CN106662148A - 飞轮装置 - Google Patents

Abstract

提供一种飞轮(6)，飞轮包括可旋转轴(7)。可旋转轴(7)的至少一端设置有凹部(51)和两个磁体(15、20；31、36)。飞轮(6)设置有支撑装置(18、23、34、39)，支撑装置包括：用于轴(7)的竖直稳定的磁体(17、33)的第一装置(18、34)；以及用于轴(7)的水平稳定的磁体(22、38)的第二装置(23、39)。轴(7)的两个磁体中的第一个(15、31)与第一装置(18、34)相互作用，并且两个磁体中的第二个(20、36)与第二装置(23、39)相互作用。

Description

飞轮装置

目前，正在付出许多努力来转换和存储能量，以便可以在需要的时间和地点提供电力。与气候变化作斗争的动力导致许多新的产生可再生能源的创新和方法。每天都在开发用于从不同形式的可再生能源发电的设备，但是当试图使发电与需求相匹配时且尤其是在需求高峰时，大多数可再生能源的间歇性性质可能是一个问题。因此，需要用于储存能量的具有成本效益且安全的方法，以便可以在不同级别(即，家用、商业和工业)的消费者需要时提供电力。还需要储存和提供大量的可用能量以有助于平衡英国国家电网和正在全世界不同城市开发的智能电网的需求。

目前正在开发的一种能量存储方法是飞轮。飞轮可以非常有效，并且可以在非常有限的空间中储存大量能量。在非常有限的空间中储存大量能量的问题之一是健康和安全影响。

如果由钢或高压实复合材料(诸如玻璃纤维或碳纤维)构成的飞轮出现什么问题，则来自碎片的危险可能是相当大的，因此为了减少对生命或财产的任何风险，钢或实心复合飞轮通常被装入坚固的钢管中并埋入地下。

对这种飞轮的替代方案是容纳有流体的飞轮。在这种飞轮中，飞轮是中空的而且重量轻，并且可以在加入流体从而增加飞轮的质量之前将飞轮驱动至其操作速度。如果能量可以储存在飞轮中，则可以在添加流体增加飞轮的质量的同时保持飞轮的操作速度。这种飞轮的一个优点可以是，在飞轮的结构或其部件(诸如轴承)有缺陷的情况下，如果飞轮破碎，则大部分质量可以容纳在周围的容纳箱或围栏(bund)内，其中容纳箱的强度可足以容纳碎片并免除将箱埋入地下的必要性。容纳箱可以设置有真空泵，以便排空箱内的空气，或者至少部分地排空和/或减少箱内容纳的空气量。这导致较低的空气阻力，因此使得飞轮能够旋转较长时间。

容纳有流体的飞轮的降低的健康和安全风险使得它们更适于家用或商业环境；它们也可以用在许多工业应用中。

容纳有流体的飞轮的问题在于，在其操作循环期间，取决于飞轮内存在多少流体，飞轮的速度和质量可能变化。这意味着，在容纳有流体的飞轮的操作循环期间在不同时间将会有不同的应力和应变施加到支撑轴承上。

飞轮能量储存系统的操作循环可以分解成三个不同的操作时间段。

第一是能量从一种或多种形式的能量(诸如电能)传递到飞轮中以作为动能(该动能则可以被看作飞轮的旋转)储存的时间段。

第二是能量既不被传递到飞轮中也不从飞轮中被传递出(除了系统内的损失以外)的时间段。

第三是能量从飞轮中被传递出的时间段；这是当能量通常从动能转换成电能以供消费者使用时。

在操作循环的这三个时期期间，可能在飞轮能量储存系统内产生不同的力、应力和应变。这些力、应力和应变可以被传递到支撑轴承并从支撑轴承传递，因此这些力、应力和应变可能降低飞轮能量储存系统的效率和操作寿命。

这种类型的飞轮由于具有降低的健康和安全风险而具有许多优点，但是目前的流体填充飞轮在维持给电磁轴承的动力(power，电力，功率)时消耗一些其储存的能量，从而降低流体填充飞轮的能量储存容量。

为了有助于容纳有流体的飞轮的平衡、振动和整体性能，需要能够非常快速地适应不断变化的负载的轴承和支撑机构。此外，需要能够使用最小量的动力的轴承和支撑机构，以便维持飞轮的储存容量。

作为能量储存系统，容纳有流体的飞轮相对于其他能量储存形式具有许多优点，但是因为该技术最近才被开发出来，因而存在若干问题。一个这样的问题是，目前支撑容纳有流体的旋转飞轮的方法消耗一些所储存的动力。这降低了基于飞轮的能量储存系统的总体效率和容量。

