機械儲能飛輪裝置製造方法

2023-06-27 23:45:31 4

機械儲能飛輪裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種機械儲能飛輪裝置，屬於儲能飛輪領域。該裝置包括：轉子組件設置在定子組件內，環繞設置在定子組件內的定子芯軸外；轉子組件的飛輪鋼體通過接觸軸承與定子組件的定子芯軸活動連接；定子組件與轉子組件之間設置被動承重磁軸承，被動承重磁軸承的定子設置在定子組件上，被動承重磁軸承的轉子設置在轉子組件上，被動承重磁軸承的定子與被動承重磁軸承的轉子兩者位置相對應並保持非接觸間隙；電動發電兩用機的定子設置在定子組件上，電動發電兩用機的轉子設置在轉子組件上，電動發電兩用機的定子與電動發電兩用機的轉子兩者位置相對應並保持非接觸間隙。通過被動承重磁軸承抵消重力，延長機械接觸軸承壽命。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及儲能飛輪裝置，特別是涉及一種機械儲能飛輪裝置。 機械儲能飛輪裝置

【背景技術】
[0002] 能源供應不足已成為經濟發展瓶頸，且化石能源造成的環境汙染問題日益突出， 積極開發替代新能源和儲能技術，減少人類對化石資源的依賴，已成為業界和科技界的熱 門課題。風能和太陽能是業界最關注的可再生資源，具有來源豐富、取之不竭、用之不盡、無 環境汙染或小汙染的優點。但是也存在共同缺陷，即間歇性、不穩定性和不可控性。為保障 風光發電系統供電均衡和連續，通常採用儲能系統對電網進行調峰和調頻。飛輪儲能是一 種機-電能量轉換與儲存裝置，可將風能、太陽能等能源轉化為飛輪旋轉動能加以儲存的 一種新型高效儲能技術，具有無汙染、儲能密度高、使用壽命長、充電速度快等諸多優點，可 廣泛應用於電動汽車、航空航天、電網調峰以及不間斷電源等領域，是一種非常有發展前景 的儲能方式。
[0003] 飛輪儲能是利用電能驅動飛輪轉子加速轉動，以動能的形式把能量儲存起來，從 而將電能轉變為機械能進行存儲。飛輪系統存儲能量與轉子轉動慣量成正比，與轉子轉速 的平方成正比，增加轉子的質量務必對支承有更高的要求。目前的儲能飛輪主要有機械軸 承儲能飛輪和磁懸浮儲能飛輪。專利申請號201220419460. 4中公開的儲能飛輪採用機械 軸承支承，避免了磁軸承及其控制系統帶來的結構複雜性，具有較高的可靠性，但是由於 其摩擦發熱大、飛輪使用壽命短、儲能密度小等缺點，其使用範圍受到限制。專利申請號 200720187334. X中公開了一種磁懸浮儲能飛輪採用磁懸浮軸承支承，減小了機械軸承帶來 的摩擦磨損，降低了振動，提高了飛輪的最高轉速和存儲能量密度，但其需要相應的磁軸承 控制系統，大大增加了儲能飛輪系統的複雜性。 實用新型內容
[0004] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種機械儲能飛輪裝置，能克服現有儲能飛 輪系統的不足，降低機械軸承的負載及其引起的摩擦磨損，延長機械儲能飛輪工作壽命，提 高了整機的可靠性和能量轉換效率。
[0005] 為解決上述技術問題，本實用新型提供一種機械儲能飛輪裝置，包括：定子組件、 轉子組件、接觸軸承、被動承重磁軸承和電動發電兩用機；其中，
[0006] 所述轉子組件設置在所述定子組件內，環繞設置在所述定子組件內的定子芯軸 外；
[0007] 所述轉子組件的飛輪鋼體通過所述接觸軸承與所述定子組件的定子芯軸活動連 接，所述轉子組件能經所述接觸軸承繞所述定子芯軸自由轉動；
[0008] 所述定子組件與所述轉子組件之間設置所述被動承重磁軸承，所述被動承重磁軸 承的定子固定設置在所述定子組件上，所述被動承重磁軸承的轉子固定設置在所述轉子組 件上，所述被動承重磁軸承的定子與被動承重磁軸承的轉子兩者位置相對應並保持非接觸 間隙；
