CN103368326A - 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置 - Google Patents

一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103368326A
CN103368326A CN2013103344707A CN201310334470A CN103368326A CN 103368326 A CN103368326 A CN 103368326A CN 2013103344707 A CN2013103344707 A CN 2013103344707A CN 201310334470 A CN201310334470 A CN 201310334470A CN 103368326 A CN103368326 A CN 103368326A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bearing
magnetic
axial
magnetic suspension
permanentmagneticbearing
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
CN2013103344707A
Other languages
English (en)
Inventor
赵旭升
李剑
江光灵
张泉
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.)
Nanjing College of Chemical Technology
Original Assignee
Nanjing College of Chemical Technology
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 Nanjing College of Chemical Technology filed Critical Nanjing College of Chemical Technology
Priority to CN2013103344707A priority Critical patent/CN103368326A/zh
Publication of CN103368326A publication Critical patent/CN103368326A/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

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，包括能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分，所述能量存储与转化部分包括飞轮、电机；所述磁悬浮支撑部分包括轴向传感器、上下保护轴承，轴向磁轴承，径向传感器，上下永磁磁力轴承；所述辅助部分包括壳体，安装轴；其中，轴向传感器、上保护轴承、轴向磁轴承、径向传感器、电机、上永磁磁力轴承、飞轮、下永磁磁力轴承与下保护轴承在安装轴的轴向上从上到下依次排布，所述能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分的安装轴密封在辅助部分的壳体内部，壳体内部保持真空状态。该装置结构简单，临界转速高，功耗低，在电网调频、电网安全稳定控制、电能质量控制及高功率脉冲等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置
技术领域
本发明涉及的是一种磁轴承技术、高速电机和储能飞轮相结合的一种储能装置。
背景技术
飞轮储能装置是由电机驱动飞轮高速旋转，电能转变为机械能储存的一种储能装置，其具有高储能密度、可大功率、高密度充放电等优点，而将磁轴承应用于飞轮储能装置中，可实现高转速，低功耗，长寿命，充放电次数几乎没有限制等优点，在国防、航空、电力等领域具有广泛的应用前景。但在实际运行的飞轮装置中，对轴承功耗有一定的要求，轴承损耗功率小于电机功率的3％以下才有工程实用价值。为降低轴承功耗，使磁轴承能够在实际中得以应用，则需广泛采用不产生功耗的永磁磁力轴承，但永磁轴承在6个自由度方向至少存在一个自由度方向不稳定，所以它不能单独用于支承转子，而必须与其它轴承(如电磁轴承、超导磁轴承或机械轴承)联合使用，这就要求电磁轴承也应是低功耗运行。
目前，电磁轴承按照磁力提供的方式分为以下几种：第一种是主动磁轴承，这种磁轴承线圈中存在偏置电流，以提供偏置磁场，由控制电流流经控制绕组产生的控制磁通与偏置磁通进行叠加，从而产生可控的悬浮力，体积、重量和功耗都比较大。第二种是被动磁轴承，这种磁轴承的悬浮力完全由永磁体提供，其所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷。第三种是混合磁轴承，这种磁轴承采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，也称永磁偏置磁轴承，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了磁轴承的体积，减轻了其重量，并提高了承载能力。
现有的飞轮储能装置中，虽也有采用磁轴承与永磁磁力轴承相结合的轴承支撑方式，但其一般采用主动磁轴承的结构形式，功耗较高，未能实现飞轮装置的真正低功耗运行。
发明内容
本发明针对现有不足，提供一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，能够进一步降低轴承功耗。为实现上述目的，本发明采用技术方案是：