因此，需要一种可以支撑容纳有流体的飞轮、并且同时消耗尽可能少的所储存的能量的悬浮磁性轴承。

本发明旨在提供如所附独立权利要求中限定的飞轮系统和控制机构。优选特征在从属权利要求中阐述。

在本发明的一个方面，提供了一种飞轮，包括可旋转轴，可旋转轴的至少一端设置有凹部和两个磁体，其中，飞轮设置有支撑装置，支撑装置包括：

用于轴的水平稳定的磁体的第一装置；以及

用于轴的竖直稳定的磁体的第二装置；

并且其中，轴的两个磁体中的第一个与第一装置相互作用，并且这两个磁体中的第二个与第二装置相互作用。

磁体可以布置成使得轴上的两个磁体与相应的第一装置或第二装置的磁体吸引或与其排斥。显然，吸引或排斥取决于磁体相对于轴的定向和所采用的布置。

优选地，第一装置包括环形磁体，并且其中，第一轴磁体与第一装置中的磁体同轴地布置并且基本上布置于第一装置中的磁体中，而且更优选地，第一轴磁体是环形的并且具有比第一装置中的环形磁体更小的直径。轴磁体小于第一装置中的另一个磁体允许轴磁体被定位在另一个磁体内。这使得轴磁体在水平方向上的任何移动均被另一个磁体抵消以使轴保持居中。

有利地，第二装置包括环形磁体，并且第二轴磁体布置成与第二装置中的磁体同轴且与其邻近，而且更有利地，第二轴磁体是环形的，并且具有的直径与第二装置中的环形磁体基本上相同，并且定位在第二装置中的磁体上方。将一个磁体定位在另一个上方允许轴的竖直稳定，因为一个磁体的移动将导致磁场和/或重力干扰被移动磁体的场，从而通过校正场中的移动以重新建立平衡位置来提供竖直稳定。

支撑装置形式的稳定布置允许使用两个同轴的磁体装置控制飞轮轴在竖直和水平方向上的移动：第一个磁体装置包括一个在另一个顶部上，以允许控制轴的竖直位置；而第二个磁体装置具有一个

在一种装置中，可旋转轴的两端均包括两个磁体和相应的关联支撑装置。这允许调节任一端或两端以使轴保持稳定。

优选地，设置容纳在轴的凹部内的顶部销和底部销。将销定位在凹部中降低了轴落下的风险，并且允许在轴凹部的内部和销之间的轻微接触以辅助稳定。

有利地，销是导电的，这允许它们被用作用于监测轴相对于销的位置的开关。

在优选的装置中，轴还包括磁性轴承并且框架设置有相应的磁性轴承以使轴从框架上悬浮。框架提供了轴相对于其悬浮的固定位置，并且磁性轴承减少了系统中的摩擦，从而允许飞轮长时间旋转。

在有利的实施方案中，支撑装置的竖直位置可以被调节以改变轴的竖直位置。这可以包括相应地移动销，使得它们有助于轴的稳定。通过移动轴的竖直位置，可以减小装置中的摩擦并且可以更容易地控制飞轮。

可以提供计算机来监测轴的位置并且调节支撑装置以改变轴的竖直高度。允许计算机监测和调节支撑装置和飞轮的轴的位置允许对轴位置和平衡的变化进行自动响应。

优选地，轴在其凹部中设置有电触点(electrical contact)，方法包括如下步骤：监测通过至少一个销的电流以及使用步进电机调节轴的竖直位置直到流停止，以及调节轴的竖直位置直到重新建立电接触。这允许调节轴相对于销的位置，使得摩擦接触减少，从而允许飞轮较长时间的旋转。通过连续地断开和重新连接销与轴之间的连接，可以监测和控制摩擦以使其保持较低。替代地，在必要时，可以通过增加销与轴之间的摩擦来减少轴的旋转。

因此，本发明的目的是提供一种用于支撑容纳有流体的飞轮的旋转中心轴的计算机控制可调节永磁体阵列。竖直对准的旋转中心轴的顶部和底部可以由相应的定心销支撑；定心销可以用作一对开关，以使计算机控制装置能够对永磁体阵列的位置和定心销的位置进行准确调节。顶部和底部定心销可以通过计算机控制装置在高度上或竖直方向上几乎同时地被不断独立调节，以向容纳有流体的飞轮的旋转中心轴的两端施加受控压力，以维持稳定性并减少容纳有流体的飞轮中的不期望振动。

本发明的一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的永磁体竖直阵列，其中，永磁体竖直阵列位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的中心轴的顶部处或该顶部附近，并且所述竖直阵列中的至少一个磁体可竖直调节。

本发明的另一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的永磁体竖直阵列，其中，永磁体竖直阵列位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的中心轴的底部处或该底部附近，并且所述竖直阵列中的至少一个磁体可竖直调节。

