本发明专利技术公开了一种带有永磁轴承和止推轴承的飞轮储能装置，包括上轴、下轴、飞轮本体、永磁轴承、电机、轴承座、阻尼器和容器，下轴的底端设有球头，球头位于轴承座顶端的凹槽中，阻尼器定子嵌在上软磁环的圆环槽中；阻尼器转子嵌在飞轮本体上部的圆环槽中，并且转子外绝磁环的上端面与定子外永磁环的下端面相对，转子外永磁环的上端面与定子中绝磁环的下端面相对，转子中绝磁环的上端面与定子中永磁环的下端面相对，转子内永磁环的上端面与定子内绝磁环的下端面相对，转子内绝磁环的上端面与定子内永磁环的下端面相对。该结构的飞轮储能装置，可以使飞轮本体能够顺利通过低阶临界转速，整个飞轮储能装置具有良好的动态特性。
Flywheel energy storage device with permanent magnetic bearing and thrust bearing
The invention discloses a permanent magnetic bearing flywheel and thrust bearing device, which comprises an upper shaft, a lower shaft, flywheel, permanent magnet bearings, motor, bearing, damper and container, under the bottom end of the shaft is provided with a ball head, ball bearing groove is located in the top of the damper. The stator is embedded in the annular groove of soft magnetic damper; rotor is embedded in the circular groove of the flywheel body, the lower end face and the outer rotor of magnetic insulation ring and stator outer permanent magnetic ring relative to the lower end face of the rotor, the outer permanent magnetic ring and the stator magnetic insulation ring relatively, the upper end surface of the rotor in magnetic insulation ring the lower end of the stator and the permanent magnetic ring relative to the lower end face of the rotor, the stator and the permanent magnetic ring relatively, relatively lower end face and inner rotor stator inner permanent magnetic ring and the magnetic insulation ring. The flywheel energy storage device of the structure can make the flywheel body smoothly pass the low order critical speed, and the whole flywheel energy storage device has good dynamic characteristics.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电能转换与存储
，具体来说，涉及一种带有永磁轴承和止推 轴承的飞轮储能装置。
技术介绍
飞轮储能装置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，可以用于电力调峰、电动汽车飞轮电池、不间断供电、 电磁炮、电化学炮和大功率电焊机等领域。目前飞轮技术正超着高速化、大功率方向发展。 立式永磁悬浮轴承和枢轴宝石轴承飞轮储能装置为一类经典结构，倍受学术界关注。为抑 制转子振动，国内外的飞轮储能装置多使用滑块式阻尼器、悬吊式阻尼器或者摆动式油膜 阻尼器，以便使转子具有良好的动态特性。但是，在轴系中引入油膜阻尼器，会导致飞轮结 构复杂、成本较高。大储能量飞轮迫切需要提高永磁轴承的承载能力，这就迫使增大当前广 泛采用的永磁轴承的尺寸。但是，大尺寸单环永磁轴承，由于受稀土永磁材料的强度极限的 制约，难以在高速工况下运转。传统型的高速枢轴宝石轴承，在较大承载力下易产生裂纹而 失效，这就迫切需要提出新型的低功耗轴向止推轴承。立式永磁悬浮轴承和枢轴宝石轴承 飞轮储能装置还存在一个固有技术缺陷通过低阶临界转速时，容易发生大幅度振动而失 稳。