[0009] 所述電動發電兩用機的定子固定設置在所述定子組件上，所述電動發電兩用機的 轉子設置在所述轉子組件上，所述電動發電兩用機的定子與所述電動發電兩用機的轉子兩 者位置相對應並保持非接觸間隙。
[0010] 本實用新型的有益效果為：（1)由於採用機械軸承（即接觸軸承）支承，沒有採用 磁懸浮軸承對轉子進行完全懸浮支承，無需採用磁軸承控制系統，簡化了儲能飛輪控制系 統，提高了控制系統和整機結構可靠性；(2)利用被動承重磁軸承抵消飛輪轉子重力，大大 減少了機械軸承上的負載，降低了機械軸承的摩擦磨損，提高了飛輪轉子的轉速，延長了儲 能飛輪系統的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要 使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施 例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖 獲得其他附圖。
[0012] 圖1為本實用新型實施例提供的機械儲能飛輪裝置截面示意圖；
[0013] 圖2a為本實用新型實施例提供的飛輪底座、支架、上端密封蓋和焊接密封帶四者 之間的焊接局部截面示意圖；
[0014] 圖2b為本實用新型實施例提供的飛輪底座、支架、上端密封蓋和焊接密封帶四者 之間的焊接三維結構示意圖；
[0015] 圖3為本實用新型實施例提供的下被動承重磁軸承定子和下被動承重磁軸承轉 子組成的下被動承重磁軸承截面示意圖；
[0016] 圖4為本實用新型實施例提供的電動發電兩用機、飛輪底座和飛輪鋼體三者之間 的連接截面局部示意圖；
[0017] 圖5為本實用新型實施例提供的轉子組件剖視圖；
[0018] 圖6為本實用新型實施例提供的定子芯軸剖視圖；
[0019] 圖7a為本實用新型實施例提供的飛輪底座剖視圖；
[0020] 圖7b為本實用新型實施例提供的飛輪底座仰視二維結構7]^意圖；
[0021] 圖7c為本實用新型實施例提供的飛輪底座俯視二維結構7]^意圖；
[0022] 圖8為本實用新型實施例提供的飛輪鋼體剖視圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實 施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本 領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用 新型的保護範圍。
[0024] 圖1至圖8所示為本實用新型實施例提供的一種機械儲能飛輪裝置，該裝置包括： 定子組件、轉子組件、接觸軸承、被動承重磁軸承和電動發電兩用機；
[0025] 其中，轉子組件設置在定子組件內，環繞設置在定子組件內的定子芯軸2外；
[0026] 轉子組件的飛輪鋼體14通過接觸軸承與定子組件的定子芯軸2活動連接，轉子組 件能經接觸軸承繞定子芯軸2自由轉動；
[0027] 定子組件與轉子組件之間設置被動承重磁軸承，被動承重磁軸承的定子固定設置 在定子組件上，被動承重磁軸承的轉子固定設置在轉子組件上，被動承重磁軸承的定子與 被動承重磁軸承的轉子兩者位置相對應並保持非接觸間隙；
[0028] 電動發電兩用機的定子固定設置在定子組件上，電動發電兩用機的轉子設置在轉 子組件上，電動發電兩用機的定子與電動發電兩用機的轉子兩者位置相對應並保持非接觸 間隙。
[0029] 上述儲能飛輪裝置中，接觸軸承包括上角接觸軸承1A和下角接觸軸承1B，其中， 上角接觸軸承1A固定設置在定子組件內的定子芯軸2上部的徑向外側，下角接觸軸承1B 固定設置在定子組件內的定子芯軸2下部的徑向外側。
