磁悬浮飞轮储能装置的制作方法

本申请涉及储能设备的，特别是涉及一种磁悬浮飞轮储能装置。

背景技术：

1、磁悬浮飞轮储能系统是一种高效、长寿命、高功率密度的物理储能技术，在电网调频、可再生能源平滑接入、关键设施不间断供电等领域具有重要应用前景。其核心在于通过磁悬浮轴承实现飞轮转子的无接触高速旋转，从而将电能以动能形式存储。系统的单机容量、能量转换效率和运行可靠性，直接取决于磁悬浮轴承的性能。大承载力磁轴承能在高负荷工况下稳定支撑，提升电网系统运行稳定性、供电可靠性及电能转换与传输效率，是突破电网高端装备关键技术瓶颈、推动智能电网等升级发展的核心支撑技术之一。

2、然而，现有技术中当承载力不足而需进一步提升承载力时，通常只能通过增加磁极数量或者扩大装置体积来实现，导致系统整体笨重，功能密度偏低，使用性能不佳。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对提升承载力导致结构复杂和笨重，功能密度低，影响使用性能的问题，提供一种磁悬浮飞轮储能装置。

2、本申请提出一种磁悬浮飞轮储能装置，其包括：

3、壳体，所述壳体的内部形成有安装腔；

4、飞轮，所述飞轮可转动地设置于所述安装腔中，所述飞轮的内部设置有动力源，所述动力源与所述飞轮驱动连接；

5、径向磁轴承，所述径向磁轴承包括径向上定子和径向下定子，所述径向上定子和所述径向下定子装设于所述壳体内壁上并对称间隔设置于所述飞轮的轴向两侧，且所述径向上定子和所述径向下定子的磁极均配置为横向朝内设置；以及

6、扭转磁轴承，所述扭转磁轴承包括扭转上定子和扭转下定子，所述扭转上定子和所述扭转下定子装设于所述壳体内壁上并布置于所述飞轮的轴向同一端，并沿所述飞轮的轴向间隔设置，所述扭转上定子的磁极配置为朝向所述扭转下定子设置，所述扭转下定子的磁极配置为朝向所述扭转上定子设置。

7、本方案的磁悬浮飞轮储能装置中，通过向壳体的安装腔中安装飞轮，并在飞轮内部设置动力源，使动力源与飞轮驱动连接，进而通过动力源驱动飞轮旋转，即可将电能转换为飞轮的动能，实现能力的有效输入和存储。在此过程中，由于在飞轮的轴向两份分别设置有对称间隔布置的径向上定子和径向下定子，并将径向上定子和径向下定子的磁极配置为横向朝内设置，同时在飞轮的轴向同一端安装轴向间隔设置的扭转上定子和扭转下定子，并使扭转上定子的磁极配置为朝向扭转下定子，使扭转下定子的磁极配置为朝向扭转上定子，如此一来，径向上定子与径向下定子的磁极横向朝内以形成径向基础磁场，对飞轮转子产生双向径向夹持力；扭转上定子磁极与扭转下定子磁极相向设置，通过飞轮转子形成轴向-径向复合磁场，与横向朝内的磁场在气隙处协同叠加，使合成磁通密度大幅提升，进而转化为更强的单边磁吸力与整体承载能力。四层定子磁极方向差异化设计打破单一径向承载局限，形成径向双向与轴向辅助的多维受力体系；横向朝内的磁极主责径向承载力，抵消飞轮转子高速旋转时的离心力与偏移趋势，向下与向上的磁极通过转子形成轴向约束磁力，平衡轴向窜动，同时借助电磁耦合效应增强径向受力稳定性，避免单一方向过载，使整体承载更均衡、上限更高。此外四层定子围绕飞轮转子构成闭合磁路，不同方向的磁极使磁路分布更均匀，有效抑制磁场边缘效应与漏磁；横向朝外与上下指向的磁极相互补充，扩大有效导磁面积，降低整体磁阻，使磁场能量更集中于气隙与转子作用区域，减少磁能损耗，确保输入电磁能高效转化为承载磁力，在同等线圈用量与电耗下实现单位体积承载力的显著跃升。并且本方案实现承载力提升不需要增加磁极数量或者扩大装置体积来实现，避免了装置整体笨重的问题。

8、下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

9、在其中一个实施例中，所述飞轮包括连接部、第一球形部和第二球形部，所述第一球形部连接于所述连接部的轴向一端，所述第二球形部连接于所述连接部的轴向另一端；

10、所述径向上定子设有第一球形孔，并通过所述第一球形孔套设于所述第一球形部的外周；所述径向下定子设有第二球形孔，并通过所述第二球形孔套设于所述第二球形部的外周；所述扭转上定子设置于所述第一球形部的轴向一端，所述扭转下定子设置于所述第一球形部的轴向另一端。

11、在其中一个实施例中，所述扭转磁轴承还包括扭转洛伦兹力线圈和扭转麦克斯韦力线圈，所述径向磁轴承还包括径向洛伦兹力线圈和径向麦克斯韦力线圈，所述扭转洛伦兹力线圈及其导磁铁芯装设于所述扭转上定子上，所述扭转麦克斯韦力线圈及其导磁铁芯装设于所述扭转下定子上，所述径向洛伦兹力线圈及其导磁铁芯装设于所述径向上定子上，所述径向麦克斯韦力线圈及其导磁铁芯装设于所述径向下定子上。

