本实用新型属于飞轮储能装置技术领域，尤其涉及一种磁悬浮飞轮储能装置。
背景技术：
飞轮储能是将电能转化为飞轮的转动动能，形成储能，在需要的条件下将飞轮的转动动能再转化为电能的储能装置。目前，在飞轮储能装置中一般采用电动机驱动转子和飞轮快速转动，但是转子与轴承的摩擦造成飞轮动能的损失。为此，提出超导磁悬浮飞轮储能，即，在轴承中采用高温超导体，借助高温超导体的抗磁性，磁性转子与轴承之间形成磁悬浮现象无接触，从而由摩擦造成的飞轮动能损失大大减小，使储能系统的效率大大增加。
与常规的超导物质相比，高温超导体虽然具有较高的临界温度，但是使其具有超导现象，从而产生抗磁性和磁悬浮效应的温度仍然较低，一般在液氮温度(77k)附近，因此在实际应用中超导磁悬浮飞轮储能装置仍然需要在低温条件下工作，而产生低温需要能量的输入，从而极大地限制了其应用，降低了系统的储能效率。
技术实现要素：
针对上述技术现状，本实用新型在磁悬浮飞轮储能装置的转轴中采用热解石墨材料代替高温超导体，由于热解石墨材料在常温下具有相对高的抗磁性，可实现磁悬浮飞轮储能装置在常温下运行，从而提高储能效率。
热解石墨是一种碳单质材料，可以通过在真空中加热人工合成纤维制得，或者高纯碳氢气体在一定的炉压下，当接近其分解温度时在石墨基体上可以沉积出具有较高结晶取向的热解碳，成为热解石墨，具有高密度、高纯度和热、电、磁、力学性能等的各向异性。
所述磁悬浮飞轮储能装置包括真空容器，位于真空容器中的磁性转子、抗磁性轴承，以及与转子连接的飞轮；转子在电机驱动下进行旋转运动，带动飞轮进行旋转运动；作为一种实现方式，所述轴承包括转轴，转轴包含热解石墨，用于使转轴呈抗磁性。
作为一种实现方式，热解石墨设置在转轴外围，可以呈片状结构镶嵌于转轴外周，也可以呈空心块状结构套接在转轴的外围；作为另一种实现方式，转轴呈空心结构，热解石墨设置在转轴空心结构中。
本实用新型提供一种包含热解石墨的双支撑转轴结构，具体如下：
转轴的两端分别设置悬浮支撑单元，即，转轴的一端设置一个悬浮支撑单元，转轴的另一端设置另一个悬浮支撑单元，这两个悬浮支撑单元结构相同；
所述悬浮支撑单元包括第一热解石墨与导磁环；在转轴的一端，第一热解石墨呈环形同轴套接在该端的外围，导磁环呈环形存间隙同轴套接在第一热解石墨的外围；导磁环内壁的周向均布n1个安装槽，每个安装槽内设置极柱，每个极柱上设置电绕组，n1为自然数且n1≥3，并且电绕组的轴向垂直于转轴的轴向。
本实用新型中，转轴的磁悬浮原理为，导磁环上的各绕组通电后，由于绕组呈螺线管结构且螺线管轴向垂直于转轴的轴向方向，各个绕组的磁力线在转轴的径向截面之内，主要的磁力线指向转轴的轴线方向，这样使得大部分磁力线均能法向穿过第一热解石墨，绕组与具有抗磁性的第一热解石墨之间产生斥力，第一热解石墨再将力作用于转轴上。这样，使得转轴的两端同时受力，通过控制各个绕组的电流，即可改变转轴的悬浮状态。
为了进一步提高转轴的悬浮能力以及转轴的轴向稳定性，所述悬浮支撑单元还包括定子磁块与第二热解石墨，第二热解石墨设置在转轴的端部，定子磁块与第二热解石墨存间隙设置，并且第二热解石墨呈外凸结构，例如台体结构等，定子磁块结构与第二热解石墨相匹配，呈内凹结构。由于定子磁块和第二热解石墨之间是凹型配合，定子磁块对第二热解石墨的作用力的合力指向转轴的轴向，实现了转轴的两端受力，避免了转轴的轴向跳动。
作为进一步优选，定子磁块与第二热解石墨相对面的各处保持相同的间距。作为更优选，第二热解石墨呈圆锥体，定子磁块具有与第二热解石墨的圆锥面相同锥度的内圆锥面。
作为优选，定子磁块为永磁体。
作为优选，每个极柱和绕组对应一个传感器和控制器，传感器与控制器电连接，控制器与功率放大器电连接，功率放大器与绕组电连接。其中，传感器用于检测转轴各处是否偏离参考位置，当转轴受到一个侧向扰动时，转轴就会偏离其参考位置，这时传感器测出转轴偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后通过功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在绕组上产生磁力，从而驱动转轴返回到原来平衡位置。这样，即使转轴受到侧向的扰动时，转轴始终能处于稳定的平衡状态。
作为一种实现方式，极柱设有容纳孔，容纳孔上安装有传感器。
本实用新型在磁悬浮飞轮储能装置中将热解石墨应用于轴承中，热解石墨在常温下具有强的抗磁性，因此可在常温下使转子负载与轴承之间的摩擦损耗大大降低，从而提高整个系统的效率。另外，本实用新型提供的包含热解石墨的双支撑转轴结构设计巧妙，实现了转轴的磁悬浮状态，提高了储能装置的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中磁悬浮飞轮储能装置的结构示意图。
图2是图1中第一悬浮支撑单元的放大结构示意图。
图3是本实用新型实施例1中转轴的受理示意图。
图4是用于控制转轴位置偏移的结构示意图。
图1-4中的附图标记为：真空容器1、转轴2、电机3、转子与飞轮4、第一悬浮支撑单元5、第二悬浮支撑单元6、第一热解石墨51、第一导磁环52、第一定子磁块53、第二热解石墨54、极柱55、绕组56、第三热解石墨61、第二导磁环62、第二定子磁块63、第四热解石墨64、第一传感器71、第一控制器72、第一功率放大器73。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，磁悬浮飞轮储能装置包括真空容器1，以及位于真空容器1中的磁性转子、抗磁性轴承，以及与转子连接的飞轮；转子在电机驱动下进行旋转运动，带动飞轮进行旋转运动。