[0030] 上述儲能飛輪裝置中，被動承重磁軸承包括上被動承重磁軸承11和下被動承重 磁軸承6,其中，上被動承重磁軸承11的定子固定設置在定子組件上端的支架10底面上， 上被動承重磁軸承11的轉子固定設置在轉子組件的飛輪鋼體14上端；下被動承重磁軸承 6的定子固定設置在定子組件下端頂面上，下被動承重磁軸承11的轉子固定設置在轉子組 件的飛輪鋼體14下端。
[0031] 上述儲能飛輪裝置中，上被動承重磁軸承11定子和上被動承重磁軸承11轉子之 間的間隙為1mm ;下被動承重磁軸承6定子和下被動承重磁軸承6轉子之間的間隙為1mm。
[0032] 上述儲能飛輪裝置中，上被動承重磁軸承11定子和轉子均由七個環形磁鋼從內 至外套裝在一起組成，上被動承重磁軸承11定子的七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次 為：軸向向下、徑向向內、軸向向上、徑向向外、軸向向下、徑向向內和軸向向上；上被動承 重磁軸承11轉子的七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次為：軸向向上、徑向向內、軸向向 下、徑向向外、軸向向上、徑向向內和軸向向下；
[0033] 下被動承重磁軸承6定子與轉子均由七個環形磁鋼從內至外套裝在一起組成，下 被動承重磁軸承6定子的七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次為：軸向向上、徑向向內、軸 向向下、徑向向外、軸向向上、徑向向內和軸向向下；下被動承重磁軸承6轉子的七個環形 磁鋼充磁方向從內至外依次為，軸向向下、徑向向內、軸向向上、徑向向夕卜、軸向向下、徑向 向內和軸向向上。
[0034] 上、下被動承重磁軸承均採用七環磁鋼組成的Halbach(海爾貝克）結構，大大提 高磁軸承端部的磁密，增加了磁軸承的位移剛度和承載力。
[0035] 上述儲能飛輪裝置中，各環形磁鋼採用衫鈷合金環形磁鋼或釹鐵硼合金環形磁 鋼。
[0036] 上述儲能飛輪裝置中，電動發電兩用機包括上電動發電兩用機和下電動發電兩用 機；
[0037] 上電動發電兩用機設置在定子組件與轉子組件的上端，上電動發電兩用機的定子 採用杯形定子，上電動發電兩用機的轉子採用與杯形定子匹配的內轉子和外轉子，內轉子 和外轉子均設置在轉子組件的飛輪鋼體14上端的環形槽內，環形槽位於飛輪鋼體14上端 設置的被動承重磁軸承的轉子內側；
[0038] 下電動發電兩用機設置在定子組件與轉子組件的下端，下電動發電兩用機的定子 採用杯形定子，下電動發電兩用機的轉子採用與杯形定子匹配的內轉子和外轉子，內轉子 和外轉子均設置在轉子組件的飛輪鋼體14下端的環形槽內，環形槽位於飛輪鋼體14下端 設置的被動承重磁軸承的轉子內側。
[0039] 上述儲能飛輪裝置中，上電動發電兩用機9杯形定子與上電動發電兩用機9內轉 子和上電動發電兩用機9外轉子的徑向磁間隙均為0· 3mm?0· 6mm ;下電動發電兩用機3 杯形定子與下電動發電兩用機3內轉子和下電動發電兩用機3外轉子的徑向磁間隙均為 0. 3mm ?0· 6mm。
[0040] 上述儲能飛輪裝置中，定子組件的結構為：
[0041] 設有飛輪底座4,為上端開口，底面設有下端孔的筒形結構；
[0042] 定子芯軸2設置在飛輪底座4內的中間部位；
[0043] 設有支架10,固定覆蓋設置在飛輪底座4上端開口上，支架10中間部位設有供定 子芯軸2穿過的通孔，支架10與定子芯軸2上端固定連接；
[0044] 支架10、定子芯軸2與飛輪底座4固定連接後，在飛輪底座4內形成設置轉子組件 的環形腔體；
[0045] 設有密封蓋12,位於定子芯軸2、飛輪底座4和支架10上端，通過該密封蓋12中 心內螺紋與定子芯軸2上端外螺紋配合連接；
