專利名稱：一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，利用飛輪轉(zhuǎn)動的動能儲存能量，利用電機實現(xiàn)電能和機械能之間的轉(zhuǎn)換，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、汽車供能、不間斷電源、衛(wèi)星儲能、大功率機車、電磁炮、魚雷等眾多方面，具有巨大的研究價值和市場潛力。
背景技術(shù)：
能源問題是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，日益嚴(yán)重的能源緊缺已成為制約我國經(jīng)濟和穩(wěn)定發(fā)展的重要因素。開發(fā)新能源，發(fā)展高效、環(huán) 保的分布式儲能和節(jié)能技術(shù)成為能源領(lǐng)域最為重要的研究課題。飛輪作為重要的新型機械式儲能方式，它將能量或者是動能存儲在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪輪體中，實現(xiàn)電能到機械能再到電能的轉(zhuǎn)換。它由高速旋轉(zhuǎn)的輪體、支撐輪體的軸承、高速發(fā)電/電動互逆式電機以及控制系統(tǒng)組成。儲能密度是儲能飛輪重要的技術(shù)指標(biāo)，提高轉(zhuǎn)速是實現(xiàn)高儲能密度的最有效手段。高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)具有無能耗、本質(zhì)自穩(wěn)定的特性，成為國際上儲能飛輪的重要發(fā)展趨勢。開展新型高效率、低功耗高溫超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪的研究和應(yīng)用，對解決我國能源問題有重要的現(xiàn)實意義。目前，機械軸承式儲能飛輪已有比較廣泛的應(yīng)用，然而，由于摩擦發(fā)熱大、飛輪壽命短、儲能密度小等問題，使其大范圍應(yīng)用受到一定限制。隨著磁懸浮軸承技術(shù)的發(fā)展和成熟，使這些問題迎刃而解。利用磁懸浮軸承技術(shù)可以使輪體處于懸浮無摩擦狀態(tài)，這樣可以允許飛輪的最高轉(zhuǎn)速提高十倍甚至更多，大大提高了飛輪的儲能密度，不僅壽命長，而且損耗也減小很多?，F(xiàn)有磁懸浮儲能飛輪技術(shù)，也存在許多不足之處。普通磁懸浮儲能飛輪(專利號200610011579. 7)采用主動磁軸承、被動磁軸承或永磁偏置混合磁軸承，控制電流仍較大、發(fā)熱量也大。目前的超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，為了使超導(dǎo)體中產(chǎn)生激勵磁場，需另外增加機械升降機構(gòu)，以使激勵永磁體在超導(dǎo)體組合中產(chǎn)生激勵磁場，這使得超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有機械軸承飛輪和普通磁懸浮儲能飛輪的不足，提供一種自穩(wěn)定、轉(zhuǎn)速高、儲能密度大、體積小、重量輕、便于控制、壽命長的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，靜止部分包括安裝座、主軸、定子軸安裝架、上軸向磁軸承定子、上保護(hù)軸承、軸向/徑向一體化位移傳感器、徑向磁軸承定子、電機定子、超導(dǎo)磁軸承定子、下保護(hù)軸承、鎖緊螺母、小端鎖緊螺母、上端密封蓋和下端密封蓋；轉(zhuǎn)動部分包括輪體組件、上軸向磁軸承轉(zhuǎn)子、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子、電機轉(zhuǎn)子和超導(dǎo)磁軸承轉(zhuǎn)子；電機位于超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪的中間位置，其轉(zhuǎn)子安裝在輪體組件的內(nèi)腔中，其定子安裝在主軸上，兩個徑向磁軸承位于電機的軸向兩端，其定子與主軸連接在一起，其轉(zhuǎn)子與輪體組件的內(nèi)腔連接在