一种非接触式飞轮储能转子真空散热系统的制作方法

本发明属于能量存储技术领域，涉及一种飞轮储能系统，具体涉及一种热管传热以及真空条件下辐射换热强化的非接触式飞轮储能转子散热系统。

背景技术

飞轮储能早就应用于新能源汽车，随着可再生能源的逐步发展，电力供需不平衡的矛盾愈发明显。储能技术可为可再生能源电网调峰和改善电能质量等方面提供有力支持，提高可再生能源的消纳水平，推动传统化石能源逐步向可再生能源转变，实现能源行业新的发展。

目前，电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、蓄电池储能、超导磁能和超级电容等。其中，飞轮储能具有效率高(84％～96％)、响应快、功率高、寿命长以及清洁无污染等特点，主要应用于电动汽车、智能电网/分布式电网调频调幅、高品质电源、航空航天及轨道交通能量回收等领域。随着飞轮储能技术的逐渐完善，其将成为目前最具开发前途的储能技术之一。

国内外针对飞轮储能技术进行了大量的研究和应用。目前，针对已有商业化应用或样机研制的飞轮储能系统，国外低速飞轮储能单机规模为：3mw、60mj、7700r/min；国内低速飞轮储能单机规模为：1mw、60mj、8000r/min。国外高速飞轮储能规模为：333kw、90mj、52000r/min；国内高速飞轮储能规模为：300kw、36mj、16000r/min。随着飞轮储能技术的日益发展，大功率、高转速、短时高频次充放电以及高真空等特点，导致飞轮储能系统面临严峻的散热需求。尤其是飞轮储能系统各转子，受到相位谐波的影响，在其磁极处产生感应电流，并引起温度上升。由于飞轮储能系统各转子处于真空和磁悬浮状态，其热量导出困难。为防止转子超温，真空条件下转子的强化散热是值得研究的问题。

技术实现要素：

针对真空条件下，飞轮储能系统各转子散热困难的问题，本发明的目的是提出了一种非接触式飞轮储能转子真空散热系统，可以有效的强化真空条件下的辐射换热，并使翅片冷却结构动静部件之间无机械接触，可消除摩擦损耗，为真空中飞轮储能转子散热提供有效解决方案。

为达到以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种非接触式飞轮储能转子真空散热系统，包括真空密闭壳体以及同轴设置在所述真空密闭壳体中的电磁轴承、飞轮、电机，所述飞轮的上表面固定设定一电机转子，所述飞轮的下表面固定设定一电磁轴承转子，所述电磁轴承转子与电机转子同轴布置，所述电磁轴承转子的底端以及所述电机转子的顶端均通过一轴承件可转动地支撑在所述密闭壳体上，所述电磁轴承设置在所述电磁轴承转子上，所述电机设置在所述电机转子上，

其特征在于，

所述电磁轴承转子的外围布置一第一翅片冷却结构，所述电机转子的外围布置一第二翅片冷却结构，所述第一翅片冷却结构、第二翅片冷却结构均包括一组沿轴向固定在转子上的转子翅片和一组沿轴向固定在定子冷却套上的定子翅片，所述转子翅片和定子翅片沿轴向相互交错且二者之间无机械接触，所述定子冷却套通过回路管道与设置在所述真空密闭壳体外部的冷却机组连通形成冷却回路，

所述电磁轴承转子的内腔中内嵌一第一热管，所述电机转子的内腔中内嵌一第二热管，所述第一热管、第二热管均包括一吸热端和一放热端，所述第一热管、第二热管的吸热端在轴向上分别布置在所述电磁轴承、电机的发热位置，所述第一热管、第二热管的放热端在轴向上分别布置在所述第一翅片冷却结构、第二翅片冷却结构的转子翅片处。

优选地，所述真空密闭壳体的外部设置一真空泵，所述真空泵的进气口与所述真空密闭壳体的内腔连通。

优选地，所述回路管道与真空密闭壳体之间设有密封装置。

优选地，所述电机为电动/发电一体机。

优选地，所述转子翅片和定子翅片沿周向类似于齿轮啮合结构，使得所述定子翅片和转子翅片在轴向移动装配过程中不会出现相互干涉的情况。

优选地，所述定子冷却套的结构形式为蛇形翅片管或冷却套筒。

优选地，所述第一热管、第二热管为重力热管或带芯热管。

优选地，所述第一热管、第二热管的工作温度为-50℃至300℃。

本发明的非接触式飞轮储能真空转子散热系统，其工作原理为：

所述飞轮储能系统整体处于所述壳体密封的真空环境中，所述飞轮储能系统蓄/释能过程中，所述电机转子及所述电磁轴承转子处将产生热量，热量通过所述热管的吸热端被传递至所述热管的放热端，并将热量传递至所述翅片冷却结构中的所述转子翅片处，并在真空中的以辐射换热的方式，将热量传递至所述翅片冷却结构中的所述定子翅片处，最终将热量传递至所述定子冷却套中的冷却工质，并由所述回路管道传递至所述冷却机组进行冷却。达到降低转子温度、保证所述飞轮储能系统安全运行的目的。

