一种飞轮储能装置的散热结构及飞轮储能装置

摘要

本实用新型公开了一种飞轮储能装置的散热结构及飞轮储能装置，散热结构包括机座，所述的机座为双层结构，包括外壁和内壁，所述的外壁和内壁之间设置有流道，所述的内壁的内侧壁上设置有黑体辐射材料层，所述的流道内循环流动有冷却介质；飞轮储能装置包括设置在机座内部的飞轮本体，所述的飞轮本体的上部两侧设置有与机座相连的上支架，所述的飞轮本体的下部设置有与机座相连的下支架，所述的上支架和下支架上均安装有定子，所述的定子上安装有冷却环管，所述的冷却环管内流动有冷却介质。本实用新型解决了电机定子和转子，磁悬浮轴承定子和转子的散热问题，降低了电机和磁轴承的温度，提高了飞轮储能装置的可靠性和寿命。

说明书

技术领域

本实用新型涉及飞轮储能技术领域，具体为一种飞轮储能装置的散热结构及飞轮储能装置。

背景技术

飞轮储能系统是采用飞轮电机自由转换机械能和电能，对系统能量进行储存的常用系统。如单转子单定子盘式永磁电机、双转子单定子盘式永磁电机等，具有定子无铁芯、无铁磁损耗、效率高等优点。

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。

由于磁悬浮飞轮储能装置内部空间紧凑，并且是真空环境，没有空气介质，通过空气的对流和热传导来散热就行不通了。要将装置内部元件的损耗发热散发出去，只有通过这两种形式进行：结构热传导和真空热辐射。

飞轮储能装置内部主要有两个热源：一、电机定子的铁损和铜损，转子磁钢的涡流损耗，这主要在充/放电过程中产生，在飞轮待机过程中，这些损耗热量非常小。二、磁悬浮轴承定子铁损和铜损，转子铁损，这些损耗在充/放电、待机过程中，一直都存在。

随着飞轮储能装置单机功率的提高，各个发热源的损耗也会越来越大，大功率飞轮储能装置经过长时间的充电/待机/放电的周期循环工作，如果以上所描述的损耗不及时传递出去，损耗的累积会导致各个工作部件的温度急剧升高，大大缩短电机定转子的寿命，降低磁轴承的工作性能，对电机和磁轴承的性能控制带来困难，甚至对飞轮储能装置的安全运行带来严重的隐患。

但到目前为止，对飞轮储能装置的散热结构有很多种，如在飞轮和转子内部设置冷却管进行冷却，但流体在转子内孔的流动，会给转子带来扰动，特别是高速时，可能会使得飞轮转子失稳；也有通过旋转热管将转子热量带走的散热结构，其转子与热管通过磁流体密封，结构复杂，存在密封泄漏问题；也有在转子和定子绕组上布置热管，将热量传导出去，但转子上布置热管，同样存在密封泄漏问题。所以目前还没有可靠的散热冷却方案来满足飞轮储能装置的散热需求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种飞轮储能装置的散热结构及飞轮储能装置，解决了电机定子和转子，磁悬浮轴承定子和转子的散热问题，降低了电机和磁轴承的温度，提高了飞轮储能装置的可靠性和寿命。

为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供如下技术方案：一种飞轮储能装置的散热结构，包括：

机座，所述的机座为双层结构，包括外壁和内壁，所述的外壁和内壁之间设置有流道，所述的内壁的内侧壁上设置有黑体辐射材料层，所述的流道内循环流动有冷却介质。

作为优选，所述的外壁和内壁之间的流道由流道筋分隔形成。

作为优选，所述的外壁的外侧设置有若干散热筋。

第二方面，本实用新型还提供一种飞轮储能装置，其包括设置在如第一方面所述的机座内部的飞轮本体，所述的飞轮本体的上部两侧设置有与机座相连的上支架，所述的飞轮本体的下部设置有与机座相连的下支架，所述的上支架和下支架上均安装有定子，所述的定子上安装有冷却环管，所述的冷却环管内流动有冷却介质。

作为优选，所述的定子包括安装在上支架上的上径向磁轴承定子和轴向磁轴承定子，以及安装在所述的下支架上的下径向轴承定子和电机定子，所述的飞轮本体的上部侧壁上安装有与上径向磁轴承定子以及轴向磁轴承定子一一对应的上径向磁轴承转子和轴向磁轴承推力盘，所述的飞轮本体的下部侧壁上安装有与下径向轴承定子以及电机定子一一对应的下径向磁轴承转子和电机转子；

所述的冷却环管包括上冷却环管和下冷却环管，所述的上径向磁轴承定子和轴向磁轴承定子与上冷却环管连接，所述的下径向轴承定子和电机定子与上冷却环管连接。

进一步的，所述的上冷却环管和下冷却环管分别通过上汇流管和下汇流管与机座上的冷却介质上进口以及冷却介质下进口相连，所述的冷却介质上进口以及冷却介质下进口同时与机座内部的流道相连通，所述的机座上还设置有冷却介质出口。

作为优选，所述的冷却环管与定子之间为过盈配合连接。

作为优选，所述的冷却环管设置在定子的轭部并沿圆周方向布置。

作为优选，所述的冷却环管呈S形设置。

作为优选，所述的飞轮本体的上侧和下侧分别通过上辅助轴承和下辅助轴承与机座相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

其中机座是双层结构，包含内壁，流道，外壁，流道可以螺旋、水平、或者竖直布置，流道内经过冷却介质的循环，通过空-水热交换器，把飞轮储能装置内部的热量带走，定子的发热由热传导的方式传递到机座，机座内壁涂敷一层黑体辐射涂料，吸收从发热部件辐射出来的热量，电机定子和磁轴承定子的轭部沿圆周方向布置冷却环管，最后汇合到飞轮机座内壁。为了加强散热效果，外壁的外侧布置有横向或纵向的散热筋，通过与环境对流换热，也可带走部分热量。解决了电机和磁浮轴承的高温问题，提高了飞轮储能装置的运行可靠性以及寿命。

