一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统的制作方法

本发明涉及磁悬浮飞轮储能技术领域，具体涉及一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统。

背景技术：

磁悬浮飞轮储能是指使用磁悬浮轴承支撑的储能飞轮。传统的机械轴承支承摩擦损耗比较大，采用机械轴承的飞轮储能系统，储能过程的能量损失会很大。采用磁悬浮轴承支承飞轮，轴承副不直接接触，因此轴承的运行稳定，运行过程基本上无磨损，轴承的工作寿命长。由于磁悬浮轴承没有直接接触面，因此也无需润滑和润滑介质，避免了润滑剂泄露环境污染，省略了传统润滑系统所需要的泵、管道、过滤器和密封件等，并能在高温或极低温等特殊环境下工作。飞轮储能系统采用磁悬浮轴承后，只要飞轮的材料有足够的机械强度，飞轮的转速就可以大大提高，储能密度也因此得到提高。

现有的磁悬浮飞轮储能装置在使用的过程中，由于电动/发电机定子内部的线圈有电流经过，且电动/发电机定子的线圈自身存在一定的电阻，应该使得电动/发电机定子容易发热，这样会影响磁悬浮储能装置内部的真空环境，且磁悬浮飞轮储能装置在实际使用的过程中，储能飞轮高速旋转，其表面附着的尘埃以及其本身会在离心力作用下出现分崩现象，这些尘埃若得不到控制会与储能飞轮发生碰撞，从而影响储能飞轮的使用寿命。

技术实现要素：

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统，通过外接循环泵对支撑架以及上散热板内部通注冷却液从而实现对电动/发电机定子进行冷却，同时利用第一温差发电片以及第二温差发电片将温差转换成电能，这样在保证磁悬浮飞轮储能装置内部稳定的情况下，将温差转换成电能，避免了过多的能量损耗；通过静电吸附网对壳体内的杂质进行吸附，然后通过排气条孔收集并向外进行排放，这样保证储能飞轮在高速旋转过程中，不会与杂质发生碰撞造成表面受损，影响储能飞轮高速旋转的稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统，包括底座、壳体和顶盖，所述壳体的上下端面分别通过螺栓与顶盖和底座连接，所述顶盖的顶面焊接有与壳体内部连通的气阀，所述顶盖相对壳体的端面中心位置处焊接有上推力轴承支架，所述底座相对壳体的端面中心位置处焊接有下推力轴承支架，所述上推力轴承支架和下推力轴承支架分别通过推力轴承与传动轴活动连接，所述壳体的内壁靠近上推力轴承支架所在位置处通过螺栓固定有磁轴承上支架，所述壳体的内壁靠近下推力轴承支架所在位置处通过螺栓固定有磁轴承下支架，所述磁轴承上支架和磁轴承下支架的中心位置处卡合固定安装有永磁轴承外圈，所述传动轴的外壁对应永磁轴承外圈所在位置处卡合固定有永磁轴承内圈，所述壳体位于磁轴承上支架下部的内壁通过螺栓固定有支撑架，所述支撑架的内部固定有电动/发电机定子，所述传动轴的外壁对应电动/发电机定子所在位置处卡合固定有电动/发电机转子，所述支撑架的上端面通过螺栓固定有与电动/发电机定子以及支撑架上端面贴靠的上散热板，所述壳体的内部设置有连接支撑架和磁轴承下支架的静电吸附网，所述传动轴的外壁对应静电吸附网所在位置处卡接固定有储能飞轮，所述壳体的外壁对应磁轴承下支架外斜面底部所在位置处等角度开设有多个排气条孔，所述多个排气条孔的内部均嵌入安装有吸附过滤网，所述壳体的外壁对应排气条孔的底部焊接有下支撑环，所述壳体的外壁对应排气条孔上沿口位置处焊接有上支撑环，所述上支撑环的上端面通过螺丝固定有罩设上支撑环和下支撑环通孔的清洁罩，所述上散热板内部为空心腔体结构，且所述上散热板的内部设置有螺旋隔板，所述上散热板的底部对应螺旋隔板的起始和终止位置处分别连接有进水连接管和出水连接管，所述上散热板的底部对应电动/发电机定子所在位置处嵌入安装有与电动/发电机定子表面贴靠的第一温差发电片，所述支撑架的内壁嵌入安装有与电动/发电机定子表面贴靠的第二温差发电片，所述支撑架的内部嵌入安装有与第二温差发电片贴靠的导热块，所述导热块的内部螺旋分布有冷却水管，所述冷却水管的两端分别与第一三通管和第二三通管位于支撑架内部的端口连通，所述第一三通管和第二三通管相对壳体内壁的端口分别与旋合固定在壳体外壁的进水管和出水管连通。

