一种飞轮电机转子冷却系统的制作方法

1.本实用新型属于飞轮储能系统，具体涉及一种飞轮电机转子冷却系统。


背景技术：

2.飞轮储能系统主要由三部分构成：高速旋转飞轮本体、电动/发电机、控制器和电力电子变换装置，其中飞轮本体和电动/发电机利用磁悬浮轴承支撑，并密封在真空装置内。系统的工作原理为：当电网提供的能量高于负载所需时，飞轮系统工作在充电状态，由控制器控制电机带动飞轮旋转，将电能转化成机械能存储起来。当电网提供的能量低于负载所需时，飞轮在控制器的控制下工作在发电状态，将机械能转化成电能，经电力变换后供给负载。
3.由于飞轮储能系统内部处于真空环境，且高速运转的飞轮电机发热较高，主要包括：电机绕组损耗，电机定子损耗及电机转子损耗。其中，电机绕组及电机定子主要由过盈配合的流体循环水套来进行散热，并可以稳定到一定的温度，然而电机转子散热主要由导热和小面积辐射散热，温度往往比较高。当电机高功率高转速充放电循环时，电机转子温升很高，容易使电机转子磁钢温度过高而失效，限制了飞轮储能系统内部电机高功率高转速的快速充放电的要求，影响着飞轮储能系统高效充放电的调频性能，因此飞轮储能系统内部的电机转子散热对保证储能飞轮系统性能提升起着至关重要的作用，目前飞轮电机转子只能通过沿飞轮轴向上热传导及转子表面进行辐射散热，无法满足飞轮储能系统安全运行的散热要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种飞轮电机转子冷却系统，具有循环散热功能，加快了散热速率，极大的降低了电机转子温度，确保电机正常运行，保证了飞轮储能系统的整体充放电性能的稳定性。
5.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种飞轮电机转子冷却系统，包括设置在飞轮轴中心的中心腔、设置在中心腔内的异形重力热管、设置在飞轮轴上端的散热板和与散热板相对设置的上水套，所述异形重力热管上设有与中心腔内壁接触的凸起部，以使异形重力热管随飞轮同步旋转，异形重力热管内装有冷却介质；所述散热板与所述上水套之间留有间隙，所述上水套安装在飞轮储能系统的壳体上。
6.所述中心腔的上端设有密封装置。
7.所述密封装置包括密封盖和密封圈，密封盖的外周面设有环槽，以安装所述密封圈。
8.所述密封盖由螺栓紧固在飞轮轴的轴端。
9.所述异形重力热管的管壁由三段首尾平滑连接的弧面组成，每段弧面的顶点为所述的凸起部。
10.异形重力热管的相邻弧面和中心腔内壁所围成的空间内填充导热硅脂。
11.本实用新型的原理是：当飞轮储能工作时，由于高速运转，电机转子损耗会转化为热量，由于电机转子径向传导远大于轴向传导，热量迅速朝着径向方向向飞轮轴中心传导，并且异形重力热管内部的工质会由于离心力而贴于管壁，随着转速升高，工质贴于壁面形成旋转流体增加了壁面与工质的对流换热速率，从而工质吸收大量的热量，导致温度升高，当达到沸点(此处可选择沸点100℃的工质)，产生蒸汽，带走大量的热量，由于上下气压差(沸腾后下气压大于上气压)的存在，蒸汽向上移动，跟异形重力热管上端产生热交换，由于上端散热板离上水套(上水套由于流体循环始终保持30℃)较近(3mm～4mm)，温差及相对面积较大，热辐射较为明显，径向传导与散热板进行热交换，蒸汽温度降低后变为液体，在重力下产生回流，以此形式循环散热达到增强散热速率的目的。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型的散热结构将径向热传导和工质物态变化换热以及散热板和上水套的辐射换热结合起来，加快了散热速率，极大的降低了电机转子温度，确保电机正常运行，保证了飞轮储能系统的整体充放电性能的稳定性。
13.本实用新型的异形重力热管的特殊外形有效防止其跟飞轮轴中心腔的壁面发生滑移，使其可以随飞轮轴同步旋转，导热硅脂的使用进一步提高了热量传导至异形重力热管内的工质。
附图说明
14.图1为采用本实用新型的飞轮储能系统外形图；
15.图2为图1的a-a剖视图；
16.图3为异形重力热管的剖视图；
17.图中标记：1、密封盖，2、上水套，3、散热板，4、飞轮轴，5、中心腔，6、异形重力热管，7、凸起部。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。
19.参照附图所示，一种飞轮电机转子冷却系统，在飞轮储能系统的飞轮轴4的中心设置中心腔5，中心腔5的上端开口，中心腔5内放置一根异形重力热管6，异形重力热管6内盛有吸热后发生物态变化的工质，本实施例中采用水作为异形重力热管6内的工质；异形重力热管6的管壁是由三段首尾平滑相接的圆弧面组成，三段圆弧面的圆心均不重合，并且均位于同一圆周上，该圆周与中心腔5内壁为同心圆，具体的，异形重力热管6外壁由三段圆弧面的顶点形成三个凸起部7，三个凸起部7均与中心腔的内壁间隙配合，以避免异形重力热管6和飞轮轴4发生滑移，从而实现异形重力热管6和飞轮轴4的同步旋转。
20.所述冷却系统还包括设置在飞轮轴4上端的散热板3，散热板3为环形，其内侧安装在飞轮轴4的轴端，增大飞轮轴4轴端的散热面积。
21.在飞轮储能系统的上端壳体上还设有上水套2，上水套2内通有循环冷却水，以保持水温处于30℃。上水套2的下表面与散热板3上表面之间留有3-4mm的间隙，以实现散热板3和上水套2的辐射散热。
22.为了进一步提高电机转子的热量沿径向传导至异形重力热管6的效率，降低飞轮
轴4与异形重力热管6之间的热阻，在异形重力热管6和中心腔5内壁之间的空隙填充导热硅脂，填充时要确保导热硅脂充满空隙，不要有气泡的产生。
23.进一步的，在中心腔5上端口还设有密封装置，以免导热硅脂流出中心腔。
24.具体的，密封装置包括密封盖1和密封圈，密封盖1截面呈t形，其下端塞入中心腔，下端的外周面设有环槽，以安装密封圈，密封圈凸出于环槽与中心腔5内壁挤压接触，通过密封圈的变形起到密封的作用；密封盖1的t型头顶在中心腔5的上端面，并用螺栓将其固定在飞轮轴4上。
25.本实用新型可以有效解决飞轮电机转子温度高的问题，通过计算分析可知，可以保证飞轮转子温度始终保持在工质沸腾温度+15℃左右，假如工质的沸腾温度为100℃，则本实用新型可以保持飞轮转子最高温度大约115℃，既保证了电机运转安全性能，也有利于飞轮储能系统向高性能的挑战的基础。
26.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。