同现有技术相比，本发明的飞轮储能转子真空散热系统具有显著的技术优点：本发明的非接触式飞轮储能转子真空散热系统主要由热管、翅片冷却结构、回路管道等构成，热管分别布置在电机转子和电磁轴承转子内部，用以将热源热量转移至冷端翅片冷却结构；翅片冷却结构由沿轴向相互交错且无机械接触的转子翅片和定子翅片构成；本发明考虑了真空状态下飞轮储能系统转子散热的特殊需求，采用热管进行热量转移，并结合了无机械接触且便于装配的翅片冷却结构，实现了翅片冷却结构与飞轮储能系统转子无机械接触，消除了系统摩擦损失，具有低损耗、灵活性强、适用于真空条件飞轮储能系统转子强化散热等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的非接触式飞轮储能真空转子散热系统示意图；

图2为实施例1中翅片冷却结构中转子翅片及定子翅片结构等轴测图；

图3为实施例1中翅片冷却结构示意图；

图4为实施例2中套管冷却结构中转子翅片及定子翅片结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。

实施例1

如图1所示，本发明的非接触式飞轮储能真空转子散热系统，包括真空密闭壳体1以及同轴设置在真空密闭壳体1中的电磁轴承2、飞轮6、电动/发电一体机7，其中，真空密闭壳体1的外部设置一真空泵11，真空泵11的进气口与真空密闭壳体1的内腔连通。飞轮6的上表面固定设定一电动/发电一体机转子8，飞轮6的下表面固定设定一电磁轴承转子3，电磁轴承转子3与电动/发电一体机转子8同轴布置，电磁轴承转子3的底端以及电动/发电一体机转子8的顶端均通过一轴承件可转动地支撑在密闭壳体1上，电磁轴承2设置在电磁轴承转子3上，电动/发电一体机7设置在电机转子8上。

电磁轴承转子3的外围布置一第一翅片冷却结构5，电动/发电一体机转子8的外围布置一第二翅片冷却结构10，第一翅片冷却结构5、第二翅片冷却结构10均包括一组沿轴向固定在转子上的转子翅片17和一组沿轴向固定在蛇形冷却管18上的定子翅片16(如图2所示)，转子翅片17和定子翅片16沿轴向相互交错且二者之间无机械接触，定子冷却套通过回路管道14、15与设置在真空密闭壳体1外部的冷却机组13连通形成冷却回路，且回路管道14、15与真空密闭壳体1之间设有密封装置12。

电磁轴承转子3的内腔中内嵌一第一热管4，电动/发电一体机转子8的内腔中内嵌一第二热管9，第一热管4、第二热管9均包括一吸热端和一放热端，第一热管4、第二热管9的吸热端在轴向上分别布置在电磁轴承2、电动/发电一体机7的发热位置，第一热管4、第二热管9的放热端在轴向上分别布置在第一翅片冷却结构5、第二翅片冷却结构10的转子翅片17处。

如图2、3所示，为本发明的非接触式飞轮储能真空转子散热系统实施例1中翅片冷却结构5、10等轴测图。其中，定子翅片16固定在蛇形冷却管18上。热管4、9分别布置在电磁轴承转子3和电动/发电一体机转子8内部，热管4、9吸热端与电磁轴承转子3和电动/发电一体机转子8发热位置相对应。翅片冷却结构5、10分别布置在电磁轴承转子3和电动/发电一体机转子8外围，并与热管4、9放热端相对应。翅片冷却结构5、10由沿轴向相互交错的转子翅片17和定子翅片16构成，且转子翅片17和定子翅片16间无机械接触。转子翅片17和定子翅片16沿周向类似于齿轮啮合结构，如图3所示，以便于所述翅片冷却结构的装配。

本发明的上述非接触式飞轮储能转子真空散热系统，其工作过程为：飞轮储能系统整体处于壳体1密封的真空环境中，飞轮储能系统蓄/释能过程中，电磁轴承转子3及电动/发电一体机转子8处将产生热量，热量通过热管4、9的吸热端被传递至热管4、9的放热端，并将热量传递至翅片冷却结构5、10中的转子翅片17处，并在真空中的以辐射换热的方式，将热量传递至翅片冷却结构5、10中的定子翅片16处，最终将热量传递至蛇形冷却管18中的冷却工质，并由回路管道14、15传递至冷却机组13，保证飞轮储能系统安全运行。

实施例2

实施例2是在实施例1的基础上，在翅片冷却结构5、10中，采用定子冷却套19代替蛇形冷却管18。图4为采用定子冷却套19的翅片冷却结构5、10剖面图。采用定子冷却套可以实现冷却套中不同冷却通道的优化布置。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。