CN114448162A - 具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮和储能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮和储能设备，所述具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮包括壳体、电机、飞轮转子、散热组件和隔气组件，电机和飞轮转子均设于壳体内，飞轮转子具有空腔，散热组件与壳体连接，散热组件包括固定板和设于固定板上的出气管及进气管，固定板连接在壳体的安装孔处，出气管的第一端伸入空腔内并与外界连通，出气管与空腔间隔形成与出气管连通的气流腔，进气管的第一端与气流腔连通，进气管的第二端伸出壳体，隔气组件与固定板之间形成与气流腔连通的充气腔，进气管与充气腔连通。本发明的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮可以利用气流循环换热，且散热系统和抽真空系统可以共用，优化了储能飞轮布局。

Description

具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮和储能设备

技术领域

本发明涉及储能飞轮技术领域，尤其是涉及一种具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮和储能设备。

背景技术

飞轮储能系统在高真空的特殊条件下运行，由于飞轮转子的发热无法通过空气介质进行对流散热，只能依靠转子自身的辐射或其它特殊方式进行散热。

相关技术中的飞轮转子的冷却循环采用轴内液冷散热或轴孔内油冷，轴内液冷散热随着飞轮转子的持续转动，冷却液的换热效果会逐渐下降，导致换热效果差，且需要对冷却液频繁更换，轴孔内油冷需要增加液冷管道布局及液压泵，增加了系统结构的设计难度和复杂性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，该具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮可以利用气流循环换热，主动散热效果好，且散热系统和抽真空系统可以共用，优化了储能飞轮布局，降低了设计和制造难度低。

本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮包括：壳体，所述壳体具有安装孔；电机和飞轮转子，所述电机和所述飞轮转子均设于所述壳体内，所述飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，所述空腔具有开口，所述开口与所述安装口相对；散热组件，所述散热组件与所述壳体连接，所述散热组件包括固定板和设于所述固定板上的出气管及进气管，所述固定板连接在所述安装孔处，所述出气管的第一端伸入所述空腔内且所述出气管的外周面与所述空腔的内周面间隔形成气流腔，所述气流腔与所述出气管的第一端连通，所述出气管的第二端伸出所述壳体，所述进气管的第一端与所述气流腔连通，所述进气管的第二端伸出所述壳体，且所述出气管的第二端和所述进气管的第二端均可打开和封闭；隔气组件，所述隔气组件与所述飞轮转子连接且邻近所述开口设置，所述隔气组件与所述固定板之间形成与所述气流腔连通的充气腔，所述进气管与所述充气腔连通，且所述隔气组件可允许所述壳体内的气体向所述充气腔单向流动。

本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，散热组件的出气管伸入飞轮转子的空腔内并与外界连通，且出气管与空腔的内周面间隔形成气流腔，进气管的一端与气流腔连通，另一端可与外部充气装置连通，从而可以利用进气管、气流腔和出气管形成换热流道，以通过向进气管通入气体，利用气流流经换热流道与飞轮转子进行换热，实现储能飞轮的主动散热，且隔气组件可阻止外部通入的气体流入壳体内的真空空间，保证散热的同时，壳体内的真空环境不被破坏，同时，本申请的出气管可以外接真空泵以用于抽真空，从而实现抽真空系统和散热系统共用，优化储能飞轮的布局。

在一些实施例中，所述隔气组件包括内筒和外筒，所述内筒和所述外筒均沿所述飞轮转子的长度方向延伸，所述内筒套设在所述飞轮转子上，所述外筒位于所述内筒的外侧并与所述内筒间隔开，且所述内筒与所述壳体连接，所述内筒的外周面和所述外筒的内周面上均设有沿飞轮转子的长度方向多层布置的叶片，且连接在所述内筒上的叶片层和连接在所述外筒上的叶片层在所述飞轮转子的长度方向上交替布置。

在一些实施例中，所述飞轮转子的外周面上具有限位凸环，所述隔气组件包括旋转叶片压环，所述旋转叶片压环套设在所述飞轮转子上并邻近所述安装孔设置，所述内筒卡持在所述旋转叶片压环和所述限位凸环之间。