进一步在于：所述下支撑环上端面与清洁罩接触位置处开设有环形凹槽

进一步在于：所述清洁罩由两个半圆环拼接而成，且所述清洁罩与上支撑环以及下支撑环上端面相对的底面粘附有橡胶圈。

进一步在于：所述静电吸附网为倒置的圆锥台壳体结构。

进一步在于：所述第二温差发电片由底部为圆环片，侧壁为圆柱壳体的组合结构。

进一步在于：所述吸附过滤网为可拆卸结构。

进一步在于：所述底座以及顶盖与壳体连接面之间设置有橡胶圈。

进一步在于：所述第一三通管和第二三通管位于支撑架上端面的端口分别与进水连接管和出水连接管为配合构件，且所述进水连接管和出水连接管的外壁套接有橡胶环。

一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统的使用方法,该冷却密封系统的具体使用操作步骤为：

步骤一：将磁悬浮飞轮储能装置的底座固定在工作平台上，然后将外接的循环泵的输入输出端口与磁悬浮飞轮储能装置壳体侧壁的进水管和出水管进行连接，将磁悬浮飞轮储能装置的导线与外接的供电设备进行连接；

步骤二：储能时，外接的供电设备将电力传输给磁悬浮储能装置壳体内部的电动/发电机定子，通过电动/发电机定子产生的磁场驱动电动/发电机转子旋转，由于电动/发电机转子与储能飞轮通过一个传动轴进行连接，从而通过飞速旋转的电动/发电机转子带动储能飞轮旋转，实现将电能存储成动能；

步骤三：释放能量时，飞速旋转的储能飞轮通过传动轴带动电动/发电机转子高速旋转，电动/发电机转子在电动/发电机定子能做切割磁感线运动，从而将储能飞轮的动能转换成电能；

步骤四：在电动/发电机定子发电以及驱动电动/发电机转子的过程中，其内部的线圈会产生发热，此时外接的循环泵将冷却液通过进水管输入到支撑架内部的冷却水管以及上散热板内部，最后将冷却液通过出水管输送回循环泵，从而对电动/发电机定子产生的热量进行散热，同时由于电动/发电机定子与上散热板以及支撑架之间存在有温差，通过第一温差发电片以及第二温差发电片将温差转换成电能；

步骤五：储能飞轮在高速旋转的过程中，其表面附着的杂质以及储能飞轮的自身材料会在离心力作用下出现分崩的现象，此时通过静电吸附网从而将真空环境下悬浮的杂质进行吸附，当需要清洁时，在气阀进气嘴处覆盖过滤网，打开气阀平衡内部气压，然后将清洁罩拆卸，之后通过橡胶锤小幅高频捶打壳体，从而将静电吸附网上附着的尘屑震落，然后集聚在排气条孔处，之后将吸附过滤网拆卸，用户即可对磁悬浮储能装置进行清洁，之后按照相反的顺序进行组装，然后通过气阀抽真空即可。

本发明的有益效果：

1、壳体内部的通过螺丝固定有支撑架，在支撑架与电动/发电机定子接触的端面固定有导热块，其中导热块内部均匀分布有冷却水管，而在导热块与电动/发电机定子之间固定有第二温差发电片，在支撑架的上部固定有上散热板，在上散热板内部设置有螺纹隔板，且上散热板的底部连通有进水连接管和出水连接管，并且在上散热板的底部对应电动/发电机定子所在位置处连接有与电动/发电机定子贴靠的第一温差发电片，这样磁悬浮飞轮储能装置在使用的过程中，通过外接循环泵对支撑架以及上散热板内部通注冷却液从而实现对电动/发电机定子进行冷却，同时利用第一温差发电片以及第二温差发电片将温差转换成电能，这样在保证磁悬浮飞轮储能装置内部稳定的情况下，将温差转换成电能，避免了过多的能量损耗；

