CN120389552B - 飞轮储能设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞轮储能技术领域，具体涉及一种飞轮储能设备，该飞轮储能设备包括：壳体；第一电机组件，第一电机组件包括：第一定子和第一转子，当飞轮储能设备通电启动时，第一转子在轴向上磁悬浮于壳体内；第二电机组件，第二电机组件包括：第二定子和第二转子，当飞轮储能设备通电启动时，第二转子在轴向上磁悬浮于壳体内；控制器，控制器控制第一转子和第二转子同步运动。由此，通过设置第一电机组件和第二电机组件，并且使控制器控制第一转子和第二转子同步运动或各自独立运动，不仅可以实现对飞轮储能设备的冗余保护，而且可以避免循环充放电过程中产生的大扭矩，以及大扭矩、高功率导致的过温问题，提高长时间连续循环充放电的能力。

Description

飞轮储能设备

技术领域

本发明涉及飞轮储能技术领域，尤其是涉及一种飞轮储能设备。

背景技术

飞轮储能设备是一种利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。具有高效率、长寿命、高安全性、绿色环保等特点。

在相关技术中，飞轮储能设备的结构设计不够合理，启动、停止时扭矩过大，为实现短时高功率循环充放电的目的时，会对转子产生过大扭矩影响，同时会使电机定子、转子产生高温，影响飞轮储能设备的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种飞轮储能设备，该飞轮储能设备的工作性能更佳。

根据本发明实施例的飞轮储能设备，包括：壳体，所述壳体内形成有容纳空间；第一电机组件，所述第一电机组件设置于所述容纳空间且包括：第一定子和第一转子，所述第一定子与所述壳体固定连接，所述第一转子的至少部分设置于所述第一定子内部且与所述第一定子径向间隙配合，当所述飞轮储能设备通电启动时，所述第一转子在轴向上磁悬浮于所述壳体内；第二电机组件，所述第二电机组件设置于所述容纳空间且间隔设置于所述第一电机组件的下方，所述第二电机组件包括：第二定子和第二转子，所述第二定子与所述壳体固定连接，所述第二转子的至少部分设置于所述第二定子内部且与所述第二定子径向间隙配合，当所述飞轮储能设备通电启动时，所述第二转子在轴向上磁悬浮于所述壳体内；控制器，所述控制器控制所述第一转子和所述第二转子同步运动。

由此，通过设置第一电机组件和第二电机组件，并且使控制器控制第一转子和第二转子同步运动或各自独立运动，不仅可以实现对飞轮储能设备的冗余保护，而且可以避免循环充放电过程中产生的大扭矩，以及大扭矩、高功率导致的过温问题，提高长时间连续循环充放电的能力。

在本发明的一些示例中，所述第一转子朝向所述第二转子的一端设置有第一同步件，所述第二转子朝向所述第一转子的一端设置有第二同步件，所述第一同步件和所述第二同步件适于实现所述第一转子和所述第二转子同步运动。

在本发明的一些示例中，所述第一同步件包括多个永磁体，所述第二同步件包括多个永磁体，所述第一同步件和所述第二同步件之间形成有磁吸力，所述控制器控制所述第一转子和所述第二转子在上下方向上靠近，以控制所述第一转子和所述第二转子同步运动。

在本发明的一些示例中，所述第一转子包括：第一电机转子和第一转子飞轮，所述第一电机转子和所述第一转子飞轮同轴设置且相互连接，所述第一电机转子位于所述第一转子飞轮的上方，所述第一电机转子设置于所述第一定子内部且与所述第一定子径向间隙配合；所述第二转子包括：第二电机转子和第二转子飞轮，所述第二电机转子和所述第二转子飞轮同轴设置且相互连接，所述第二电机转子位于所述第二转子飞轮的下方，所述第二电机转子设置于所述第二定子内部且与所述第二定子径向间隙配合；所述第一转子飞轮朝向所述第二转子飞轮的一侧设置有所述第一同步件，所述第二转子飞轮朝向所述第一转子飞轮的一侧设置有所述第二同步件。