[0046] 設有焊接密封帶13,位於飛輪底座4、支架10和密封蓋12三者的徑向外側，通過 焊接固定在飛輪底座4、支架10和密封蓋12上；
[0047] 設有密封螺紋環5,固定設置在飛輪底座4的下端孔處，處於定子芯軸2下端與飛 輪底座4的下端孔連接處。
[0048] 上述儲能飛輪裝置還包括：
[0049] 真空插座7,位於飛輪底座4的下端孔內，通過緊固螺釘固定在飛輪底座4上；真 空插座與電動發電兩用機的控制電纜線連接，真空插座與外部的真空泵連接；
[0050] 抽氣嘴8,位於飛輪底座4的下端，通過緊固螺釘安裝在飛輪底座4上。
[0051] 上述機械儲能飛輪裝置的原理如圖1所示，當電動發電兩用機處於電動機模式 時，電機控制系統控制電機驅動轉子組件加速轉動，將電能轉換為轉子組件的旋轉動能，對 電能進行存儲；當電動發電兩用機處於發電機模式時，轉子組件處於自動減速狀態，電機轉 子永磁體產生的磁場，在電動發電兩用機定子繞組內產生變化的磁通，從而形成電流，並通 過電機控制系統輸出所需的電能。儲能飛輪裝置工作時，轉子的重力基本上被被動承重磁 軸承產生的斥力抵消，使得機械軸承在重力方向只承受較小的壓力和摩擦力，從而延長了 機械軸承的壽命。
[0052] 下面結合具體實施例對本實用新型的機械儲能飛輪裝置作進一步說明。
[0053] 如圖1所示，本實用新型實施例的機械儲能飛輪裝置，是一種基於雙被動承重式 的機械儲能飛輪裝置，主要由定子組件、轉子組件、上角接觸軸承1A、下角接觸軸承1B、上 被動承重磁軸承、下被動承重磁軸承、上電動發電兩用機和下電動發電兩用機幾部分組成， 其中，定子組件主要包括：定子芯軸2、飛輪底座4、密封螺紋環5、真空插座7、抽氣嘴8、支 架10、密封蓋12和焊接密封帶13 ;
[0054] 上角接觸軸承1A、下角接觸軸承1B、定子芯軸2、下電動發電兩用機3杯形定子、下 被動承重磁軸承6定子、上電動發電兩用機9杯形定子和上被動承重磁軸承11定子也均設 置在定子組件上；
[0055] 定子組件結構及與各部件連接為：
[0056] 上角接觸軸承1A和下角接觸軸承1B位於定子芯軸2徑向外側，並通過自鎖螺母 固定在定子芯軸2上部和下部；
[0057] 下電動發電兩用機3杯形定子位於飛輪底座4的內部，並通過緊固螺釘固定在飛 輪底座4上；飛輪底座4位於定子芯軸2的徑向外側；
[0058] 密封螺紋環5位於定子芯軸2和飛輪底座4下端，並通過螺紋連接安裝在飛輪底 座4下端；下被動承重磁軸承6定子位於飛輪底座4內，並通過緊固螺釘安裝在飛輪底座4 上；
[0059] 真空插座7位於飛輪底座4的下端孔內，並通過緊固螺釘固定在飛輪底座4上；
[0060] 抽氣嘴8位於飛輪底座4的下端，並通過緊固螺釘安裝在飛輪底座4上；
[0061] 上電動發電兩用機9杯形定子位於定子芯軸2徑向外側和支架10下端，並通過緊 固螺釘固定在支架10上；
[0062] 支架10通過緊固螺釘固定在飛輪底座4上端，並通過限位鍵約束定子芯軸2轉動 自由度；定子芯軸2通過其上端自鎖螺母和下端螺釘安裝在飛輪底座4和支架10上；
[0063] 上被動承重磁軸承11定子位於上電動發電兩用機9杯形定子的徑向外側，並通過 緊固螺釘安裝在支架10上；
[0064] 密封蓋12位於定子芯軸2、飛輪底座4和支架10上端，並通過密封蓋12中心內螺 紋與定子芯軸2上端外螺紋配合；
[0065] 焊接密封帶13位於飛輪底座4、支架10和密封蓋12三者的徑向外側，並通過焊錫 焊接固定在飛輪底座4、支架10和密封蓋12上；
[0066] 轉子組件主要包括：飛輪鋼體14、上軸承蓋15A和下軸承蓋15B ;
[0067] 下電動發電兩用機3內轉子、下電動發電兩用機3外轉子、下被動承重磁軸承6轉 子、上電動發電兩用機9內轉子、上電動發電兩用機9外轉子和上被動承重磁軸承11轉子 均設置在轉子組件上；
