CN115395719A - 内部为真空环境的储能飞轮和储能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内部为真空环境的储能飞轮和储能设备，所述内部为真空环境的储能飞轮包括第一壳体、第二壳体、飞轮转子和电机组件，飞轮转子设于第一壳体内，第二壳体连接在第一壳体的外侧并与第一壳体围成第一容纳腔，电机组件包括电机转子和电机定子，电机转子设于第一壳体内并环设在飞轮转子的外周，电机定子设于第一容纳腔内并环绕在电机转子的外周，第二壳体具有多个与第一容纳腔连通的通风口。本发明的内部为真空环境的储能飞轮的电机定子与飞轮转子布局在不同的空间，降低了电机定子向飞轮转子所在空间的传热量，从而可以提高飞轮转子的散热效率，且不需要设置磁性联轴器等传动件，储能飞轮的体积小且飞轮转子响应快。

Description

内部为真空环境的储能飞轮和储能设备

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，具体地，涉及一种内部为真空环境的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，由于电机的发热无法通过空气介质进行对流散热，只能依靠自身的辐射或其它特殊方式进行散热。

常见的储能飞轮的电机和飞轮转子均布局在同一空间内，由于电机在运行时会向外辐射大量热能，导致壳内空间温度高，飞轮转子向外散热困难，针对电机散热导致飞轮转子散热效率低的问题，相关技术中提出了一种分体式布局的储能飞轮，即将电机和飞轮转子分开布置，以避免电机产生的热量向飞轮转子所在的空间传热，但是，电机和飞轮转子分开布置会增大储能飞轮的体积，且电机需要通过磁性联轴器与飞轮转子之间实现传动，增加了零部件数量，成本高，且磁性联轴器的传动存在启动延时，飞轮转子响应慢，储能飞轮性能低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上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内部为真空环境的储能飞轮，该内部为真空环境的储能飞轮的电机定子与飞轮转子布局在不同的空间，降低了电机定子向飞轮转子所在空间的传热量，从而可以提高飞轮转子在真空环境下的散热效率，且相较于相关技术中将电机组件和飞轮转子布局在不同的空间，本申请的储能飞轮的电机转子依然设置在飞轮转子上，且电机定子相对飞轮转子的位置不变，电机组件可直接驱动飞轮转子转动，不需要设置磁性联轴器等传动件，零部件数量少，储能飞轮的体积小且飞轮转子响应快，储能飞轮性能好，成本低。

本发明的实施例还提出一种储能设备。

本发明实施例的内部为真空环境的储能飞轮包括：第一壳体和飞轮转子，所述第一壳体内部为真空，且所述飞轮转子设于所述第一壳体内；第二壳体和电机组件，所述第二壳体连接在所述第一壳体的外侧并与所述第一壳体围成第一容纳腔，所述电机组件包括电机转子和电机定子，所述电机转子设于所述第一壳体内并环设在所述飞轮转子的外周面上，所述电机定子设于所述第一容纳腔内并环绕在所述电机转子的外周，所述第二壳体具有多个与所述第一容纳腔连通的通风口。

本发明实施例的内部为真空环形的储能飞轮，第二壳体连接在第一壳体的外部并与第一壳体围成第一容纳腔且第二壳体具有通风口，飞轮转子设于第一壳体内，电机转子连接在飞轮转子的外周，电机定子设于第一容纳腔内并环绕在电机转子的外周，由此，电机定子产生的热量可通过通风口向外部快速散热，相较于电机定子和飞轮转子布局在同一空间内，降低了电机定子向飞轮转子所在空间的传热量，从而可以提高飞轮转子在真空环境下的散热效率，且相较于相关技术中将电机组件和飞轮转子布局在不同的空间，本申请的储能飞轮的电机转子依然设置在飞轮转子上，且电机定子相对飞轮转子的位置不变，电机组件可直接驱动飞轮转子转动，储能飞轮的体积小，且不需要设置磁性联轴器等传动件，零部件数量少，飞轮转子响应快，储能飞轮性能好且成本低。