本发明的另一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的永磁体水平阵列，其中所述永磁体水平阵列位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的中心轴的顶部和/或底部处或所述顶部和/或底部附近，并且所述水平阵列中的至少一个磁体可竖直调节。

在本发明的另一种实施方案中，本发明的目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的永磁体水平阵列，其中，所述永磁体水平阵列位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的中心轴的顶部和/或底部处或所述顶部和/或底部附近，并且所述水平阵列中的至少一个磁体是牢固固定且不可调节的。

本发明的另一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的定心销，其中所述定心销位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的中心轴的顶部和/或底部处。

本发明的另一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的定心销，其中所述定心销可以在该定心销的一端处成形为尖锥体。

本发明的另一个目的是提供一种用于容纳有流体的飞轮的支撑和稳定的定心销，其中所述定心销可以在定心销的一端处成形为在尖锥体的尖端处具有一半径。

本发明的又一目的是提供一种用于至少一个磁体的竖直定位的计算机控制的可调节支撑和稳定单元，该至少一个磁体是位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的旋转中心轴的顶端和/或底端处或所述顶端和/或底端附近的永磁体水平阵列的一部分。

本发明的又一目的是提供一种用于竖直定位至少一个磁体的计算机控制的可调节支撑和稳定单元，该至少一个磁体是位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的旋转中心轴的顶端和/或底端或所述顶端和/或底端附近的永磁体竖直阵列的部分。

本发明的又一目的是提供一种用于协调控制和竖直调节位于容纳有流体的飞轮的竖直对准的旋转中心轴的顶端和/或底端处的定心销的计算机控制的支撑和稳定单元，而且所述定心销的竖直调节可以沿着容纳有流体的飞轮的中心旋转轴线。

本发明中的所有永磁体的强度是固定的，并且相互作用的磁场的强度可以通过调节任何或所有磁性支撑装置的位置且从而调节本发明的任何磁性阵列内的任何或所有磁体的位置来调节。

本发明中的所有永磁体的强度是固定的，并且相互作用的磁场的强度可以通过调节任何或所有磁性支撑装置的位置来调节，而且任何或所有所述支撑装置的位置可以由本发明的计算机控制装置来控制。

本发明的另一个目的是提供一种可以分成两半的机械推力轴承，其中，一半被牢固地附接至容纳有流体的飞轮的可竖直调节的旋转中心轴，而另一半被牢固地附接至刚性地固定到位的固定装置。

本发明的又一目的是提供一种计算机控制装置，用以通过永磁体竖直阵列来协调容纳有流体的飞轮的旋转中心轴的提升，使得机械推力轴承的两半以受控的方式连接和断开连接。

本发明的又一目的是提供一种计算机控制的可调节轴承支撑装置，它可以将本发明中的所有特征与飞轮到多个机械轴承(例如推力轴承)上的提升和降低的同时控制相结合。

本发明的又一目的是提供一种计算机控制装置，用于协调多个控制信号来优化容纳有流体的飞轮的效率。

在本发明的另一个实施例中，本发明的目的是控制磁体竖直阵列的竖直调节以及顶部和/或底部定心销和永磁体水平阵列的竖直调节，其中，至少一个永磁体被牢固地固定并且不可调节。

本发明的又一目的是在本发明中在不同位置提供多个换能器，从而向计算机控制装置提供反馈信号，使得计算机可以计算本发明中所有部件的当前的或改变着的状态。

本发明的又一目的是提供一种用于本发明中的所有可调节部件的协调控制和调节的计算机控制装置，而且以这种方式，计算机控制的磁性轴承和可调节轴承支撑装置以及可调节定心销可以用来补偿容纳有流体的飞轮的操作循环的不同时间下系统内的力的变化。

本发明的目的是提供一种旋转中心轴，其被牢固地附接至基本上中空的且在操作期间可以容纳有流体的飞轮。

本发明的目的是提供一种可调节旋转中心轴，其中，旋转中心轴的位置可以通过磁体竖直阵列的计算机控制调节来进行竖直调节，其中，磁体竖直阵列中的至少一个磁体被牢固地附接至旋转中心轴。