[0068] 飛輪鋼體14位於定子芯軸2徑向外側，設置在飛輪底座4內；
[0069] 下電動發電兩用機3內轉子和上電動發電兩用機9內轉子分別位於下電動發電兩 用機3杯形定子和上電動發電兩用機9杯形定子徑向內側，並通過環氧樹脂膠粘接安裝在 飛輪鋼體14環形槽內；
[0070] 下電動發電兩用機3外轉子和上電動發電兩用機9外轉子分別位於下電動發電兩 用機3杯形定子和上電動發電兩用機9杯形定子徑向外側，並通過環氧樹脂膠粘接安裝在 飛輪鋼體14下端環形槽內；
[0071] 下被動承重磁軸承6轉子位於飛輪鋼體14下端環形槽內，並通過環氧樹脂膠粘接 在飛輪鋼體14環形槽內；
[0072] 上被動承重磁軸承11轉子位於飛輪鋼體14上端環形槽內，並通過環氧樹脂膠粘 接在飛輪鋼體14上端環形槽內，上軸承蓋15A和下軸承蓋15B分別位於上角接觸軸承1A 和下角接觸軸承1B的徑向外側，並通過緊固螺釘分別安裝在飛輪鋼體14的上端和下端。
[0073] 圖2a為本實用新型中飛輪底座4、支架10、密封蓋12和焊接密封帶13四者之間 的焊接截面局部示意圖，圖2b為本實用新型中飛輪底座4、支架10、密封蓋12和焊接密封 帶13四者之間的焊接三維結構示意圖，支架10通過緊固螺釘固定在飛輪底座4上端，密封 蓋12位於飛輪底座4和支架10上端，焊接密封帶13位於飛輪底座4、支架10和密封蓋12 三者的徑向外側，並通過焊錫焊接固定在飛輪底座4、支架10和密封蓋12上，待儲能飛輪調 試和性能測試完畢，通過上焊錫環21A和下焊錫環21B將焊接密封帶13密封焊接在飛輪底 座4、支架10和密封蓋12三者的外圓柱面上，為儲能飛輪系統提供一個高真空的密封工作 環境。
[0074] 圖3為本實用新型中下被動承重磁軸承6定子和下被動承重磁軸承6轉子組成的 下被動承重磁軸承6截面示意圖，下被動承重磁軸承6定子位於飛輪底座4內，並通過緊固 螺釘安裝在飛輪底座4上，下被動承重磁軸承6轉子位於飛輪鋼體14下端環形槽內，並通 過環氧樹脂膠粘接在飛輪鋼體14環形槽內，下被動承重磁軸承6定子和下被動承重磁軸承 6轉子均包括七個環形磁鋼，磁鋼為衫鈷合金或釹鐵硼合金材料，下被動承重磁軸承6定子 七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次為，軸向向上、徑向向內、軸向向下、徑向向外、軸向向 上、徑向向內和軸向向下，下被動承重磁軸承6轉子七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次 為，軸向向下、徑向向內、軸向向上、徑向向外、軸向向下、徑向向內和軸向向上，下被動承重 磁軸承6定子七個環形磁鋼通過環氧樹脂膠粘接在下被動承重磁軸承6定子座內，下被動 承重磁軸承6轉子七個環形磁鋼通過環氧樹脂膠粘接在飛輪鋼體14環形槽內。
[0075] 圖4為本實用新型中下電動發電兩用機3、飛輪底座4和飛輪鋼體14三者之間 的連接截面局部示意圖，下電動發電兩用機3主要包括下電動發電兩用機定子31、下電動 發電兩用機內轉子疊片32、下電動發電兩用機內轉子疊片壓環33、下電動發電兩用機磁鋼 34、下電動發電兩用機外轉子疊片35和下電動發電兩用機外轉子疊片壓環36,下電動發電 兩用機定子31通過緊固螺釘定位安裝在飛輪底座4上，下電動發電兩用機內轉子疊片32 通過環氧樹脂膠粘接在飛輪鋼體14下環形槽內，並通過下電動發電兩用機內轉子疊片壓 環33將其壓緊在飛輪鋼體14下環形槽內，下電動發電兩用機磁鋼34和下電動發電兩用機 外轉子疊片35通過環氧樹脂膠粘接在在飛輪鋼體14下環形槽內，並通過下電動發電兩用 機外轉子疊片壓環36將其壓緊在飛輪鋼體14下環形槽內，下電動發電兩用機定子31與下 電動發電兩用機內轉子疊片32和下電動發電兩用機磁鋼34間存在一定的磁間隙，大小約 為 0· 3mm-〇. 6mm。
