CN103368322A - 嵌套转子无铁心飞轮 - Google Patents

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Abstract

公开了一种方法和设备，其用于将使用高温超导轴承技术——即HTS轴承技术——由高强度材料制成的多个独立旋转转子结合到无铁心飞轮结构中，以达到飞轮能量存储装置中期望的高能量密度并获得出众的结果和性能。

Description

嵌套转子无铁心飞轮
技术领域
本公开涉及飞轮能量存储装置，并且更具体地涉及具有改进的稳定性和性能的无轮毂或无铁心（open-core）飞轮能量存储装置。
背景技术
用于根据需求储存能量和释放被储存的能量的飞轮能量存储装置及系统是已知的。已知的飞轮组件具有一个有时由碳纤维复合材料制成的传统转子设计。这些转子具有一个轴，在该轴上安装了马达/发电机和轴承永磁体（PM）。轴通常经由一个毂被连接到边沿。轴-毂型飞轮设计在其可达到的上限速度方面是有限的。为飞轮组件中的部件匹配可用的材料已经成为难题，因为当转子速度增加时元件径向生长改变。毂必须机械地将轴连接到轮辋，而不能在飞轮运转速度范围内在操作频率范围内将弯曲模态引入到转子结构内。但是，当轮辋呈现显著的径向生长时，轴通常显示出可忽略的径向生长。
因此，通过使用不断前进的材料使得飞轮的较高速度不幸地加剧毂的生长-匹配（growth-matching）问题，因为增加的轮辋径向生长超过任何其它被连接元件（例如连接轴）所呈现的生长。而且，飞轮技术提供的总效率被目前可用材料所限制，当飞轮以超过材料公差的速度运转时所述材料失效。
此外，当需要高能量密度来实现最大能量存储和部署时，已知的飞轮组件中可实现的能量密度是有限的。而且，由于净角动量的存在，通常很难达到飞轮系统的能量存储和部署的最大能力，并且空间约束通常阻止了飞轮技术的用处。
发明内容
本公开涉及一种飞轮和飞轮架构，其可消除材料生长-匹配难题并且避免在不同频率和速度下发生的径向生长和弯曲模态问题。更具体地，此处公开的变化是针对具有“无铁心”（无毂）架构的飞轮组件，其与轴-毂型架构截然相反。
本公开的变化是针对一种新型无铁心飞轮能量存储系统，该系统将获得高能、大功率密度和高效率且具有显著减小的尺寸外形。飞轮存储系统包括高温超导（HTS）轴承和包含高强度材料的多个转子。转子中固有的期望性能，导致飞轮性能在速度显著增加、能量存储/生成显著增加和系统耐用性增加方面的明显改进。
根据本公开，公开一种飞轮系统和单元，其能够被用于能量存储。真空腔包含多个嵌套转子环或圆筒（cylinder）（此后称为转子），每个转子作为一个独立飞轮运转。在一个优选的变化中，至少一个转子是反转转子。每个转子优选地被一个被动稳定磁轴承悬浮，该轴承包含位于转子任一端的一个永磁体（PM）提升轴承和一个HTS稳定性轴承。转子PM理想地并可预测地被定位成沿着每个转子的内表面，并且一个小型低温制冷机的冷却头热传导至HTS以维持期望的操作温度。优选地，一个小型涡轮分子泵或吸气升华泵可保持包含整个组件的腔内部的真空。
根据本发明的一方面，其提供了一种用于存储和释放能量的飞轮系统，此系统包含在真空腔内的大体上圆柱形转子组件，该组件包括具有内表面和外表面的多个转子并且优选地包含一种高强度材料，例如碳纤维、玻璃纤维、金属及其组合物等等。每个转子优选地包括含碳纤维的(carbon-fiber-containing)材料、含玻璃纤维的(glass-fiber-containing)材料或含金属的(metal-fiber-containing)材料（或其组合），且该材料优选地具有从大约2GPa到大约60Gpa的抗拉强度。至少一个定子组件被提供并且设置成邻近转子组件，优选地在无铁心结构内。多个转子磁体被附着在转子的内表面和定子并且相对彼此被定位成促进转子在运转时悬浮。优选地，转子在操作时其外半径处的速度可实现从大约300m/s到大约3000m/s。含碳纤维的、含玻璃纤维的或含金属的材料优选地包含选自由如下材料构成的组中的材料基体：石墨、无碱玻璃纤维（E-glass）、高强度玻璃纤维（S-glass）、硅、铝、钛、钢和其组合物。一个特别优选的材料是含碳纳米管的（carbonnanotube-containing）材料，并且优选地是含单壁碳纳米管的（single-walled carbon nanotube-containing）材料。第一转子沿第一方向旋转并且第二转子沿第二方向旋转。转子组件可以包含具有不同半径的三个转子，并且其中两个转子沿第一方向旋转且第三转子沿第二方向旋转。转子组件可以包含具有不同尺寸的转子，该尺寸被预选成基本上消除角动量。
每个转子具有不同的半径，以便具有较小半径的转子可以“嵌套”在具有较大半径的转子内。优选的飞轮组件还包含多个定子组件，其中每个定子组件均邻近一个转子组件。至少一个转子磁体被附着到每个转子的内表面，并且至少一个定子磁体被附着到每个定子，以便转子磁体和定子磁体相对彼此被定位成促进转子在运转时悬浮。
根据本发明的另一方面，其提供一种根据需求为后续释放存储能量的方法，其包括在一个真空腔内提供一个包含基本圆柱形转子组件的飞轮组件的步骤，其中该转子组件包含多个转子。每个转子优选地包含一种高强度材料，例如碳纤维、玻璃纤维、金属和其组合物等等。含碳纳米管的材料是特别优选的。转子优选地包括含碳纤维的、含玻璃纤维的或含金属的材料（或其组合物），其中该材料具有从大约2GPa到大约60GPa的抗张强度。定子组件被提供和设置成邻近转子组件，优选地在无铁心结构内。至少一个转子磁体被附着在转子的内表面和定子，并且相对彼此被设置成促进转子在运转时悬浮。优选地，转子在运转时其外半径处的速度达到从大约300m/s到大约3000m/s。含碳纤维的、含玻璃纤维的或含金属的材料优选地包含由从石墨、无碱纤维玻璃、高强度纤维玻璃、硅、铝、钛、钢和其组合物所组成的组中选出的材料构成的基体。一种特别优选的材料是含碳纳米管的材料，并且优选地是含单壁碳纳米管的材料。第一转子沿第一方向旋转并且第二转子沿第二方向旋转。转子组件包含具有不同半径的三个转子，并且其中两个转子沿第一方向旋转，且第三转子沿第二方向旋转。
每个转子具有不同的半径以便具有较小半径的转子能够“嵌套”在具有较大半径的转子内。组件还包含多个定子组件，其中一个定子组件邻近一个转子组件。多个转子磁体被附着在每个转子的内表面，并且多个定子磁体被附着到每个定子。电流而后被施加在每个飞轮组件的定子以使得在运转时每个转子的外半径处的速度达到从大约300m/s到大约3000m/s。
