磁悬浮飞轮储能系统的制造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种磁悬浮飞轮储能系统的制造方法，它将系统高真空密封壳体内的气压保持在１０↑［－４］Ｐａ和将所述壳体径向壳身部分按所须承担的任务轴向分段并采用相称的材料和结构，它令系统飞轮构成材料中不含永磁材料和质量最大限度集中在飞轮径向外缘…。本发明专利技术能使磁悬浮飞轮储能系统具有安全性高、制造成本低、系统向外界输出电量可调、储能容量大和充放电时间短等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
磁悬浮飞轮储能系统是一种借助飞轮磁悬浮在高真空密封壳体中旋转、以储存飞轮机械能代替储存电能的储能系统，它包括高真空密封壳体、转轴、磁轴承、飞轮和用于外部电能与飞轮机械能能量互换的永磁电机装置。例如中国专利号01126564.7或美国专利号US-5214981和US-5124605中所述系统就是磁悬浮飞轮储能系统。已知的磁悬浮飞轮储能系统制造方法具有以下特征(1)系统中高真空密封壳体的径向壳身部分采用同一材料和结构；(2)系统中高真空密封壳体内的气压范围未予明确(例如中国专利号01126564.7中所述系统)或划定得过于宽泛(例如美国专利号US-5124605中所述系统)；(3)系统中飞轮并非专用于储存机械能，其构成材料中包含用于磁轴承和永磁电机装置转子部分的永磁部件(例如中国专利号01126564.7和美国专利号US-5124605中所述)或包含用于永磁电机装置转子部分的永磁部件(例如美国专利号US-5214981中所述系统)；(4)系统中永磁电机装置属于直流电机装置还是属于交流电机装置未予明确(实际上，美国专利号US-5214981和US-5124605中所述系统采用的是交流电机装置)，此外，永磁电机装置转子和定子间的工作气隙固定不变(例如美国专利号US-5214981和US-5124605中所述系统)或仅限于通过移动定子电枢绕组来调节(例如中国专利号01126564.7中所述系统)；(5)系统中有否设置用于监测飞轮转速的装置未予明确；(6)系统中有否设置借助安全的机械接触来限制可转动部分转动时位移范围的装置未予明确。采用现有技术制造的磁悬浮飞轮储能系统存在安全性较低、制造成本较高、系统向外界输出电量不可调、储能容量小和充放电时间长等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该方法能使磁悬浮飞轮储能系统具有安全性高、制造成本低、系统向外界输出电量可调、储能容量大和充放电时间短等优点。本专利技术的技术方案如下一种，所述系统由高真空密封壳体、转轴、磁轴承、飞轮和永磁电机装置等构成，该制造方法的特征在于上述高真空密封壳体内的气压保持在10-4Pa；针对上述高真空密封壳体径向壳身部分须承担的任务，将其轴向分段并采用与所承担任务相称的材料和结构；上述飞轮专用于储存机械能，其构成材料中不含永磁材料，它由用于将飞轮固定连接在转轴上的轴套、位于飞轮径向外缘用于增加飞轮转动惯量的惯量环、位于惯量环径向外缘用于提高惯量环径向强度的强度加强环和位于轴套和惯量环之间用于两者稳固连接的支架等构成，飞轮质量向惯量环集中，所述轴套和支架采用工程塑料或高强纤维增强树脂材料制造，惯量环采用高抗拉强度的钢材制造，强度加强环由单丝高强纤维层层缠绕并用树脂粘合而成；上述永磁电机装置采用直流电机装置，其转子部分的主磁极采用永磁体励磁并位于飞轮外的转轴上，而且，所述永磁电机装置的转子部分或定子部分能受控轴向移动；此外，在该系统中还设有用于限制转轴位移范围的装置和用于监测飞轮转速的装置，所述用于限制转轴位移范围的装置是借助安全的机械接触限制转轴位移范围的。本专利技术与现有技术相比进步如下一、提高了系统的安全性，理由在于(1)鉴于磁轴承(磁轴承的刚度毕竟有限)不可能完全避免系统的转轴(当然也包括转轴上的所有元件)与转轴外部件碰撞所发生的安全事故，而本专利技术在系统中设置了借助安全的机械接触用于限制转轴位移范围的装置，因此，能杜绝此类安全事故发生；(2)鉴于飞轮转速若不予以限制，在离心力超过飞轮构成材料应力结构时必然会发生飞轮碎裂的安全事故，而本专利技术在系统中设有用于监测飞轮转速的装置且永磁电机装置属于直流电机装置和转子部分或定子部分能受控轴向移动，因此，在飞轮达到系统设定的极限转速时(即离心力将超过飞轮构成材料应力结构时)，可通过移动永磁电机装置的转子部分或定子部分，停止飞轮的能量补给避免此类安全事故发生。二、降低了系统的制造成本，理由在于(1)公知，同一材料和结构难以兼顾高真空密封壳体径向壳身的强度和散热功能要求，而本专利技术制造所述壳身部分时，针对其承担的任务轴向分段并采用相称的材料和结构，则在满足同等强度和散热功能要求的条件下能减低高真空密封壳体的制造成本；(2)密封壳体内的高真空对于提高飞轮转速和消除飞轮旋转时的能耗是十分必要的，而真空度达到10-4Pa即可实现上述功能要求，但是，从10-4Pa起真空度每增加一个量级，对于上述功能实际增益不大而抽真空成本却以平方级数提高；因此，本专利技术将高真空密封壳体内的气压保持在10-4Pa较之现有技术(将系统中高真空密封壳体内的气压范围划定得过于宽泛)能大大减低系统的抽真空成本。