[0076] 圖5為本實用新型中轉子組件剖視圖，轉子組件主要包括：下被動承重磁軸承6轉 子、上被動承重磁軸承11轉子、飛輪鋼體14、上軸承蓋15A、下軸承蓋15B、下電動發電兩用 機內轉子疊片32、下電動發電兩用機內轉子疊片壓環33、下電動發電兩用機磁鋼34、下電 動發電兩用機外轉子疊片35、下電動發電兩用機外轉子疊片壓環36、上電動發電兩用機內 轉子疊片92、上電動發電兩用機內轉子疊片壓環93、上電動發電兩用機磁鋼94、上電動發 電兩用機外轉子疊片95和上電動發電兩用機外轉子疊片壓環96,下被動承重磁軸承6轉子 通過環氧樹脂膠粘接在飛輪鋼體14下端環形槽內，上被動承重磁軸承11轉子通過環氧樹 脂膠粘接在飛輪鋼體14上端環形槽內，上軸承蓋15A和下軸承蓋15B通過緊固螺釘分別安 裝在飛輪鋼體14的上端和下端，下電動發電兩用機內轉子疊片32通過環氧樹脂膠粘接在 飛輪鋼體14下環形槽內，並通過下電動發電兩用機內轉子疊片壓環33將其壓緊在飛輪鋼 體14環下形槽內，下電動發電兩用機磁鋼34和下電動發電兩用機外轉子疊片35通過環氧 樹脂膠粘接在在飛輪鋼體14下環形槽內，並通過下電動發電兩用機外轉子疊片壓環36將 其壓緊在飛輪鋼體14下環形槽內，上電動發電兩用機內轉子疊片92通過環氧樹脂膠粘接 在飛輪鋼體14上環形槽內，並通過上電動發電兩用機內轉子疊片壓環93將其壓緊在飛輪 鋼體14環上形槽內，上電動發電兩用機磁鋼94和上電動發電兩用機外轉子疊片95通過環 氧樹脂膠粘接在在飛輪鋼體14上環形槽內，並通過上電動發電兩用機外轉子疊片壓環96 將其壓緊在飛輪鋼體14上環形槽內。
[0077] 圖6為本實用新型中定子芯軸2剖視圖，其材料為GGrl5或9Crl8材料，上端支架 螺紋201用於與密封蓋12和自鎖螺母連接，架鍵槽202用於限制定子芯軸2軸向轉動，上 角接觸軸承螺紋203和下角接觸軸承螺紋206均用於與自鎖螺母螺紋連接，上角接觸軸承 外圓柱面204和下角接觸軸承圓柱面205分別用於與上角接觸軸承1A內孔和下角接觸軸 承1B內孔配合，螺紋孔207用於與飛輪底座4連接。
[0078] 圖7a為本實用新型中飛輪底座4剖視圖，圖7b為本實用新型飛輪底座仰視三維 結構示意圖，圖7c為本實用新型飛輪底座俯視三維結構示意圖，其材料為超硬鋁7A09-T6， 上端外圓柱面41用於與焊接密封帶13密封焊接，上端螺紋孔42用於與支架10固定安裝， 底部過孔43用於電纜走線，下端過孔44用於儲能飛輪整機系統與地面連接，下端螺紋孔45 用於下被動承重磁軸承6定子固定安裝，飛輪底座定位止口 46用於電動發電兩用機定子31 徑向定位，下端螺紋孔47用於下電動發電兩用機定子31的固定安裝，下端過孔48用於電 纜走線，下端內孔49用於與定子芯軸2配合安裝，過孔50用於定子芯軸2和飛輪底座4的 連接。
[0079] 圖8為本實用新型中飛輪鋼體14剖視圖，其材料為高導磁率S06鋼或3J33鋼，內 圓柱面141用於與上角接觸軸承1A和下角接觸軸承1B外圓柱面過度配合，底部螺紋孔142 用於下軸承蓋15B的定位安裝，環形槽143用於與下電動發電兩用機杯形定子31間隙配合 安裝，環形槽144用於定位下電動發電兩用機3轉子安裝，下端環形槽145用於下被動承重 磁軸承6轉子粘接安裝，上端環形槽146用於上被動承重磁軸承11轉子粘接安裝，環形槽 147用於上電動發電兩用機9轉子安裝，環形槽148用於與上電動發電兩用機9杯形定子間 隙配合安裝，頂部螺紋孔149用於上軸承蓋15A的定位安裝。
[0080] 本實用新型說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有 技術。