本发明的目的是提供一种可以用流体填充且容纳有流体的飞轮的旋转中心轴，其中，所述旋转中心轴可以在旋转中心轴的顶部和/或底部处具有凹部。

本发明的目的是提供一种旋转中心轴，其中在旋转中心轴的顶端和/或底端处存在凹部。

本发明的目的是提供一种旋转中心轴，其中顶端和/或底端处的凹部可以成形为具有内锥体。

本发明的目的是提供一种旋转中心轴，其中内锥体具有成形为具有一定半径的内尖端。

优选地，在本发明的操作循环期间，旋转中心轴的凹部的内锥体的一个或多个表面区域可与可调节定心销进行物理接触。

本发明的目的是提供一种旋转中心轴，其中，在旋转中心轴的顶端和或底端处存在凹部，并且所述凹部可以成形为允许本发明的定心销被接收在所述凹部内。

本发明的目的是提供一种旋转中心轴，其中存在凹部，以允许本发明的定心销被容纳在该凹部中，本发明的凹部和定心销可以竖直调节以在本发明的计算机控制装置的控制下造成或断开销和旋转中心轴之间的物理接触。

本发明的目的是提供一种可以至少部分地由导电材料构成的旋转中心。

本发明的目的是提供一种可以至少部分地由导电材料构成的定心销。

本发明的目的是提供一种可调节旋转中心轴和一种可调节定心销，其中，定心销的竖直调节和/或旋转中心轴的竖直调节可以造成或断开所述旋转中心轴和所述定心销之间的物理接触，并且其中，造成接触和/或断开接触可以用来导电或不导电以向计算机控制装置提供切换信号。

本发明的目的是提供一种单独的步进电机，所述步进电机可以安装至每个单独的调节装置上，以实现本发明中的所有可调节支撑装置的准确定位。

在本发明的另一种实施方案中，本发明的目的是提供一种可调节旋转中心轴和一种可调节定心销，其中，定心销的竖直调节和/或旋转中心轴的竖直调节可以造成或断开所述旋转中心轴和所述定心销之间的物理接触，并且其中，造成接触和/或断开接触可以用来向压力传感器提供压力，该压力传感器可以向计算机控制装置提供信号。所述压力传感器可以是例如具有与所施加的压力成比例的输出信号的压电晶体换能器。

流体供给系统

本发明的目的是提供一种可容纳有流体的飞轮，流体到飞轮的流入和流出可由本发明的计算机控制装置来控制。

飞轮能量存储系统的操作循环可以被划分为三个不同的时间段。

首先是能量从一种或多种形式的能量(诸如，例如电能)传递到飞轮中以作为动能(然后该动能可以被看作飞轮的旋转)存储的时间段。

第二是能量既不被传递到飞轮中也不从飞轮中被传递出(除了系统内的损失)的时间段。

第三是能量从飞轮中传递出的时间段；这是能量通常从动能转换成电能以供消费者使用的时间。

计算机控制装置用来测量飞轮的速度和质量，并且测量可以用来驱动电机并由此驱动飞轮的能量。

当计算机控制装置确定有足够的能量可以用于飞轮能量存储系统开始或继续其循环时，传递能量至驱动马达，并且可以增加飞轮的速度，直到飞轮达到预定速度。在预定速度下，计算机控制装置提供控制信号，以允许流体泵送装置的操作将流体从外部贮存器传递到位于飞轮周边的周边贮存器腔室。当内部贮存器中存在流体时，流体传递装置将流体从内部贮存器传递到飞轮的内部。

计算机控制装置维持供至驱动马达的动力和供至内部贮存器的流体，直到飞轮达到预定的速度和质量。

计算机控制装置可以监测待存储的能量的可用性和消费者所需的能量需求。

如果确定飞轮已经达到了预定速度和质量，并且不再需要将能量传递到飞轮内或从飞轮传递出，则为了减少可能在推力轴承中出现的摩擦损失，计算机控制装置可以调节永磁体竖直阵列的位置，以便升高旋转中心轴和飞轮，通过升高旋转中心轴，至少一个推力轴承的旋转部件和非旋转部件可以断开连接，这被称为操作循环的第二时期。

在操作循环中的这一时刻，计算机控制装置可以用来精确地调节顶部定心销和底部定心销的位置，使得这两个定心销都可以恰好接触旋转中心轴。由这两个定心销施加至旋转中心轴的压力可以由计算机控制装置来调节和控制。

定心销可以用作开关，以向计算机控制装置提供信号，以允许计算机控制装置确定定心销何时与旋转中心轴接触。

磁体竖直阵列的调节和定心销的协调调节也可以用来调节旋转中心轴的竖直位置，以使得旋转中心轴处于最佳位置，以利用永磁体水平阵列，从而减少旋转中心轴中的任何水平移动。

通常但不排他地，飞轮支撑机构内的力的较大变化可以通过计算机控制装置改变磁体竖直阵列的位置来补偿，以使得旋转中心轴可以被降低以便一个或多个推力轴承的旋转部件和非旋转部件能够被连接，从而支撑旋转中心轴和容纳有流体的飞轮的重量。