在一些实施例中，所述通风口包括上通风口和下通风口，所述上通风和所述下通风口分别位于所述电机定子在所述飞轮转子的长度方向上的两侧。

在一些实施例中，所述电机定子的内周面与所述第一壳体的外周面在所述飞轮转子的径向上间隔形成第一气流流道。

在一些实施例中，所述第一壳体包括主体和外罩壳，所述飞轮转子的部分位于所述主体内，所述飞轮转子的另一部分伸入所述外罩壳内，所述电机转子设于所述外罩壳内，所述外罩壳为陶瓷材料或非导磁复合材料。

在一些实施例中，所述飞轮转子位于所述外罩壳内的部分具有沿其长度方向延伸的空腔，所述外罩壳的部分配合在所述空腔内。

在一些实施例中，所述第二壳体的部分配合在所述空腔内，且所述第二壳体位于所述空腔内的部分的内壁面与所述外罩壳位于所述空腔内的部分的外壁面间隔形成第二气流流道，所述第二气流流道与所述第一气流流道连通。

在一些实施例中，所述第二壳体位于所述空腔内的部分具有沿所述飞轮转子的长度方向延伸的风道，所述风道的两端均具有开口。

在一些实施例中，所述内部为真空环境的储能飞轮还包括风机，所述风机与所述第二壳体连接并设于所述风道背离所述空腔底壁的一端。

在一些实施例中，所述内部为真空环境的储能飞轮还包括第三壳体，所述第三壳体连接在所述第二壳体的外侧并与所述第二壳体围成第二容腔腔，所述风道背离所述空腔底壁的一端与所述第二容纳腔连通，所述风机设于所述第二容纳腔内，且所述第三壳体的外周面上设有多个与所述第二容纳腔连通的通风格栅。

本发明实施例的储能设备包括上述实施例所述的内部为真空环境的储能飞轮。

本发明实施例的储能设备，通过采用上述内部为真空环境的储能飞轮，储能设备散热好，性能佳。

附图说明

图1是根据本发明实施例的内部为真空环境的储能飞轮的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的内部为真空环境的储能飞轮的剖视图。

图3是根据本发明实施例的内部为真空环境的储能飞轮的剖视图的局部放大图。

附图标记：

第一壳体1，本体11，外罩壳12，第二壳体2，第一气流流道21，第二气流流道22，风道23，通风口24，第三壳体3，飞轮转子4，电机转子5，矽钢片51，磁钢52，碳纤维套53，电机定子6，风机7，轴向磁轴承8，径向磁轴承9。

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3所示，本发明实施例的内部为真空环境的储能飞轮包括第一壳体1、飞轮转子4、第二壳体2和电机组件。

如图1-图3所示，第一壳体1内部为真空且飞轮转子4设于第一壳体1内，第二壳体2连接在第一壳体1的外侧并与第一壳体1围成第一容纳腔，电机组件包括电机转子5和电机定子6，电机转子5设于第一壳体1内并环设在飞轮转子4的外周面上，电机定子6设于第一容纳腔内并环绕在电机转子5的外周，第二壳体2具有多个与第一容纳腔连通的通风口24。

可以理解的是，电机定子6设于第二壳体2内，电机定子6产生的热量可通过第二壳体2向外部传热，相较于电机定子6和飞轮转子4布局在同一空间内，降低了电机定子6向飞轮转子4所在空间的传热量，从而可以提高飞轮转子4的散热效率，且第二壳体2上设置通风口24，可进一步利用空气散热，使电机定子6向外部快速传热，从而降低第一容纳腔的温度，增大第一壳体1的内外温差，进一步提高飞轮转子4的散热效率。

本发明实施例的内部为真空环形的储能飞轮，第二壳体2连接在第一壳体1的外部并与第一壳体1围成第一容纳腔且第二壳体2具有通风口24，飞轮转子4设于第一壳体1内，电机转子5连接在飞轮转子4的外周，电机定子6设于第一容纳腔内并环绕在电机转子5的外周，由此，电机定子6产生的热量可通过通风口24向外部快速散热，相较于电机定子6和飞轮转子4布局在同一空间内，降低了电机定子6向飞轮转子4所在空间的传热量，从而可以提高飞轮转子4在真空环境下的散热效率，且相较于相关技术中将电机组件和飞轮转子4布局在不同的空间，本申请的储能飞轮的电机转子5依然设置在飞轮转子4上，且电机定子6相对飞轮转子4的位置不变，电机组件可直接驱动飞轮转子4转动，不需要设置磁性联轴器等传动件，零部件数量少，储能飞轮的体积小且飞轮转子4响应快，储能飞轮性能好，成本低。