[0081] 本實用新型利用雙被動承重磁軸承懸浮力抵消飛輪轉子重力，大大減小了機械軸 承的承載負荷，降低了機械軸承（即接觸軸承）的摩擦磨損，延長了機械軸承的使用壽命， 提高了儲能飛輪裝置的可靠性和工作效率。
[〇〇82] 以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不 局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該 以權利要求書的保護範圍為準。
【權利要求】
1. 一種機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，包括：定子組件、轉子組件、接觸軸承、被動承 重磁軸承和電動發電兩用機；其中， 所述轉子組件設置在所述定子組件內，環繞設置在所述定子組件內的定子芯軸（2) 外； 所述轉子組件的飛輪鋼體（14)通過所述接觸軸承與所述定子組件的定子芯軸（2)活 動連接，所述轉子組件能經所述接觸軸承繞所述定子芯軸（2)自由轉動； 所述定子組件與所述轉子組件之間設置所述被動承重磁軸承，所述被動承重磁軸承 的定子固定設置在所述定子組件上，所述被動承重磁軸承的轉子固定設置在所述轉子組件 上，所述被動承重磁軸承的定子與被動承重磁軸承的轉子兩者位置相對應並保持非接觸間 隙； 所述電動發電兩用機的定子固定設置在所述定子組件上，所述電動發電兩用機的轉子 設置在所述轉子組件上，所述電動發電兩用機的定子與所述電動發電兩用機的轉子兩者位 置相對應並保持非接觸間隙。
2. 根據權利要求1所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述接觸軸承包括上角接 觸軸承（1A)和下角接觸軸承（1B)，其中，所述上角接觸軸承（1A)固定設置在所述定子組件 內的定子芯軸（2)上部的徑向外側，所述下角接觸軸承（1B)固定設置在所述定子組件內的 定子芯軸⑵下部的徑向外側。
3. 根據權利要求1所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述被動承重磁軸承包括 上被動承重磁軸承（11)和下被動承重磁軸承（6)，其中，所述上被動承重磁軸承（11)的定 子固定設置在所述定子組件上端的支架（10)底面上，所述上被動承重磁軸承（11)的轉子 固定設置在所述轉子組件的飛輪鋼體（14)上端；所述下被動承重磁軸承（6)的定子固定設 置在所述定子組件下端頂面上，所述下被動承重磁軸承（11)的轉子固定設置在所述轉子 組件的飛輪鋼體（14)下端。
4. 根據權利要求3所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述上被動承重磁軸承 (11)定子和上被動承重磁軸承（11)轉子之間的間隙為1mm ;所述下被動承重磁軸承（6)定 子和下被動承重磁軸承（6)轉子之間的間隙為1mm。
5. 根據權利要求3所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述上被動承重磁軸承 (11)定子和轉子均由七個環形磁鋼從內至外套裝在一起組成，所述上被動承重磁軸承 (11)定子的七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次為：軸向向下、徑向向內、軸向向上、徑向 向外、軸向向下、徑向向內和軸向向上；所述上被動承重磁軸承（11)轉子的七個環形磁鋼 充磁方向從內至外依次為：軸向向上、徑向向內、軸向向下、徑向向外、軸向向上、徑向向內 和軸向向下； 所述下被動承重磁軸承（6)定子與轉子均由七個環形磁鋼從內至外套裝在一起組成， 所述下被動承重磁軸承（6)定子的七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次為：軸向向上、徑 向向內、軸向向下、徑向向外、軸向向上、徑向向內和軸向向下；所述下被動承重磁軸承（6) 轉子的七個環形磁鋼充磁方向從內至外依次為，軸向向下、徑向向內、軸向向上、徑向向外、 軸向向下、徑向向內和軸向向上。