技术实现思路
技术问题本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种带有永磁轴承和止推轴承的 飞轮储能装置，使得飞轮本体能够顺利地通过低阶临界转速，不会发生大幅度振，使整个飞 轮储能装置具有良好的动态特性。技术方案为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是本专利技术的带有永磁轴承和止推轴承的飞轮储能装置，包括上轴、下轴、飞轮本体、由上 磁环和下磁环组成的永磁轴承、电机、轴承座、阻尼器和由机架构成的容器，上轴、下轴、飞 轮本体、永磁轴承、电机、轴承座、阻尼器位于容器中；所述的飞轮本体的上部设有上轴， 下部设有下轴，电机的转子与上轴连接，电机的定子固定在机架上，下轴的底端设有球头， 球头位于轴承座顶端的凹槽中，并且轴承座浸没在润滑油中；所述的飞轮本体的底面的圆 环槽中放置永磁轴承的上磁环，永磁轴承的下磁环位于机架上；所述的阻尼器为涡流阻尼 器，涡流阻尼器包括阻尼器定子和阻尼器转子，阻尼器定子包括由外向内依次贴合连接的 定子外绝磁环、定子外永磁环、定子中绝磁环、定子中永磁环、定子内绝磁环和定子内永磁 环，阻尼器定子嵌在上软磁环的圆环槽中，上软磁环固定在机架上；阻尼器转子包括由外向 内依次贴合连接的转子外绝磁环、转子外永磁环、转子中绝磁环、转子内永磁环和转子内绝 磁环，阻尼器转子嵌在飞轮本体上部的圆环槽中，并且转子外绝磁环的上端面与定子外永 磁环的下端面相对，转子外永磁环的上端面与定子中绝磁环的下端面相对，转子中绝磁环 的上端面与定子中永磁环的下端面相对，转子内永磁环的上端面与定子内绝磁环的下端面相对，转子内绝磁环的上端面与定子内永磁环的下端面相对；所述的定子外永磁环、定子中 永磁环和转子内永磁环S极到N极的指向均为从上向下，或者均为从下向上；定子内永磁环 和转子外永磁环S极到N极的指向均为从下向上，或者均为从上向下；定子内永磁环S极到 N极的指向和定子外永磁环S极到N极的指向相反。进一步，所述的永磁轴承的上磁环S极到N极的指向为从上向下，或者从下向上， 永磁轴承的下磁环S极到N极的指向与永磁轴承的上磁环S极到N极的指向相反。进一步，所述的带有永磁轴承和止推轴承的飞轮储能装置，还包括碰摩保护装置， 碰摩保护装置包括青铜环和聚四氟乙烯保护环，青铜环套装在上轴的外侧，聚四氟乙烯保 护环固定在机架上，并且聚四氟乙烯保护环的内壁和青铜环的外壁相对应。进一步，所述的轴承座的凹槽的表面和球头的表面分别设置有碳化钛膜涂层、或 者氮化钛膜涂层、或者钛膜涂层、或者金刚石膜涂层。有益效果与现有技术相比，采用本技术方案的有益效果是1.飞轮储能装置中 飞轮本体能够顺利地通过临界转速，不会发生大幅度振，使整个飞轮储能装置具有良好的 动态特性。在本技术方案中，阻尼器为涡流阻尼器。涡流阻尼器包含阻尼器定子和阻尼器 转子，阻尼器定子固定在软磁环中，阻尼器转子固定在飞轮本体的上表面。整个涡流阻尼 器的结构简单。当飞轮本体做横向振动时，引起阻尼器定子和阻尼器转子之间的轴向气隙 中的磁感性强度发生变化，导电的磁绝缘环在交变的磁场作用下产生电涡流，对飞轮本体 起到阻尼减振作用。涡流阻尼器克服了传统油膜阻尼器的结构复杂、制造复杂、成本较高的 问题。另外，本技术方案的支撑方式采用球头位于轴承座顶端的凹槽中，轴承座浸没在润滑 油中。这样，球头与轴承座的凹槽的接触为点接触，摩擦损耗很低。这一支撑方式对转子还 具有一定的防倾覆能力，有助于减小下轴的直径，有助于降低转子支承装置的一阶临界频 率。这对于高速旋转飞轮的动态特性是非常有利的，不仅可减小转子通过临界转速时的动 载荷，而且确保一阶临界转速远远低于工作转速，使得转子的质心和中心惯性主轴通过一 阶临界转速后能“自动对中”。因此，采用结构简单的涡流阻尼器和利用轴承座支撑飞轮，飞 轮本体可以顺利地通过临界转速，并具有良好的动态特性。2.飞轮装置通过低阶临界转速时，不会发生大幅度振动而失稳。在本技术方案中， 永磁轴承的下磁环S极到N极的指向与永磁轴承的上磁环S极到N极的指向相反。本技术 方案中的永磁轴承为斥力永磁轴承。