在本发明的一些示例中，所述壳体包括外罩，所述外罩在上下方向上延伸设置，在上下方向上，所述外罩朝向所述容纳空间的侧壁依次间隔设置有第一轴向磁悬浮轴承、中间磁悬浮组件和第二轴向磁悬浮轴承，所述第一轴向磁悬浮轴承、所述中间磁悬浮组件和所述第二轴向磁悬浮轴承分别与所述控制器电连接，所述中间磁悬浮组件包括第三轴向磁悬浮轴承和第四轴向磁悬浮轴承，所述第三轴向磁悬浮轴承位于所述第四轴向磁悬浮轴承的上方，在上下方向上，所述第一转子飞轮位于所述第一轴向磁悬浮轴承和所述第三轴向磁悬浮轴承之间，所述第二转子飞轮位于所述第二轴向磁悬浮轴承和所述第四轴向磁悬浮轴承之间。

在本发明的一些示例中，所述外罩包括：第一外罩和第二外罩，所述第二外罩连接于所述第一外罩的下方，所述第一轴向磁悬浮轴承设置于所述第一外罩朝向所述容纳空间的侧壁，所述中间磁悬浮组件设置于所述第一外罩朝向所述容纳空间的侧壁，所述第二轴向磁悬浮轴承设置于所述第二外罩朝向所述容纳空间的侧壁，所述第一电机组件和所述第二转子飞轮设置于所述第一外罩的内部，所述第二定子和所述第二电机转子设置于所述第二外罩的内部。

在本发明的一些示例中，所述壳体还包括第一端盖组件，所述第一端盖组件设置于所述外罩的上端，所述第一端盖组件包括：第一端盖本体和第一径向磁悬浮轴承，所述第一电机转子至少部分地位于所述第一端盖本体内部且与所述第一端盖本体在径向上间隙配合，所述第一径向磁悬浮轴承设置于所述第一端盖本体朝向所述第一电机转子的一侧；所述中间磁悬浮组件还包括：第三径向磁悬浮轴承，所述第一转子飞轮至少部分地设置于所述第三径向磁悬浮轴承内且与所述第三径向磁悬浮轴承径向间隔设置。

在本发明的一些示例中，所述第一端盖本体内设置有第一径向传感器，所述中间磁悬浮组件还包括：第三径向传感器，所述第一径向传感器和所述第三径向传感器分别与所述控制器电连接。

在本发明的一些示例中，所述壳体还包括第二端盖组件，所述第二端盖组件设置于所述外罩的下端，所述第二端盖组件包括：第二端盖本体和第二径向磁悬浮轴承，所述第二电机转子至少部分地位于所述第二端盖本体内部且与所述第二端盖本体在径向上间隙配合，所述第二径向磁悬浮轴承设置于所述第二端盖本体朝向所述第二电机转子的一侧；所述中间磁悬浮组件还包括：第四径向磁悬浮轴承，所述第二转子飞轮至少部分地设置于所述第四径向磁悬浮轴承内且与所述第四径向磁悬浮轴承径向间隔设置。

在本发明的一些示例中，所述第二端盖本体内设置有第二径向传感器，所述中间磁悬浮组件还包括：第四径向传感器，所述第二径向传感器和所述第四径向传感器分别与所述控制器电连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的飞轮储能设备的示意图；

图2是根据本发明实施例的飞轮储能设备沿A-A方向的剖视图；

图3是根据本发明实施例的飞轮储能设备的爆炸图；

图4是根据本发明实施例的飞轮储能设备的局部示意图。

附图标记：

100、飞轮储能设备；

10、壳体；

11、外罩；111、第一外罩；1111、第一轴向磁悬浮轴承；1112、中间磁悬浮组件；112、第二外罩；1121、第二轴向磁悬浮轴承；

12、第一端盖组件；121、第一端盖本体；122、第一径向磁悬浮轴承；

13、第二端盖组件；131、第二端盖本体；132、第二径向磁悬浮轴承；

20、第一电机组件；21、第一定子；22、第一转子；221、第一电机转子；222、第一转子飞轮；223、第一同步件；

30、第二电机组件；31、第二定子；32、第二转子；321、第二电机转子；322、第二转子飞轮；323、第二同步件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的飞轮储能设备100。

