铁组形状为同心圆环，且两组磁铁组皆为同一极性向上，位于转子的磁铁组位置对应外壳同心圆环磁铁组；两组永磁铁组分别布置于外壳中心圆柱外侧与转子中心侧壁内侧，永磁铁组由数个矩形磁铁排列而成，排列后的永磁铁组形状为圆筒状，外壳侧壁内侧和转子侧壁内侧的永磁铁组之间有线圈。

2.根据权利要求1所述旋转动能式电能储存装置，其特征在于，所述线圈包括通电线圈和发电线圈。

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