一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置的制作方法

本申请涉及储能飞轮领域，尤其涉及一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置。

背景技术：

1、电能是当今社会需求最大的能源形势，随着对电能的依赖，电力系统越来越依靠储能技术调节峰谷，减少能耗。飞轮储能是利用飞轮转子的惯性，将电能通过电机驱动飞轮转子高速旋转转换为动能进行充电，在需要时通过电机将动能转换为电能放电。相比化学电池的优势是储能密度大、能量转换率高、充放电时间短、使用寿命长，相比化学电池的缺点是成本高。

2、飞轮转子的支承技术是储能飞轮的关键技术，也是影响储能飞轮装置的成本的关键。支承方式主要是机械轴承支承和磁轴承支承，机械轴承支承的优点是成本低、结构简单可靠，缺点是有磨损、需要润滑；磁轴承支承的优点是无接触、无需润滑、寿命长，缺点是成本高、结构复杂、对控制器系统的可靠性要求高、保护轴承易损坏等情况。

3、中国实用新型专利申请(公开号cn105811646b，公开日：2019.03.01)公开了一种磁力和机械轴承混合支撑的储能飞轮装置，包括底座、飞轮转子、电机定子、轴向磁力轴承、径向磁轴承、机械轴承。本申请通过轴向磁力轴承吸引飞轮转子，上端通过径向磁轴承提供径向柔性支承，利用上下机械轴承实现飞轮的刚性支承，利用磁轴承对转子重量进行卸载，延长机械轴承的使用寿命，提高飞轮系统的可靠性。

4、现有技术的存在以下不足：飞轮转子轴向悬浮没有阻尼支承，对飞轮转子径向既有磁轴承做弹性支承，又有机械轴承做刚性支承，一方面对于磁轴承控制系统难度较大，另外一方面增加了储能飞轮装置的成本。

技术实现思路

1、鉴于此，本实用新型申请提出了一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置。

2、为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

3、一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承的储能飞轮装置，包括飞轮支承组件和处于中心的飞轮转子组件；所述的飞轮支承组件包括底部支承组件、中壳体组件和顶部支承组件；所述的底部支承组件设有飞轮底座、底部支承座、飞轮转子底部支承轴承组件、轴向磁轴承定子嵌线及悬浮轴承组件；所述的飞轮转子底部支承轴承组件设有轴向碟簧、机械轴承、机械轴承座、底部端盖；所述的悬浮轴承组件设有保护轴承、定位端盖；所述的中壳体组件用于连接顶部支承组件和底部支承组件，设有中壳体、轴向磁轴承定子嵌线和轴向位移传感器；所述的顶部支承组件设有顶部支承座、电机壳体组件、电机定子嵌线、飞轮转子顶部支承轴承组件；所述的电机壳体组件设有电机壳体及冷却水套；所述的飞轮转子顶部支承轴承组件设有轴向碟簧、机械轴承、机械轴承座、顶部端盖和旋转编码器；所述的飞轮转子组件包括飞轮和电机转子。

4、所述的底部和顶部支承轴承组件与飞轮转子组件刚性接触，底部和顶部支承组件设有机械轴承座和机械轴承，通过机械轴承支承实现高速旋转；其中底部支承座和底部支承组件中机械轴承座之间间隙配合，可轴向滑动；顶部支承座和顶部支承组件中机械轴承座之间间隙配合，可轴向滑动。

5、所述的定位端盖和飞轮转子过盈装配，通过悬浮轴承组件的保护轴承实现飞轮转子轴向限位。

6、所述的飞轮转子两端的轴向碟簧，分别安装在底部支承座和顶部支承座，分别压紧底部端盖和顶部端盖，提供轴向磁轴承悬浮飞轮转子时弹性阻尼。

7、所述的中壳体上安装4个轴向位移传感器，并通过航空插头实现信号的传输。

8、所述的飞轮转子组件中电机转子是瓦形结构，直接标贴到主轴的外缘面，电机转子的外表面是采用碳纤维预应力缠绕。

9、所述的电机壳体设有水冷通道，冷却水道为螺旋式的，用于冷却电机定子嵌线。

10、相对现有技术，本实用新型具有以下优势：

11、本实用新型利用轴向磁轴承悬浮飞轮转子，使飞轮转子的支承轴承不承受转子重量，通过机械轴承支承实现高速旋转，降低了机械轴承功耗，利用了飞轮转子支承轴承组件中的轴向碟簧，提供轴向磁轴承悬浮飞轮转子时弹性阻尼，降低了磁轴承控制难度，降低飞轮成本，提高产品可靠性。

技术特征：

1.一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置，包括飞轮支承组件和处于中心的飞轮转子组件；所述的飞轮支承组件包括底部支承组件、中壳体组件和顶部支承组件；所述的底部支承组件设有飞轮底座、底部支承座、飞轮转子底部支承轴承组件、轴向磁轴承定子嵌线及悬浮轴承组件；所述的飞轮转子底部支承轴承组件其特征是设有轴向碟簧、机械轴承、机械轴承座、底部端盖；所述的悬浮轴承组件设有保护轴承、定位端盖；所述的中壳体组件用于连接顶部支承组件和底部支承组件，设有中壳体、轴向磁轴承定子嵌线和轴向位移传感器；所述的顶部支承组件设有顶部支承座、电机壳体组件、电机定子嵌线、飞轮转子顶部支承轴承组件；所述的电机壳体组件设有电机壳体及冷却水套；所述的飞轮转子顶部支承轴承组件其特征是设有轴向碟簧、机械轴承、机械轴承座、顶部端盖和旋转编码器；所述的飞轮转子组件包括飞轮和电机转子。

2.根据权利要求1所述的一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置，其特征在于：飞轮转子通过机械轴承支承实现高速旋转。

3.根据权利要求1所述的一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置，其特征在于：飞轮转子通过轴向磁轴承实现转子悬浮，飞轮转子高速旋转时机械轴承仅承载径向载荷。

4.根据权利要求1所述的一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置，其特征在于：飞轮转子两端设有轴向碟簧，提供轴向磁轴承悬浮飞轮转子时的弹性阻尼。

5.根据权利要求1所述的一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置，其特征在于：电机转子为瓦形结构，直接标贴到主轴的外缘面，电机转子的外表面是采用碳纤维预应力缠绕。

6.根据权利要求1所述的一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置，其特征在于：电机壳体设有螺旋水冷通道，用于冷却电机定子嵌线。

技术总结
本申请涉及储能飞轮装置技术领域，尤其涉及一种利用轴向磁轴承卸载的机械支承储能飞轮装置。储能飞轮装置包括飞轮支承组件和处于中心的飞轮转子组件；所述的飞轮支承组件包括底部支承组件、中壳体组件和顶部支承组件，其特征是设有轴向磁轴承轴向碟簧、机械轴承等；所述的中壳体组件用于连接顶部支承组件和底部支承组件；所述的飞轮转子组件包括飞轮和电机转子。本技术利用轴向磁轴承悬浮飞轮转子，使飞轮转子的支承轴承不承受转子重量，通过机械轴承支承实现高速旋转，降低了机械轴承功耗，利用了飞轮转子支承轴承组件中的轴向碟簧，提供轴向磁轴承悬浮飞轮转子时弹性阻尼，降低了磁轴承控制难度，降低飞轮成本，提高产品可靠性。

技术研发人员：毕中炜,魏大忠,田希晖,郑领博,雷枝武
受保护的技术使用者：北京高孚动力科技有限公司
技术研发日：20221220
技术公布日：2024/1/14