更进一步地，本公开涉及交通工具，其包括作为一种补充或主要能量来源的用于存储和释放能量的飞轮系统，该系统包含一个在真空腔内部的基本圆柱形转子组件，该组件包含多个转子，其中每一个转子优选地包含高强度材料。
优选地，所述转子中的每一个在运转时其外半径处的圆周速度可达到从大约300m/s到大约3000m/s。优选的转子包含例如玻璃纤维、碳纤维、金属和其组合物等等的材料，且具有含碳纳米管的材料，包含多壁碳纳米管材料的含碳纳米管材料是特别优选的。
在一些替代方案中，本公开的飞轮组件具有特殊的用处，其作为一种持续动力源可在包含载人和无人交通工具的静止或移动式应用中使用，所述交通工具包含飞行器、航天器和地面及水面和水下交通工具等等。
附图说明
因此已经大致描述了本公开的各种变化，将参考附图，附图没有必要按照比例绘制，其中：
图1(a)是一种现有技术的轴-毂型飞轮组件的断面视图；
图1(b)是一种无铁心飞轮组件的断面视图；
图2是一种高温超导轴承的部分爆炸视图；
图3是示出低阶海尔贝克阵列（Halbach array）的定向磁化的网格图；
图4是示出在完整磁极矩频率上的径向磁场的图；
图5是比较无铁心飞轮和轴-毂型飞轮的旋转速率和电压的图；
图6是图1(b)中所示的飞轮组件的一种替代的局部放大断面视图；
图7是图1(b)中所显示的飞轮组件的局部放大断面视图；
图8(a)至图8(e)以及图9(a)至图9(b)是各种轴承构造和磁化的局部放大断面视图；
图10是示出包含在飞轮的无铁心结构中的多个嵌套转子的剖视图；
图11是示出转子内表面的剖视图，其示出带有磁化方向的PM；以及
图12是示出转子内表面的剖视图，其示出PM和铜导体；以及
图13是示出三个嵌套转子的示意图。
具体实施方式
根据本公开，在无铁心飞轮结构中包含的几个重要技术可在飞轮能量存储设备中实现期望的高能量密度，从而获得出众的结果和性能。这些进步包括包含由高强度材料制成的转子，以及将无铁心飞轮结构中的多个转子结合于高温超导（HTS）轴承技术。
根据本公开，转子优选地包含高强度材料，例如含碳纤维的、含玻璃纤维的或含金属的材料以及其组合物等等。含碳纳米管（CNT）的材料是特别优选的。这些材料是具有圆柱形纳米结构的碳的同素异形体。纳米管已经被构造为具有高达132,000,000：1的长度与直径的比，这明显地大于任何其他材料。这些圆柱形的碳分子所具备的独特性能对纳米技术、电子学、光学及其他材料科学和技术领域是有价值的。由于它们的热传导性及机械和电性能，碳纳米管作为添加剂应用于各种结构性材料。碳纳米管被分类为单壁纳米管（SWCNT）和多壁纳米管（MWCNT）。单个纳米管自然地将它们自己排列成由范德华力保持的“绳（rope）”，更具体地，即pi堆积（pi-stacking）。
在已发现的材料中，碳纳米管分别在抗拉强度和弹性模量方面是最强和最硬的材料。这种强度是由于单个碳原子间形成的共价sp2键所导致的。一个多壁纳米管经测试具有63吉帕斯卡（GPa）的抗拉强度。为了说明，将其转化为在截面1mm2的电缆上承受重量相当于6422kg的拉伸的能力。各CNT壳具有高达大约100GPa的强度。由于碳纳米管固体具有从大约1.3g/cm3到大约1.4g/cm3的低密度，所以与例如大约154kN·m·kg-1的高碳钢相比，其高达大约48,000kN·m·kg-1的比强度/强度系数是已知材料中最好的材料。
尽管各CNT壳的强度非常高，但相邻的壳和管间的弱剪切作用导致多壁碳纳米管和碳纳米管束的有效强度显著地下降至仅仅几个吉帕斯卡。然而，应用使得内部壳和管交联的高能量电子辐射可有效地增加这些材料的强度，对于多壁纳米管可增加到大约60GPa并且对于双壁碳纳米管束可增加到大约17GPa。
标准的单壁碳纳米管（SWCNT）能够承受高达大约24GPa的压力而没有变形。而后它们经历一个向超硬相纳米管的转变。使用当前实验技术测量的最大压力为大约55GPa。但是，这些新型超硬相纳米管会在甚至更高压力（尽管未知）下塌陷。
多壁碳纳米管（MWCNT）具有被精确地嵌套在彼此内的多个同心纳米管。这些CNT呈现出显著的伸缩性能，从而内部纳米管芯可在其外部纳米管壳内在几乎没有摩擦的情况下滑动，因此产生原子上完美线性或旋转的轴承。
根据本公开，CNT被直接地使用在复合材料转子制造中。对于无扭转的复合材料结构（twist-free composite structures），密度大约为0.2gm/m3的MWCNT线被认为产生至少为大约45GPa的保守最小材料强度。
使用的优选CNT具体地由如下方式指定，即控制基质中的取向和容积率的程度，以得到不同于当前已知性质的最终复合材料和产品的所需物理性质（例如，更高的转子抗拉强度）。
在转子制造中使用的优选CNT优选地具有大约为0.075nm的物理壁厚以及大约为0.34nm的有效壁厚和从大约150GPa到大约260GPa的物理壁强度。这提供了一种优选材料，其具有带金属、玻璃和/或聚合物基体的高达约65%容积率的30nm直径的MWCNT。在MWCNT中诱发缺陷被认为可提高内壁强度从而可将MWCNT线间到内线“壁”的机械载荷传递提高到大约2倍。
根据本公开，优选的HTS轴承同样对实现飞轮组件的最大速度有重大贡献。只要HTS部件维持在大约80K以下，则HTS轴承保持被动稳定。HTS的热容量和向HTS内的低热量泄露导致了在移开冷却源后的几十分钟可维持足够低的温度以保持稳定性并运转轴承。一个优选的HTS组件在图2中显示。根据一种优选的变化，HTS轴承包含恰位于转子下方且包括与低温恒温器或制冷机相接触的HTS晶体的定子部件。每个晶体均是熔融织构的单域钇钡铜氧化物（YBCO）颗粒。钇钡铜氧化物（YBCO）成分的形状通常是六边形并具有预选的对角尺寸和厚度。制冷机的冷却头而后被优选地设置在与HTS阵列相接触，其通常采用与铜盘相连的铜指形冷冻器连接到阵列。HTS晶体直接位于铜盘上方，其通常附着有低温环氧树脂。
本公开的一些变化现在将参考附图在下文中进行充分地描述，附图显示了本公开中的一些但不是全部变化。事实上，本公开可能以不同的形式被呈现并且不应被构造成被限于此处的变型。反而，这些说明性变化的提供使得本公开将是完整的和全面的，并且将会对所属领域技术人员充分地转达本公开的范围。例如，除非另有说明，否则“第一”、“第二”或其他的类似不意味着具体顺序。同样，一些事物可能被描述成在另一些事物的“上方”，除非另有说明，否则可以用“下方”代替，并且反之亦然。类似地，一些被描述为在另一些事物左边的事物可以被替代性地描述为在右边，并且反之亦然。