技术特征：
1.一种飞轮电机转子冷却系统，其特征在于：包括设置在飞轮轴中心的中心腔、设置在中心腔内的异形重力热管、设置在飞轮轴上端的散热板和与散热板相对设置的上水套，所述异形重力热管上设有与中心腔内壁接触的凸起部，以使异形重力热管随飞轮同步旋转，异形重力热管内装有冷却介质；所述散热板与所述上水套之间留有间隙，所述上水套安装在飞轮储能系统的壳体上。2.根据权利要求1所述的飞轮电机转子冷却系统，其特征在于：所述中心腔的上端设有密封装置。3.根据权利要求2所述的飞轮电机转子冷却系统，其特征在于：所述密封装置包括密封盖和密封圈，密封盖的外周面设有环槽，以安装所述密封圈。4.根据权利要求3所述的飞轮电机转子冷却系统，其特征在于：所述密封盖由螺栓紧固在飞轮轴的轴端。5.根据权利要求1所述的飞轮电机转子冷却系统，其特征在于：所述异形重力热管的管壁由三段首尾平滑连接的弧面组成，每段弧面的顶点为所述的凸起部。6.根据权利要求5所述的飞轮电机转子冷却系统，其特征在于：相邻弧面和中心腔内壁所围成的空间内填充导热硅脂。

技术总结
一种飞轮电机转子冷却系统，包括设置在飞轮轴中心的中心腔、设置在中心腔内的异形重力热管、设置在飞轮轴上端的散热板和与散热板相对设置的上水套，所述异形重力热管上设有与中心腔内壁接触的凸起部，以使异形重力热管随飞轮同步旋转，异形重力热管内装有冷却介质；所述散热板与所述上水套之间留有间隙，所述上水套安装在飞轮储能系统的壳体上。本实用新型具有循环散热功能，加快了散热速率，极大的降低了电机转子温度，确保电机正常运行，保证了飞轮储能系统的整体充放电性能的稳定性。轮储能系统的整体充放电性能的稳定性。轮储能系统的整体充放电性能的稳定性。


技术研发人员：董金龙 柳哲 张园 晏建 邓力 刘恩洋
受保护的技术使用者：坎德拉（深圳）新能源科技有限公司
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/5/15