结合图1-图3所示，根据本发明的飞轮储能设备100可以主要包括：壳体10、第一电机组件20、第二电机组件30和控制器。

其中，壳体10内形成有容纳空间。第一电机组件20设置于容纳空间，第一电机组件20可以包括：第一定子21和第一转子22，第一定子21与壳体10固定连接，第一转子22的至少部分设置于第一定子21内部且与第一定子21径向间隙配合，第一转子22在轴向上选择性地磁悬浮于壳体10内。第二电机组件30设置于容纳空间且间隔设置于第一电机组件20的下方，第二电机组件30可以包括：第二定子31和第二转子32，第二定子31与壳体10固定连接，第二转子32的至少部分设置于第二定子31内部且与第二定子31径向间隙配合，第二转子32在轴向上选择性地磁悬浮于壳体10内。控制器控制第一转子22和第二转子32选择性地同步运动。可以理解的是，轴向方向与上下方向同向，径向方向是与轴向方向相垂直的方向。

具体地，通过在壳体10内形成有容纳空间，容纳空间内为真空环境，将第一电机组件20和第二电机组件30均设置于容纳空间中，这样可以降低减小高转速下第一转子22和第二转子32的风阻。以及，通过使第一转子22在轴向上选择性地磁悬浮于壳体10内，第二转子32在轴向上选择性地磁悬浮于壳体10内，具体而言，当飞轮储能设备100未启动时，第一转子22在轴向上处于非磁悬浮状态，第二转子32在轴向上处于非磁悬浮状态，当飞轮储能设备100通电启动时，第一转子22在轴向上磁悬浮于壳体10内，第二转子32在轴向上磁悬浮于壳体10内，这样可以降低飞轮储能设备100的摩擦损耗，提高飞轮储能设备100的效率。

进一步地，第一定子21与壳体10固定连接，第一转子22的至少部分设置于第一定子21内部且与第一定子21径向间隙配合，这样在第一电机组件20充电时，使第一定子21驱动第一转子22转动，将电能转换为动能。在第一电机组件20放电时，使第一转子22转动，使第一定子21发电，将动能释放为电能。

以及，第二定子31与壳体10固定连接，第二转子32的至少部分设置于第二定子31内部且与第二定子31径向间隙配合，这样在第二电机组件30充电时，使第二定子31驱动第二转子32转动，将电能转换为动能。在第二电机组件30放电时，使第二转子32转动，使第二定子31发电，将动能释放为电能。

进一步地，通过使控制器控制第一电机组件20的第一转子22和第二电机组件30的第二转子32选择性地同步运动，即：控制器可以控制第一转子22和第二转子32同步运动，也可以控制第一转子22和第二转子32各自独立运动，这样可以使第一电机组件20选择性地放电或充电，使第二电机组件30选择性地放电或充电，并且第一电机组件20和第二电机组件30的工作可以选择性地同步，或各自独立，从而可以适配飞轮储能设备100不同工作状态，提升飞轮储能设备100的工作性能。

当飞轮储能设备100处于短时高功率循环充放电的工作状态时，可以通过对第一电机组件20和第二电机组件30的差动控制，通过实时控制算法控制第一电机组件20和第二电机组件30的充、放电以平衡能量流，减少响应时间与循环时间，提高使用寿命。

具体而言，在飞轮储能设备100未启动时，第一转子22和第二转子32未同步。

在飞轮储能设备100启动后，控制器控制第一转子22和第二转子32悬浮，以及控制第一转子22和第二转子32同步，第一电机组件20和第二电机组件30开始工作，开始飞轮储能设备100整体充电，直至整体充电结束。

充电结束后，依据需求开始执行连续循环充、放电行为。

首先，控制器解除第一转子22和第二转子32的同步，此时可以将第一电机组件20和第二电机组件30视为两个独立系统。第一电机组件20开始放电，第二电机组件30依然维持满速且匀速旋转。当第一电机组件20到放电结束末期时，第二电机组件30接收放电信号，替代第一电机组件20开始放电，而第一转子22进入低速待速区，降温散热等待开始加速。