在一些实施例中，所述飞轮转子包括第一段和第二段，所述第一段的截面积小于所述第二段的截面积，所述开口形成在所述第一段朝向所述安装孔的端部，所述隔气组件包括旋转叶片压环，所述旋转叶片压环套设在所述第一段上且邻近所述开口设置，所述内筒卡持在所述旋转叶片压环和所述第二段之间。

在一些实施例中，所述固定板包括主体和筒体，所述主体连接在所述筒体的一端，所述进气管和所述出气管均连接在所述主体上，所述主体连接在所述安装孔处，所述筒体伸入所述壳体内且所述筒体的外周面与所述壳体密封连接。

在一些实施例中，所述外筒与所述筒体的内周面密封接触。

在一些实施例中，所述隔气组件还包括固定叶片压环，所述固定叶片压环连接在所述筒体上，所述外筒卡持在所述主体和所述固定叶片压环之间。

在一些实施例中，所述主体包括环板和凸盖，所述环板与所述凸盖的外周相接，所述凸盖相对所述环板向外凸起并与所述安装孔相对，所述环板与所述壳体连接，所述凸盖与所述隔气组件之间形成充气腔，所述进气管和所述出气管均连接在所述凸盖上。

在一些实施例中，所述进气管的第一段与所述空腔的底壁邻近且间隔开。

本发明实施例的储能设备包括储能飞轮、真空泵和充气装置，所述储能飞轮为上述实施例所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，所述真空泵可与所述进气管的第二端连接，所述充气装置可与所述进气管的第二端连接。

本发明实施例的储能设备，通过采用上述具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，设备散热效果好，使用寿命长，结构简单。

附图说明

图1是根据本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮的飞轮转子的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮的散热组件和隔气组件的装配示意图。

图4是根据本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮的抽真空状态示意图。

图5是根据本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮的散热状态示意图。

附图标记：

壳体1，电机2，电机转子21，飞轮转子3，气流腔31，第一段32，第二段33，空腔34，散热组件4，固定板41，主体411，筒体412，出气管42，进气管43，充气腔44，隔气组件5，内筒51，旋转叶片压环52，外筒53，固定叶片压环54，径向磁轴承6，轴向磁轴承7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图5所示，本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮包括壳体1、电机2、飞轮转子3、散热组件4和隔气组件5。

具体地，如图1、图4和图5所示，壳体1具有安装孔，电机2和飞轮转子3均设于壳体1内，飞轮转子3具有沿其长度方向延伸的空腔34，空腔34具有开口，开口与安装口相对，电机转子21与飞轮转子3连接以驱动飞轮转子3转动，壳体1内设有径向磁轴承6和轴向磁轴承7以支撑电机2和飞轮转子3。

进一步地，如图1-图5所示，散热组件4与壳体1连接，散热组件4包括固定板41和设于固定板41上的出气管42及进气管43，固定板41连接在安装孔处，出气管42的第一端伸入空腔34内且出气管42的外周面与空腔34的内周面间隔形成气流腔31，气流腔31与出气管42的第一端连通，出气管42的第二端伸出壳体1，进气管43的第一端与气流腔31连通，进气管43的第二端伸出壳体1，且出气管42的第二端和进气管43的第二端均可打开和封闭。

需要说明的是，出气管42可外接真空泵，进气管43可外接充气装置，当需要对飞轮转子3进行散热时，充气装置通过进气管43充气，气流沿气流腔31、出气管42流动以实现与飞轮转子3的换热，吸热后的气流最终被真空泵抽出（参考图5）。另外，本申请的隔气组件5可允许壳体1内的气体向充气腔44单向流动，由此，本申请的出气管42和真空泵还可以用于对壳体1内空间进行抽真空（参考图4），实现抽真空系统和散热系统共用，优化储能飞轮的布局。