6. 根據權利要求5所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述各環形磁鋼採用衫鈷 合金環形磁鋼或釹鐵硼合金環形磁鋼。
7. 根據權利要求1所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述電動發電兩用機包括 上電動發電兩用機和下電動發電兩用機； 所述上電動發電兩用機設置在所述定子組件與轉子組件的上端，所述上電動發電兩用 機的定子採用杯形定子，所述上電動發電兩用機的轉子採用與所述杯形定子匹配的內轉子 和外轉子，所述內轉子和外轉子均設置在所述轉子組件的飛輪鋼體（14)上端的環形槽內， 所述環形槽位於所述飛輪鋼體（14)上端設置的所述被動承重磁軸承的轉子內側； 所述下電動發電兩用機設置在所述定子組件與轉子組件的下端，所述下電動發電兩用 機的定子採用杯形定子，所述下電動發電兩用機的轉子採用與所述杯形定子匹配的內轉子 和外轉子，所述內轉子和外轉子均設置在所述轉子組件的飛輪鋼體（14)下端的環形槽內， 所述環形槽位於所述飛輪鋼體（14)下端設置的所述被動承重磁軸承的轉子內側。
8. 根據權利要求7所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述上電動發電兩用機（9) 杯形定子與上電動發電兩用機（9)內轉子和上電動發電兩用機（9)外轉子的徑向磁間隙均 為0· 3mm?0· 6mm ;下電動發電兩用機（3)杯形定子與下電動發電兩用機（3)內轉子和下 電動發電兩用機（3)外轉子的徑向磁間隙均為0· 3mm?0· 6mm。
9. 根據權利要求1所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，所述定子組件的結構為： 設有飛輪底座（4)，為上端開口，底面設有下端孔的筒形結構； 所述定子芯軸（2)設置在飛輪底座（4)內的中間部位； 設有支架（10)，固定覆蓋設置在所述飛輪底座（4)上端開口上，所述支架（10)中間部 位設有供所述定子芯軸（2)穿過的通孔，所述支架（10)與所述定子芯軸（2)上端固定連 接； 所述支架（10)、所述定子芯軸（2)與所述飛輪底座（4)固定連接後，在所述飛輪底座 (4)內形成設置所述轉子組件的環形腔體； 設有密封蓋（12)，位於所述定子芯軸（2)、所述飛輪底座（4)和所述支架（10)上端，通 過該密封蓋（12)中心內螺紋與所述定子芯軸（2)上端外螺紋配合連接； 設有焊接密封帶（13)，位於飛輪底座（4)、支架（10)和密封蓋（12)三者的徑向外側， 通過焊接固定在所述飛輪底座（4)、所述支架（10)和所述密封蓋（12)上； 設有密封螺紋環（5)，固定設置在所述飛輪底座（4)的下端孔處，處於所述定子芯軸 (2)下端與所述飛輪底座（4)的下端孔連接處。
10. 根據權利要求1所述的機械儲能飛輪裝置，其特徵在於，還包括： 真空插座（7)，位於所述飛輪底座（4)的下端孔內，通過緊固螺釘固定在所述飛輪底座 ⑷上； 抽氣嘴（8)，位於所述飛輪底座（4)的下端，通過緊固螺釘安裝在所述飛輪底座（4)上。
【文檔編號】H02K7/02GK203896103SQ201420318156
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】劉強, 曹建樹, 焦向東, 葉郭波, 王得田, 許振川, 孫興, 崔童謠, 梁銘, 陳方, 於鵬飛 申請人:北京石油化工學院