一起，在兩個徑向磁軸承的軸向外側(cè)各有一個固定在主軸上的軸向/徑向一體化位移傳感器，在兩個軸向/徑向一體化位移傳感器的軸向兩側(cè)是上保護(hù)軸承和下保護(hù)軸承，在上保護(hù)軸承的上側(cè)是軸向磁軸承，軸向磁軸承定子安裝在主軸上，軸向磁軸承轉(zhuǎn)子固定于輪體組件的軸向上側(cè)，超導(dǎo)磁軸承位于下保護(hù)軸承的軸向下側(cè)，超導(dǎo)磁軸承的轉(zhuǎn)子固定于輪體組件的軸向下側(cè)，定子部分與安裝座的下側(cè)相連，主軸上端通過鎖緊螺母固定于定子軸安裝架上，定子軸安裝架與安裝座相連，定子軸安裝架上端是上端密封蓋，主軸下端通過下端鎖緊螺母與超導(dǎo)磁軸承的定子相連，下端密封蓋通過鎖緊螺釘固定于超導(dǎo)磁軸承定子部分的軸向下側(cè)，起到密封作用。所述的徑向磁軸承和軸向磁軸承均是采用永磁偏置和電磁控制的非接觸主動磁懸浮軸承。所述的主軸不再含有機械軸承支撐，徑向磁軸承、軸向磁軸承和超導(dǎo)磁軸承為主軸起到徑向和軸向支承定位作用。所述的超導(dǎo)磁軸承轉(zhuǎn)子的激勵永磁體組合采用5個磁鋼 組成的HALBACH結(jié)構(gòu),磁場徑向分布均勻并且軸向磁場梯度大，超導(dǎo)磁軸承自穩(wěn)定性好。所述的輪體組件采用的是高彈性合金3J33和4個碳纖維環(huán)組成的復(fù)合體，4個碳纖維環(huán)之間通過過盈配合，提供足夠大的徑向壓力。所述的軸向磁軸承轉(zhuǎn)子的內(nèi)部與上保護(hù)軸承、超導(dǎo)磁軸承轉(zhuǎn)子的內(nèi)部與下保護(hù)軸承之間都形成0. IOmm-O. 15mm的徑向和軸向保護(hù)間隙。所述的軸向/徑向一體化位移傳感器具有4個正交放置的徑向探頭和2個軸向探頭組成，軸向探頭完成輪體組件的軸向平動位移的檢測，徑向探頭完成輪體組件的兩個徑向平動位移的檢測。本發(fā)明的原理是通過超導(dǎo)磁軸承和徑向磁軸承共同作用，實現(xiàn)輪體組件的徑向位移控制；通過超導(dǎo)磁軸承和軸向磁軸承的共同作用，實現(xiàn)輪體組件的軸向位移控制；超導(dǎo)磁軸承的作用為維持輪體組件徑向和軸向位移的自穩(wěn)定，徑向磁軸承的作用是輔助超導(dǎo)磁軸承完成輪體組件的徑向位移控制，軸向磁軸承的作用是輔助超導(dǎo)磁軸承完成輪體組件的軸向位移控制。超導(dǎo)磁軸承采用場冷的工作方式，先通過控制上軸向磁軸承使超導(dǎo)磁軸承轉(zhuǎn)子部分向上移動偏離超導(dǎo)磁軸承的工作位置，然后低溫系統(tǒng)向杜瓦組件中注入液氮，當(dāng)超導(dǎo)體組合達(dá)到超導(dǎo)態(tài)之后，通過改變上軸向磁軸承的電流，使超導(dǎo)磁軸承轉(zhuǎn)子下降，回到工作位置(平衡位置)。超導(dǎo)磁懸浮軸承的作用是維持輪體組件的軸向和徑向自穩(wěn)定性，當(dāng)其轉(zhuǎn)子的激勵永磁體靠近超導(dǎo)體磁軸承定子時，會使超導(dǎo)磁軸承產(chǎn)生釘扎力，維持輪體組件的軸向懸浮狀態(tài)，并且能夠自動調(diào)節(jié)釘扎力的大小和方向，使其維持在平衡位置當(dāng)輪體組件有沿軸向向上移動的運動趨勢時，釘扎力表現(xiàn)為吸引力，使輪體組件無法偏離平衡位置；當(dāng)輪體組件有沿軸向向下移動的運動趨勢時，釘扎力表現(xiàn)為斥力，使輪體組件維持在平衡位置；當(dāng)系統(tǒng)的擾動超出超導(dǎo)磁軸承自穩(wěn)定控制范圍時，控制系統(tǒng)通過改變上軸向磁軸承定子線圈電流 的大小，完成輪體組件的軸向位移控制。超導(dǎo)磁軸承在徑向也會產(chǎn)生徑向回復(fù)力，維持輪體組件在徑向的自穩(wěn)定性當(dāng)輪體組件有沿某一方向徑向偏移的運動趨勢時，超導(dǎo)磁軸承會產(chǎn)生反方向的切向回復(fù)力，使輪體組件維持在平衡位置；當(dāng)徑向擾動超過超導(dǎo)磁軸承自穩(wěn)定控制范圍時，控制系統(tǒng)會通過改變徑向磁軸承定子線圈電流的大小，實現(xiàn)輪體組件的徑向位移控制。在輪體組件采用了 4個比強度很高的碳纖維環(huán)，碳纖維環(huán)之間采用過盈配合，使碳纖維環(huán)不僅具有較大的周向力，并且徑向壓力也較大，從而允許輪體組件達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速，儲能密度更高；通過對電機施加控制電流來控制飛輪輪體組件轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)能量的存儲與釋放。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于( I)與機械飛輪相比，本發(fā)明采用的是磁懸浮結(jié)構(gòu)，沒有機械摩擦，損耗小，能量利
