CN1177398C - 磁悬浮飞轮储能系统的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明能延长磁悬浮飞轮储能系统的储能期。它采用抗磁性或顺磁性材料，制造磁悬浮飞轮储能系统设在飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内、除了电枢和永磁部件以外的部件，而且，在该系统设置用于实时调节电枢所处位置的装置，以便让电枢可以受控移动、根据需要进入或撤离其工作的励磁磁场。

Description

磁悬浮飞轮储能系统的制造方法
(一)技术领域
本发明涉及磁悬浮飞轮储能系统的制造方法。所述磁悬浮飞轮储能系统是一种以贮存机械能代替贮存电能的能源储存装置。
(二)背景技术
磁悬浮飞轮储能系统包括：真空密封壳体、飞轮、磁轴承和能量转换装置；上述飞轮上设有用于令飞轮磁悬浮和能量转换的永磁部件，上述能量转换装置由飞轮上用于能量转换的永磁部件磁极、面对上述磁极的电枢和电枢控制电路构成。上述系统借助能量转换装置将电能转换为飞轮机械能或将飞轮机械能转换为电能，并借助真空密封壳体提供高真空工作环境和磁轴承提供磁悬浮运动支承、减少飞轮运转时的机械能耗，将能量储存起来其运作过程分为：将电能转换为飞轮机械能的充电期、将飞轮机械能转换为电能向外部输出的放电期和介于上述两者之间的储能期。例如美国专利说明书US-5214981和US-5124605所述就是上述系统。
在现有技术中，磁悬浮飞轮储能系统的制造方法有以下两个特征：其一是，在飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内(本文所述飞轮上永磁部件旋转磁极，是指飞轮上永磁部件位于飞轮表面的磁极；由于这些磁极伴随飞轮旋转，对于受其外部磁场影响的飞轮外部件而言，它们处于旋转状态，故称之为旋转磁极。本文所述旋转磁极磁感线主要作用场域，是指上述旋转磁极磁感线对飞轮外部件的主要作用范围；对于磁悬浮飞轮储能系统飞轮上永磁部件旋转磁极而言，该主要作用范围通常在离上述旋转磁极表面约两公分的磁场内)，除了电枢和永磁部件(例如：磁轴承设在飞轮外的永磁部件)以外的部件，有些还采用强磁性材料制造(例如：真空密封壳体采用钢铁制造)。其二是，系统内没有设置用于实时调节能量转换装置电枢所处位置的装置，上述电枢在飞轮上用于能量转换的永磁部件所提供的磁场中，所处位置固定不变。
由于在飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内，除了电枢和永磁部件以外的部件，有些还采用强磁性材料制造；上述强磁性材料制造部件与飞轮上永磁部件旋转磁极发生磁吸现象、拖慢飞轮旋转速度，造成飞轮机械能耗。
又由于电枢在设在飞轮上用于能量转换的永磁部件所提供的磁场中，所处位置固定不变；在储能期仍会按放电期的速率，通过机械能与热能互换的形式耗散飞轮储有能量。因此，采用上述现有方法制造的磁悬浮飞轮储能系统存在储能期较短的缺点。
(三)发明内容
本发明的目的，是提供一种能延长磁悬浮飞轮储能系统储能期的磁悬浮飞轮储能系统的制造方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种磁悬浮飞轮储能系统的制造方法，该系统包括真空密封壳体、飞轮、磁轴承和能量转换装置；上述飞轮上设有用于令飞轮磁悬浮和能量转换的永磁部件，上述能量转换装置由飞轮上用于能量转换的永磁部件磁极、面对上述磁极的电枢和电枢控制电路构成；其制造方法的特征在于：采用抗磁性或顺磁性材料，制造该系统设在飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内、除了电枢和永磁部件以外的部件；而且，在该系统设置用于实时调节电枢所处位置的装置，以便让电枢可以受控移动、根据需要进入或撤离其工作的励磁磁场。