图1(a)显示了一个传统轴-毂型飞轮组件10的断面视图，该组件例如在不同频率和更高的速度下表现出有限的性能。纤维复合材料边沿转子12被附接到毂14，该毂14依次被附接到轴16。被附接到轴16上的烧结永磁体（PM）15和18在提升PM20和高温超导体22上施加吸引力和排斥力。PM20被示为被附接到支撑件17。来自马达/发电机（M/G）的定子线圈24被显示为悬挂在MG PM（马达/发电机永磁体）26和支撑件17之间。
图1(b)显示了一个根据本公开制造的飞轮结构30的断面图。在这个“无毂”无铁心飞轮结构（带有用点划线表示的中心线）中，弹性永磁体（PM）34、36和38被示为被附着在纤维复合材料边沿转子32。来自马达/发电机（M/G）的提升轴承定子永磁体（PM）48和定子线圈42被附着到支撑结构43。高温超导体（HTS）45被设置成接近支撑结构46。PM48和34包括提升轴承，元件45和38包括稳定性轴承。
本公开的无铁心结构呈现了一种新颖设计，其可使纤维复合材料边沿和HTS轴承实现最佳性能，且不存在在轴-毂型飞轮设计中固有的部件径向增长不一致的设计缺陷。应该理解，以其竖直取向所示的整个无铁心飞轮30被容纳在一个真空腔（图中没有显示）内。在优选的竖直取向上，环形转子32优选地由被动稳定磁性轴承（passively stable bearing）悬挂，所述轴承包含位于一端或“顶端”的一个提升轴承（lift bearing）（PM48和PM34）和位于其第二端或“底端”的HTS稳定性轴承（HTSstability bearing）（PM36和PM45）。优选地，无刷PM马达/发电机40将功率传输入和出转子。如图1(b)所示，转子PM34、36和38沿着转子32的内表面33被设置。小型低温制冷机的冷却头（图中没有显示）热传导到HTS稳定性轴承45，以维持从大约30K到大约90K且优选大约60K的期望温度。小型涡轮分子泵或吸气升华泵（图中没有显示）可以维持腔（图中没有显示）内部的真空。
HTS轴承的使用对本公开的替代方案是至关重要的并且允许飞轮转子在高速下旋转以及利用无铁心结构的优点。只要HTS部件的温度保持在大约80K以下，HTS轴承就维持被动稳定。HTS的热容量和向HTS内的低热量泄露的结合导致了能够保持足够低的温度从而保持稳定性并运转轴承。
在早期已知的HTS轴承中，HTS元件被浸泡在液氮中。先进的HTS轴承无需液体低温冷冻剂。图2所示是根据本公开的系统60的HTS部分的示意图，其包括低温冷却。低温制冷机64包含冷却头66。冷却头66连接到可以柔性的电缆68，并且该电缆68优选地作为低温下的热传导体。电缆优选地包含铜、铜合金、铝、铝合金和其组合物等等。采用导电凸块72把电缆68连接到优选的平坦的热传导板70。HTS元件62置于热传导板70的顶部上。热传导板70优选地置于非热传导板74上并由其支撑。凸块72优选地在一个或更多个位置通过板74内的开口穿过非热传导板74，并且优选地不接触板74。板74被非热传导支撑件76机械地连接到地面支撑件78。系统的低温部分可以被罩在一个或更多个薄膜片材（图中没有显示）内，该薄膜具有低辐射率以便可通过辐射减少对系统的热输入。
此构造类似于在5-kWh、3kW飞轮组件中使用的超导稳定轴承的定子组件，其公开于M Strasik、J.R.Hull、P.E.Johnson、J Mittleider、K.E.McCrar、C.R.McIver、A.C.Day在Materials Science andEngineering B151(2008)195-198中的Performance of aConduction-cooled High-temperature Superconducting Bearing。如实验轴承损失值所示，在HTS元件情况下铜热总线的存在没有显著地增加轴承损失。间隙是在飞轮转子磁体的底部和HTS晶体顶部之间的距离。对于HTS轴承而言，优选的间隙是从大约2mm到4mm。HTS轴承中的旋转损失成比例于（△B）3/Jc，其中△B是沿旋转方向测量的PM部件的磁场的不均匀性，Jc是HTS中的临界电流密度。
根据本公开的更进一步的变化，为了HTS轴承的最佳运转，轴承的定子部分优选地必须保持在低于大约80K且更优选地从大约30K到大约80K的低温温度。这可以通过在HTS块的支撑基座和低温制冷机的冷却头之间建立具有高热导率的柔性机械连接来实现。Sunpower CryotelTM(SunPower Inc.,Athens,OH)是在本公开的优选飞轮系统中所包括的可想到的优选低温制冷机。优选的低温制冷机是一种线性无活塞集成斯特林循环机器，其使用空气轴承且没有基于摩擦的失效模式并且能够提供在大约77K时高达大约15W的制冷温度。此外，优选的低温制冷机能够在需要较少制冷时节流输入功率，并且应该为尺寸高达大约为100kWh的飞轮的HTS轴承提供冷却。
根据本公开更进一步的替代方案，M/G作为一种传统的径向间隙无刷设计工作，其中在马达模式时电流以定时的方式流过定子线圈以便与转子PM的磁场相互作用从而产生扭矩。在发电机模式时，旋转PM的磁通量扫过定子线圈并且根据法拉第定律产生电压。在低速时，霍尔效应传感器测量来自M/G PM的磁场以便控制转子电流的正时。在高速时，线圈上的背面电磁场为这种控制提供输入。在传统的径向间隙（radial-gap）M/G中，定子线圈通常被设置在PM径向向外。但是，根据本公开优选的变化，在优选的无铁心设计中，位置被颠倒，即定子线圈被设置在PM的径向向内，如图1(b)所示。
根据本公开，无铁心G/M的PM在低阶海尔贝克阵列（Halbach array）中被磁化，如图3所示。沿圆周（x）方向示出了8度的单个磁极长度上的低阶海尔贝克阵列的磁化。“z”值表示竖直方向以及“y”值表示径向方向。粘结磁体壳（bonded magnet shell）的薄度决定了在没有严格地限定可用通量并扭曲（失真）定子芯中的理想正弦波形的情况下圆周磁极长度不能太大。磁极长度应比转子PM内半径和定子线圈外半径之间的间隙的大约10倍更大。图4显示一个示例飞轮的实验计算，其指出在PM和定子之间间隙大约为5mm的90度磁极（90-pole）机器可提供充足的通量和波形。图4显示了从图3中所示的PM径向向内5mm处的完整磁极距λ的径向磁场。对于这样的M/G，优选的最大电频率是大约30kHz。包含Litz线绕组但没有铁磁芯的定子可以足以提供所需的功率输出而不会产生大量的涡电流或其他附加损失。
转子的高速度和大量磁极可产生大的功率密度。而且，对于这些根据本公开某些变化所制造的功率要求相对较低的飞轮，定子绕组的径向厚度相对较小，例如，从大约1mm到大约10mm。