具体说明

定心销支撑和调节装置

定心销的位置可以在竖直方向上进行调节。

在本发明的一种实施方案中，计算机控制装置可以用来提供多个电信号以便以增量步幅驱动步进电机，步进电机可以用来驱动一系列同步带和滑轮(timing belts andpulleys)。步进电机和滑轮的计算机控制调节可以用来准确地调节定心销的位置。

为了更好地理解本发明并且更清楚地示出如何实现本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，在附图中相同的特征被相应地编号，其中在附图中，

图1示出了容纳有流体的飞轮可以如何被容置在容纳箱内；

图2示出了本发明的不同部件可以如何布置；

图3示出了顶部定心销可以如何相对于顶部磁体竖直阵列定位；

图4示出了底部定心销可以如何相对于磁体竖直阵列定位；

图5示出了磁体竖直阵列和磁体水平阵列可以如何布置；

图6示出了磁体水平阵列可以如何不正确地对准；

图7示出了磁体水平阵列可以如何正确地对准；

图8示出了磁体水平阵列可以如何不正确地对准；

图9示出了定心销可以如何用来向计算机控制装置提供切换的电输入信号；

图10示出了本发明中的磁体水平阵列中的磁体的磁极可以如何布置；

图11示出了本发明中的磁体竖直阵列中的磁体的磁极可以如何布置；

图12示出了根据本发明的飞轮的操作循环；以及

图13示出了本发明的另一实施例。

图1和图2示出了如何设置一种用于容置一个或多个飞轮6的容纳箱1。所述容纳箱1可以附接至真空泵11以至少部分地排空容纳箱1。飞轮6设置有用于保持流体的腔49，所述飞轮6可以通过多个水平隔板8物理地附接至旋转中心轴7，所述水平隔板8可以由竖直隔板9支撑。水平隔板8可以设置有孔52，以允许流体从飞轮6的一个隔室自由地传到另一个隔室。竖直隔板9可以设置有孔53，以允许流体从飞轮6的一个隔室自由地传到另一个隔室。

图2示出了旋转中心轴7可以如何牢固地连接至顶部推力轴承旋转部件25和底部推力轴承旋转部件41。图2还示出了底部推力轴承非旋转部件42可以如何由底部推力轴承支撑装置43支撑，以及顶部推力轴承非旋转部件26可以如何由顶部推力轴承支撑装置27支撑。图2示出了顶部推力轴承非旋转部件26和底部推力轴承非旋转部件42可以如何不物理地连接至旋转中心轴7。

图2示出了组合的电动机和/或发电机和/或涡轮机单元10可以如何连接至旋转中心轴7。

图2示出了流体贮存器45可以如何位于飞轮6下方，以及流体传递装置46可以如何附接至飞轮6，流体传递装置46可以如何将流体从流体贮存器45传递进飞轮6的内部以及如何从飞轮的内部传递出。

图3示出了永磁体竖直阵列可以如何位于竖直对准的旋转中心轴7的顶端或附近，其中，旋转磁体15可以物理地连接至旋转中心轴7，并且由磁体支撑装置16支撑。

图3示出了顶部磁体竖直阵列可以如何容纳非旋转永磁体17，所述非旋转永磁体17可以由可竖直调节的支撑装置18支撑。

图3示出了永磁体水平阵列可以如何位于旋转中心轴7的顶端或附近。所述永磁体水平阵列可以包含旋转磁体20和非旋转磁体22。在本发明的一个实施例中，所述非旋转磁体22可以由可竖直调节的磁体支撑装置23支撑。在本发明的另一实施例中，非旋转磁体22和磁体支撑装置23可以是固定的并且不可调节。

图3示出了顶部定心销12可以如何位于旋转中心轴7的顶部处。定心销12的锥形或渐缩尖端50可以位于旋转中心轴7的凹部51中。

底部

图4还示出了永磁体竖直阵列可以如何位于竖直对准的旋转中心轴7的底端处或底端附近，其中，旋转磁体31可以物理地连接至旋转中心轴7，并且由磁体支撑装置32支撑。

图4示出了底部永磁体竖直阵列可以如何包含非旋转磁体33，并且所述磁体可以由可竖直调节的支撑装置34支撑。

图4示出了永磁体水平阵列可以如何位于旋转中心轴7的底端处或底端附近。所述水平阵列可以包括旋转磁体36和非旋转磁体38。旋转磁体36可以由支撑装置37支撑，并且非旋转磁体38可以由支撑装置39支撑。

