水冷式飞轮储能装置的制作方法

1.本实用新型涉及飞轮储能机械设备领域，特别是涉及一种水冷式飞轮储能装置。

背景技术：

2.飞轮储能系统主要由三部分构成：高速旋转飞轮本体、电动/发电机、控制器和电力电子变换装置，其中飞轮本体和电动/发电机利用磁悬浮轴承支撑，并密封在真空装置内。系统的工作原理为：当电网提供的能量高于负载所需时，飞轮系统工作在充电状态，由控制器控制电机带动飞轮旋转，将电能转化成机械能存储起来。当电网提供的能量低于负载所需时，飞轮在控制器的控制下工作在发电状态，将机械能转化成电能，经电力变换后供给负载。
3.由于飞轮储能系统内部处于真空环境，且高速运转的飞轮电机发热较高，主要包括：电机绕组损耗，电机定子损耗及电机转子损耗。其中，电机绕组及电机定子主要由过盈配合的流体循环水套来进行散热，并可以稳定到一定的温度，然而电机转子散热主要通过热传导和小面积的辐射实现散热，散热效率差得多，因此温度往往比较高。当电机高功率高转速充放电循环时，电机转子温升很高，容易使电机转子磁钢温度过高而失效，限制了飞轮储能系统内部电机高功率高转速的快速充放电的要求，影响着飞轮储能系统高效充放电的调频性能。

技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种水冷式飞轮储能装置。
5.本实用新型申请提供的水冷式飞轮储能装置，包括电机转子、飞轮轴、热管、顶盖、上水套组件和非接触式密封组件；所述电机转子设置在所述飞轮轴上，所述飞轮轴的顶端面上设有轴向延伸到所述飞轮轴内部的飞轮轴油孔，所述热管同轴设置在所述飞轮轴油孔内，所述飞轮轴油孔的顶端通过所述非接触式密封组件密封；所述热管的顶端连接在所述顶盖上，所述顶盖设置在所述上水套组件上。
6.在其中一个实施中，所述热管与所述顶盖通过过盈配合的方式连接。
7.结合上述的实现方式，在其中一个实施中，所述热管与所述顶盖的连接部分的轴向长度大于或等于15mm。
8.在其中一个实施中，所述飞轮轴油孔内装载有润滑油，所述润滑油的体积为所述飞轮轴油孔体积的40%~60%。
9.在其中一个实施中，所述非接触式密封组件为非接触式迷宫密封组件。
10.在其中一个实施中，所述热管与非接触式迷宫密封组件的径向间隙为2~3mm，所述热管与所述飞轮轴油孔的径向间隙为2~3mm。
11.在其中一个实施中，所述飞轮轴油孔的顶端设有飞轮轴密封孔，所述飞轮轴密封孔的内壁与非接触式迷宫密封组件的外径的间隙大于或等于3mm。
12.在其中一个实施中，沿所述飞轮轴的径向依次还设置有轴承和轴承座。
13.在其中一个实施中，所述轴承为球轴承，所述轴承座与所述上水套组件接触。
14.本实用新型的实施例中提供的技术方案带来如下有益技术效果：
15.本实用新型提供的水冷式飞轮储能装置，将原来电机中的飞轮结构替换为具有水冷式转子的飞轮结构, 利用热管将转子内部的热量通过润滑油吸收过来，传导到顶盖和上水套组件，可以有效解决飞轮电机转子温度高的问题，保证了电机运转安全性能，也有利于进一步提高飞轮储能系统的性能。
16.本技术附加的方面和优点将在后续部分中给出，并将从后续的描述中详细得到理解，或通过对本实用新型的具体实施了解到。
附图说明
17.图1为本实用新型一实施例中水冷式飞轮储能装置的剖面结构示意图；
18.图2为本实用新型一实施例中图1的a处细节放大结构示意图；
19.图3为本实用新型一实施例中非接触式迷宫密封组件的剖面结构示意图。
20.附图标记说明：
21.100-电机转子，200-飞轮轴，300-热管，400-顶盖，500-上水套组件，600-非接触式密封组件，700-轴承座；
22.210-飞轮轴油孔，211-飞轮轴密封孔，710-轴承。
具体实施方式
23.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的可能的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本实用新型的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本实用新型的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。
24.相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
25.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
26.下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。
27.本实用新型申请提供的水冷式飞轮储能装置，如图1和图2所示，包括电机转子100、飞轮轴200、热管300、顶盖400、上水套组件500和非接触式密封组件600；电机转子100
设置在飞轮轴200上，飞轮轴200的顶端面上设有轴向延伸到飞轮轴200内部的飞轮轴油孔210，热管300同轴设置在飞轮轴油孔210内，飞轮轴油孔210的顶端通过非接触式密封组件600密封；热管300的顶端连接在顶盖400上，顶盖400设置在上水套组件500上。上述各组成部分主要是电机中转子构件中的各个零部件，水冷式飞轮储能装置自然也包括定子、轴承和外壳等等零部件。例如，沿飞轮轴的径向依次还设置有轴承710和轴承座700。具体地，轴承710为高速轴承，可具体选用球轴承，并且轴承座700与上水套组件500接触，可将轴承以及轴承座上的热量传导到上水套组件中。
28.电机转子100连接在飞轮轴200上，热管300与飞轮轴200同轴，热管300能够将飞轮轴200中的热量传输到热管300的顶端。热管300是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，可直接选用现有技术中合适的产品。
29.当飞轮储能电机工作时，由于飞轮带动转子高速运转，电机转子100上的损耗会转化为热量，且电机转子100径向传导远大于轴向传导，热量迅速朝着径向方向向内部轴中心传导，并被飞轮轴油孔210内部的润滑油吸收，再传导到沉浸在润滑油中的热管300上，热管300内部的工质吸收大量的热量，工质温度升高达到沸点（可选择沸点100℃的工质），产生蒸汽，带走大量的热量，由于热管300内上下气压差（沸腾后热管300内下部的气压大于上上部的气压）的存在，蒸汽向上移动到热管300的上端，跟顶盖400产生热交换，顶盖400与上水套组件500固定连接，把热量最终传导到上水套组件500（采用通水冷却带走热量）上，以此形式循环散热达到增强电机转子100散热速率的目的。
30.本实用新型提供的水冷式飞轮储能装置，将原来电机中的飞轮结构替换为具有水冷式转子的飞轮结构, 利用热管300将转子内部的热量通过润滑油吸收过来，传导到顶盖400和上水套组件500，可以有效解决飞轮电机转子100温度高的问题，保证了电机运转安全性能，也有利于进一步提高飞轮储能系统的性能。
31.可选的，在本技术的一种具体实现方式中，热管300与顶盖400通过过盈配合的方式连接。可选的，如图1和图2所示，热管300与顶盖400的连接部分的轴向长度d大于或等于15mm。保证飞轮轴200在高速旋转时，热管300与顶盖400固定不脱落，从而达到与飞轮轴200不滑蹭。
32.可选的，在本技术的另一个具体实施方式中，飞轮轴油孔210内装载有润滑油，润滑油的体积为飞轮轴油孔210体积的40%~60%。飞轮轴油孔210的深度大于热管300的长度，直径也大于热管300的直径，飞轮轴油孔210内除了部分空间被热管300占据，另一部分被润滑油占据，当然需要考虑润滑油的热胀冷缩变化，合理添加足量的润滑油。飞轮轴200在高速旋转时，能保证有足量的润滑油与热管300充分接触。
33.可选的，非接触式密封组件600为非接触式迷宫密封组件。非接触式迷宫密封组件采用现有技术中合适的已有产品。可选的，热管300与非接触式迷宫密封组件的径向间隙为2~3mm，热管300与飞轮轴油孔210的径向间隙为2~3mm。保证飞轮轴200在高速旋转时，热管300与转动件不相互碰撞。
34.可选的，结合前述的实现方式，如图2所示，飞轮轴油孔210的顶端设有飞轮轴密封孔211，飞轮轴密封孔211内壁与非接触式迷宫密封组件的外径的间隙大于或等于3mm。飞轮轴密封孔211采用较大的孔，保证与非接触式迷宫密封组件外径保持间隙3mm以上，来增大润滑油上升阻力，防止润滑油溢出。如图3所示，非接触式迷宫密封组件的内孔壁设计成迷
宫式的多排凹槽形式，与飞轮轴200上端的螺栓及密封圈等固定密封，来达到增大润滑油上升阻力，防止润滑油从飞轮轴密封孔211溢出。
35.本技术领域技术人员可以理解，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.在本说明书的描述中，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。
38.以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：