可选地，如图1-图3所示，电机转子5包括磁钢52和矽钢片51，矽钢片51环设在飞轮转子4的外周，且矽钢片51的外周面上设有碳纤维套53，磁钢52嵌设在矽钢片51内。

可选地，如图1-图3所示，通风口24包括上通风口和下通风口，上通风和下通风口分别位于电机定子6在飞轮转子4的长度方向(图1-图3中所示的上下方向)上的两侧。由此，上通风口和下通风口可以想成开放式的通风流道，有利于外部气流在第二壳体2内具有较高的流动性，便于提高电机定子6的散热效率。

优选地，上通风口和下通风口均可以为多个，多个通风口24可提高气流流量，增大散热效率。

优选地，如图1-图3所示，多个上通风口和多个下通风口均沿第二壳体2的周向间隔布置，从而便于使电机定子6的各位置均匀散热，提高散热效率，延长电机组件的使用寿命。

可选地，如图1-图3所示，电机定子6的内周面与第一壳体1的外周面在飞轮转子4的径向上间隔形成第一气流流道21。由此，电机定子6与第一壳体1不接触，可以抑制电机定子6向第一壳体1的传热，同时，气流沿第一气流流道21流动可直接与电机定子6换热，电机定子6与气流的换热面积大，散热效率高，且第一气流流道21可结合上通风口和下通风口形成循环流道，以使气流沿循环流道快速流动，进一步提高散热效果。

进一步地，如图1-图3所示，第一壳体1包括主体和外罩壳12，飞轮转子4的部分位于主体内，飞轮转子4的另一部分伸入外罩壳12内，电机转子5设于外罩壳12内，外罩壳12为陶瓷材料。可以理解的是，陶瓷材料为非导磁材料，不会干扰电机定子6和电机转子5之间的磁场，且陶瓷材料结构强度大，可长期使用。

可选地，外罩壳12的内侧面上设有吸热涂层，由此可以进一步提高飞轮转子4朝向外罩壳12的热辐射效率。

可选地，外罩壳12也可以为其它非导磁材料，例如非导磁复合材料。

可选地，外罩壳12与本体11可一体形成。

优选地，如图1-图3所示，飞轮转子4位于外罩壳12内的部分具有沿其长度方向延伸的空腔，外罩壳12的部分配合在空腔内。可以理解的是，通过设置飞轮转子4具有空腔，且外罩壳12的部分配合在空腔内，则外罩壳12可供飞轮转子4的传热面积增大，有利用提高飞轮转子4的散热效率。

进一步地，如图1-图3所示，第二壳体2的部分配合在空腔内，且第二壳体2位于空腔内的部分的内壁面与外罩壳12位于空腔内的部分的外壁面间隔形成第二气流流道22，且第二气流流道22与第一气流流道21连通。具体地，如图1-图3所示，外罩壳12与空腔的开口端相对的部分与第二壳体2与空腔的开口端相对的部分间隔开，该间隔空间可连通第一气流流道21和第二气流流道22。

由此，经通风口24进入第一容纳腔内的气流可沿第一气流流道21和第二气流流道22流动，且第一气流流道21和第二气流流道22均与外罩壳12直接换热，换热面积大，从而便于快速带走飞轮转子4朝向外罩壳12传递的热量，增大外罩壳12的内外温差，以提高飞轮转子4的散热效率。

进一步地，如图1-图3所示，第二壳体2位于空腔内的部分具有沿飞轮转子4的长度方向延伸的风道23，风道23的两端均具有开口。由此，风道23与第二气流流道22连通，第一气流流道21、第二气流流道22和风道23可构成气流通道，提高了流道布局长度，以进一步增大第二壳体2与空气的换热面积。

