一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置，飞轮本体设于外壳体真空腔内，且飞轮本体下端通过轴承转动支承在外壳体内，吸力永磁轴承设于飞轮本体上方，电动

【技术实现步骤摘要】
一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置


[0001]本专利技术涉及一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置
。

技术介绍

[0002]飞轮储能装置是一种动能与电能相互转换的工具，它具有电能转换效率高
、
充放电快捷
、
不受地理环境的限制
、
不污染环境
、
单位质量储能密度大等突出优势，受国内
、
外学术界的关注，已成为国际能源界研究的热点
。
为了避免重力的影响，储能飞轮装置多设计成垂直放置，此时，为避免飞轮本体全部重量加载在下端支承轴承之上，增加能耗，常在飞轮本体上端设置吸力永磁轴承，它的作用之一就是吸附飞轮本体重量的
80%
‑
90%
，使得只有
10%
‑
20%
的飞轮本体重量加载在下端轴承之上，以降低其能耗
。
[0003]这种结构的不足之处是，当飞轮储能装置工作时，由波松效应会引起飞轮本体轴向长度缩短，且转速越高缩短值也越大
。
轴向长度的缩短会引起上端永磁轴承间隙变大，引起永磁轴承吸附重量快速下降，使得下端支承轴承轴向承载力变大，进而引起能耗
、
温升的增加及飞轮储能效率的下降
。
[0004]针对上述不足，本专利技术提出利用一种简单的机械结构来补偿飞轮本体轴向长度的缩短，使永磁轴承的间隙值基本保持恒定，以便提高飞轮储能装置的运行效率
。

