CN215772808U - 分离式磁悬浮飞轮储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分离式磁悬浮飞轮储能装置，包括外壳、飞轮转轴、第一磁悬浮轴承、第二磁悬浮轴承、电动机、发电机和飞轮转子；外壳内部设有腔室；飞轮转轴设于腔室内，且飞轮转轴的上下两端分别与外壳内壁的上下两端转动连接，第一磁悬浮轴承设置于飞轮转轴的上端外壁与外壳的内壁之间；第二磁悬浮轴承设置于飞轮转轴的下端外壁与外壳的内壁之间；电动机的转子套设于飞轮转轴的外部，且电动机的定子设置于外壳的内壁；发电机的转子套设于飞轮转轴的外部，且发电机的定子设置于外壳的内壁；飞轮转子套设于飞轮转轴外部。根据本实用新型的分离式磁悬浮飞轮储能装置，将电动机和发电机独立、分离设置，能够实现在发电的同时吸收制动能量。

Description

分离式磁悬浮飞轮储能装置

技术领域

本实用新型涉及飞轮电池技术领域，尤其是涉及一种分离式磁悬浮飞轮储能装置。

背景技术

磁悬浮飞轮储能装置作为一种实现电能和动能相互转换和能量存储的设备，具有安全可靠性高、循环使用寿命长、可快速充放电等优点，是地铁、轻轨等城市轨道交通再生制动能量回收利用的最佳解决方案。磁悬浮飞轮储能是一种纯物理的储能方式，符合我国构建“低碳、节能、环保、绿色轨道交通”的发展需要。

现有的磁悬浮飞轮储能装置的飞轮电机为电动机/发电机一体结构，有两种工作模式。在充电模式下，飞轮电机工作在电动机状态，驱动飞轮高速旋转，外部输入的电能转换为飞轮的动能存储；在放电模式下，电机工作在发电机状态，利用飞轮高速旋转的惯性带动转子旋转，通过发电机将飞轮存储的动能转换成电能输出。然而，一体式结构限制了飞轮电机仅能选择一种工作模式运行，无法实现在发电的同时吸收制动能量的高效工作方式。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种分离式磁悬浮飞轮储能装置，能够实现在发电的同时吸收制动能量。

根据本实用新型实施例的分离式磁悬浮飞轮储能装置，包括：外壳，所述外壳内部设有腔室；飞轮转轴，设于所述腔室内，且所述飞轮转轴的上下两端分别与所述外壳内壁的上下两端转动连接；第一磁悬浮轴承，设置于所述飞轮转轴的上端外壁与所述外壳的内壁之间；第二磁悬浮轴承，设置于所述飞轮转轴的下端外壁与所述外壳的内壁之间；电动机，所述电动机的转子套设于所述飞轮转轴的外部，且所述电动机的定子设置于所述外壳的内壁；发电机，所述发电机的转子套设于所述飞轮转轴的外部，且所述发电机的定子设置于所述外壳的内壁；飞轮转子，套设于所述飞轮转轴外部，所述飞轮转子、所述电动机及所述发电机沿所述飞轮转轴的轴向间隔设置。

根据本实用新型实施例的分离式磁悬浮飞轮储能装置，至少具有如下有益效果：将传统的电动机/发电机一体的飞轮电机，更改为独立、分离设置的电动机和发电机，电动机和发电机可独立工作，互不干扰；在轨道交通中每条轨道交通线有多台地铁车辆在运行时，电动机可以实时接收轨交线中任意一个地铁车辆的制动能量，车辆制动产生的机械能转换为电能，电能输送到电动机，电动机再驱动飞轮转子高速旋转，飞轮转子以动能形式存储能量；当轨交线中有地铁车辆启动发车时，发电机启动，将飞轮转子的机械能转换为电能，为轨交线中的启动车辆提供电能；通过这样的设置，使得分离式磁悬浮飞轮储能装置能够高效吸收轨道交通中的制动能量，避免传统飞轮储能装置在发电模式下造成的制动能量的流失，进而提高整个储能系统的输出效率。

根据本实用新型的一些实施例，所述飞轮转子与所述飞轮转轴为一体式结构。

根据本实用新型的一些实施例，所述飞轮转轴外部由上至下依次设置所述电动机、所述发电机和所述飞轮转子。

根据本实用新型的一些实施例，所述腔室为真空腔室。

根据本实用新型的一些实施例，还包括用于控制所述分离式磁悬浮飞轮储能装置的工作状态的控制系统。

根据本实用新型的一些实施例，还包括与所述控制系统电性连接的功率变换器。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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为本实用新型实施例的分离式磁悬浮飞轮储能装置的结构示意图；