在本发明的一个实施例中，所述非旋转磁体38可以由可竖直调节的支撑装置39支撑。在本发明的另一实施例中，非旋转磁体38和磁体支撑装置39可以是固定的并且不可调节。

图4示出了底部定心销28可以如何位于旋转中心轴7的底端处。锥形尖端50可以定位成恰好安装到旋转中心轴7的凹部51中。

在飞轮内存储能量

图12示出了飞轮能量存储系统的操作循环的三个时期。

当飞轮能量存储系统的操作循环开始时，本发明的计算机控制装置48监测飞轮6的速度和质量。在操作循环的第一时期65期间，为了使旋转中心轴保持处于允许顶部推力轴承24的旋转部件25和非旋转部件26保持彼此接触并且允许底部推力轴承40的旋转部件41和非旋转部件42保持彼此接触的位置，计算机控制装置48向顶部定心销调节装置13、底部定心销调节装置29、顶部磁体竖直阵列调节装置18、底部磁体竖直阵列调节装置34、顶部水平磁体阵列调节装置23以及底部水平磁体阵列调节装置39提供协调的电信号。以这种方式，所有的移动部件和调节装置可以将旋转中心轴7和飞轮6维持在稳定位置。

当飞轮能量存储系统的操作循环进入第二时期66时，水形式的流体被泵送到箱45内的流体贮存器中。流体从那里被泵送到飞轮6中，使得其进入周边贮存器形式的腔49中。

当循环进入操作循环的第二时期66时，为了提升旋转中心轴7以使得顶部推力轴承24的旋转部件25和非旋转部件26彼此不接触并且使得底部推力轴承40的旋转部件41和非旋转部件42彼此不接触，计算机控制装置向顶部定心销调节装置13、底部定心销调节装置29、顶部磁体竖直阵列调节装置18、底部磁体竖直阵列调节装置34、顶部磁体水平阵列调节装置23以及底部磁体水平阵列调节装置39提供协调的电信号。以这种方式，所有的移动部件和调节装置可以将旋转中心轴移动到旋转中心轴7和飞轮6被布置在稳定位置的位置中。

为了系统的协调控制，计算机控制装置48使用多个传感器测量流体流入和流出飞轮6。为了在任何特定时间补偿飞轮6内的不同的流体量，计算机控制装置48竖直地调节顶部磁体竖直阵列中的非旋转磁体17的位置和底部磁体竖直阵列中的非旋转磁体33的位置。从图3和图4可以看出，顶部和底部磁体竖直阵列中的永磁体可以定位成使得相同的磁极彼此面对，因此当顶部调节装置18竖直向上地提升非旋转磁体17并且底部调节装置34竖直向上地提升非旋转磁体33时，相反磁场向上推动旋转磁体，并且支撑装置16以及支撑装置32将旋转中心轴7提升到由计算机控制装置计算的且对应于飞轮内的流体量的位置中。

当飞轮能量存储系统的操作循环进入操作循环的第三时期67时，为了降低旋转中心轴7以使得顶部推力轴承24的旋转部件25和非旋转部件26彼此重新连接并且使得底部推力轴承40的旋转部件41和非旋转部件42也彼此重新连接，计算机控制装置48可以向顶部定心销调节装置13、底部定心销调节装置29、顶部磁体竖直阵列调节装置18、底部磁体竖直阵列调节装置34、顶部磁体水平阵列调节装置23以及底部磁体水平阵列调节装置39提供协调的电信号。以这种方式，所有的移动部件和调节装置可以将旋转中心轴7和飞轮6维持在位于本发明的推力轴承上的稳定位置。

可以允许将腔49中的流体排回到内部贮存器45中以减小飞轮6的惯性。

定心销支撑和调节装置

本发明的定心销的位置可以在竖直方向上进行调节。图3示出了在本发明的一实施例中计算机控制装置48可以如何被用来提供多个电信号以驱动步进电机54，这些信号可以用来以增量步幅驱动所述步进电机，步进电机54可以用来驱动一系列同步带55和滑轮56、57。步进电机54和滑轮56、57的计算机控制调节可以用来准确地调节顶部定心销的竖直定位。

图4示出了在本发明的一实施例中计算机控制装置48可以如何被用来提供多个电信号以驱动步进电机58，信号可以用来以增量步幅驱动所述步进电机，步进电机58可以用来驱动一系列同步带59和滑轮62、63。步进电机58和滑轮62、63的计算机控制调节可以用来准确地调节底部定心销的竖直定位。

图9示出了定心销28和定心销12可以如何用来向计算机控制装置48提供切换信号或从计算机控制装置提供切换信号。

重要的是要注意到，顶部定心销12的竖直位置和底部定心销28的竖直位置可以通过顶部定心销调节装置13和底部定心销调节装置29调节，并且为了帮助顶部定心销和底部定心销的准确定位，每个销都可以用作单独的开关以传导电力并将信号提供回至计算机控制装置48。来自定心销的切换反馈信号可以用来准确地控制供至步进电机的信号，使得通过定心销将测定量的压力施加在旋转中心轴上。