用率高。(2)與磁懸浮儲能飛輪相比，分發(fā)明的輪體組件采用了 4個比強度更高的碳纖維環(huán)，每個碳纖維環(huán)之間采用過盈配合，保證了碳纖維環(huán)之間有足夠大的徑向力，可以承受更高的轉(zhuǎn)速，儲能密度更高。(3)在超導(dǎo)磁軸承的定子達(dá)到超導(dǎo)態(tài)之前，軸向磁軸承需要先提供較大的吸力，使超導(dǎo)磁軸承的激勵永磁體遠(yuǎn)離超導(dǎo)磁軸承的定子，在定子達(dá)到超導(dǎo)態(tài)之后，再減小軸向磁軸承的控制電流，使轉(zhuǎn)子下降，在超導(dǎo)磁軸承的定子中激勵產(chǎn)生磁場，從而產(chǎn)生釘扎力，以使系統(tǒng)具有自穩(wěn)定性。本發(fā)明中不再需要其它機械結(jié)構(gòu)完成此功能。(4)超導(dǎo)磁軸承的等效阻尼系數(shù)約為普通磁軸承的千分之一，可以降低使系統(tǒng)的損耗大大降低，提高系統(tǒng)能量利用率；(5)本發(fā)明的超導(dǎo)磁軸承的激勵永磁體采用HALBACH結(jié)構(gòu)，磁場徑向分布均勻保證切向力均勻；軸向磁場梯度大，可以提供更大的軸向力；并且漏磁小，不會對其他磁軸承和軸向/徑向一體化傳感器部件產(chǎn)生影響。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的徑向磁軸承結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的超導(dǎo)磁軸承結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的輪體組件結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明的軸向/徑向一體化位移傳感器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，靜止部分包括安裝座I、主軸9、定子軸安裝架6、上軸向磁軸承5定子、上保護(hù)軸承10、軸向/徑向一體化位移傳感器11、徑向磁軸承4定子、電機3定子、超導(dǎo)磁軸承13定子、下保護(hù)軸承12、鎖緊螺母8、小端鎖緊螺母14、上端密封蓋7和下端密封蓋15 ；轉(zhuǎn)動部分包括輪體組件2、上軸向磁軸承5轉(zhuǎn)子、徑向磁軸承4轉(zhuǎn)子、電機3轉(zhuǎn)子和超導(dǎo)磁軸承13轉(zhuǎn)子；電機3位于超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪的中間位置，其轉(zhuǎn)子安裝在輪體組件2的內(nèi)腔中，其定子安裝在主軸9上，兩個徑向磁軸承4位于電機3的軸向兩端，其定子與主軸9連接在一起，其轉(zhuǎn)子與輪體組件2的內(nèi)腔連接在一起，在兩個徑向磁軸承4的軸向外側(cè)各有一 個固定在主軸9上的軸向/徑向一體化位移傳感器11，在兩個軸向/徑向一體化位移傳感器11的軸向兩側(cè)是上保護(hù)軸承10和下保護(hù)軸承12，在上保護(hù)軸承的上側(cè)是軸向磁軸承5，軸向磁軸承5定子安裝在主軸9上，軸向磁軸承5轉(zhuǎn)子固定于輪體組件2的軸向上側(cè)，超導(dǎo)磁軸承13位于下保護(hù)軸承12的軸向下側(cè)，超導(dǎo)磁軸承13的轉(zhuǎn)子固定于輪體組件2的軸向下側(cè)，定子部分與安裝座I的下側(cè)相連，主軸9上端通過鎖緊螺母8固定于定子軸安裝架6上，定子軸安裝架6與安裝座I相連,定子軸安裝架6上端是上端密封蓋7,主軸9下端通過下端鎖緊螺母14與超導(dǎo)磁軸承13的定子相連，下端密封蓋15通過鎖緊螺釘固定于超導(dǎo)磁軸承13定子部分的軸向下側(cè)，起到密封作用。