斥力永磁轴承可以起到轴向与径向承载作用，可以卸 去飞轮本体的重量，减小飞轮本体下轴承的载荷，从而保证飞轮装置通过低阶临界转速时， 不会发生大幅度振动而失稳。3.飞轮储能装置平稳地通过临界转速，并对突加激励具有防护作用。在本技术方 案中，飞轮储能装置还包括由青铜环和聚四氟乙烯保护环组成的碰摩保护装置。碰摩保护 装置可以防止飞轮本体由于径向失稳而出现的灾难性事故。当发生径向失稳时，青铜环和 聚四氟乙烯保护环通过相互的碰撞来耗散能量，提高飞轮储能装置的动态特性。因此，碰摩 保护装置可以保证飞轮储能装置平稳地通过临界转速，并对突加激励具有防护作用。4.止推轴承的使用寿命长。在技术方案中，在球头和轴承座的凹槽的表面分别设 置有碳化钛膜涂层、或者氮化钛膜涂层、或者钛膜涂层、或者金刚石膜涂层。这样，由球头和 轴承座组成的止推轴承具有高硬度、低摩擦系数、优异耐磨性和良好抗粘着性能。止推轴承 的使用寿命得以大幅度延长。附图说明图1是本专利技术的结构剖视图。图2本专利技术中的涡流阻尼器的结构剖视。图3本专利技术中的永磁轴承的上磁环的一种结构俯视图。图中有上软磁环1、电机2、聚四氟乙烯保护环3、青铜环4、上轴5、限位柱6、阻 尼器定子7、阻尼器转子8、飞轮本体9、上磁环10、下磁环11、下轴12、球头13、轴承座14、 润滑油15、下软磁环16、容器17、半圆形环片101、定子外绝磁环701、定子外永磁环702、定 子中绝磁环703、定子中永磁环704、定子内绝磁环705和定子内永磁环706、转子外绝磁环 801、转子外永磁环802、转子中绝磁环803、转子内永磁环804、转子内绝磁环805。具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1和图2所示，本专利技术的一种带有永磁轴承和止推轴承的飞轮储能装置，包括 上轴5、下轴12、飞轮本体9、由上磁环10和下磁环11组成的永磁轴承、电机2、轴承座14、 阻尼器和由机架构成的容器17。上轴5、下轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有永磁轴承和止推轴承的飞轮储能装置，其特征在于，该飞轮储能装置包括上轴（５）、下轴（１２）、飞轮本体（９）、由上磁环（１０）和下磁环（１１）组成的永磁轴承、电机（２）、轴承座（１４）、阻尼器和由机架构成的容器（１７），上轴（５）、下轴（１２）、飞轮本体（９）、永磁轴承、电机（２）、轴承座（１４）、阻尼器（１４）位于容器（１７）中；所述的飞轮本体（９）的上部设有上轴（５），下部设有下轴（１２），电机（２）的转子与上轴（５）连接，电机（２）的定子固定在机架上，下轴（１２）的底端设有球头（１３），球头（１３）位于轴承座（１４）顶端的凹槽中，并且轴承座（１４）浸没在润滑油（１５）中；所述的飞轮本体（９）的底面的圆环槽中放置永磁轴承的上磁环（１０），永磁轴承的下磁环（１１）位于机架上；所述的阻尼器为涡流阻尼器，涡流阻尼器包括阻尼器定子（７）和阻尼器转子（８），阻尼器定子（７）包括由外向内依次贴合连接的定子外绝磁环（７０１）、定子外永磁环（７０２）、定子中绝磁环（７０３）、定子中永磁环（７０４）、定子内绝磁环（７０５）和定子内永磁环（７０６），阻尼器定子（７）嵌在上软磁环（１）的圆环槽中，上软磁环（１）固定在机架上；阻尼器转子（８）包括由外向内依次贴合连接的转子外绝磁环（８０１）、转子外永磁环（８０２）、转子中绝磁环（８０３）、转子内永磁环（８０４）和转子内绝磁环（８０５），阻尼器转子（８）嵌在飞轮本体（９）上部的圆环槽中，并且转子外绝磁环（８０１）的上端面与定子外永磁环（７０２）的下端面相对，转子外永磁环（８０２）的上端面与定子中绝磁环（７０３）的下端面相对，转子中绝磁环（８０３）的上端面与定子中永磁环（７０４）的下端面相对，转子内永磁环（８０４）的上端面与定子内绝磁环（７０５）的下端面相对，转子内绝磁环（８０５）的上端面与定子内永磁环（７０６）的下端面相对；所述的定子外永磁环（７０２）、定子中永磁环（７０４）和转子内永磁环（８０４）Ｓ极到Ｎ极的指向均为从上向下，或者均为从下向上；定子内永磁环（７０６）和转子外永磁环（８０２）Ｓ极到Ｎ极的指向均为从下向上，或者均为从上向下；定子内永磁环（７０６）Ｓ极到Ｎ极的指向和定子外永磁环（７０２）Ｓ极到Ｎ极的指向相反。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋书运，王洪昌，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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