在定心销12和/或28与旋转中心轴7之间的连接断开的情况下，可以通过移动磁体装置来竖直地调节旋转中心轴7，以重新建立连接。

本发明的目的是提供一种单独的步进电机，它可以装配至本发明中的每个单独的调节装置上，以便能够实现所有可调支撑装置的准确定位。

本发明的目的是提供一种永磁体水平阵列，所述永磁体水平阵列可以位于竖直对准的旋转中心轴7的顶部和/或底部处或所述顶部和/或底部附近。

图6示出了本发明的永磁体水平阵列可以如何与非旋转磁体38的中心线69不对准，可以位于旋转磁体36的中心线68上方。

图8示出了本发明的永磁体水平阵列可以如何与非旋转磁体38的中心线69不对准，可以位于旋转磁体36的中心线68下方。

图7示出了本发明的水平永磁体阵列可以如何与非旋转磁体38的中心线69正确地对准，可以与旋转磁体36的中心线68处于相同的竖直高度。

为了实现容纳有流体的飞轮的最佳性能和稳定性，重要的是计算机控制装置48保持本发明中所有调节装置的位置，因而旋转中心轴7的竖直定位使得水永磁体平阵列的位置如图7所示对准。

本发明的飞轮可以基本上是中空的，并且在操作循环期间，流体可以被传递至飞轮中或从飞轮中传递出，以增加或减少飞轮的质量。

为了在计算机控制装置48内进行所有调节装置的协调控制，使用多个传感器测量流入和流出飞轮6的流体的体积和速度。为了在任何特定时间补偿飞轮6内的不同的流体量，计算机控制装置48竖直地调节顶部磁体竖直阵列中的非旋转磁体15的位置和底部磁体竖直阵列中的非旋转磁体33的位置。

图11示出了底部磁体竖直阵列中的旋转永磁体31和非旋转永磁体33可以如何定位成使得磁体的相同磁极彼此面对，因此当调节装置34被调节以竖直向上地提升非旋转磁体33时，相反磁场向上推动旋转磁体31，然后支撑装置32将旋转中心轴7提升到由计算机控制装置计算的且对应于飞轮内的流体量的位置中。顶部磁体竖直阵列和底部磁体竖直阵列都以相同的方式操作，以提升旋转中心轴7。

图9示出了定心销可以如何被用来向计算机控制装置提供切换信号或从计算机控制装置提供切换信号。

图13示出了调节装置或可调节磁性支撑装置101，其被牢固地附接至一个或多个磁体固定装置18。磁体固定装置18被用来牢固地保持磁体17，使得当可调节磁性支撑装置101被竖直移动时，该磁体将在竖直轴线上移动。磁体固定装置16被用来牢固地保持磁体15。磁体15和17被对准，使得磁体的相反磁极彼此面对，因此，磁体彼此吸引并且朝向彼此拉动。作为磁体15和17之间的吸引的结果，当调节装置18在基本上竖直的方向上被向上移动时，磁体15和17之间的磁场相互作用使得磁体17在磁体15上施加力，这又迫使旋转中心轴7也沿着竖直轴线在向上的方向上移动。绝缘体100可以用于使定心销12与调节装置101电绝缘。

重要的是要注意到，顶部定心销12的竖直位置和底部定心销28的竖直位置可以通过顶部定心销调节装置13和底部定心销调节装置29调节，并且为了帮助顶部定心销和底部定心销的准确定位，每个销都可以用作开关以传导电力并将信号提供回计算机控制装置48。来自定心销的切换反馈信号可以用来准确地控制供至步进电机的信号，使得通过定心销将测定量的压力施加在旋转中心轴上。

在本发明的另一实施例中，本发明中的所有调节装置都可以由一系列活塞和气缸以及受控液压或气动压力来提供，以移动所有调节装置。计算机控制装置可以用来调节活塞和气缸的压力，以便准确地调节本发明中所有调节装置的位置。本发明中的多个传感器可以向计算机控制装置提供信号，以帮助计算机控制装置确定每个气缸中需要多少压力来准确地定位每个调节装置。

飞轮可以包括由腔49形成的周边贮存器。

顶部销和/或底部销可以与磁性支撑和稳定装置组合地移动，使得销可以用于稳定可旋转中心轴。在一种特别有利的操作系统的方法中，一旦飞轮正在旋转，就使用竖直支撑装置升高轴以减小摩擦。同时，销可以被升高以保持与轴接触，同时整个装置组合地移动。接触应该是最小化的，并且销应该刚好接触轴，以便将轴保持稳定的、基本竖直的对准。在销包括电触点的情况下，销和轴之间的整体接触可以通过计算机监测以减少接触，并且因此减小摩擦干扰，优选地使其尽可能地低。在一种替代装置中，可能期望销相对于轴固定并且竖直地调节轴，而销不与支撑件组合地移动。

