一种飞轮储能装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种飞轮储能装置，包括采用立式结构的飞轮本体、上轴承、下轴承和电机，飞轮本体的上传动轴和上轴承相配合，飞轮本体的下传动轴和下轴承相配合，电机连接在飞轮本体的一端，还包括永磁轴承，永磁轴承的上磁环固定在飞轮本体的下端面，永磁轴承的下磁环固定在下轴承固定板上，并且，永磁轴承的上磁环与永磁轴承的下磁环相互对应，永磁轴承的上磁环与下磁环之间有轴向间隙；电机的定子位于电机的转子的上方，电机的定子固定在机架上，电机的转子固定在飞轮本体的上端面，并且，电机的定子与转子相互对应，电机的定子与转子之间有轴向间隙。该结构的飞轮储能装置体积小，同时具有抗倾覆能力，有助于降低轴承的承载力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电能存储
，具体来说，涉及的是一种飞轮储能装置。
技术介绍
飞轮储能装置正超着高速、大功率方向发展，飞轮的体积正变得越来越大。但是从国内外技术市场来看，飞轮储能装置仍然广泛地使用径向气隙的电机，应当看到径向气隙电机体积大，这就越发增大了大容量储能飞轮装置的体积，因此，如何减小大容量储能飞轮的体积是飞轮研发的关键技术之一。同时，从支承方式来看，电磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、永磁悬浮轴承等已成为飞轮储能装置的主流支承方式。以上支承方式虽然在一定程度上满足了储能飞轮的高转速和低功耗要求，但是也带来了较为突出的问题：电磁悬浮轴承的测控系统复杂，维护成本较高，加之磁轴承本身也需要供电，这就降低了飞轮储能系统的整体能量转换效率，降低了储能性价比；高温超导磁悬浮轴承需要构建低温环境，大幅度地增加了运行成本，同样导致飞轮储能系统的整体能量转换效率下降；永磁悬浮轴承对外界激励的抑制能力较差，单靠永磁悬浮轴承本身无法实现全悬浮。
技术实现思路
技术问题：本技术所要解决的技术问题是：提供一种飞轮储能装置，该飞轮储能装置具有体积小的优点，并且该装置中的轴承在轴向和径向上的承载压力小。技术方案：为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：本技术的飞轮储能装置，包括采用立式结构的设置有上传动轴和下传动轴的飞轮本体、上轴承、下轴承和电机，飞轮本体的上传动轴和上轴承相配合，飞轮本体的下传动轴和下轴承相配合，电机连接在飞轮本体的一端，还包括永磁轴承，永磁轴承的上磁环固定在飞轮本体的下端面，永磁轴承的下磁环固定在下轴承固定板上，并且，永磁轴承的上磁环与永磁轴承的下磁环相互对应，永磁轴承的上磁环与永磁轴承的下磁环之间有轴向间隙；所述的电机的定子位于电机的转子的上方，电机的定子固定在机架上，电机的转子固定在飞轮本体的上端面，并且，电机的定子与电机的转子相互对应，电机的定子与电机的转子之间有轴向间隙。所述的上轴承是上混合陶瓷球轴承，所述的上传动轴是上弹性轴，上弹性轴呈阶梯状；所述的飞轮本体的上端面与上弹性轴中直径较大的部分固定连接，上弹性轴中直径较小的部分嵌在上混合陶瓷球轴承的内表面中；所述的下轴承是下混合陶瓷球轴承，所述的下传动轴是下弹性轴，下弹性轴是阶梯轴；所述的飞轮本体的下端面与下弹性轴中直径较大的部分固定连接，下弹性轴中直径较小的部分嵌在下混合陶瓷球轴承的内表面中。所述的飞轮储能装置，还包括弹性鼠笼，弹性鼠笼位于下轴承固定板上部的凹坑中，并且弹性鼠笼与下轴承固定板固定连接；下轴承固定板上部的凹坑中盛有润滑油；所述的下混合陶瓷球轴承的外表面和弹性鼠笼的内表面相配合。