待第二电机组件30放电结束后，控制器控制第一转子22和第二转子32同步运动，将第二转子32放电的剩余转速转换为第一转子22充电的初期加速度，带动第一转子22开始旋转。第一转子22开始充电后，控制器解除第一转子22和第二转子32的同步运动，第二转子32进入低速待速区，降温散热等待开始加速。当第一电机组件20充电结束后，第二电机组件30开始充电。

待第二电机组件30充电结束后，然后，控制器再次控制第一转子22和第二转子32同步运动，将第一转子22转速转化为第二转子32升至满速的扭力需求，带动第二转子32维持满速，同时第一转子22开始降速放电。重复之前的工作流程。

如此，可以在循环充放电时，充电、放电的切换过程由第二电机组件30和第一电机组件20同时完成，一个由放电转为均速，另一个由均速转为充电，二者之间的动作切换过程视为放电、充电的切换，从而可以避免循环充放电过程中产生的大扭矩，以及大扭矩、高功率导致的过温问题，提高长时间连续循环充放电的能力，延长飞轮储能设备100的使用寿命。

以及，当第一电机组件20和第二电机组件30中的一个发生故障时，可以解除第一转子22和第二转子32之间的同步运动，使第一电机组件20和第二电机组件30各自独立工作，从而可以使第一电机组件20和第二电机组件30中的未发生故障的另一个工作，不仅可以为飞轮储能设备100提供冗余保护，保障系统安全，而且可以保证容量。

需要说明的是，第一电机组件20和第二电机组件30共用壳体10，这样不仅可以提供飞轮储能设备100的结构紧凑性，减小体积，而且可以降低摩擦损耗，提高飞轮储能设备100的工作效率，还可以共用壳体10进行散热，减少非必要散热面积的浪费。

由此，通过设置第一电机组件20和第二电机组件30，并且使控制器控制第一电机组件20的第一转子22和第二电机组件30的第二转子32同步运动或各自独立运动，不仅可以实现对飞轮储能设备100的冗余保护，而且可以避免循环充放电过程中产生的大扭矩，以及过温问题，提高长时间连续循环充放电的能力，提升飞轮储能设备100的工作性能。

进一步地，第一转子22朝向第二转子32的一端设置有第一同步件223，第二转子32朝向第一转子22的一端设置有第二同步件323，第一同步件223和第二同步件323适于实现第一转子22和第二转子32同步运动。

具体地，通过在第一转子22朝向第二转子32的一端设置第一同步件223，第二转子32朝向第一转子22的一端设置第二同步件323，这样第一同步件223和第二同步件323之间可以形成同步系统，只需要控制同步系统，就可以实现第一转子22和第二转子32同步运动，以及实现第一转子22和第二转子32的各自独立运动，可以使飞轮储能设备100的结构更加简单可靠。

在本发明的一些实施例中，第一同步件223可以包括多个永磁体，第二同步件323可以包括多个永磁体，第一同步件223和第二同步件323之间形成有磁吸力，控制器可以控制第一转子22和第二转子32在上下方向上靠近，以控制第一转子22和第二转子32同步运动，控制器也可以控制第一转子22和第二转子32在上下方向上远离，以控制第一转子22和第二转子32各自独立运动。

可以理解的是，通过使第一同步件223包括多个永磁体，使第二同步件323包括多个永磁体，这样第一同步件223和第二同步件323之间的磁吸力的大小可以与第一同步件223与第二同步件323之间的距离呈负相关。只需要控制第一同步件223和第二同步件323之间的距离，就可以控制第一同步件223和第二同步件323之间的磁力大小，实现对第一转子22和第二转子32之间的同步性调节，从而可以使飞轮储能设备100的结构更加简单，可以使第一转子22和第二转子32之间的选择性同步的实现更加简单且可靠。

结合图2和图3所示，第一转子22可以包括：第一电机转子221和第一转子飞轮222，第一电机转子221和第一转子飞轮222同轴设置且相互连接，第一电机转子221设置于第一定子21内部且与第一定子21径向间隙配合，这样动力可以在第一电机转子221和第一转子飞轮222之间传递。在第一电机组件20充电时，使第一定子21驱动第一电机转子221转动，并进一步地带动第一转子飞轮222转动，将电能转换为第一转子飞轮222的动能。在第一电机组件20放电时，使第一转子飞轮222带动第一电机转子221，使第一定子21发电，将动能释放为电能。