磁体支撑装置可以是磁体与之连接的支架。

下面是附图中所示部件的列表。

1 容纳箱

2 容纳箱壁

3 容纳箱顶盖

4 容纳箱底盖

5 中心旋转轴线

6 飞轮

7 旋转中心轴

8 飞轮水平隔板

9 飞轮竖直隔板

10 组合电机/发电机/涡轮

11 真空泵

12 顶部定心销

13 顶部定心销支撑和调节装置

14 顶部磁体竖直阵列

15 旋转磁体

16 旋转磁体支撑装置

17 非旋转磁体

18 非旋转磁体支撑和调节装置

19 顶部磁体水平阵列

20 旋转磁体

21 旋转磁体支撑装置

22 非旋转磁体

23 非旋转磁体支撑和调节装置

24 顶部推力轴承

25 顶部推力轴承旋转部件

26 顶部推力轴承非旋转部件

27 顶部推力轴承非旋转部件支撑装置

28 底部定心销

29 底部定心销支撑和调节装置

30 底部磁体竖直阵列

31 旋转磁体

32 旋转磁体支撑装置

33 非旋转磁体

34 非旋转磁体支撑和调节装置

35 底部磁体水平阵列

36 旋转磁体

37 旋转磁体支撑装置

38 非旋转磁体

39 非旋转磁体支撑和调节装置

40 底部推力轴承

41 底部推力轴承旋转部件

42 底部推力轴承非旋转部件

43 底部推力轴承非旋转部件支撑装置

44 箱外部的流体贮存器

45 箱内部的流体贮存器

46 流体传递装置

47 流体泵

48 计算机控制装置

49 腔

50 定心销锥形尖端

51 旋转中心轴凹部

52 水平隔板中的孔

53 竖直隔板中的孔

54 步进电机

55 同步带

56 滑轮1

57 滑轮2

58 步进电机

59 同步带

60 计算机输入终端

61 计算机输入终端

62 滑轮3

63 滑轮4

64 流体

65 操作循环第一时期

66 操作循环第二时期

67 操作循环第三时期

68 中心线

69 中心线

Claims (12)

1.一种飞轮，包括可旋转轴，所述可旋转轴的至少一端设置有凹部和两个磁体，其中，所述飞轮设置有支撑装置，所述支撑装置包括：

用于所述轴的水平稳定的磁体的第一装置；以及

用于所述轴的竖直稳定的磁体的第二装置；

并且其中，所述轴的所述两个磁体中的第一个与所述第一装置相互作用，并且所述轴的所述两个磁体中的第二个与所述第二装置相互作用。

2.根据权利要求1所述的飞轮，其中，所述第一装置包括环形磁体，并且其中，第一轴磁体与所述第一装置中的磁体同轴地布置并且基本上位于所述第一装置中的磁体中。

3.根据权利要求2所述的飞轮，其中，所述第一轴磁体是环形的并且具有比所述第一装置中的所述环形磁体更小的直径。

4.根据任一前述权利要求所述的飞轮，其中，所述第二装置包括环形磁体，并且第二轴磁体与所述第二装置中的磁体同轴地布置并且邻近于所述第二装置中的磁体。

5.根据权利要求4所述的飞轮，其中，所述第二轴磁体是环形的并且具有与所述第二装置中的所述环形磁体基本上相同的直径，并且定位在所述第二装置中的磁体上方。

6.根据任一前述权利要求所述的飞轮，其中，所述可旋转轴的两端均包括两个磁体和相应的关联支撑装置。

7.根据任一前述权利要求所述的飞轮，其中，设置有将被容纳在所述轴的所述凹部内的顶部销和底部销。

8.根据权利要求7所述的飞轮，其中，所述销是导电的。

9.根据任一前述权利要求所述的飞轮，其中，所述轴还包括磁性轴承，并且一框架设置有相应的磁性轴承以使所述轴从所述框架悬浮。

10.根据任一前述权利要求所述的飞轮，其中，所述支撑装置的竖直位置能够被调节以改变所述轴的竖直位置。

11.根据权利要求10所述的飞轮，其中，设置计算机以监测所述轴的位置并且调节所述支撑装置以改变所述轴的竖直高度。

12.一种稳定根据权利要求9所述的飞轮的方法，其中，所述轴在其凹部中设置有电触点，所述方法包括如下步骤：监测流过至少一个销的电流以及使用步进电机调节所述轴的竖直位置直到所述流停止，以及调节所述轴的所述竖直位置直到重新建立电接触。