2、在壳体内部位于支撑架以及磁轴承下支架之间固定有静电吸附网，然后在壳体的外壁对应静电吸附网底端位置处等角度开设有多个排气条孔，而在壳体的外壁对应排气条孔的下沿口与上沿口位置处焊接有下支撑环和上支撑环，且上支撑环与下支撑环之间固定有清洁罩，在顶盖的顶部焊接有与壳体内部连通的气阀，这样用户在使用过程中，通过静电吸附网对壳体内的杂质进行吸附，然后通过排气条孔收集并向外进行排放，这样保证储能飞轮在高速旋转过程中，不会与杂质发生碰撞造成表面受损，影响储能飞轮高速旋转的稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明整体内部结构示意图。

图2是本发明中壳体的结构示意图。

图3是本发明中上散热板的结构示意图。

图4是本发明中上散热板的内部结构示意图。

图5是本发明中支撑架的爆炸图。

图6是本发明中支撑架的截面图。

图中：1、底座；2、下推力轴承支架；3、推力轴承；4、磁轴承下支架；5、永磁轴承内圈；6、静电吸附网；7、电动/发电机定子；8、壳体；9、顶盖；10、气阀；11、上推力轴承支架；12、传动轴；13、磁轴承上支架；14、上散热板；15、进水管；16、出水管；17、电动/发电机转子；18、支撑架；19、储能飞轮；20、永磁轴承外圈；21、清洁罩；22、上支撑环；23、下支撑环；24、吸附过滤网；25、排气条孔；26、进水连接管；27、出水连接管；28、第一温差发电片；29、螺旋隔板；30、第二温差发电片；31、第一三通管；32、第二三通管；33、导热块；34、冷却水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统，包括底座1、壳体8和顶盖9，壳体8的上下端面分别通过螺栓与顶盖9和底座1连接，顶盖9的顶面焊接有与壳体8内部连通的气阀10，顶盖9相对壳体8的端面中心位置处焊接有上推力轴承支架11，底座1相对壳体8的端面中心位置处焊接有下推力轴承支架2，上推力轴承支架11和下推力轴承支架2分别通过推力轴承3与传动轴12活动连接，壳体8的内壁靠近上推力轴承支架11所在位置处通过螺栓固定有磁轴承上支架13，壳体8的内壁靠近下推力轴承支架2所在位置处通过螺栓固定有磁轴承下支架4，磁轴承上支架13和磁轴承下支架4的中心位置处卡合固定安装有永磁轴承外圈20，传动轴12的外壁对应永磁轴承外圈20所在位置处卡合固定有永磁轴承内圈5，壳体8位于磁轴承上支架13下部的内壁通过螺栓固定有支撑架18，支撑架18的内部固定有电动/发电机定子7，传动轴12的外壁对应电动/发电机定子7所在位置处卡合固定有电动/发电机转子17，支撑架18的上端面通过螺栓固定有与电动/发电机定子7以及支撑架18上端面贴靠的上散热板14，壳体8的内部设置有连接支撑架18和磁轴承下支架4的静电吸附网6，传动轴12的外壁对应静电吸附网6所在位置处卡接固定有储能飞轮19，壳体8的外壁对应磁轴承下支架4外斜面底部所在位置处等角度开设有多个排气条孔25，多个排气条孔25的内部均嵌入安装有吸附过滤网24，壳体8的外壁对应排气条孔25的底部焊接有下支撑环23，壳体8的外壁对应排气条孔25上沿口位置处焊接有上支撑环22，上支撑环22的上端面通过螺丝固定有罩设上支撑环22和下支撑环23通孔的清洁罩21，上散热板14内部为空心腔体结构，且上散热板14的内部设置有螺旋隔板29，上散热板14的底部对应螺旋隔板29的起始和终止位置处分别连接有进水连接管26和出水连接管27，上散热板14的底部对应电动/发电机定子7所在位置处嵌入安装有与电动/发电机定子7表面贴靠的第一温差发电片28，支撑架18的内壁嵌入安装有与电动/发电机定子7表面贴靠的第二温差发电片30，支撑架18的内部嵌入安装有与第二温差发电片30贴靠的导热块33，导热块33的内部螺旋分布有冷却水管34，冷却水管34的两端分别与第一三通管31和第二三通管32位于支撑架18内部的端口连通，第一三通管31和第二三通管32相对壳体8内壁的端口分别与旋合固定在壳体8外壁的进水管15和出水管16连通。