本公开无铁心飞轮结构的一个显著优点是转子随速度的增长明显地加宽了功率电子设备能够从飞轮有效地提取能量的速度范围。根据本公开无铁心飞轮结构，当飞轮速度增加时转子的尺寸径向增长。此外，当M/G的PM运动远离定子线圈时，通过线圈的磁通量减少。这导致了在飞轮的上限速度范围上电压是相对恒定的。对于外部飞轮设计的一个示例计算见图5。转子半径增加了大约4.2mm，则速度增加到48,500rpm。当发电机电压介于最大设计值的大约0.6到大约1.0之间时，标准功率电子设备通常能够从飞轮去除能量。这就将自轮-毂型飞轮的可用能量限制到最大动能的64%。如图5所示，在本公开的无铁心设计中，针对大于约15,000rpm的速度，最大电压的60%是可用的，并且对于负载可用超过最大动能的90%。图5中所示的示例，最大电压发生在大约40,000rpm处，并且在超过大约40,000rpm的速度时略有下降。
图6所示本公开的一个变化，其中无铁心飞轮100是关于中心线120同心的。飞轮包含转子110和定子120。转子110优选地包含纤维复合材料边沿112、上部稳定性轴承永磁体（PM）114、下部稳定性轴承PM116和马达/发电机PM阵列118。定子120包含上部稳定性轴承HTS阵列124、下部稳定性轴承HTS阵列126、定子线圈组件128及机械支撑件134、136和138。机械支撑件134支撑上部稳定性轴承HTS124。机械支撑件136支撑下部稳定性轴承HTS阵列126。机械支撑件138支撑定子线圈组件128。机械支撑件134、136和138被固定地附着到包围飞轮组件100的真空腔（图中没有显示）。当然，尽管支撑件134和138被显示为彼此紧邻，但是这些支撑件可以彼此隔开所需距离。飞轮转子110经由磁性轴承部件而磁悬浮，所述磁性轴承元件包括上部稳定性轴承（包括转子PM114和定子HTS124）以及下部稳定性轴承（包括转子PM116和下部定子HTS阵列126）。通过转子PM118和定子线圈128之间的电磁相互作用来实现转子110绕中心线102的旋转加速度。机械支撑件136使HTS阵列126从地面热隔绝。在HTS阵列126和将HTS阵列126连接到冷却源（例如如图2所示的低温制冷机等）的热绝缘结构136之间，通常还存在一个热传导结构（图中没有显示）。相似地，机械支撑件134使HTS124从地面热隔绝，并且在HTS124和将HTS124连接到冷却源的支撑件134之间通常存在一个热传导结构（图中没有显示）。
图7显示了本发明进一步的变化，其中无铁心飞轮150是绕中心线152同心的。飞轮包含转子160和定子170。转子160包含纤维复合材料边沿162、提升轴承PM164、稳定性PM166和马达/发电机PM阵列168。定子170包含提升轴承PM174、HTS组件176、定子线圈组件178以及机械支撑件184、186和188。机械支撑件184支撑定子支撑定子提升轴承PM174。机械支撑件186支撑高HTS阵列176。机械支撑件188支撑定子线圈组件178。机械支撑件184、186和188被固定地附着到优选地包围飞轮组件150的真空腔（图中没有显示）。飞轮转子160经由磁性轴承部件而磁悬浮，所述磁性轴承部件包含提升轴承（包含转子PM164和定子PM174）和稳定性轴承（包含转子PM166和定子PM176）。通过在转子PM168和定子线圈178之间的电磁相互作用来实现转子160绕中心线152的旋转加速。机械支撑件186使HTS阵列176从地面热隔绝。在HTS轴承组件176和将HTS176连接到制冷源（例如如图2所示的低温制冷机等）的热隔绝结构186之间，通常还存在一个热传导结构（图中没有显示）。
本发明涵盖了关于新型无铁心飞轮组件中提升轴承的几种结构。图8(a)是针对飞轮组件上部的一种变化。PM204被附着在复合材料边沿202的上部。定子PM206位于PM204竖直向上并且被附着到机械支撑件208。图8(a)中的黑色箭头标出优选的磁化方向。在这个示例中，PM204上存在向上吸引力，其可帮助抵抗重力来提升转子202。在这个变化中，定子PM206足够宽，以便当转子复合材料边沿202径向向外生长时吸引力几乎一致。
图8(b)所示是提升轴承的另一种变化，示出位于转子PM204下方且径向向内的第二定子PM207。这种情况下的磁力是排斥力，并且定子PM207位于转子PM204的下方的位置可优选地在转子202上提供一个额外的向上的力。应该理解，可以增加额外的磁体来增加此力，如图8(c)所示。在这种情况下，在定子PM207和转子PM210之间相互作用下，可以存在一个额外的吸引力且导致在转子202上的最终的额外的向上力。在转子PM210和定子PM212间相互作用下，还存在一个额外的排斥力且导致在转子上的最终的向上的力。
如图8(d)所示，本公开涵盖的另一种替代磁化不是竖直的，例如，径向磁化等等。图8(e)显示了被附着到机械支撑件209的额外PM207。
本公开所涵盖更进一步的变化涵盖是将稳定性轴承定向成不同设置。图9(a)显示了存在于图6中的PM116的磁化。在图9(b)中，替代性方案显示位于从稳定性轴承PM304径向向内的HTS306。在这种取向，PM304沿径向方向被磁化。尽管图9(b)所示的磁化方向是径向向内，但是应该理解，该磁化方向可以是径向向外。
本公开涵盖的高速转子和大量磁极可产生大功率密度。而且，对于本公开的飞轮的相对较低的功率要求，定子绕组的径向厚度较薄。因为定子绕组从真空腔顶部被支撑，所以本发明可以想到包括有益存在的多个转子。例如，如图10所示，在具有腔壁332的真空腔中的飞轮组件330包含具有外部转子半径的第一或外部转子334以及与外部转子334相关联的外部无刷PMM/G定子336。一个外部PM提升轴承338位于外部转子334之上，并且一个外部HTS轴承340位于外部转子334之下。内部转子342具有小于外部转子半径的内部转子半径，并且因此位于从外部转子334径向向内。所示的内部PM提升轴承334和内部HTS轴承346分别位于内部转子342的上方及下方。所示的内部无刷PM M/G定子348位于从内部转子342径向向内。所示的低温制冷机350位于靠近飞轮组件330的中心，被置于真空泵352之上。真空泵352优选地为一个小型涡轮分子泵或吸气升华泵。小型低温制冷机的冷却头（图中没有显示）热传导到HTS轴承340、346以使其保持在从大约30K到大约80K的优选操作温度。
在本公开的一个变化中，真空腔构成了飞轮组件的重量的主要部分。（在本公开优选的飞轮组件中）包含多个嵌套转子提高了总系统能量和体积密度。在一个变化中，一种双转子构造，例如图10所示，转子作为单独的飞轮独立地运转。内部转子优选地具备明显地与外部转子相似的最大边沿速度，但是根据设计内部转子具备更高的最大rpm（圆周速度）。