进一步地，如图4和图5所示，隔气组件5与飞轮转子3连接且邻近开口设置，隔气组件5与固定板41之间形成与气流腔31连通的充气腔44，进气管43与充气腔44连通。

换言之，隔气组件5可以构造出充气腔44，并阻止充气腔44内的气体流过隔气组件5，以使充气腔44内的气压升高状态下，气流可沿气流腔31和出气管42流动，实现散热效果的同时，避免外部通入的气体破坏壳体1内真空环境。

本发明实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，散热组件的出气管伸入飞轮转子的空腔内并与外界连通，且出气管与空腔的内周面间隔形成气流腔，进气管的一端与气流腔连通，另一端可与外部充气装置连通，从而可以利用进气管、气流腔和出气管形成换热流道，以通过向进气管通入气体，利用气流流经换热流道与飞轮转子进行换热，实现储能飞轮的主动散热，且隔气组件可阻止外部通入的气体流入壳体内的真空空间，保证散热的同时，壳体内的真空环境不被破坏，同时，本申请的出气管可以外接真空泵以用于抽真空，从而实现抽真空系统和散热系统共用，优化储能飞轮的布局。

具体地，如图1-图5所示，隔气组件5包括内筒51和外筒53，内筒51和外筒53均沿飞轮转子3的长度方向延伸，内筒51套设在飞轮转子3上，外筒53位于内筒51的外侧并与内筒51间隔开，且内筒51与壳体1连接，内筒51的外周面和外筒53的内周面上均设有沿飞轮转子3的长度方向多层布置的叶片，且连接在内筒51上的叶片层和连接在外筒53上的叶片层在所述飞轮转子3的长度方向上交替布置。

可以理解的是，飞轮转子3在转动过程中进行主动散热时，对向设置的旋转叶片进行高速转动时，能够限制气体分子从吸气侧向排气侧运动（此处可以理解为，气体分子可从壳体1内真空空间向充气腔44运动），实现气体沿换热流道流动并从出气管42排出，此过程同时适用于抽真空和散热。

可以理解的是，采用对设叶片的方式，利用叶片旋转实现隔气，旋转叶片和固定叶片之间不存在接触，不会影响飞轮转子3的转动状态。具体地，为便于理解，本申请的隔气组件5的隔气原理可参考分子泵的工作过程，在此不作赘述。

进一步地，飞轮转子3的外周面上具有限位凸环，隔气组件5包括旋转叶片压环52，旋转叶片压环52套设在飞轮转子3上并邻近安装孔设置，内筒51卡持在旋转叶片压环52和限位凸环之间。

另外，对内筒51的卡持限位不限于在飞轮转子3的外周面设置限位凸环，如图1所示，飞轮转子3包括第一段32和第二段33，第一段32的截面积小于第二段33的截面积，开口形成在第一段32朝向所述安装孔的端部，隔气组件5包括旋转叶片压环52，旋转叶片压环52套设在所述第一段32上且邻近开口设置，内筒51卡持在旋转叶片压环52和第二段33之间。

换言之，飞轮转子3的外周面上可以构造出止位面，利用止位面和旋转叶片压环52对内筒51进行卡持。

在一些实施例中，如图1和图3所示，固定板41包括主体411和筒体412，主体411连接在筒体412的一端，进气管43和出气管42均连接在所述主体411上，主体411连接在安装孔处，筒体412伸入壳体1内且筒体412的外周面与壳体1密封连接。

进一步地，如图3所示，外筒53与筒体412的内周面密封接触，隔气组件5还包括固定叶片压环54，固定叶片压环54连接在筒体412上，外筒53卡持在主体411和固定叶片压环54之间。

可以理解的是，旋转叶片压环52可以防止内筒51掉落，固定叶片压环54可以防止外筒53掉落。

在一些实施例中，如图3所示，主体411包括环板和凸盖，环板与凸盖的外周相接，凸盖相对环板向外凸起并与安装孔相对，环板与壳体1连接，凸盖与隔气组件5之间形成充气腔44，进气管43和出气管42均连接在凸盖上。由此，向外凸出的凸盖可以使充气腔44形成在壳体1外部，不占用壳内空间。