三、可调节系统向外界输出电量，理由在于(1)本专利技术永磁电机装置采用直流电机装置和其转子部分或定子部分能受控轴向移动，而直流电机装置的机电能量平衡公式为El＝Tω，轴向移动转子部分或定子部分则能调节电磁扭矩T，因此，本专利技术可调节系统向外界输出电量。四、可制造大储能容量和充放电时间较短的磁悬浮飞轮储能系统，理由在于(1)本专利技术的飞轮专用于储存机械能，飞轮构成材料中不含永磁材料(永磁材料抗拉强度较小和比重较大)和质量向惯量环集中，因此，飞轮的转动惯量和极限转速不受永磁部件限制，系统的储能容量可以极大提高；(2)本专利技术的永磁电机装置转子部分的主磁极采用永磁体励磁并位于飞轮外的转轴上，其体积基本不受限制(如需增大永磁体的体积，轴向延伸即可)，换言之，永磁电机装置的功率基本不受限制，因此，系统的充放电时间可以较短。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。附图说明附图1为应用本专利技术的一种磁悬浮飞轮储能系统的结构示意图；具体实施方式在应用本专利技术的一个实施例中，一种用作电动汽车动力电池的磁悬浮飞轮储能系统结构如附图1所示它包括高真空密封壳体(1)、飞轮(2)、转轴(3)、永磁电机装置(4)、磁轴承(5)、用于限制转轴位移范围的装置(6)和用于监测飞轮转速的装置(7)。上述高真空密封壳体内的气压保持在10-4Pa。针对高真空密封壳体径向壳身部分承担的任务，其轴向分为相互连接的上、中、下三段；中段(1a)位于飞轮径向外沿，鉴于飞轮旋转碎裂时破碎物往离心方向飞散的特点，它须承担的任务是防止飞轮破碎物外逸，为了与所承担的任务相称，因此，它采用了高强度钢材制造；上段(1b)和下段(1c)和永磁电机装置的定子部分连接，它们须承担的任务是散发定子部分工作时产生的热量，为了与所承担的任务相称，因此，它们采用了散热性能高于钢材4倍的铝合金材料制造，而且，径向结构为散热片形。上述磁轴承由永磁部件(5a)和(5b)组成。上述飞轮专用于储存机械能，为了不受永磁材料抗拉强度小和比重大的影响，其构成材料中不含永磁材料，它由用于将飞轮固定连接在转轴上的轴套(2a)、位于飞轮径向外缘用于增加飞轮转动惯量的惯量环(2b)、位于惯量环径向外缘用于提高惯量环径向强度的强度加强环(2c)和位于轴套和惯量环之间用于两者稳固连接的支架(2d)等构成。所述轴套和支架采用比重小和抗拉强度高的碳纤维增强树脂材料制造(在应用本专利技术的另一实施例中，碳纤维增强树脂材料改用工程塑料)，惯量环采用比重大和抗拉强度较高的钢材制造，强度加强环由比重小和抗拉强度极高的单丝碳纤维层层缠绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮飞轮储能系统的制造方法，所述系统由高真空密封壳体、转轴、磁轴承、飞轮和永磁电机装置等构成，该制造方法的特征在于：上述高真空密封壳体内的气压保持在１０↑［－４］Ｐａ；针对上述高真空密封壳体径向壳身部分须承担的任务，将 其轴向分段并采用与所承担任务相称的材料和结构；上述飞轮专用于储存机械能，其构成材料中不含永磁材料，它由用于将飞轮固定连接在转轴上的轴套、位于飞轮径向外缘用于增加飞轮转动惯量的惯量环、位于惯量环径向外缘用于提高惯量环径向强度的强度加强 环和位于轴套和惯量环之间用于两者稳固连接的支架等构成，飞轮质量向惯量环集中；上述永磁电机装置采用直流电机装置，其转子部分的主磁极采用永磁体励磁并位于飞轮外的转轴上，而且，所述永磁电机装置的转子部分或定子部分能受控轴向移动；此 外，在该系统中还设有用于限制转轴位移范围的装置和用于监测飞轮转速的装置。

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮飞轮储能系统的制造方法，所述系统由高真空密封壳体、转轴、磁轴承、飞轮和永磁电机装置等构成，该制造方法的特征在于上述高真空密封壳体内的气压保持在10-4Pa；针对上述高真空密封壳体径向壳身部分须承担的任务，将其轴向分段并采用与所承担任务相称的材料和结构；上述飞轮专用于储存机械能，其构成材料中不含永磁材料，它由用于将飞轮固定连接在转轴上的轴套、位于飞轮径向外缘用于增加飞轮转动惯量的惯量环、位于惯量环径向外缘用于提高惯量环径向强度的强度加强环和位于轴套和惯量环之间用于两者稳固连接的支架等构成，飞轮质量向惯量环集中；上述永磁电机装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：严密，唐荫溥，
申请(专利权)人：严密，唐荫溥，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]