此外，图6显示了更进一步的替代方案，其中提升轴承由第二稳定性轴承取代。在图6中所示并结合图3-5讨论的马达/发电机PM118显示出是径向的、圆周的或两者结合的磁化。
图11显示了一个针对如下设置的更一步涵盖的变化，其中马达/发电机PM具有竖直磁化，其绕圆周在方向上交替。在图11中，无铁心飞轮组件的转子460优选地包含纤维复合材料边沿462、上部PM464、下部PM466和PM环468。应该理解，转子460基本呈圆柱形，并且PM464、466和468优选地绕转子边沿462的内表面的整个圆周延伸。居中定位的PM468被示为根据箭头被磁化，其中磁化方向沿竖直向上或向下方向交替。
图12显示了本公开转子的替代方案。无铁心飞轮组件的转子510优选地包含纤维复合材料边沿512、上部PM514、下部PM516和梯形铜导体518。当然，转子边沿512基本呈圆柱形，并且PM514、516和518优选地绕转子边沿512的内表面的整个圆周延伸。
此外，根据本公开及图13所示，多于两个的转子可以被包含在同一真空腔中，从而进一步增加飞轮组件的能量密度，其中多于一个的飞轮共用同一真空腔。由于被装纳在同一真空腔内，所以内部转子基本共用真空泵和低温制冷机等等，从而进一步减小飞轮系统所需的占地面积。在一个飞轮组件内嵌套多个转子能够最佳地实现于无铁心结构中。
图13所示为在一个转子组件中包含三个转子的系统的示意图。系统600包含三个无铁心基本圆柱形飞轮组件，其相对于公共中心线602由内至外被标记为“a”、“b”和“c”。每个转子优选地包含纤维复合材料环612、上部PM614和下部PM616及马达/发电机PM618。下部PM616与HTS626相互作用以形成稳定性轴承。HTS626被机械支撑件636机械地支撑。上部PM614与定子PM624相互作用以形成一个提升轴承。马达/发电机PM618与定子线圈628相互作用，以便在“马达”模式时加速转子，或者在“发电机”模式时减速转子。每个定子线圈628a、b和c均由支撑件638机械的支撑。三个机械支撑件638a、b和c被显示为连接到单个机械支撑件634。
在两个转子的变型中，沿相反方向运转两个转子可减少总系统的净角动量并且还促进以高速运转的飞轮的传输。如果两个反向旋转的转子具有基本相同的边沿速度、径向厚度和高度，则外部边沿将比内部转子具有更高的动能和角动量。在这种情况下，角动量不能被完全抵消。但是，根据本发明更进一步的变化，角动量基本无效并且基本可通过有意地改变内部转子的高度和/或径向厚度而被抵消。径向厚度通常由处理径向应力的能力所控制，而高度是具有较少约束的参数。
进一步地，如果对所需飞轮系统的设计约束是必须是的内部和外部转子都保持相同的高度，则本公开涵盖了包括第三转子。在这种设计中，通过例如沿相同方向旋转两个转子（优选两个内部转子）且沿相反相同旋转其余转子，可以可能基本上完全地取消角动量。在具有多个嵌套转子的上述方案和设计中的每一个中，转子的动能被叠加在一起从而获得飞轮系统的总系统动能。本公开的特别有利之处在于，无铁心结构允许真空泵和低温制冷机位于最内部转子内的基本圆柱形空间内，从而与将这些部件安装在真空边界的顶部或底部相比，减少了系统的总体积占用空间。转子、轴承元件和M/G定子被一个被抽真空的钢容器包围。通过任何适当的泵（例如低真空泵）来实现腔的初始抽空。低真空泵可以被除去，之后腔继续被一个70 1s-1、24Vdc涡轮分子泵（示例）抽空并且优选地被一个相关的前级泵抽空。
此外，本公开纳入无铁心飞轮结构中，其中转子材料具有显著改善的强度/密度比，其包括优选的MWCNT，这将飞轮转子能量密度从大约264Wh/kg的当前已知值提高到至少大约473 Wh/kg，并且纤维抗拉强度相应从大约11 Gpa增加到大约63 GPa（至少比已知装置增加了大约80%的能量密度和强度）。当然，当MWCNT壁厚被规范为大约0.075 mm的物理壁厚时，可以实现至少大约63 Gpa的理论壁强度。当然，单壁碳CNT（SWCNT）同样也被涵盖在本发明中并且可能被包含在此处提出的本发明的飞轮组件的转子部件中，这是因为SWCNT可提供适度的或甚至更出众的质量效率加强。典型SWCNT具有大约1.35 nm的直径。通过使用这样的直径和一个1原子间距离，可实现仅仅39%的体积分数（Vf）。3 nm的直径可产生60%的Vf。当然，优化CNT与本公开变型的结合使用会平衡CNT直径、可实现的Vf和CNT加强的效率。
根据本公开的优选变型，大多数飞轮转子包含细丝缠绕式纤维复合材料，其被HTS轴承磁悬浮。HTS轴承包括PM转子和HTS定子。由于HTS定子的超导特性，悬浮是被动的，从而不需要重要的反馈或主动控制。HTS定子优选地包含钇钡铜氧化物（YBCO）的单个HTS晶体构成的阵列，或者其中可以是此处的Y由其他稀土元素代替的其他材料，所述稀土元素例如是Gd、Nd、Eu等等，它们通过与低温制冷机的冷却头热传导从而被冷却到从大约70 K到大约80 K的温度。优选地，轴承操作不需要低温流体（例如，液氮等等）。无刷M/G包含PM转子和在铁磁轭内包含铜绕组的定子。M/G定子的冷却是通过热传导至真空腔壁来实现的。对于此功能不需要附加能量。吸收能量的密封衬优选地被置于旋转飞轮和外部真空壳之间。这对于将真空腔及真空腔内的静止部件二者的重量保持成最小重量从而满足飞轮阵列的能量密度要求是优选的。优选系统的其他主要部件包括提升轴承，接地/下降（touchdown）轴承和电力电子设备。
本公开飞轮系统充满了有益的应用。甚至，对于可持续能量存储和部署的任何要求的需要可以从本公开获得应用并从中受益。例如，由于本公开的飞轮的基本上静音的操作，使得在安静或隐匿模式下的载人或无人车辆操作成为可能。此外，本公开的系统允许快速充电和放电，而且允许从所有可用能量源充电，所述可用能量源例如输电网、再生性能源、发电机等等。而且，将本公开的变化纳入在移动和静止操作中需要不间断和间断的能量存储或部署的静止或移动设备、系统或交通工具中，不需要特殊的工具或设施。涵盖的交通工具包括载人和无人飞行器、航天器、地面及水面和水下交通工具。相比于已知的分轮系统，对于公开变化无铁心结构设计的模块式方法可降低总系统故障的风险并且还可进行更深度的能量释放（例如，大于约95%）。此外，该系统允许仅仅基于监测的飞轮旋转速度来非常精确地确定电荷。
尽管本公开优选的变化和替代方案已经被阐述和说明，但应了解的是在不背离本公开实质和范围下可进行各种改变和替代。因此，本公开的范围应只由权利要求及等同物来限定。