一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，包括能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分，所述能量存储与转化部分包括飞轮7、电机5；所述磁悬浮支撑部分包括轴向传感器1、上下保护轴承2，9，轴向磁轴承3，径向传感器4，上下永磁磁力轴承6，8；所述辅助部分包括壳体，安装轴10；其中，轴向传感器1、上保护轴承2、轴向磁轴承3、径向传感器4、电机5、上永磁磁力轴承6、飞轮7、下永磁磁力轴承8与下保护轴承9在安装轴10的轴向上从上到下依次排布，所述能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分的安装轴10密封在辅助部分的壳体内部，壳体内部保持真空状态。
所述永磁磁力轴承6，8的定子内表面贴装环形永磁体，所述永磁磁力轴承6，8的转子外表面贴装环形永磁体。所述永磁磁力轴承为内转子结构，其中定子与转子的轴向气隙为非对称布置。
本发明的有益效果：本发明是一种垂直放置的飞轮装置，利用两个永磁磁轴承和一个永磁偏置轴向磁轴承实现飞轮装置的五自由度悬浮，永磁磁轴承不产生功耗，轴向气隙不对称布置的永磁偏置磁轴承实现低功耗直至零功耗运行，使整个飞轮装置的悬浮功耗得以降低。该装置结构简单，临界转速高，功耗低，在电网调频、电网安全稳定控制、电能质量控制及高功率脉冲等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行具体介绍如下：
一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，包括能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分，所述能量存储与转化部分包括飞轮7、电机5；所述磁悬浮支撑部分包括轴向传感器1、上下保护轴承2，9，轴向磁轴承3，径向传感器4，上下永磁磁力轴承6，8；所述辅助部分包括壳体，安装轴10；其中，轴向传感器1、上保护轴承2、轴向磁轴承3、径向传感器4、电机5、上永磁磁力轴承6、飞轮7、下永磁磁力轴承8与下保护轴承9在安装轴10的轴向上从上到下依次排布，所述能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分的安装轴10密封在辅助部分的壳体内部，壳体内部保持真空状态。
所述永磁磁力轴承6，8的定子内表面贴装环形永磁体，所述永磁磁力轴承6，8的转子外表面贴装环形永磁体；所述永磁磁力轴承为内转子结构，其中定子与转子的轴向气隙为非对称布置。
本发明的轴承低功耗基本工作原理是：垂直放置飞轮储能装置利用两个径向永磁轴承和一个永磁偏置轴向磁轴承实现五自由度悬浮，永磁轴承为被动磁轴承，不产生功耗，则就需要永磁偏置轴向磁轴承也低功耗运行。在利用永磁偏置轴向磁轴承对飞轮装置进行悬浮时，可认为整个飞轮装置为一个稳定的静态负载，在稳定悬浮时，永磁偏置轴向磁轴承中需要产生持续的控制磁通与偏置磁通叠加去平衡稳定这个静态负载，这就产生一定的励磁损耗。欲进一步降低永磁偏置轴向磁轴承的励磁功耗，需要产生一个被动承载力去平衡该静态负载。要实现这个目的，利用转子中心发生偏移时，即轴向气隙不对称布置，转子铁心上产生了相应的被动承载力，该被动承载力去平衡静态负载，永磁偏置轴向磁轴承的悬功耗得以大幅降低。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，包括能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分，其特征在于：
所述能量存储与转化部分包括飞轮(7)、电机(5)；所述磁悬浮支撑部分包括轴向传感器(1)、上下保护轴承(2，9)，轴向磁轴承(3)，径向传感器(4)，上下永磁磁力轴承(6，8)；所述辅助部分包括壳体，安装轴(10)；其中，轴向传感器(1)、上保护轴承(2)、轴向磁轴承(3)、径向传感器(4)、电机(5)、上永磁磁力轴承(6)、飞轮(7)、下永磁磁力轴承(8)与下保护轴承(9)在安装轴(10)的轴向上从上到下依次排布，所述能量存储与转化部分、磁悬浮支撑部分和辅助部分的安装轴(10)密封在辅助部分的壳体内部，壳体内部保持真空状态。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于：所述永磁磁力轴承(6，8)的定子内表面贴装环形永磁体，所述永磁磁力轴承(6，8)的转子外表面贴装环形永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于：所述永磁磁力轴承为内转子结构，其中定子与转子的轴向气隙为非对称布置。
CN2013103344707A 2013-08-01 2013-08-01 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置 Pending CN103368326A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013103344707A CN103368326A (zh) 2013-08-01 2013-08-01 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013103344707A CN103368326A (zh) 2013-08-01 2013-08-01 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103368326A true CN103368326A (zh) 2013-10-23