1.一种水冷式飞轮储能装置，其特征在于，包括电机转子、飞轮轴、热管、顶盖和上水套组件；所述电机转子设置在所述飞轮轴上，所述飞轮轴的顶端面上设有往所述飞轮轴内部轴向延伸的飞轮轴油孔，所述热管同轴设置在所述飞轮轴油孔内；所述热管的顶端连接在所述顶盖上，所述顶盖设置在所述上水套组件上。2.根据权利要求1所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述热管与所述顶盖通过过盈配合的方式连接。3.根据权利要求2所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述热管与所述顶盖的连接部分的轴向长度大于或等于15mm。4.根据权利要求1所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述飞轮轴油孔内装载有润滑油，所述润滑油的体积为所述飞轮轴油孔体积的40%~60%。5.根据权利要求1所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，还包括非接触式密封组件，所述飞轮轴油孔的顶端通过所述非接触式密封组件密封。6.根据权利要求5所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述非接触式密封组件为非接触式迷宫密封组件。7.根据权利要求6所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述热管与非接触式迷宫密封组件的径向间隙为2~3mm，所述热管与所述飞轮轴油孔的径向间隙为2~3mm。8.根据权利要求6所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述飞轮轴油孔的顶端设有飞轮轴密封孔，所述飞轮轴密封孔的内壁与非接触式迷宫密封组件的外径的间隙大于或等于3mm。9.根据权利要求1所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，沿所述飞轮轴的径向依次还设置有轴承和轴承座。10.根据权利要求9所述的水冷式飞轮储能装置，其特征在于，所述轴承为球轴承，所述轴承座与所述上水套组件接触。

技术总结

本实用新型涉及的一种水冷式飞轮储能装置，包括电机转子、飞轮轴、热管、顶盖、上水套组件和非接触式密封组件；电机转子设置在飞轮轴上，所述飞轮轴的顶端面上设有轴向延伸到飞轮轴内部的飞轮轴油孔，所述热管同轴设置在所述飞轮轴油孔内，飞轮轴油孔的顶端通过所述非接触式密封组件密封；所述热管的顶端连接在所述顶盖上，所述顶盖设置在所述上水套组件上。本实用新型提供的水冷式飞轮储能装置，将原来电机中的飞轮结构替换为具有水冷式转子的飞轮结构,利用热管将转子内部的热量通过润滑油吸收过来，传导到顶盖和上水套组件，可以有效解决飞轮电机转子温度高的问题，保证了电机运转安全性能，也有利于进一步提高飞轮储能系统的性能。性能。性能。