Claims (10)

1.一种存储和释放能量的飞轮组件，包括：
在真空腔内的基本圆柱形转子组件（32、34、36、38），所述组件包含多个转子（32），每个转子具有内表面和外表面并且每个转子具有不同半径；
至少一个定子（40）组件，每个定子组件（40、42、43、45、46）靠近转子组件（32、34、36、38）；
至少一个转子磁体（34、36、38），其被附着到每个转子（32）的内表面；
至少一个定子磁体（48），其被附着到每个定子；以及
高温超导轴承（45、48），其与所述转子和定子组件连通。
其中所述转子磁体（34、36）和所述定子磁体（48）相对彼此被定位以促进在运转时所述转子悬浮；并且其中所述组件包括无铁心结构。
2.权利要求1所述的飞轮组件，其中所述转子（32）中的每一个均具有外半径，并且每个转子的外半径在运转时达到从大约300m/s到大约3000m/s的速度。
3.权利要求1所述的飞轮组件，其中所述转子（32）包含具有从大约2GPa到大约60GPa的抗拉强度的材料。
4.权利要求1或3所述的飞轮组件，其中所述转子（32）包含从如下材料构成的组中选择的材料：石墨、无碱玻璃纤维、高强度玻璃纤维、硅、铝、钛、钢及其组合物。
5.权利要求1或3所述的飞轮组件，其中所述转子（32）由包括含碳纳米管材料的材料制成。
6.权利要求1所述的飞轮组件，其中第一转子（322）沿第一方向旋转并且第二转子（334）沿第二方向旋转。
7.权利要求1所述的飞轮组件，其中所述转子组件包含具有不同半径的三个转子（612c、612b、612a），并且其中两个转子沿第一方向旋转且第三转子沿第二方向旋转。
8.权利要求1所述的飞轮组件，其中所述转子组件包含具有不同尺寸的转子，所述尺寸被预选成基本上消除角动量。
9.一种能量存储系统，其包含权利要求1所述的飞轮组件。
10.一种交通工具，其包含权利要求1所述的飞轮组件。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070071A (zh) * 2017-03-21 2017-08-18 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 飞轮系统及球形机器人

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8159825B1 (en) 2006-08-25 2012-04-17 Hypres Inc. Method for fabrication of electrical contacts to superconducting circuits
US9843237B2 (en) * 2012-03-26 2017-12-12 Rotonix Hong Kong Limited Electromechanical flywheel with evacuation system
US9729025B2 (en) 2012-04-03 2017-08-08 The Boeing Company Open-core flywheel architecture
US9531289B2 (en) 2012-04-27 2016-12-27 Raytheon Company Electro-mechanical kinetic energy storage device and method of operation
US9531247B2 (en) 2014-04-04 2016-12-27 Raytheon Company Inertial energy storage system and hydro-fluoro-ether power transformer scheme for radar power systems and large PFN charging
JP6636954B2 (ja) * 2014-05-30 2020-01-29 オーシャナ エナジー カンパニー 水力発電タービンおよび水力発電タービンシステム
WO2016006015A1 (ja) * 2014-07-08 2016-01-14 萩野　芳造 磁界子及び電機子を等角運動量で相互に逆回転させる発電機
US9911532B2 (en) 2014-08-25 2018-03-06 Raytheon Company Forced convection liquid cooling of fluid-filled high density pulsed power capacitor with native fluid
US10050491B2 (en) 2014-12-02 2018-08-14 Management Services Group, Inc. Devices and methods for increasing energy and/or power density in composite flywheel energy storage systems
US9837996B2 (en) 2015-01-07 2017-12-05 Raytheon Company Method and apparatus for control of pulsed power in hybrid energy storage module
US9667232B2 (en) 2015-05-13 2017-05-30 Raytheon Company System and method for parallel configuration of hybrid energy storage module
US10544775B2 (en) 2015-10-22 2020-01-28 Oceana Energy Company Hydroelectric energy systems, and related components and methods
DE102016102255A1 (de) * 2016-02-10 2017-08-10 Vpc Gmbh Kinetischer Großspeicher für Strom
US11050322B2 (en) * 2017-12-26 2021-06-29 Hamilton Sundstrand Corporation Flywheel energy storage with PM, induction, or variable reluctance machine