技术实现思路
r/>[0005]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置
。
[0006]本专利技术所采用的技术方案有：一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置，包括飞轮本体
、
外壳体
、
吸力永磁轴承和具有轴承的挤压油膜阻尼器，所述飞轮本体设于外壳体真空腔内，飞轮本体的下端转动支承在挤压油膜阻尼器上，吸力永磁轴承设于飞轮本体上方，吸力永磁轴承吸附飞轮本体并减轻飞轮本体落在所述轴承上的重量，电动
/
发电机的转子与飞轮本体相连，在飞轮本体的上端设有上端盖，所述上端盖上设有与飞轮本体同轴布置的锥槽，锥槽锥面朝着飞轮本体轴心方向向下倾斜，在上端盖的上端平面上且位于所述锥槽的外侧固定一圆柱环
。
[0007]进一步地，所述上端盖包括壳盖，所述壳盖的圆心部位向上凸起并形成与飞轮本体装配的圆柱部，圆柱部的外侧向内凹槽形成所述锥槽，锥槽的外侧为平面部，圆柱环固定在所述平面部上
。
[0008]进一步地，所述飞轮本体包括碳纤维层
、
玻璃纤维层
、
铝合金层和下轴，碳纤维层
、
玻璃纤维层和铝合金层由外至内分层设置在下轴的外侧，电动
/
发电机中的转子装配在下轴上
。
[0009]进一步地，所述吸力永磁轴承包括上磁环和下磁环，所述上磁环固定于外壳体的内壁上，下磁环固定于上端盖上，上磁环与下磁环之间相互吸引，上磁环和下磁环之间形成有气隙
。
[0010]进一步地，所述上磁环和下磁环均采用轴向充磁
。
[0011]本专利技术飞轮储能属于“亚临界系统”，即运行在飞轮本体作为两端自由的弹性体临界转速以下，而又在飞轮本体
—
挤压油膜阻尼器
—
永磁轴承支承系统的临界转速以上
。
为避免重力的影响，飞轮本体垂直放置，下端采用含有滚动轴承的挤压油膜阻尼器支承，上端采用永磁轴承支承
。
下端挤压油膜阻尼器的弹性支承除了可以降低飞轮储能系统的临界转速，还可以为系统顺利安全越过低阶临界转速，顺利达到工作转速提供必要的阻尼
。
上端永磁轴承除起到径向无摩擦支承的目的以外，还起到了轴向卸载的目的，它可使只有飞轮本体
10%
‑
20%
左右的重量加载在下端滚动轴承之上，来降低滚动轴承的能耗
。
[0012]因比强度越大的材料单位质量存储的能量密度也越大，极限转速也越高，所以飞轮本体采用多层材料按比强度大小排列组合而成，由最外层的碳纤维层
、
中间的玻璃纤维及最内层的铝合金共同组成中空的环状圆柱体，为了在飞轮本体上
、
下两端安装其它装置，还设计了上
、
下端盖
。
飞轮本体安装在外壳体所形成的真空型腔内，以降低风损
。
将电机转子直接安装的飞轮本体的下轴之上，与飞轮本体成为一体，结构简单
、
效率高
、
充放电同步快捷
。
[0013]为避免飞轮本体高速转动时，轴向长度缩短引起永磁轴承轴向间隙变大带来的过多的能量损耗，机构在飞轮本体上端增加了一个上端盖，上端盖上的倒锥及圆柱环会补偿飞轮本体轴向长度的缩短，保证下端滚动轴承维持低损耗状态
。
附图说明
[0014]图1为本专利技术结构示意图
。
[0015]图2为倒锥壳体高速旋转时轴向补偿原理
。
[0016]图3为图1中上端盖的截面图
。
[0017]附图标记：
1、
飞轮本体；
11、
上端盖；
12、
碳纤维层；
13、
玻璃纤维层；
14、
铝合金层；
15、
下端盖；
16、
下轴；
110、
锥槽；
111、
壳盖；
112、
圆柱环；
2、
外壳体；
21、
上盖板；
22、
中间壳体；
23、
下盖板；
3、
吸力永磁轴承；
31、
上磁环；
32、
下磁环；
33、
气隙；
4、
电动
/
发电机；
41、
电机定子；
42、
电机转子；
5、
挤压油膜阻尼器；
51、
弹性小轴；
52、
轴承；
53、
油膜轴颈；
54、
润滑油
。
实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明
。
[0019]下面结合图
1、
图
2、
图3描述本专利技术具有轴向长度补偿功能的储能飞轮装置的结构及工作原理
。
[0020]本专利技术飞轮储能装置包括五大部件：飞轮本体
1、
外壳体
2、
吸力永磁轴承
3、
电动
/
发电机
4、
挤压油膜阻尼器
5。
[0021]飞轮本体1由碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置，其特征在于：包括飞轮本体（1）
、
外壳体（2）
、
吸力永磁轴承（3）
、
电动
/
发电机（4）和具有轴承（
52
）的挤压油膜阻尼器（5），所述飞轮本体（1）设于外壳体（2）真空腔内，飞轮本体（1）的下端转动支承在挤压油膜阻尼器（5）上，吸力永磁轴承（3）设于飞轮本体（1）上方，吸力永磁轴承（3）吸附飞轮本体（1）并减轻飞轮本体（1）落在所述轴承（
52
）上的重量，电动
/
发电机（4）的转子与飞轮本体（1）相连，在飞轮本体（1）的上端设有上端盖（
11
），所述上端盖（
11
）上设有与飞轮本体同轴布置的锥槽（
110
），锥槽（
110
）锥面朝着飞轮本体轴心方向向下倾斜，在上端盖（
11
）的上端平面上且位于所述锥槽（
110
）的外侧固定一圆柱环（
112
）
。2.
如权利要求1所述的具有轴向长度补偿功能的飞轮储能装置，其特征在于：所述上端盖（
11
）包括壳盖（
111
），所述壳盖（
111
）的圆心部位向上凸起并形成与飞轮本体（1）装配的圆柱部，圆柱部的外侧向内凹槽形成所述锥槽（
110
），锥槽（
110
）的外侧为平面部，圆柱环（
112
）固定在所述平面部上

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪昌，陈宇，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：