作为本发明的一种技术优化方案，下支撑环23上端面与清洁罩21接触位置处开设有环形凹槽，方便清洁罩21与下支撑环23进行卡接，提高密封性。

作为本发明的一种技术优化方案，清洁罩21由两个半圆环拼接而成，且清洁罩21与上支撑环22以及下支撑环23上端面相对的底面粘附有橡胶圈，提高清洁罩21与上支撑环22以及下支撑环23之间的密封性。

作为本发明的一种技术优化方案，静电吸附网6为倒置的圆锥台壳体结构，便于将静电吸附网6上附着的尘埃落入排气条孔25内。

作为本发明的一种技术优化方案，第二温差发电片30由底部为圆环片，侧壁为圆柱壳体的组合结构，提高第二温差发电片30与电动/发电机定子7接触面积。

作为本发明的一种技术优化方案，吸附过滤网24为可拆卸结构，方便清洁更换。

作为本发明的一种技术优化方案，底座1以及顶盖9与壳体8连接面之间设置有橡胶圈，提高磁悬浮飞轮储能装置的密封性。

作为本发明的一种技术优化方案，第一三通管31和第二三通管32位于支撑架18上端面的端口分别与进水连接管26和出水连接管27为配合构件，且进水连接管26和出水连接管27的外壁套接有橡胶环，方便上散热板14与支撑架18连接，同时提高二者的密封性。

一种用于磁悬浮飞轮储能装置的冷却密封系统的使用方法，该冷却密封系统的具体使用操作步骤为：

步骤一：将磁悬浮飞轮储能装置的底座1固定在工作平台上，然后将外接的循环泵的输入输出端口与磁悬浮飞轮储能装置壳体8侧壁的进水管15和出水管16进行连接，将磁悬浮飞轮储能装置的导线与外接的供电设备进行连接；

步骤二：储能时，外接的供电设备将电力传输给磁悬浮储能装置壳体8内部的电动/发电机定子7，通过电动/发电机定子7产生的磁场驱动电动/发电机转子17旋转，由于电动/发电机转子17与储能飞轮19通过一个传动轴12进行连接，从而通过飞速旋转的电动/发电机转子17带动储能飞轮19旋转，实现将电能存储成动能；

步骤三：释放能量时，飞速旋转的储能飞轮19通过传动轴12带动电动/发电机转子17高速旋转，电动/发电机转子17在电动/发电机定子7能做切割磁感线运动，从而将储能飞轮19的动能转换成电能；

步骤四：在电动/发电机定子7发电以及驱动电动/发电机转子17的过程中，其内部的线圈会产生发热，此时外接的循环泵将冷却液通过进水管15输入到支撑架18内部的冷却水管34以及上散热板14内部，最后将冷却液通过出水管16输送回循环泵，从而对电动/发电机定子7产生的热量进行散热，同时由于电动/发电机定子7与上散热板14以及支撑架18之间存在有温差，通过第一温差发电片28以及第二温差发电片30将温差转换成电能；

步骤五：储能飞轮19在高速旋转的过程中，其表面附着的杂质以及储能飞轮19的自身材料会在离心力作用下出现分崩的现象，此时通过静电吸附网6从而将真空环境下悬浮的杂质进行吸附，当需要清洁时，在气阀10进气嘴处覆盖过滤网，打开气阀10平衡内部气压，然后将清洁罩21拆卸，之后通过橡胶锤小幅高频捶打壳体8，从而将静电吸附网6上附着的尘屑震落，然后集聚在排气条孔25处，之后将吸附过滤网24拆卸，用户即可对磁悬浮储能装置进行清洁，之后按照相反的顺序进行组装，然后通过气阀10抽真空即可。