US11038398B2 (en) 2018-06-26 2021-06-15 Raytheon Company System and method for damping of torsional oscillations in large inertial energy storage systems
KR20210047294A (ko) * 2018-07-06 2021-04-29 스핀렉트릭스, 인코포레이티드 전기기계식 배터리
US11040780B2 (en) * 2018-08-07 2021-06-22 Raytheon Technologies Corporation Inertial energy storage device
US11418031B2 (en) 2020-05-08 2022-08-16 Raytheon Company Actively-controlled power transformer and method for controlling
US11287328B1 (en) 2020-08-27 2022-03-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Thermocouple protection gauge
CN115173571B (zh) * 2022-06-23 2023-10-10 石家庄铁道大学 一种含超导体的工型永磁转子的高温超导飞轮储能系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN1160453A (zh) * 1994-09-08 1997-09-24 芝加哥大学 用于高速超导轴承的永久磁铁设计
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
US6794777B1 (en) * 2003-12-19 2004-09-21 Richard Benito Fradella Robust minimal-loss flywheel systems
CN201001064Y (zh) * 2007-01-04 2008-01-02 张文治 混合动力汽车用复合飞轮电池
CN101409478A (zh) * 2007-10-10 2009-04-15 孙昊天 永磁悬浮储能飞轮系统
DE102007050496A1 (de) * 2007-10-19 2009-04-23 Innovative Windpower Ag Generator mit Multistator und Multirotor
CN101741190A (zh) * 2008-11-11 2010-06-16 苏大庆 多转子电动、发电一体机
CN201956842U (zh) * 2011-02-23 2011-08-31 中科盛创（青岛）电气有限公司 嵌套式三定子结构鼠笼型直驱风力发电机

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4088041A (en) * 1976-12-13 1978-05-09 Incelermatic, Inc. Energy storing flywheel drive
US4617507A (en) * 1984-12-19 1986-10-14 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Self-regulating energy storage system
US5124605A (en) * 1991-01-11 1992-06-23 American Flywheel Systems, Inc. Flywheel-based energy storage methods and apparatus
US5214981A (en) * 1991-07-26 1993-06-01 Arch Development Corporation Flywheel energy storage with superconductor magnetic bearings
US5256638A (en) * 1991-11-14 1993-10-26 United Technologies Corporation Magnetically leviated superconducting bearing
US5540116A (en) * 1993-03-03 1996-07-30 University Of Chicago Low-loss, high-speed, high-TC superconducting bearings
GB9313926D0 (en) * 1993-07-06 1993-08-18 British Nuclear Fuels Plc Energy storage and conversion devices
JPH08111946A (ja) * 1994-10-07 1996-04-30 Nippon Seiko Kk 超電導フライホイール装置
JPH08251869A (ja) * 1995-03-13 1996-09-27 Chubu Electric Power Co Inc 発電電動機の冷却装置及び冷却方法
JP3551537B2 (ja) * 1995-04-26 2004-08-11 光洋精工株式会社 フライホイール装置
US6211589B1 (en) * 1995-06-07 2001-04-03 The Boeing Company Magnetic systems for energy storage flywheels
US5760506A (en) 1995-06-07 1998-06-02 The Boeing Company Flywheels for energy storage
JP3696931B2 (ja) * 1995-07-03 2005-09-21 三菱重工業株式会社 液体空気利用発電設備
JPH1174114A (ja) * 1997-08-28 1999-03-16 Kokusai Chodendo Sangyo Gijutsu Kenkyu Center 超電導体磁石装置
JPH11164496A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Mitsuhiro Fukada 永久磁石型発電機を用いた電力貯蔵方法及びその電力貯蔵装置