有益效果：与现有技术相比，采用本技术技术方案的有益效果是：1.飞轮储-->能装置体积小，同时具有抗倾覆能力，有助于降低轴承的承载力。本技术方案中，电机在飞轮储能装置上的布置方式是采用轴向气隙方式。目前常用的是将电机在飞轮储能装置上采用径向气隙的布置方式。与径向气隙的电机相比，轴向气隙的电机的技术优势在于：相等功率的轴向气隙的电机轴向尺寸要远小于径向气隙的电机，这样整个飞轮储能装置的体积就相应减小。同时，轴向气隙的电机可以作为飞轮本体的辅助轴承，具有一定的轴向承载能力与径向承载能力。位于飞轮本体的下方的永磁轴承可以保证电机的定子与转子之间的距离位于工作距离之内。同时，永磁轴承也具有抗倾覆能力，为下轴承卸载，有助于降低下轴承的承载力。2.减小轴承的摩擦功耗。本技术方案中，上轴承和下轴承均采用混合陶瓷球轴承。与其他材质的轴承相比，混合陶瓷球轴承可以减小轴承的摩擦功耗，延长轴承的使用寿命。3.整个飞轮储能装置顺利平稳地通过临界转速。本技术方案中，飞轮本体的上端面固定连接上弹性轴中直径较大的部分，上弹性轴的中直径较小的部分嵌在上混合陶瓷球轴承的内表面中。飞轮本体的下端面固定连接下弹性轴中直径较大的部分，下弹性轴中直径较小的部分嵌在下混合陶瓷球轴承的内表面中，并且下混合陶瓷球轴承位于弹性鼠笼中。根据飞轮本体的质量，合理地选取上弹性轴和下弹性轴的长度与直径，设计弹性鼠笼的几何参数，使飞轮储能装置的一阶临界转速远低于工作转速，形成柔性飞轮转子装置。该结构的飞轮储能装置可以获得轴系临界转速的合理分布，使得飞轮通过较低的一阶临界转速后将自动定心，实现在二阶临界转速下较宽转速范围内的稳定运行。4.混合陶瓷球轴承的使用寿命长。本技术方案中，轴向气隙的电机和永磁轴承可以显著地降低作用在混合陶瓷球轴承上的径向载荷。由于混合陶瓷球轴承的使用寿命是径向载荷三次方函数，所以本技术方案能显著地延长混合陶瓷球轴承使用寿命。5.结构简单、成本低、易于维护。与当前流行的电磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承飞轮装置相比，本技术方案采用的柔性混合陶瓷球轴承飞轮储能装置具有结构简单、成本低、易于维护的技术优势。附图说明图1是本技术的结构剖视图。图2是本技术中的永磁轴承上磁环仰视图。图中有：上轴承固定板1、上固定环2、上混合陶瓷球轴承3、上弹性轴4、电机的定子5、电机的转子6、飞轮本体7、永磁轴承的上磁环8、永磁轴承的下磁环9、下轴承固定板10、真空容器11、下弹性轴12、润滑油13、下固定环14、下混合陶瓷球轴承15、弹性鼠笼16、环片801。具体实施方式如图1所示：本技术的一种飞轮储能装置，包括采用立式结构的设置有上传动轴和下传动轴的飞轮本体7、上轴承、下轴承、电机和永磁轴承。飞轮本体7采用金属材料制成。所谓立式结构就是指飞轮本体7的轴线是竖线。电机既可以当电动机带动飞轮本体7转动，将电能转换为动能，也可以当发电机，把高速旋转的飞轮本体7的动能转换为电能。飞轮本体7的上端面固定连接有上传动轴，该上传动轴与上轴承相配合。飞轮本体7的下-->端面固定连接有下传动轴，该下传动轴与下轴承相配合。飞轮本体7位于上轴承和下轴承之间。永磁轴承的上磁环8固定在飞轮本体7的下端面，永磁轴承的下磁环9固定在下轴承固定板10上，并且，永磁轴承的上磁环8与永磁轴承的下磁环9相互对应，永磁轴承的上磁环8与永磁轴承的下磁环9之间有轴向间隙。永磁轴承的上磁环8和永磁轴承的下磁环9共同组成了一只永磁轴承。电机的定子5固定在机架上，电机的转子6固定在飞轮本体7的上端面，并且，电机的定子5与电机的转子6相互对应。