优选地，进气管43的第一段32与空腔34的底壁邻近且间隔开。由此，气体沿气流腔31和进气管43的流动距离大，换热效果好。

本发明实施例的储能设备包括储能飞轮、真空泵和充气装置，储能飞轮为上述实施例的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，真空泵可与进气管43的第二端连接，充气装置可与进气管43的第二端连接。

本发明实施例的储能设备，通过采用上述具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，设备散热效果好，使用寿命长，结构简单。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有安装孔；

电机和飞轮转子，所述电机和所述飞轮转子均设于所述壳体内，所述飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，所述空腔具有开口，所述开口与所述安装口相对；

散热组件，所述散热组件与所述壳体连接，所述散热组件包括固定板和设于所述固定板上的出气管及进气管，所述固定板连接在所述安装孔处，所述出气管的第一端伸入所述空腔内且所述出气管的外周面与所述空腔的内周面间隔形成气流腔，所述气流腔与所述出气管的第一端连通，所述出气管的第二端伸出所述壳体，所述进气管的第一端与所述气流腔连通，所述进气管的第二端伸出所述壳体，且所述出气管的第二端和所述进气管的第二端均可打开和封闭；

隔气组件，所述隔气组件与所述飞轮转子连接且邻近所述开口设置，所述隔气组件与所述固定板之间形成与所述气流腔连通的充气腔，所述进气管与所述充气腔连通，且所述隔气组件可允许所述壳体内的气体向所述充气腔单向流动。

2.根据权利要求1所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述隔气组件包括内筒和外筒，所述内筒和所述外筒均沿所述飞轮转子的长度方向延伸，所述内筒套设在所述飞轮转子上，所述外筒位于所述内筒的外侧并与所述内筒间隔开，且所述内筒与所述壳体连接，所述内筒的外周面和所述外筒的内周面上均设有沿飞轮转子的长度方向多层布置的叶片，且连接在所述内筒上的叶片层和连接在所述外筒上的叶片层在所述飞轮转子的长度方向上交替布置。

3.根据权利要求2所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述飞轮转子的外周面上具有限位凸环，所述隔气组件包括旋转叶片压环，所述旋转叶片压环套设在所述飞轮转子上并邻近所述安装孔设置，所述内筒卡持在所述旋转叶片压环和所述限位凸环之间。

4.根据权利要求2所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述飞轮转子包括第一段和第二段，所述第一段的截面积小于所述第二段的截面积，所述开口形成在所述第一段朝向所述安装孔的端部，所述隔气组件包括旋转叶片压环，所述旋转叶片压环套设在所述第一段上且邻近所述开口设置，所述内筒卡持在所述旋转叶片压环和所述第二段之间。

5.根据权利要求2所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述固定板包括主体和筒体，所述主体连接在所述筒体的一端，所述进气管和所述出气管均连接在所述主体上，所述主体连接在所述安装孔处，所述筒体伸入所述壳体内且所述筒体的外周面与所述壳体密封连接。

6.根据权利要求5所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述外筒与所述筒体的内周面密封接触。

7.根据权利要求6所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述隔气组件还包括固定叶片压环，所述固定叶片压环连接在所述筒体上，所述外筒卡持在所述主体和所述固定叶片压环之间。

8.根据权利要求5所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述主体包括环板和凸盖，所述环板与所述凸盖的外周相接，所述凸盖相对所述环板向外凸起并与所述安装孔相对，所述环板与所述壳体连接，所述凸盖与所述隔气组件之间形成充气腔，所述进气管和所述出气管均连接在所述凸盖上。

9.根据权利要求1所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，其特征在于，所述进气管的第一段与所述空腔的底壁邻近且间隔开。

10.一种储能设备，其特征在于，包括储能飞轮、真空泵和充气装置，所述储能飞轮为根据权利要求1-9中任一项所述的具有主动散热功能的磁悬浮储能飞轮，所述真空泵可与所述进气管的第二端连接，所述充气装置可与所述进气管的第二端连接。

Images