对照现有技术，采用抗磁性或顺磁性材料，制造磁悬浮飞轮储能系统设在飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内、除了电枢和永磁部件以外的部件；由于抗磁性材料在外磁场中不能感应出磁矩，顺磁性材料磁性很弱(其磁化率在拾的负三至负六次方数量级)、在外磁场中也几乎不能感应出磁矩；从而，避免了上述部件在储能期与上述旋转磁极发生磁吸现象、造成飞轮机械能耗散。又由于在该系统设置用于实时调节电枢所处位置的装置，以便让电枢可以受控移动、根据需要进入或撤离其工作的励磁磁场；意味电枢在储能期可以实时移动、撤离其工作的励磁磁场，不再耗散飞轮储有的机械能。既然减少了飞轮储有机械能在储能期的上述两项能耗，因此，本发明能实现延长磁悬浮飞轮储能系统储能期的目的。
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
(四)附图说明
附图1是依据本发明制造的一种磁悬浮飞轮储能系统结构图；
附图2是附图1所示系统壳体的结构图；
附图3是附图1所示系统飞轮的结构图；
附图4是附图1所示系统磁悬浮托架的结构图；
附图5是附图1所示系统电枢总成的结构图；
附图6是附图1所示系统电枢位移调节装置的结构图；
附图7是依据本发明制造的又一种磁悬浮飞轮储能系统之储能子系统的结构图(其中：A图为俯视图，B图为主视剖面图)；
附图8是与附图7所示储能子系统配套之充放电子系统的结构图(其中：A图为俯视图，B图为主视剖面图)。
(五)具体实施方式
在本发明的一个实施例中，磁悬浮飞轮储能系统的结构如附图1至附图6所示。该系统包括真空密封壳体、飞轮、磁轴承和能量转换装置，上述飞轮上设有用于令飞轮磁悬浮和能量转换的永磁部件，上述能量转换装置由飞轮上用于能量转换的永磁部件磁极、面对上述磁极的电枢和电枢控制电路构成。
在上述附图中：(1)是真空密封壳体，其中，1-1是壳体的壳身和壳底，1-2是壳体的面盖。(2)是飞轮，其中，2-3a和2-3b是磁轴承设在飞轮上的永磁部件(永磁磁环)，2-4是能量转换装置设在飞轮上用于给电枢提供励磁磁场的永磁部件。(3)是磁悬浮托架，其中，3-1是磁轴承设在飞轮外的永磁部件(永磁磁环)，3-2是3-1的架座。(4)是电枢总成，其中，4-1是能量转换装置的电枢，4-3是4-1的底座。(5)是电枢位移调节装置，其中，5-1是伺服电机，该伺服电机用于提供驱动力矩，它在控制器总成(7)的控制下工作，5-2是用于传递5-1驱动力矩的齿轮，5-3是用于承托电枢总成的支承环，5-4是滚珠，5-5是用于限制电枢总成只能轴向移动的限位杆，5-6是用于承托5-3的承托元件。(7)是控制器总成，它包含能量转换装置的电枢控制电路和伺服电机控制电路。(9)是用于向伺服电机提供电能的辅助电源。上述电枢位移调节装置、控制器总成中的伺服电机控制电路和辅助电源，构成一套用于实时调节电枢所处位置、让电枢受控移动、根据需要进入或撤离其工作的励磁磁场(例如：让电枢在该系统充电期和放电期进入或在储能期撤离其工作的励磁磁场)的装置，以避免电枢在该系统的储能期耗散飞轮储有的机械能。由于飞轮旋转时，飞轮上永磁部件2-3a、2-3b和2-4位于飞轮表面上的磁极伴随飞轮旋转、会对飞轮外部件产生影响，故上述磁极相对于飞轮外部件而言，被定义为旋转磁极；该系统位于上述旋转磁极磁感线主要作用场域内、除了电枢和永磁部件以外的部件是：壳体的壳身和壳底1-1，面盖1-2，架座3-2，底座4-3与及电枢位移调节装置中除了5-1之外的部件；为了避免上述部件在该系统储能期与飞轮旋转磁极发生磁吸现象、耗散飞轮储有的机械能，上述部件中除了架座3-2采用属于抗磁性材料的塑料制造以外，其余均采用属于顺磁性材料的镁合金制造。