以及，第二转子32可以包括：第二电机转子321和第二转子飞轮322，第二电机转子321和第二转子飞轮322同轴设置且相互连接，第二电机转子321设置于第二定子31内部且与第二定子31径向间隙配合，这样动力可以在第二电机转子321和第二转子飞轮322之间传递。在第二电机组件30充电时，使第二定子31驱动第二电机转子321转动，并进一步地带动第二转子飞轮322转动，将电能转换为第二转子飞轮322的动能。在第二电机组件30放电时，使第二转子飞轮322带动第二电机转子321，使第二定子31发电，将动能释放为电能。

进一步地，第一电机转子221位于第一转子飞轮222的上方，第二电机转子321位于第二转子飞轮322的下方，即：第一转子飞轮222和第二转子飞轮322在上下方向上相对设置，且邻近设置。通过在第一转子飞轮222朝向第二转子飞轮322的一侧设置有第一同步件223，以及在第二转子飞轮322朝向第一转子飞轮222的一侧设置有第二同步件323，这样可以使第一同步件223和第二同步件323在上下方向上相对设置，且邻近设置，从而可以优化第一电机组件20和第二电机组件30的结构和设置位置，便于通过第一同步件223和第二同步件323实现第一转子22和第二转子32的选择性同步运动，可以使飞轮储能设备100的结构更加简单。

结合图1-图3所示，壳体10可以包括外罩11、第一端盖组件12和第二端盖组件13，外罩11在上下方向上延伸设置，第一端盖组件12设置于外罩11的上端，第二端盖组件13设置于外罩11的下端，从而可以共同限定出容纳空间，保证容纳空间的真空环境，减小高转速下第一转子22和第二转子32的风阻。

结合图2和图4所示，在上下方向上，外罩11朝向容纳空间的侧壁依次间隔设置有第一轴向磁悬浮轴承1111、中间磁悬浮组件1112和第二轴向磁悬浮轴承1121，中间磁悬浮组件1112包括第三轴向磁悬浮轴承和第四轴向磁悬浮轴承，第三轴向磁悬浮轴承位于第四轴向磁悬浮轴承的上方，在上下方向上，第一转子飞轮222位于第一轴向磁悬浮轴承1111和第三轴向磁悬浮轴承之间，第二转子飞轮322位于第二轴向磁悬浮轴承1121和第四轴向磁悬浮轴承之间。

如此设置，第一轴向磁悬浮轴承1111和第三轴向磁悬浮轴承可以形成一个磁悬浮轴承组，且分别位于第一转子飞轮222的上端和下端。其中，第一轴向磁悬浮轴承1111可以对第一转子飞轮222的上端施加轴向磁力，第三轴向磁悬浮轴承可以对第一转子飞轮222的下端施加轴向磁力，从而可以使第一转子飞轮222乃至第一转子22的受力分布更加均匀，可以保证第一转子22在轴向上的悬浮稳定性。

以及，第二轴向磁悬浮轴承1121和第四轴向磁悬浮轴承可以形成一个磁悬浮轴承组，且分别位于第二转子飞轮322的下端和上端。其中，第二轴向磁悬浮轴承1121可以对第二转子飞轮322的下端施加轴向磁力，第四轴向磁悬浮轴承可以对第二转子飞轮322的上端施加轴向磁力，从而可以使第二转子飞轮322乃至第二转子32的受力分布更加均匀，可以保证第二转子32在轴向上的悬浮稳定性。

进一步地，外罩11可以包括：第一外罩111和第二外罩112，第二外罩112连接于第一外罩111的下方，第一轴向磁悬浮轴承1111设置于第一外罩111朝向容纳空间的侧壁，中间磁悬浮组件1112设置于第一外罩111朝向容纳空间的侧壁，第二轴向磁悬浮轴承1121设置于第二外罩112朝向容纳空间的侧壁，第一电机组件20和第二转子飞轮322设置于第一外罩111的内部，第二定子31和第二电机转子321设置于第二外罩112的内部，这样便于飞轮储能设备100的装配。