本发明的有益效果：

1、壳体8内部的通过螺丝固定有支撑架18，在支撑架18与电动/发电机定子7接触的端面固定有导热块33，其中导热块33内部均匀分布有冷却水管34，而在导热块33与电动/发电机定子7之间固定有第二温差发电片30，在支撑架18的上部固定有上散热板14，在上散热板14内部设置有螺纹隔板29，且上散热板14的底部连通有进水连接管26和出水连接管27，并且在上散热板14的底部对应电动/发电机定子7所在位置处连接有与电动/发电机定子7贴靠的第一温差发电片28，这样磁悬浮飞轮储能装置在使用的过程中，通过外接循环泵对支撑架18以及上散热板14内部通注冷却液从而实现对电动/发电机定子7进行冷却，同时利用第一温差发电片28以及第二温差发电片30将温差转换成电能，这样在保证磁悬浮飞轮储能装置内部稳定的情况下，将温差转换成电能，避免了过多的能量损耗；

2、在壳体8内部位于支撑架18以及磁轴承下支架4之间固定有静电吸附网6，然后在壳体8的外壁对应静电吸附网6底端位置处等角度开设有多个排气条孔25，而在壳体8的外壁对应排气条孔25的下沿口与上沿口位置处焊接有下支撑环23和上支撑环22，且上支撑环22与下支撑环23之间固定有清洁罩21，在顶盖9的顶部焊接有与壳体8内部连通的气阀10，这样用户在使用过程中，通过静电吸附网6对壳体8内的杂质进行吸附，然后通过排气条孔25收集并向外进行排放，这样保证储能飞轮19在高速旋转过程中，不会与杂质发生碰撞造成表面受损，影响储能飞轮19高速旋转的稳定性。

工作原理：使用时，将磁悬浮飞轮储能装置的底座1固定在工作平台上，然后将外接的循环泵的输入输出端口与磁悬浮飞轮储能装置壳体8侧壁的进水管15和出水管16进行连接，将磁悬浮飞轮储能装置的导线与外接的供电设备进行连接；储能时，外接的供电设备将电力传输给磁悬浮储能装置壳体8内部的电动/发电机定子7，通过电动/发电机定子7产生的磁场驱动电动/发电机转子17旋转，由于电动/发电机转子17与储能飞轮19通过一个传动轴12进行连接，从而通过飞速旋转的电动/发电机转子17带动储能飞轮19旋转，实现将电能存储成动能；释放能量时，飞速旋转的储能飞轮19通过传动轴12带动电动/发电机转子17高速旋转，电动/发电机转子17在电动/发电机定子7能做切割磁感线运动，从而将储能飞轮19的动能转换成电能，在电动/发电机定子7发电以及驱动电动/发电机转子17的过程中，其内部的线圈会产生发热，此时外接的循环泵将冷却液通过进水管15输入到支撑架18内部的冷却水管34以及上散热板14内部，最后将冷却液通过出水管16输送回循环泵，从而对电动/发电机定子7产生的热量进行散热，同时由于电动/发电机定子7与上散热板14以及支撑架18之间存在有温差，通过第一温差发电片28以及第二温差发电片30将温差转换成电能，储能飞轮19在高速旋转的过程中，其表面附着的杂质以及储能飞轮19的自身材料会在离心力作用下出现分崩的现象，此时通过静电吸附网6从而将真空环境下悬浮的杂质进行吸附，当需要清洁时，在气阀10进气嘴处覆盖过滤网，打开气阀10平衡内部气压，然后将清洁罩21拆卸，之后通过橡胶锤小幅高频捶打壳体8，从而将静电吸附网6上附着的尘屑震落，然后集聚在排气条孔25处，之后将吸附过滤网24拆卸，用户即可对磁悬浮储能装置进行清洁，之后按照相反的顺序进行组装，然后通过气阀10抽真空即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员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，只要不偏离发明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。