US6388347B1 (en) * 1998-02-09 2002-05-14 Trinity Flywheel Power Flywheel battery system with active counter-rotating containment
JP3887102B2 (ja) * 1998-06-09 2007-02-28 中部電力株式会社 フライホイール電力貯蔵装置
US6231011B1 (en) * 1998-11-02 2001-05-15 University Of Houston System Satellite angular momentum control system using magnet-superconductor flywheels
JP2000253599A (ja) * 1999-03-03 2000-09-14 Nippon Steel Corp 超電導軸受を用いたフライホイール式エネルギー貯蔵装置
JP3337440B2 (ja) * 1999-10-01 2002-10-21 三菱重工業株式会社 高温超電導磁気軸受装置及び高温超電導フライホイール装置
JP2001304373A (ja) * 2000-04-21 2001-10-31 Mitsubishi Rayon Co Ltd 超高速回転装置
US6825588B2 (en) * 2000-06-23 2004-11-30 Christopher W Gabrys Uninterruptible power supply using a high speed cylinder flywheel
US6448679B1 (en) * 2000-12-14 2002-09-10 Joseph Imlach Passive magnetic support and damping system
US6570286B1 (en) * 2001-02-03 2003-05-27 Indigo Energy, Inc. Full magnetic bearings with increased load capacity
JP2003049836A (ja) * 2001-08-06 2003-02-21 Chubu Electric Power Co Inc 超電導磁気軸受装置及び超電導フライホイール装置
AU2003223541A1 (en) * 2002-04-11 2003-10-27 Magtube, Inc Shear force levitator and levitated ring energy storage device
SE524541C2 (sv) * 2002-11-18 2004-08-24 Uppsala Power Man Consultants Effektlagringssystem samt fordon försett med ett sådant
US7377035B2 (en) * 2004-04-23 2008-05-27 Fursystems Inc. Refrigeration device with improved DC motor
JP4577898B2 (ja) * 2004-09-06 2010-11-10 央二 小山 エネルギー貯蔵装置に使用する回転体
US20100072847A1 (en) * 2008-09-22 2010-03-25 Zane Craig Fields Electromagnetically Driven Configuration of Flywheels And Rotors To Power Zero Emission Vehicles
KR100960785B1 (ko) 2008-10-31 2010-06-01 한국전력공사 대용량 중공형 플라이휠 전력저장장치
JP5504532B2 (ja) * 2009-11-24 2014-05-28 国立大学法人九州工業大学 高速回転装置
CN102214960A (zh) * 2010-04-06 2011-10-12 陈国宝 永磁叠加型无铁芯高功效电机
US9729025B2 (en) 2012-04-03 2017-08-08 The Boeing Company Open-core flywheel architecture

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN1160453A (zh) * 1994-09-08 1997-09-24 芝加哥大学 用于高速超导轴承的永久磁铁设计
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
US6794777B1 (en) * 2003-12-19 2004-09-21 Richard Benito Fradella Robust minimal-loss flywheel systems
CN201001064Y (zh) * 2007-01-04 2008-01-02 张文治 混合动力汽车用复合飞轮电池
CN101409478A (zh) * 2007-10-10 2009-04-15 孙昊天 永磁悬浮储能飞轮系统
DE102007050496A1 (de) * 2007-10-19 2009-04-23 Innovative Windpower Ag Generator mit Multistator und Multirotor
CN101741190A (zh) * 2008-11-11 2010-06-16 苏大庆 多转子电动、发电一体机
CN201956842U (zh) * 2011-02-23 2011-08-31 中科盛创（青岛）电气有限公司 嵌套式三定子结构鼠笼型直驱风力发电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070071A (zh) * 2017-03-21 2017-08-18 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 飞轮系统及球形机器人
CN107070071B (zh) * 2017-03-21 2020-06-30 坎德拉（深圳）科技创新有限公司 飞轮系统及球形机器人

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