结合图2和图4所示，第一端盖组件12可以包括：第一端盖本体121和第一径向磁悬浮轴承122，第一电机转子221至少部分地位于第一端盖本体121内部且与第一端盖本体121在径向上间隙配合，第一径向磁悬浮轴承122设置于第一端盖本体121朝向第一电机转子221的一侧。并且，中间磁悬浮组件1112还可以包括：第三径向磁悬浮轴承，第一转子飞轮222至少部分地设置于第三径向磁悬浮轴承内且与第三径向磁悬浮轴承径向间隔设置。

如此设置，第一径向磁悬浮轴承122和第三径向磁悬浮轴承可以形成一个磁悬浮轴承组，且分别位于第一转子22的上端和下端。其中，第一径向磁悬浮轴承122可以对第一电机转子221施加径向磁力，第三径向磁悬浮轴承可以对第一转子飞轮222施加径向磁力，从而可以使第一转子22的受力分布更加均匀，可以保证第一转子22与壳体10的同轴设置，避免第一转子22在容纳空间内发生倾斜，避免第一转子22与第一端盖本体121或壳体10接触，降低摩擦损耗，进而可以保证第一转子22在径向上的悬浮稳定性。

进一步地，第一端盖本体121内设置有第一径向传感器，中间磁悬浮组件1112还包括：第三径向传感器，第一径向传感器和第三径向传感器分别与控制器电连接。

具体地，第一径向传感器可以检测其与第一电机转子221在径向上的距离，第三径向传感器可以检测其与第一转子飞轮222在径向上的距离。通过第一径向传感器和第三径向传感器的设置，并且将第一径向传感器和第三径向传感器分别与控制器电连接，这样飞轮储能设备100工作时，控制器可以获取第一径向传感器和第三径向传感器的检测数据，并对应控制第一径向磁悬浮轴承122和第三径向磁悬浮轴承的磁力，从而实时反馈控制调整电磁力，可以使控制器对第一径向磁悬浮轴承122和第三径向磁悬浮轴承的控制更加智能可靠，进而可以保证对第一转子22的径向悬浮控制的稳定性和可靠性。

结合图2和图4所示，壳体10还可以包括第二端盖组件13，第二端盖组件13设置于外罩11的下端，第二端盖组件13可以包括：第二端盖本体131和第二径向磁悬浮轴承132，第二电机转子321至少部分地位于第二端盖本体131内部且与第二端盖本体131在径向上间隙配合，第二径向磁悬浮轴承132设置于第二端盖本体131朝向第二电机转子321的一侧。并且，中间磁悬浮组件1112还可以包括：第四径向磁悬浮轴承，第二转子飞轮322至少部分地设置于第四径向磁悬浮轴承内且与第四径向磁悬浮轴承径向间隔设置。

如此设置，第二径向磁悬浮轴承132和第四径向磁悬浮轴承可以形成一个磁悬浮轴承组，且分别位于第二转子32的下端和上端。其中，第二径向磁悬浮轴承132可以对第二电机转子321施加径向磁力，第四径向磁悬浮轴承可以对第二转子飞轮322施加径向磁力，从而可以使第二转子32的受力分布更加均匀，可以保证第二转子32与壳体10的同轴设置，避免第二转子32与第二端盖本体131或壳体10接触，降低摩擦损耗，进而可以保证第二转子32在径向上的悬浮稳定性。

进一步地，第二端盖本体131内设置有第二径向传感器，中间磁悬浮组件1112还可以包括：第四径向传感器，第二径向传感器和第四径向传感器分别与控制器电连接。

具体地，第二径向传感器可以检测其与第二电机转子321在径向上的距离，第四径向传感器可以检测其与第二转子飞轮322在径向上的距离。通过第二径向传感器和第四径向传感器的设置，并且将第二径向传感器和第四径向传感器分别与控制器电连接，这样飞轮储能设备100工作时，控制器可以获取第二径向传感器和第四径向传感器的检测数据，并对应控制第二径向磁悬浮轴承132和第四径向磁悬浮轴承的磁力，从而实时反馈控制调整电磁力，可以使控制器对第二径向磁悬浮轴承132和第四径向磁悬浮轴承的控制更加智能可靠，进而可以保证对第二转子32的径向悬浮控制的稳定性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，第一端盖本体121内还设置有第一保护轴承，第二端盖本体131内还设置有第二保护轴承。