圖2為本發(fā)明的徑向磁軸承4的結(jié)構(gòu)圖，分為轉(zhuǎn)子部分和定子部分，轉(zhuǎn)子部分與輪 體組件2相連，定子部分與主軸9相連。轉(zhuǎn)子部分包括徑向磁軸承轉(zhuǎn)子安裝套401、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)402、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子隔磁套403、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子疊層404、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子螺紋環(huán)405 ;定子部分包括徑向磁軸承定子安裝套406、線圈繞組407、徑向磁軸承定子疊層408、徑向磁軸承定子導(dǎo)磁環(huán)409、徑向磁軸承定子磁鋼410、徑向磁軸承定子隔套411、徑向磁軸承定子螺紋環(huán)412。定子安裝套406位于徑向磁軸承的中心，徑向外側(cè)是兩個定子導(dǎo)磁環(huán)409和一個磁鋼410,定子導(dǎo)磁環(huán)409和磁鋼410的外側(cè)是一個定子隔套411和兩個定子疊層408，定子疊層上繞有線圈繞組407，導(dǎo)磁環(huán)402和定子疊層408等由定子螺紋環(huán)412固定于定子安裝套406上；徑向磁軸承4轉(zhuǎn)子最外側(cè)是轉(zhuǎn)子安裝套401，轉(zhuǎn)子安裝套401內(nèi)側(cè)是轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)402,轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)側(cè)是轉(zhuǎn)子隔磁套403和轉(zhuǎn)子疊層404,轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)402、轉(zhuǎn)子疊層403等組件由轉(zhuǎn)子螺紋環(huán)固定于轉(zhuǎn)子安裝套上。徑向磁軸承4的定子與轉(zhuǎn)子之間形成0. 29mm-0. 31mm的工作間隙。當(dāng)給徑向磁軸承定子線圈繞組407通電流時，可以在徑向磁軸承定子與轉(zhuǎn)子之間的工作間隙中產(chǎn)生感應(yīng)磁場，控制轉(zhuǎn)子在徑向方向的移動。圖3為本發(fā)明的軸向磁軸承5的結(jié)構(gòu)圖，包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子部分通過鍵等組件固定于主軸9上，轉(zhuǎn)子部分通過螺栓組件與輪體組件2相連接。軸向磁軸承轉(zhuǎn)子51由電工純鐵制成；軸向磁軸承定子包括軸向磁軸承定子磁環(huán)52、軸向磁軸承定子磁鋼53、軸向磁軸承線圈繞組54、軸向磁軸承定子座55。軸向磁軸承定子座55的環(huán)形內(nèi)腔中裝有線圈繞組54和定子磁鋼53,定子磁鋼53由定子磁環(huán)52固定于定子安裝座55上。定子磁環(huán)52和定子安裝套55之間形成0. 6mm的第二氣隙；軸向磁軸承5的定子和轉(zhuǎn)子之間形成0. 25mm-0. 75mm的工作間隙。通過控制定子線圈繞組54中電流大小,可以控制軸向磁軸承5定子和轉(zhuǎn)子之間工作間隙中電磁力的大小，從而控制轉(zhuǎn)子的軸向移動。圖4為本發(fā)明的超導(dǎo)磁軸承13的結(jié)構(gòu)圖，下端為超導(dǎo)磁軸承定子，上端為激勵永磁體轉(zhuǎn)子。超導(dǎo)磁軸承13的定子固定于安裝座上，包括杜瓦安裝架131、杜瓦體132、超導(dǎo)塊固定架133、超導(dǎo)塊組合134、壓蓋135 ;激勵永磁體轉(zhuǎn)子與輪體組件2相連接，包括激勵永磁體安裝架136、激勵永磁體組合137、屏蔽環(huán)138和永磁體擋圈139。