在本发明又一实施例中，磁悬浮飞轮储能系统是一种由储能子系统和充放电子系统构成的分体式系统。其储能子系统包括真空密封壳体、飞轮和磁轴承，上述飞轮上设有用于令飞轮磁悬浮和能量转换的永磁部件；其充放电子系统包括能量转换装置的电枢和电枢控制电路。这两种子系统可以相互对接或分离。
上述储能子系统结构见附图7；在附图7中：(1)是真空密封壳体，其中，1-2是壳体的面盖。(2)是飞轮，其中，2-3a和2-3b是磁轴承设在飞轮上的永磁部件(永磁磁环)，2-4是能量转换装置设在飞轮上、用于给充放电子系统电枢提供励磁磁场的永磁部件。(3)是磁悬浮托架，其中，3-1是磁轴承设在飞轮外的永磁部件(永磁磁环)，3-2是3-1的架座。在该子系统中，设在飞轮上永磁部件旋转磁极〔即2-3a、2-3b和2-4位于飞轮表面的磁极〕磁感线主要作用场域内、除了永磁部件以外的部件是，面盖1-2和架座3-2；为了避免上述部件与飞轮旋转磁极发生磁吸现象、耗散飞轮储有的机械能，面盖1-2采用了属于顺磁性材料的镁合金制造，架座3-2采用了属于抗磁性材料的塑料制造。
上述充放电子系统的结构见附图8；在附图8中：(4)是电枢总成，其中，4-1是能量转换装置的电枢，4-3是4-1的底座。(5)是电枢位移调节装置，其中，5-1是伺服电机，5-2是齿轮，5-3是用于承托电枢总成的支承元件，5-5是用于限制电枢总成只能轴向移动的限位杆。(7)是控制器总成，它包含能量转换装置的电枢控制电路和伺服电机的控制电路。(9)是用于向伺服电机提供电能的辅助电源。(11)是用于该子系统与储能子系统对接的基座。上述电枢位移调节装置、控制器总成中的伺服电机控制电路和辅助电源，构成一套用于实时调节电枢所处位置的装置。当该子系统与储能子系统对接后，位于储能子系统飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内，除了电枢以外的部件是底座(4-3)、支承元件(5-3)和限位杆(5-5)；为了避免上述部件与飞轮旋转磁极发生磁吸现象耗散飞轮机械能，它们均采用了属于顺磁性材料的镁合金制造。该系统实时调节电枢所处位置，以便让电枢可以受控移动、根据需要进入或撤离其工作的励磁磁场，可以借助将充放电子系统与储能子系统对接、分离；或在上述两种子系统对接后，借助充放电子系统中用于实时调节电枢所处位置的装置实施。显然，无论采取上述任一种实施方式，都符合本发明的实质。
通过上述两个实施例，本专业的普通技术人员应能了解本发明的实质，和认识到本发明的具体实施细节可以在权利要求保护范围内做出各种变化。

Claims (1)

1、一种磁悬浮飞轮储能系统的制造方法，该系统包括真空密封壳体、飞轮、磁轴承和能量转换装置，上述飞轮上设有用于令飞轮磁悬浮和能量转换的永磁部件，上述能量转换装置由飞轮上用于能量转换的永磁部件磁极、面对上述磁极的电枢和电枢控制电路构成；其制造方法的特征在于：
采用抗磁性或顺磁性材料，制造该系统设在飞轮上永磁部件旋转磁极磁感线主要作用场域内、除了电枢和永磁部件以外的部件；而且，在该系统设置用于实时调节电枢所处位置的装置，以便让电枢可以受控移动、根据需要进入或撤离其工作的励磁磁场。
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