CN104037975A - 一种低损耗飞轮储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低损耗飞轮储能装置，包括圆柱形的真空壳体，壳体内固接有定子绕组、永磁转子和飞轮，永磁转子和飞轮固接在一起，绕壳体轴线高速旋转，利用陀螺原理，飞轮放置在一个耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱上。本装置既避免了电机轴承固定方式的能量转换损耗大、摩擦发热大、轴承寿命短、储能密度小的缺点，同时又避免了采用磁悬浮轴承技术装置过于复杂，制造成本高，难以普及的缺点；结构新颖、安全可靠、成本低廉，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种低损耗飞轮储能装置
技术领域
本发明属于一种能量转换装置，具体涉及一种新型结构的低损耗飞轮储能装置。
背景技术
近年来，随着新能源电动汽车等的快速发展，电能储存装置的应用日益广泛。在众多电能储存装置中，飞轮储能装置因动态性能好，甚至没有二次污染等优点，正受到越来越多的关注。飞轮储能的基本原理是，首先通过电流使电动机运行驱动飞轮高速旋转，将电能转换为动能储存在转子飞轮上，需要时，再由飞轮带动电机做发电机运行，将飞轮中的动能转换为电能。
由于转子飞轮中储存的动能与飞轮转速的平方成正比，因此，飞轮转速应尽量高，通常达数万转/分甚至到数十万转/分。在飞轮不与外界交换能量，即处于待机状态时，需要尽量减小待机能量损耗。
现有的飞轮储能装置中的飞轮的一种固定方式是通过轴承固定，这种固定方式的缺点是能量转换损耗大，轴承摩擦发热大，轴承寿命短，储能密度小，导致成本较高，使其大范围应用受到一定限制；另一种飞轮的固定方式是利用磁悬浮轴承技术使飞轮处于悬浮无摩擦状态，这样可以允许飞轮的最高转速提高十倍甚至更多，大大提高了飞轮的储能密度，不仅寿命长，而且损耗也减少了很多，但这种固定方式的缺点是装置过于复杂，装置造价贵，稳定性差，大范围应用同样受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种低损耗飞轮储能装置，利用陀螺原理，通过耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱代替轴承，大大延长使用寿命，能量转换时损耗大大降低，飞轮的储能密度大；同时，本装置结构简单，造价低，非常适合于大范围推广。
为实现上述目的，本发明的一个实施例所采取的技术方案是：
该装置包括圆柱形的真空壳体，壳体内固接有定子绕组、永磁转子和飞轮，永磁转子和飞轮固接在一起，绕壳体轴线高速旋转，飞轮放置在一个耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱上。
优选地，壳体包括上盖板，壳体内设有电气控制器，电气控制器安装在上盖板上，上盖板上设有线路孔和接线柱。
优选地，耐磨陶瓷球固接在定子绕组的顶端，飞轮的下端面设有以飞轮旋转中心为中心的滑槽，壳体底面上设有多个径向均布的陶瓷球轴承，滑槽与陶瓷球轴承在飞轮的径向上配合。
优选地，壳体内的上端面中心还设有保护陶瓷球，保护陶瓷球与飞轮的上部相接。
优选地，耐磨陶瓷球位于壳体内下端面的轴线上，壳体内的上端面设有多个径向均布的定位柱，定位柱与飞轮的外径配合。
优选地，定子绕组端部还固接保护陶瓷球，保护陶瓷球与飞轮相接。
优选地，飞轮位于定子绕组内，耐磨陶瓷球位于壳体内下端面的轴线上，飞轮的上端面设有以飞轮的旋转中心为圆心的盲孔，壳体内的上端面中心设有限位柱，限位柱与盲孔配合。
本飞轮储能装置产生的有益效果为：本装置既避免了飞轮轴承固定方式的能量转换损耗大，轴承摩擦发热大，轴承寿命短，储能密度小的缺点，同时又避免了磁悬浮轴承技术装置过于复杂，装置造价贵，稳定性差的缺点，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的一种低损耗飞轮储能装置的一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的一种低损耗飞轮储能装置的一个实施例的结构示意图。
图3是本发明的一种低损耗飞轮储能装置的一个实施例的结构示意图。
图4是本发明的一种低损耗飞轮储能装置的一个实施例的结构示意图。
其中：1、壳体，2、定子绕组，3、永磁转子，4、飞轮，5、耐磨陶瓷球，6、电气控制器，7、接线柱，8、上盖板，9、保护陶瓷球，10、滑槽，11、陶瓷球轴承，12、定位柱，13、盲孔，14、限位柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