Family

ID=49369062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013103344707A Pending CN103368326A (zh) 2013-08-01 2013-08-01 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103368326A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201935A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 北京航空航天大学 一种四自由度磁悬浮飞轮
CN105276082A (zh) * 2014-06-09 2016-01-27 徐立民 悬挂式柔性飞轮
CN105299137A (zh) * 2014-06-09 2016-02-03 徐立民 柔性飞轮
CN109510382A (zh) * 2018-12-11 2019-03-22 上海航天控制技术研究所 一种新型磁悬浮储能飞轮转子
CN112054626A (zh) * 2020-09-25 2020-12-08 核工业理化工程研究院 立式转子主动控制过临界试验装置
CN112615471A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 一种用于储能飞轮的飞轮转子组件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6566775B1 (en) * 2000-01-10 2003-05-20 Richard Benito Fradella Minimal-loss flywheel battery and related elements
CN102437675A (zh) * 2011-10-13 2012-05-02 山东科技大学 磁悬浮飞轮储能装置
CN202273889U (zh) * 2011-10-13 2012-06-13 山东科技大学 一种磁悬浮飞轮离心式鼓风机
US20120306418A1 (en) * 2009-05-08 2012-12-06 Fradella Richard B Low-Cost Minimal-Loss Flywheel Battery
CN203617834U (zh) * 2013-08-01 2014-05-28 南京化工职业技术学院 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6566775B1 (en) * 2000-01-10 2003-05-20 Richard Benito Fradella Minimal-loss flywheel battery and related elements
US20120306418A1 (en) * 2009-05-08 2012-12-06 Fradella Richard B Low-Cost Minimal-Loss Flywheel Battery
CN102437675A (zh) * 2011-10-13 2012-05-02 山东科技大学 磁悬浮飞轮储能装置
CN202273889U (zh) * 2011-10-13 2012-06-13 山东科技大学 一种磁悬浮飞轮离心式鼓风机
CN203617834U (zh) * 2013-08-01 2014-05-28 南京化工职业技术学院 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王冠: "永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析", 《机电产品开发与创新》, 30 June 2003 (2003-06-30), pages 16 - 23 *
赵旭升: "永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计", 《电动技术学报》, 30 November 2011 (2011-11-30), pages 127 - 134 *
赵旭升: "永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展", 《电工技术学报》, 30 September 2009 (2009-09-30), pages 9 - 20 *
赵旭升: "飞轮储能装置用轴向磁轴承及其功耗策略", 《电机与控制学报》, 31 August 2011 (2011-08-31), pages 7 - 12 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105276082A (zh) * 2014-06-09 2016-01-27 徐立民 悬挂式柔性飞轮
CN105299137A (zh) * 2014-06-09 2016-02-03 徐立民 柔性飞轮
CN104201935A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 北京航空航天大学 一种四自由度磁悬浮飞轮
CN104201935B (zh) * 2014-08-06 2016-04-20 北京航空航天大学 一种四自由度磁悬浮飞轮
CN109510382A (zh) * 2018-12-11 2019-03-22 上海航天控制技术研究所 一种新型磁悬浮储能飞轮转子
CN112054626A (zh) * 2020-09-25 2020-12-08 核工业理化工程研究院 立式转子主动控制过临界试验装置
CN112054626B (zh) * 2020-09-25 2024-05-28 核工业理化工程研究院 立式转子主动控制过临界试验装置
CN112615471A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 一种用于储能飞轮的飞轮转子组件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106655605B (zh) 夹心式电动汽车用磁悬浮飞轮电池及工作方法
CN101149077B (zh) 永磁偏置轴向径向磁轴承
CN103368326A (zh) 一种低功耗磁悬浮飞轮储能装置
CN105864292B (zh) 一种永磁偏置三自由度磁轴承
CN104410204A (zh) 一种新型飞轮储能装置
CN202713053U (zh) 分体式磁悬浮开关磁阻电机支承与传动的飞轮电池
CN201730962U (zh) 五自由度永磁偏置磁轴承
CN103929010B (zh) 一种立式混合磁悬浮飞轮储能系统
CN101581336B (zh) 永磁偏置轴向磁悬浮轴承
CN102072249B (zh) 一种大承载力径向磁轴承
CN103016525A (zh) 一种恒流源偏置径-轴向磁轴承
CN106015331B (zh) 一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承
CN105782242A (zh) 一种飞轮储能系统及其五自由度磁悬浮支承结构
CN101893038A (zh) 永磁偏置轴向磁轴承
CN107070073B (zh) 一种磁悬浮飞轮电池
CN102638202A (zh) 电磁运动能量产生装置与方法
CN209200844U (zh) 一种双定子无槽铁心轴向磁场永磁电机与飞轮一体装置
CN107910979A (zh) 高速磁悬浮飞轮储能装置
CN105186740A (zh) 一种惯性储能系统
CN101806323A (zh) 五自由度永磁偏置磁轴承
CN103925291A (zh) 一种永磁偏置混合轴向磁轴承
CN105840654B (zh) 一种永磁偏置单自由度轴向磁轴承
CN209892624U (zh) 一种e型结构电磁型径向磁轴承
CN104154119A (zh) 一种永磁偏置轴向径向磁轴承
CN101413539A (zh) 一种异极性永磁偏置轴向径向磁轴承

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
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

Application publication date: 20131023