电机的定子5与电机的转子6之间有轴向间隙。上述结构的飞轮储能装置，设置在飞轮本体7下方的永磁轴承，可以保证电机的定子5与电机的转子6之间的距离位于工作距离之内。当电机通电初始，电机的定子5与电机的转子6的距离太远，不能工作。永磁轴承可以保证电机的定子5与电机的转子6之间的距离位于工作距离之内，使电机正常工作。同时，永磁轴承可以提供一定的轴向刚度，具有抗倾覆能力，减小飞轮储能装置轴承上的轴向载荷。电机在飞轮储能装置上的布置方式是采用轴向气隙方式。目前常用的是将电机在飞轮储能装置上采用径向气隙的布置方式。径向气隙的布置方式是将电机的转子固定在飞轮本体的上传动轴或者下传动轴上，电机的定子固定在上轴承固定板或者下轴承固定板上。与径向气隙的电机相比，轴向气隙的电机的技术优势在于：相等功率的轴向气隙的电机轴向尺寸要远小于径向气隙的电机，这样整个飞轮储能装置的体积就相应减小。同时，轴向气隙的电机可以作为飞轮本体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种飞轮储能装置，包括采用立式结构的设置有上传动轴和下传动轴的飞轮本体（７）、上轴承、下轴承和电机，飞轮本体（７）的上传动轴和上轴承相配合，飞轮本体（７）的下传动轴和下轴承相配合，电机连接在飞轮本体（７）的一端，其特征在于，还包括永磁轴承，永磁轴承的上磁环（８）固定在飞轮本体（７）的下端面，永磁轴承的下磁环（９）固定在下轴承固定板（１０）上，并且，永磁轴承的上磁环（８）与永磁轴承的下磁环（９）相互对应，永磁轴承的上磁环（８）与永磁轴承的下磁环（９）之间有轴向间隙；所述的电机的定子（５）位于电机的转子（６）的上方，电机的定子（５）固定在机架上，电机的转子（６）固定在飞轮本体（７）的上端面，并且，电机的定子（５）与电机的转子（６）相互对应，电机的定子（５）与电机的转子（６）之间有轴向间隙。

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能装置，包括采用立式结构的设置有上传动轴和下传动轴的飞轮本体（7）、上轴承、下轴承和电机，飞轮本体（7）的上传动轴和上轴承相配合，飞轮本体（7）的下传动轴和下轴承相配合，电机连接在飞轮本体（7）的一端，其特征在于，还包括永磁轴承，永磁轴承的上磁环（8）固定在飞轮本体（7）的下端面，永磁轴承的下磁环（9）固定在下轴承固定板（10）上，并且，永磁轴承的上磁环（8）与永磁轴承的下磁环（9）相互对应，永磁轴承的上磁环（8）与永磁轴承的下磁环（9）之间有轴向间隙；所述的电机的定子（5）位于电机的转子（6）的上方，电机的定子（5）固定在机架上，电机的转子（6）固定在飞轮本体（7）的上端面，并且，电机的定子（5）与电机的转子（6）相互对应，电机的定子（5）与电机的转子（6）之间有轴向间隙。2.按照权利要求1所述的飞轮储能装置，其特征在于，所述的永磁轴承的上磁环（8）是由八块大小相同的环片（801）沿周向排成的圆环，并且每块环片（801）的S极到N极的指向均为从上向下或者均为从下向上。3.按照权利要求1或2 所述的飞轮储能装置，其特征在于，所述的上轴承是上混合陶瓷球轴承（3），所述的上传动轴是上弹性轴（4），上弹性轴（4）呈阶梯状；所述的飞轮本体（7）的上端面与上弹性轴（4）中直径较大的部分固定连接，上弹性轴（4）中直径较小的部分嵌在上混合陶瓷球轴承（3）的内表面中；所述的下轴承是下混合陶瓷球轴承（15），所述的下传动轴是下弹性轴（12），下弹性轴...

【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：实用新型
国别省市：84