杜瓦安裝架131主要是起到支撐作用，杜瓦體安裝架131的內(nèi)腔中是杜瓦體132，杜瓦體132內(nèi)部裝有超導(dǎo)體安裝架133，杜瓦體安裝架133中固定有超導(dǎo)體組合134，超導(dǎo)體組合134由壓蓋135固定；超導(dǎo)磁軸承13轉(zhuǎn)子位于定子的上方，與定子形成0. 25-0. 75mm的工作間隙，激勵永磁體安裝架136為主要的支撐部件，激勵永磁體組合137由永磁體擋圈139固定于激勵永磁體安裝架136的環(huán)形內(nèi)腔中。超導(dǎo)塊組合134采用了 5個環(huán)形磁鋼，充磁方式為中間磁鋼向上充磁，外側(cè)磁鋼向外充磁，徑向內(nèi)側(cè)磁鋼向內(nèi)充磁，徑向最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的磁鋼向下充磁。超導(dǎo)磁軸承13定子中杜瓦體132和超導(dǎo)塊固定架133之間充滿液氮，為超導(dǎo)塊組合提供低溫環(huán)境。圖中外接設(shè)備為液氮測量裝置和注入裝置。圖5為本發(fā)明的輪體組件2的結(jié)構(gòu)圖，包括輻射狀轉(zhuǎn)子21、碳纖維內(nèi)環(huán)22、碳纖維中環(huán)23、碳纖維次外環(huán)24和碳纖維最外環(huán)25。本發(fā)明中輪體組件2外圈采用的是碳纖維環(huán)，比強度是高強度鋼的2. 8倍，儲能密度也是高強度鋼的2. 8倍，實現(xiàn)了高密度儲能。單個碳纖維環(huán)采用分層纏繞的結(jié)構(gòu)，周向力很大，但是徑向壓應(yīng)力較小，碳纖維環(huán)之間采用過盈配合，保證了碳纖維環(huán)之間有足夠大的徑向壓應(yīng)力，保證了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。圖6為本發(fā)明的電機3結(jié)構(gòu)圖，主要由轉(zhuǎn)子疊層31、轉(zhuǎn)子磁鋼32、定子繞組33、電機定子骨架34、定子疊層35和環(huán)氧樹脂36組成。其中電機定子骨架34、定子繞組33和定子疊層35為靜止部分，其余為轉(zhuǎn)動部分，電機3的定子繞組33由環(huán)氧樹脂36灌封固定于定子骨架34上。電機3不再含有機械軸承，徑向磁軸承4、軸向磁軸承5同時為電機3起到徑向和軸向支撐定位作用。電機單邊間隙為0. 396mm-0. 404mm。
圖7為本發(fā)明的軸向/徑向一體化位移傳感器11結(jié)構(gòu)圖，由傳感器底座111、軸向位移傳感器探頭112、徑向位移傳感器探頭113和傳感器封蓋114組成。四個徑向位移傳感器探頭113均布在傳感器底座111的外圓周上，分別沿+X、-X、+Y、-Y方向分布，兩個軸向位移傳感器探頭112位于傳感器座內(nèi)的端面上,分別沿45°和225°方向分布；徑向位移傳感器探頭113和徑向探測體之間形成徑向探測間隙，軸向位移傳感器探頭112與軸向探測體之間形成軸向探測間隙，徑向探測間隙為0. 25mm-l. 25mm，軸向探測間隙為0. 5mm-l. 5mm。
權(quán)利要求
1.一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，其特征在于靜止部分包括安裝座(I)、主軸(9)、定子軸安裝架(6)、上軸向磁軸承(5)定子、上保護(hù)軸承(10)、軸向/徑向一體化位移傳感器(11)、徑向磁軸承(4)定子、電機(3)定子、超導(dǎo)磁軸承(13)定子、下保護(hù)軸承(12)、鎖緊螺母(8)、小端鎖緊螺母(14)、上端密封蓋(7)和下端密封蓋(15);轉(zhuǎn)動部分包括輪體組件(2)、上軸向磁軸承(5)轉(zhuǎn)子、徑向磁軸承(4)轉(zhuǎn)子、電機(3)轉(zhuǎn)子和超導(dǎo)磁軸承(13)轉(zhuǎn)子；電機(3)位于超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪的中間位置，其轉(zhuǎn)子安裝在輪體組件(2)的內(nèi)腔中，其定子安裝在主軸(9)上，兩個徑向磁軸承(4)位于電機(3)的軸向兩端，其定子與主軸(9)連接在一起，其轉(zhuǎn)子與