12、在其中一个实施例中，所述径向磁轴承还包括径向扭转永磁体、第一永磁体接收器、径向辅助永磁体和第二永磁体接收器，所述径向扭转永磁体和所述第一永磁体接收器装设于所述壳体内壁上，且所述径向扭转永磁体设置于所述径向上定子与所述第一永磁体接收器之间；所述径向辅助永磁体和所述第二永磁体接收器装设于所述壳体内壁上，且所述径向辅助永磁体设置于所述径向下定子与所述第二永磁体接收器之间。

13、在其中一个实施例中，所述磁悬浮飞轮储能装置还包括第一隔磁铝环、第二隔磁铝环和第三隔磁铝环，所述第一隔磁铝环设置于所述壳体内壁与所述径向扭转永磁体之间，所述第二隔磁铝环设置于所述壳体内壁与所述径向辅助永磁体之间，所述第三隔磁铝环设置于所述第一永磁体接收器与所述第二永磁体接收器之间。

14、在其中一个实施例中，所述磁悬浮飞轮储能装置还包括轴向磁轴承，所述轴向磁轴承装设于所述壳体内壁上并布置于所述飞轮的底部，配置为向所述飞轮提供与所述飞轮的重力方向相反的轴向磁拉力。

15、在其中一个实施例中，所述轴向磁轴承包括轴向永磁体和第四隔磁铝环，所述轴向永磁体与所述飞轮的底部轴向相对设置，所述第四隔磁铝环围设于所述轴向永磁体的外周。

16、在其中一个实施例中，所述轴向磁轴承还包括轴向下定子、轴向辅助永磁体、轴向线圈和轴向上定子，所述轴向下定子设置于所述第四隔磁铝环的外周，所述轴向上定子设置于所述轴向下定子的外周，所述轴向线圈和所述轴向辅助永磁体设置于所述轴向下定子与所述轴向上定子之间。

17、在其中一个实施例中，所述壳体包括壳主体、上端盖和下端盖，所述壳主体为两端贯穿的筒状结构，所述上端盖装设于所述壳主体的轴向一端口处，所述下端盖装设于所述壳主体的轴向另一端口处；所述壳主体采用双层中空结构，且中空层中填充有消音材料。

18、在其中一个实施例中，所述上端盖开设有上端散热孔，所述下端盖开设有下端散热孔，所述壳主体靠近所述上端盖的壳壁部分开设有沿周向间隔排布的多个第一散热孔，所述壳主体靠近所述下端盖的壳壁部分开设有沿周向间隔排布的多个第二散热孔。

1.一种磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述飞轮包括连接部、第一球形部和第二球形部，所述第一球形部连接于所述连接部的轴向一端，所述第二球形部连接于所述连接部的轴向另一端；

3.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述扭转磁轴承还包括扭转洛伦兹力线圈和扭转麦克斯韦力线圈，所述径向磁轴承还包括径向洛伦兹力线圈和径向麦克斯韦力线圈，所述扭转洛伦兹力线圈及其导磁铁芯装设于所述扭转上定子上，所述扭转麦克斯韦力线圈及其导磁铁芯装设于所述扭转下定子上，所述径向洛伦兹力线圈及其导磁铁芯装设于所述径向上定子上，所述径向麦克斯韦力线圈及其导磁铁芯装设于所述径向下定子上。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述径向磁轴承还包括径向扭转永磁体、第一永磁体接收器、径向辅助永磁体和第二永磁体接收器，所述径向扭转永磁体和所述第一永磁体接收器装设于所述壳体内壁上，且所述径向扭转永磁体设置于所述径向上定子与所述第一永磁体接收器之间；所述径向辅助永磁体和所述第二永磁体接收器装设于所述壳体内壁上，且所述径向辅助永磁体设置于所述径向下定子与所述第二永磁体接收器之间。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述磁悬浮飞轮储能装置还包括第一隔磁铝环、第二隔磁铝环和第三隔磁铝环，所述第一隔磁铝环设置于所述壳体内壁与所述径向扭转永磁体之间，所述第二隔磁铝环设置于所述壳体内壁与所述径向辅助永磁体之间，所述第三隔磁铝环设置于所述第一永磁体接收器与所述第二永磁体接收器之间。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述磁悬浮飞轮储能装置还包括轴向磁轴承，所述轴向磁轴承装设于所述壳体内壁上并布置于所述飞轮的底部，配置为向所述飞轮提供与所述飞轮的重力方向相反的轴向磁拉力。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述轴向磁轴承包括轴向永磁体和第四隔磁铝环，所述轴向永磁体与所述飞轮的底部轴向相对设置，所述第四隔磁铝环围设于所述轴向永磁体的外周。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述轴向磁轴承还包括轴向下定子、轴向辅助永磁体、轴向线圈和轴向上定子，所述轴向下定子设置于所述第四隔磁铝环的外周，所述轴向上定子设置于所述轴向下定子的外周，所述轴向线圈和所述轴向辅助永磁体设置于所述轴向下定子与所述轴向上定子之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述壳体包括壳主体、上端盖和下端盖，所述壳主体为两端贯穿的筒状结构，所述上端盖装设于所述壳主体的轴向一端口处，所述下端盖装设于所述壳主体的轴向另一端口处；所述壳主体采用双层中空结构，且中空层中填充有消音材料。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征在于，所述上端盖开设有上端散热孔，所述下端盖开设有下端散热孔，所述壳主体靠近所述上端盖的壳壁部分开设有沿周向间隔排布的多个第一散热孔，所述壳主体靠近所述下端盖的壳壁部分开设有沿周向间隔排布的多个第二散热孔。