如此设置，一方面，在飞轮储能设备100正常工作时，第一保护轴承与第一转子22无接触，第二保护轴承与第二转子32无接触，避免第一转子22和第二转子32的摩擦损坏的增加。另一方面，当各磁悬浮轴承因电力中断、控制组件故障或意外冲击而失效时，第一保护轴承可以作为机械备份及时支撑第一转子22，第二保护轴承可以作为机械备份及时支撑第二转子32，限制第一转子22和第二转子32的运动范围，防止第一转子22和第二转子32因失控高速旋转而发生碰撞、磨损甚至爆炸，提升飞轮储能设备100的安全性。

以上，可以形成更加完整的飞轮储能设备100。当飞轮储能设备100工作时，其具体工作原理可以如下：

在飞轮储能设备100未启动时，第二转子32落在第二端盖本体131上，第一转子22依靠第三轴向磁悬浮轴承与第一轴向磁悬浮轴承1111控制悬浮，此时同步系统未工作。

在飞轮储能设备100启动后，依靠第二轴向磁悬浮轴承1121与第四轴向磁悬浮轴承控制第二转子32悬浮，同步系统实现磁场耦合，第一电机组件20和第二电机组件30开始工作，带动第一转子飞轮222和第二转子飞轮322开始同步运行，开始飞轮储能设备100整体充电，直至整体充电结束。

充电结束后，依据需求开始执行连续循环充、放电行为。

首先，第一轴向磁悬浮轴承1111控制第一转子22向上运动，降低磁场耦合，此时可以将第一电机组件20和第二电机组件30视为两个独立的系统。第一电机组件20开始放电，此时第二电机组件30依然维持满速旋转。第一电机组件20到放电结束末期时，第二电机组件30接收放电信号，替代第一电机组件20开始放电，而第一转子22进入低速待速区，降温散热等待开始加速。

待第二电机组件30放电结束后，第一轴向磁悬浮轴承1111控制第一转子22向下移动，提高磁场耦合，此时第一转子22和第二转子32转速几乎一致，利用磁场耦合特性将第二转子32放电的剩余转速转换为第一转子22充电的初期加速度，带动第一转子22开始旋转。第一转子22开始充电后，第二轴向磁悬浮轴承1121控制第二转子32向下移动，降低磁场耦合，此时第二转子32进入低速待速区，降温散热等待开始加速，待第一电机组件20充电结束后，第二电机组件30开始充电。

待第二电机组件30充电结束后，第二轴向磁悬浮轴承1121控制第二转子32向上移动，提高磁场耦合，此时第一转子22和第二转子32转速几乎一致，利用磁场耦合特性将第一转子22转速转化为第二转子32升至满速的扭力需求，带动第二转子32维持满速，同时第一转子22开始降速放电。重复之前的工作流程。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种飞轮储能设备，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内形成有容纳空间；

第一电机组件，所述第一电机组件设置于所述容纳空间且包括：第一定子和第一转子，所述第一定子与所述壳体固定连接，所述第一转子的至少部分设置于所述第一定子内部且与所述第一定子径向间隙配合，当所述飞轮储能设备通电启动时，所述第一转子在轴向上磁悬浮于所述壳体内，所述第一转子朝向第二转子的一端设置有第一同步件，所述第一同步件包括多个永磁体；

第二电机组件，所述第二电机组件设置于所述容纳空间且间隔设置于所述第一电机组件的下方，所述第二电机组件包括：第二定子和第二转子，所述第二定子与所述壳体固定连接，所述第二转子的至少部分设置于所述第二定子内部且与所述第二定子径向间隙配合，当所述飞轮储能设备通电启动时，所述第二转子在轴向上磁悬浮于所述壳体内，所述第二转子朝向所述第一转子的一端设置有第二同步件，所述第二同步件包括多个永磁体，所述第一同步件和所述第二同步件之间形成有磁吸力；