进一步地，如图1-图3所示，储能飞轮还包括风机7，风机7与第二壳体2连接并设于风道23背离空腔底壁的一端(图1-图3中风道23的上端)。由此，风机7可以在风道23的一端提供抽吸力，以提高气流沿第一气流流道21、第二气流流道22和风道23的流动速率，提高散热效率。

进一步地，如图1-图3所示，储能飞轮还包括第三壳体3，第三壳体3连接在第二壳体2的外侧并与第二壳体2围成第二容腔腔，风道23背离空腔底壁的一端与第二容纳腔连通，风机7设于第二容纳腔内，且第三壳体3的外周面上设有多个与第二容纳腔连通的通风格栅。由此，第三壳体3可以保护并遮盖风机7，通风格栅可以实现风道23与外部的连通。

具体地，风机7开启时，外部气流经通风口24流入第二壳体2内，然后沿第一气流流道21进入第二气流流道22，再沿第二气流流道22向风道23流动，风道23内的气流在风机7的抽吸作用下经顶部开口流入第三壳体3内，并最终通过通风格栅流入外界。

进一步地，如图1-图3所示，储能飞轮还包括轴向磁轴承8和径向磁轴承9，轴向磁轴承8和径向磁轴承9均设于第一壳体1内，轴向磁轴承8用于在飞轮转子4的高度方向上保持飞轮转子4的平衡，径向磁轴承9包括两组，且两组径向磁轴承9在飞轮转子4的高度方向上间隔布置，两组径向磁轴承9用于在飞轮转子4的周向上保持飞轮转子4的平衡。

本发明实施例的储能设备包括上述实施例的内部为真空环境的储能飞轮。

本发明实施例的储能设备，通过采用上述内部为真空环境的储能飞轮，储能设备散热好，性能佳。

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。

尽管已经示出和描述了上述实施例，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，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，包括：

第一壳体和飞轮转子，所述第一壳体内部为真空，且所述飞轮转子设于所述第一壳体内；

第二壳体和电机组件，所述第二壳体连接在所述第一壳体的外侧并与所述第一壳体围成第一容纳腔，所述电机组件包括电机转子和电机定子，所述电机转子设于所述第一壳体内并环设在所述飞轮转子的外周面上，所述电机定子设于所述第一容纳腔内并环绕在所述电机转子的外周，所述第二壳体具有多个与所述第一容纳腔连通的通风口。

2.根据权利要求1所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，所述通风口包括上通风口和下通风口，所述上通风和所述下通风口分别位于所述电机定子在所述飞轮转子的长度方向上的两侧。

3.根据权利要求2所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，所述电机定子的内周面与所述第一壳体的外周面在所述飞轮转子的径向上间隔形成第一气流流道。

4.根据权利要求3所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，所述第一壳体包括主体和外罩壳，所述飞轮转子的部分位于所述主体内，所述飞轮转子的另一部分伸入所述外罩壳内，所述电机转子设于所述外罩壳内，所述外罩壳为陶瓷材料或非导磁复合材料。

5.根据权利要求4所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，所述飞轮转子位于所述外罩壳内的部分具有沿其长度方向延伸的空腔，所述外罩壳的部分配合在所述空腔内。

6.根据权利要求5所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，所述第二壳体的部分配合在所述空腔内，且所述第二壳体位于所述空腔内的部分的内壁面与所述外罩壳位于所述空腔内的部分的外壁面间隔形成第二气流流道，所述第二气流流道与所述第一气流流道连通。

7.根据权利要求6所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，所述第二壳体位于所述空腔内的部分具有沿所述飞轮转子的长度方向延伸的风道，所述风道的两端均具有开口。

8.根据权利要求7所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，还包括风机，所述风机与所述第二壳体连接并设于所述风道背离所述空腔底壁的一端。

9.根据权利要求8所述的内部为真空环境的储能飞轮，其特征在于，还包括第三壳体，所述第三壳体连接在所述第二壳体的外侧并与所述第二壳体围成第二容腔腔，所述风道背离所述空腔底壁的一端与所述第二容纳腔连通，所述风机设于所述第二容纳腔内，且所述第三壳体的外周面上设有多个与所述第二容纳腔连通的通风格栅。

10.一种储能设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的内部为真空环境的储能飞轮。

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