附图标记：

外壳100、腔室110、飞轮转轴200、第一磁悬浮轴承300、第二磁悬浮轴承400、电动机500、第一转子510、第一定子520、发电机600、第二转子610、第二定子620、飞轮转子700。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二等，只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，根据本实用新型实施例的分离式磁悬浮飞轮储能装置，包括外壳100、飞轮转轴200、第一磁悬浮轴承300、第二磁悬浮轴承400、电动机500、发电机600和飞轮转子700；其中，外壳100内部设有腔室110；飞轮转轴200设于腔室110内，且飞轮转轴200的上下两端分别与外壳100内壁的上下两端转动连接，第一磁悬浮轴承300设置于飞轮转轴200的上端外壁与外壳100的内壁之间；第二磁悬浮轴承400设置于飞轮转轴200的下端外壁与外壳100的内壁之间；电动机500的转子套设于飞轮转轴200的外部，且电动机500的定子设置于外壳100的内壁；发电机600的转子套设于飞轮转轴200的外部，且发电机600的定子设置于外壳100的内壁；飞轮转子700套设于飞轮转轴200外部，飞轮转子700、电动机500及发电机600沿飞轮转轴200的轴向间隔设置。

具体地，如图1所示，在外壳100的内部形成了真空的腔室110；飞轮转轴200设置在外壳100内部的中部，飞轮转轴200的上端套设第一磁悬浮轴承300后与外壳100的内壁上端转动连接，飞轮转轴200的下端套设第二磁悬浮轴承400后与外壳100的内壁下端转动连接；在飞轮转轴200靠近下方处套设有飞轮转子700，飞轮转子700与飞轮转轴200可以是一体式的结构；在飞轮转子700的上方设置有发电机600，将发电机600的转子称为第二转子610，将发电机600的定子称为第二定子620，第二转子610套设在飞轮转轴200的外部，第二定子620固定在外壳100的内壁；在发电机600的上方设置有电动机500，将电动机500的转子称为第一转子510，将电动机500的定子称为第一定子520，第一转子510套设在飞轮转轴200的外部，第一定子520固定在外壳100的内壁。可以理解的是，电动机500、发电机600和飞轮转子700这三者在飞轮转轴200上的相对位置并不受限定，三者之间的位置关系可以根据实际需要进行调整。

根据本实用新型实施例的分离式磁悬浮飞轮储能装置，将传统的电动机/发电机一体的飞轮电机，更改为独立、分离设置的电动机500和发电机600，电动机500和发电机600可独立工作，互不干扰。在轨道交通中每条轨道交通线有多台地铁车辆在运行时，电动机500可以实时接收轨交线中任意一个地铁车辆的制动能量，车辆制动产生的机械能转换为电能，电能输送到电动机500，电动机500再驱动飞轮转子700高速旋转，飞轮转子700以动能形式存储能量；当轨交线中有地铁车辆启动发车时，发电机600启动，将飞轮转子700的机械能转换为电能，为轨交线中的启动车辆提供电能。通过这样的设置，使得分离式磁悬浮飞轮储能装置能够高效吸收轨道交通中的制动能量，避免传统飞轮储能装置在发电模式下造成的制动能量的流失，进而提高整个储能系统的输出效率。

根据本实用新型的一些实施例，还包括用于控制分离式磁悬浮飞轮储能装置的工作状态的控制系统。控制系统根据实际情况实时控制电动机500和发电机600的工作状态，在发电机600处于低电位时提供电压支持，平衡负载的起伏、吸收冲击，控制和降低因大范围负载波动而引起的供电母线电压的变化；减少网压波动对供电设备元器件以及车辆的影响。

根据本实用新型的一些实施例，还包括与控制系统电性连接的功率变换器。功率变换器本质是一个双向的功率变换器，其由电机侧变换器和电网侧变换器两部分组成，用于实现交直流的转换，协同工作实现分离式磁悬浮飞轮储能装置的储能及能量回馈，主要负责整个系统能量传递的平衡。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”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、结构或者特点包含于本实用新型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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种分离式磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳内部设有腔室；

飞轮转轴，设于所述腔室内，且所述飞轮转轴的上下两端分别与所述外壳内壁的上下两端转动连接；

第一磁悬浮轴承，设置于所述飞轮转轴的上端外壁与所述外壳的内壁之间；

第二磁悬浮轴承，设置于所述飞轮转轴的下端外壁与所述外壳的内壁之间；

电动机，所述电动机的转子套设于所述飞轮转轴的外部，且所述电动机的定子设置于所述外壳的内壁；

发电机，所述发电机的转子套设于所述飞轮转轴的外部，且所述发电机的定子设置于所述外壳的内壁；

飞轮转子，套设于所述飞轮转轴外部，所述飞轮转子、所述电动机及所述发电机沿所述飞轮转轴的轴向间隔设置。

2.根据权利要求1所述的分离式磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述飞轮转子与所述飞轮转轴为一体式结构。

3.根据权利要求1或2所述的分离式磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述飞轮转轴外部由上至下依次设置所述电动机、所述发电机和所述飞轮转子。

4.根据权利要求1或2所述的分离式磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述腔室为真空腔室。

5.根据权利要求1或2所述的分离式磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，还包括用于控制所述分离式磁悬浮飞轮储能装置的工作状态的控制系统。

6.根据权利要求5所述的分离式磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，还包括与所述控制系统电性连接的功率变换器。

Images