附图说明

图1为本实用新型的飞轮储能装置的主体结构示意图；

图2为本实用新型的冷却环管的结构图；

图3为本实用新型的冷却环管的安装结构图；

图4为本实用新型的机座的局部剖视结构图。

附图标记：

1、上辅助轴承，11、下冷却环管，12、下辅助轴承，13、电机转子，14、电机定子，15、下径向轴承定子，16、下径向磁轴承转子，17、飞轮本体，18、轴向磁轴承定子，19、轴向磁轴承推力盘，2、上径向磁轴承转子，21、机座，3、上径向磁轴承定子，4、上汇流管，5、冷却介质上进口，6、上支架，7、冷却介质出口，8、下支架，9、下汇流管，10、冷却介质下进口，20、上冷却环管，201、冷却环管，204、定子，301、外壁，302、流道筋，303、内壁，304、流道，305、黑体辐射材料层，306、散热筋。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-4所示，本实用新型为了解决电机和磁浮轴承的高温问题，提高了飞轮储能装置的运行可靠性以及寿命，本实用新型提供如下技术方案：

实施例1：

一种飞轮储能装置的散热结构，包括：

机座21，所述的机座21为双层结构，包括外壁301和内壁303，所述的外壁301和内壁303之间设置有流道304，所述的内壁303的内侧壁上设置有黑体辐射材料层305，所述的流道304内循环流动有冷却介质，通过冷却介质的持续流动可以带走机座21内部的发热部件辐射到机座21上的热量，而黑体辐射材料层305具有吸收热量的作用，吸收的热量也可以直接被流道304内的冷却介质带走，冷却介质可以为水、乙二醇等等，而流道304可以呈螺旋、水平、或者竖直布置。黑体在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体，即吸收比为1的物体，可以将黑体用的材料喷涂在内壁303的内侧壁上。其中，所述的外壁301和内壁303之间的流道304由流道筋302分隔形成，流道筋302可以为后加的部件，其可以灵活设置在外壁301和内壁303之间，分隔出不同形状的流道304。

同时，为了进一步提高散热效果，所述的外壁301的外侧设置有若干散热筋306，散热筋306可以呈横向或者纵向设置，连接方式可以采用焊接或者铸造的方式，可以提高外壁301的表面积，提高散热的效果，散热筋306的数量可以根据需要进行增减。

实施例2：

本实施例提供一种飞轮储能装置，其包括设置在如实施例1中所述的机座21内部的飞轮本体17，所述的飞轮本体17的上部两侧设置有与机座21相连的上支架6，所述的飞轮本体17的下部设置有与机座21相连的下支架8，所述的上支架6和下支架8上均安装有定子204，所述的定子204上安装有冷却环管201，所述的冷却环管201内流动有冷却介质，下支架8和下支架8与机座21之间为过盈配合，可以将定子204产生的热量传递到机座21上，通过机座21内部流动的冷却介质将热量带走。

同时为了提高定子204的散热冷却效果，还在定子204上设置冷却环管201，冷却环管201内部的冷却介质也可以实现将定子204上的热量快速带走，达到快速散热的目的。

在本实施例中，飞轮储能装置内部具有多种定子，具体为所述的定子204包括安装在上支架6上的上径向磁轴承定子3和轴向磁轴承定子18，以及安装在所述的下支架8上的下径向轴承定子15和电机定子14，所述的飞轮本体17的上部侧壁上安装有与上径向磁轴承定子3以及轴向磁轴承定子18一一对应的上径向磁轴承转子2和轴向磁轴承推力盘19，所述的飞轮本体17的下部侧壁上安装有与下径向轴承定子15以及电机定子14一一对应的下径向磁轴承转子16和电机转子13；

同时，为了对多个定子进行同时散热，所述的冷却环管201包括上冷却环管20和下冷却环管11，所述的上径向磁轴承定子3和轴向磁轴承定子18与上冷却环管20连接，所述的下径向轴承定子15和电机定子14与上冷却环管20连接，上冷却环管20和下冷却环管11互不相连，作为冷却环管201的一种接管方式，所述的上冷却环管20和下冷却环管11分别通过上汇流管4和下汇流管9与机座21上的冷却介质上进口5以及冷却介质下进口10相连，所述的冷却介质上进口5以及冷却介质下进口10同时与机座21内部的流道304相连通，所述的机座21上还设置有冷却介质出口7，上冷却环管20和下冷却环管11内的冷却介质与机座21内的冷却介质是相同的，并形成循环系统，可以快速带走热量。

为了使定子204的散热传递更加快速，所述的冷却环管201与定子204之间为过盈配合连接，冷却环管201可以嵌入到定子204中，可以增加散热的接触面积，提高散热效率。

在本实施例中，所述的冷却环管201设置在定子204的轭部并沿圆周方向布置，因为定子204的轭部是主要产生热量的位置，所以冷却环管201设置在定子204的轭部可以实现将产生的热量直接带走。作为优选方案，所述的冷却环管201呈S形设置，能提高与定子204之间的接触面积。

同时，为了使飞轮本体17产生的热量也可以传递到机座21中，所述的飞轮本体17的上侧和下侧分别通过上辅助轴承1和下辅助轴承12与机座21相连，上辅助轴承1和下辅助轴承12可以对飞轮本体17进行支撑，并实现快速散热。

所以，本实施例中的散热结构解决了电机定子和转子，磁悬浮轴承定子和转子的散热问题，降低了电机和磁轴承的温度，提高了飞轮储能装置的可靠性和寿命。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。