控制器，所述控制器控制所述第一转子和所述第二转子在上下方向上靠近，以控制所述第一转子和所述第二转子同步运动。

2.根据权利要求1所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述第一转子包括：第一电机转子和第一转子飞轮，所述第一电机转子和所述第一转子飞轮同轴设置且相互连接，所述第一电机转子位于所述第一转子飞轮的上方，所述第一电机转子设置于所述第一定子内部且与所述第一定子径向间隙配合；

所述第二转子包括：第二电机转子和第二转子飞轮，所述第二电机转子和所述第二转子飞轮同轴设置且相互连接，所述第二电机转子位于所述第二转子飞轮的下方，所述第二电机转子设置于所述第二定子内部且与所述第二定子径向间隙配合；

所述第一转子飞轮朝向所述第二转子飞轮的一侧设置有所述第一同步件，所述第二转子飞轮朝向所述第一转子飞轮的一侧设置有所述第二同步件。

3.根据权利要求2所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述壳体包括外罩，所述外罩在上下方向上延伸设置，在上下方向上，所述外罩朝向所述容纳空间的侧壁依次间隔设置有第一轴向磁悬浮轴承、中间磁悬浮组件和第二轴向磁悬浮轴承，所述第一轴向磁悬浮轴承、所述中间磁悬浮组件和所述第二轴向磁悬浮轴承分别与所述控制器电连接，所述中间磁悬浮组件包括第三轴向磁悬浮轴承和第四轴向磁悬浮轴承，所述第三轴向磁悬浮轴承位于所述第四轴向磁悬浮轴承的上方，在上下方向上，所述第一转子飞轮位于所述第一轴向磁悬浮轴承和所述第三轴向磁悬浮轴承之间，所述第二转子飞轮位于所述第二轴向磁悬浮轴承和所述第四轴向磁悬浮轴承之间。

4.根据权利要求3所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述外罩包括：第一外罩和第二外罩，所述第二外罩连接于所述第一外罩的下方，所述第一轴向磁悬浮轴承设置于所述第一外罩朝向所述容纳空间的侧壁，所述中间磁悬浮组件设置于所述第一外罩朝向所述容纳空间的侧壁，所述第二轴向磁悬浮轴承设置于所述第二外罩朝向所述容纳空间的侧壁，所述第一电机组件和所述第二转子飞轮设置于所述第一外罩的内部，所述第二定子和所述第二电机转子设置于所述第二外罩的内部。

5.根据权利要求3所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述壳体还包括第一端盖组件，所述第一端盖组件设置于所述外罩的上端，所述第一端盖组件包括：第一端盖本体和第一径向磁悬浮轴承，所述第一电机转子至少部分地位于所述第一端盖本体内部且与所述第一端盖本体在径向上间隙配合，所述第一径向磁悬浮轴承设置于所述第一端盖本体朝向所述第一电机转子的一侧；

所述中间磁悬浮组件还包括：第三径向磁悬浮轴承，所述第一转子飞轮至少部分地设置于所述第三径向磁悬浮轴承内且与所述第三径向磁悬浮轴承径向间隔设置。

6.根据权利要求5所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述第一端盖本体内设置有第一径向传感器，所述中间磁悬浮组件还包括：第三径向传感器，所述第一径向传感器和所述第三径向传感器分别与所述控制器电连接。

7.根据权利要求3所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述壳体还包括第二端盖组件，所述第二端盖组件设置于所述外罩的下端，所述第二端盖组件包括：第二端盖本体和第二径向磁悬浮轴承，所述第二电机转子至少部分地位于所述第二端盖本体内部且与所述第二端盖本体在径向上间隙配合，所述第二径向磁悬浮轴承设置于所述第二端盖本体朝向所述第二电机转子的一侧；

所述中间磁悬浮组件还包括：第四径向磁悬浮轴承，所述第二转子飞轮至少部分地设置于所述第四径向磁悬浮轴承内且与所述第四径向磁悬浮轴承径向间隔设置。

8.根据权利要求7所述的飞轮储能设备，其特征在于，所述第二端盖本体内设置有第二径向传感器，所述中间磁悬浮组件还包括：第四径向传感器，所述第二径向传感器和所述第四径向传感器分别与所述控制器电连接。