輪體組件(2)的內(nèi)腔連接在一起，在兩個徑向磁軸承(4)的軸向外側(cè)各有一個固定在主軸(9)上的軸向/徑向一體化位移傳感器(11)，在兩個軸向/徑向一體化位移傳感器(11)的軸向兩側(cè)是上保護(hù)軸承(10)和下保護(hù)軸承(12)，在上保護(hù)軸承的上側(cè)是軸向磁軸承(5)，軸向磁軸承(5)定子安裝在主軸(9)上，軸向磁軸承(5)轉(zhuǎn)子固定于輪體組件(2)的軸向上側(cè)，超導(dǎo)磁軸承(13)位于下保護(hù)軸承(12)的軸向下側(cè)，超導(dǎo)磁軸承(13)的轉(zhuǎn)子固定于輪體組件(2)的軸向下側(cè)，定子部分與安裝座(I)的下側(cè)相連，主軸(9)上端通過鎖緊螺母(8)固定于定子軸安裝架(6)上，定子軸安裝架(6)與安裝座(I)相連,定子軸安裝架(6)上端是上端密封蓋(7)，主軸(9)下端通過下端鎖緊螺母(14)與超導(dǎo)磁軸承(13)的定子相連，下端密封蓋(15)通過鎖緊螺釘固定于超導(dǎo)磁軸承(13)定子部分的軸向下側(cè)，起到密封作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，其特征在于所述的徑向磁軸承(4)和軸向磁軸承(5),均是米用永磁偏置和電磁控制的非接觸主動磁懸浮軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，其特征在于所述的主軸(9)不再含有機械軸承支撐，徑向磁軸承(4)、軸向磁軸承(5)和超導(dǎo)磁軸承(13)為主軸起到徑向和軸向支承定位作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，其特征在于所述的超導(dǎo)磁軸承(13)轉(zhuǎn)子的激勵永磁體組合采用5個磁鋼組成的HALBACH結(jié)構(gòu)，磁場徑向分布均勻并且軸向磁場梯度大，超導(dǎo)磁軸承(13 )自穩(wěn)定性好。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，其特征在于所述的輪體組件(2)采用的是高彈性合金3J33和4個碳纖維環(huán)組成的復(fù)合體，4個碳纖維環(huán)之間通過過盈配合，提供足夠大的徑向壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，其特征在于所述的軸向磁軸承(5)轉(zhuǎn)子的內(nèi)部與上保護(hù)軸承(10)、超導(dǎo)磁軸承(13)轉(zhuǎn)子的內(nèi)部與下保護(hù)軸承(12)之間都形成O. IOmm-O. 15mm的徑向和軸向保護(hù)間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，其特征在于所述的軸向/徑向一體化位移傳感器(11)具有4個正交放置的徑向探頭和2個軸向探頭組成，軸向探頭完成輪體組件的軸向平動位移的檢測，徑向探頭完成輪體組件(2)的兩個徑向平動位移的檢測。
全文摘要
一種高儲能密度超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪，可以作為電力系統(tǒng)、交通工具以及航空航天系統(tǒng)的儲能設(shè)備，其主要由底座、密封蓋、定子軸安裝架、主軸、軸向磁軸承、徑向磁軸承、電機、輪體組件、超導(dǎo)磁軸承組成。主軸通過定子軸安裝架固定于底座內(nèi)腔中心，自上而下裝有軸向磁軸承、徑向磁軸承、電機、徑向磁軸承、超導(dǎo)磁軸承；輪體組件位于主軸中心，通過軸向、徑向磁軸承與主軸相連。本發(fā)明各個組件布局合理、緊湊，利用超導(dǎo)磁軸承和普通磁軸承共同作用實現(xiàn)了飛輪輪體的無接觸懸浮，并且利用碳纖維輪體的高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了高密度儲能。
文檔編號H02K7/02GK102664567SQ20121014746
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者孫津濟, 張永斌, 房建成, 湯繼強, 王春娥 申請人:北京航空航天大學(xué)