参考图4，图4所示为本发明的一种低损耗飞轮储能装置的一个实施例的结构示意图。在该实施例中，该装置包括圆柱形的真空壳体1，壳体1为真空环境可以减少空气摩擦造成的能量损耗；壳体1内固接有定子绕组2和永磁转子3和飞轮4，永磁转子3和飞轮4固接在一起，绕壳体1轴线高速旋转，飞轮4放置在一个耐磨陶瓷球5上，这样可以不用轴承，减少飞轮4旋转时的摩擦，保证飞轮4的使用寿命。
在本发明的一个实施例中，耐磨陶瓷球5可以用耐磨陶瓷柱代替。
本装置输入电能时，飞轮4虽然高速旋转，但未达到额定转速，确保小电流也能让电机提高转速；作为发电机输出电能时，确保输出电能可大可小。
进一步地，参考图4，在本发明的一个实施例中，壳体1包括上盖板8，壳体1内设有电气控制器6，电气控制器6对装置进行控制，电气控制器6安装在上盖板8上，上盖板8上设有线路孔和接线柱7，用于装置与外部电路的连接。
进一步地，参考图2，在本发明的一个实施例中，耐磨陶瓷球5固接在定子绕组2的顶端，支承整个飞轮体的重量；飞轮4的下端面可以设有以飞轮4的旋转中心为中心的滑槽10，壳体1底面上设有3个径向均布的陶瓷球轴承11，陶瓷球轴承11可以自润滑，寿命高；滑槽10与陶瓷球轴承11在飞轮4的径向上配合，当飞轮4受到外力撞击，旋转中心偏离壳体2中心线时，起到限位作用，能保证飞轮4不会有大的位移和晃动，确保电机的稳定可靠使用，提高电机效率。同时，这种实施方式飞轮4的重心下移，飞轮4转动起来更加稳定可靠。
进一步地，参考图2，在本发明的一个实施例中，壳体1内的上端面中心还设有保护陶瓷球9，保护陶瓷球9与飞轮4的上部相接，确保意外将产品倒置时，产品不会发生损坏，不影响产品的正常使用，产品的可靠性更高。
进一步地，参考图3，在本发明的一个实施例中，耐磨陶瓷球5位于壳体1内下端面的轴线上，壳体1内的上端面设有多个径向均布的定位柱12，定位柱12与飞轮4的上端外径有微小间隙，定位柱12对飞轮4起约束作用，在即使受到外力撞击时，也能保证飞轮4不会有大的位移和晃动。同时，这种实施方式飞轮4的重心下移，飞轮4转动起来更加稳定可靠。
进一步地，参考图3，在本发明的一个实施例中，定子绕组2端部还固接保护陶瓷球9，保护陶瓷球9与飞轮4相接，保护陶瓷球9放置定子绕组与飞轮4的接触损伤，确保意外将产品倒置时，产品不会发生损坏，不影响产品的正常使用，产品的可靠性更高。
进一步地，参考图1，在本发明的一个实施例中，飞轮4位于定子绕组2内，耐磨陶瓷球5位于壳体1内下端面的轴线上，飞轮4的上端面设有以飞轮4的旋转中心为圆心的盲孔13，壳体1内的上端面中心设有限位柱14，限位柱14与盲孔13配合，保证飞轮4不会有大的位移和晃动。同时，这种实施方式飞轮4的重心下移，飞轮4转动起来更加稳定可靠。
上述实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低损耗飞轮储能装置，其特征在于：包括圆柱形的真空壳体，所述壳体内固接有定子绕组、永磁转子和飞轮，所述永磁转子和飞轮固接在一起，绕所述壳体轴线高速旋转，所述飞轮放置在一个耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述壳体包括上盖板，所述壳体内设有电气控制器，所述电气控制器安装在所述上盖板上，所述上盖板上设有线路孔和接线柱。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱固接在所述定子绕组的顶端，所述飞轮的下端面设有以飞轮旋转中心为中心的滑槽，所述壳体底面上设有多个径向均布的陶瓷球轴承，所述滑槽与所述陶瓷球轴承在所述飞轮的径向上配合。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述壳体内的上端面中心还设有保护陶瓷球，所述保护陶瓷球与所述飞轮的上部相接。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱位于所述壳体内下端面的轴线上，所述壳体内的上端面设有多个径向均布的定位柱，所述定位柱与所述飞轮的外径配合。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述定子绕组端部还固接保护陶瓷球，所述保护陶瓷球与所述飞轮相接。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述耐磨陶瓷球或耐磨陶瓷柱位于所述壳体内下端面的轴线上，所述飞轮的上端面设有以飞轮的旋转中心为圆心的盲孔，所述壳体内的上端面中心设有限位柱，所述限位柱与所述盲孔配合。
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