如图1所示，轴承包括转轴2，转轴2包含热解石墨，用于使转轴2呈抗磁性。
转轴2的一端设置第一悬浮支撑单元5，转轴的另一端设置第二悬浮支撑单元6，第一悬浮支撑单元5与第二悬浮支撑单元6的结构相同。
第一悬浮支撑单元5包括第一热解石墨51、第一导磁环52、第一定子磁块53与第二热解石墨54。
在转轴2的一端，第一热解石墨51呈环形同轴套接在该端的外围，第一导磁环52呈环形存间隙同轴套接在第一热解石墨51的外围，第二热解石墨54设置在转轴该端的端部，第一定子磁块53与第二热解石墨54存间隙设置。第二热解石墨54呈圆锥体，第一定子磁块53具有与第二热解石墨54的圆锥面相同锥度的内圆锥面。第一定子磁块53为永磁体。如图2所示，第一导磁环52内壁的周向均布n1个安装槽，每个安装槽内设置极柱55，每个极柱55上设置电绕组56，n为自然数，且n≥3，并且电绕组的轴向垂直于转轴的轴向。
第二悬浮支撑单元6包括第三热解石墨61、第二导磁环62、第二定子磁块63与第四热解石墨64。
在转轴2的另一端，第二热解石墨61呈环形同轴套接在该端的外围，第二导磁环62呈环形存间隙同轴套接在第三热解石墨61的外围，第四热解石墨64设置在转轴该端的端部，第二定子磁块63与第四热解石墨64存间隙设置。第四热解石墨64呈圆锥体，第二定子磁块63具有与第四热解石墨64的圆锥面相同锥度的内圆锥面。第二导磁环62内壁的周向均布n个安装槽，每个安装槽内设置极柱55，每个极柱55上设置电绕组56，n为自然数，且n≥3，并且电绕组的轴向垂直于转轴的轴向。第二定子磁块63为永磁体。
如图4所示，转轴2的磁悬浮原理为，第一导磁环52上的各绕组56通电后，由于绕组56呈螺线管结构且螺线管轴向垂直于转轴2的轴向方向，各个绕组56的磁力线在转轴2的径向截面之内，主要的磁力线指向转轴2的轴线方向，这样使得大部分磁力线均能法向穿过第一热解石墨轴承51，第一绕组56与具有抗磁性的第一热解石墨轴承51之间产生斥力f1、f1’，第一热解石墨轴承51再将力作用于转轴2之上。同理，在转轴2的另一端，绕组产生的磁场将磁力作用于第二热解石墨61的一端之上，第二热解石墨轴承61最终将力作用于转轴2的另一端之上。这样，使得转轴2的两端同时受力，通过控制各个绕组的电流，即可改变转轴2的悬浮状态。
如图3所示，第一定子磁块53和第二热解石墨54之间的磁力作用为f2、f2’、f3，由于第一定子磁块53和第二热解石墨54之间是锥形配合，第一定子磁块53对第二热解石墨54的作用力的合力指向转轴2的轴向。同理，在转轴2的另一端，第二定子磁块63对第四热解石墨64的作用力的合力指向转轴2的轴向。因此，实现了转轴2的两端受力，避免了转轴2的轴向跳动。
如图4所示，每个极柱和绕组对应一个传感器71和控制器72。极柱55设有容纳孔，容纳孔上安装传感器71。传感器71与控制器72电连接，控制器72与功率放大器73电连接，功率放大器73与绕组56电连接。其中，传感器71用于检测转轴2各处是否偏离参考位置，当转轴2受到一个侧向扰动时，转轴2就会偏离其参考位置，这时传感器就会测出转轴2偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后通过功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在绕组上产生磁力，从而驱动转轴2返回到原来平衡位置。这样，即使转轴2受到侧向的扰动时，转轴2始终能处于稳定的平衡状态。
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种磁悬浮飞轮储能装置，包括真空容器，位于真空容器中的磁性转子、抗磁性轴承，以及与转子连接的飞轮；转子在电机驱动下进行旋转运动，带动飞轮进行旋转运动；其特征是：
所述轴承包括转轴，转轴的两端分别设置结构相同的悬浮支撑单元；
所述悬浮支撑单元包括第一热解石墨与导磁环；在转轴的一端，第一热解石墨呈环形同轴套接在该端的外围，导磁环呈环形存间隙同轴套接在第一热解石墨的外围；导磁环内壁的周向均布n个安装槽，每个安装槽内设置极柱，每个极柱上设置电绕组，n为自然数且n≥3，并且电绕组的轴向垂直于转轴的轴向。
2.如权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：所述悬浮支撑单元还包括定子磁块与第二热解石墨；
第二热解石墨设置在转轴的端部，定子磁块与第二热解石墨存间隙设置，并且第二热解石墨呈外凸结构，定子磁块结构与第二热解石墨相匹配，呈内凹结构。
3.如权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：第二热解石墨呈圆锥体，定子磁块具有与第二热解石墨的圆锥面相同锥度的内圆锥面。
4.如权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：每个极柱和绕组对应一个传感器和控制器，传感器与控制器电连接，控制器与功率放大器电连接，功率放大器与绕组电连接。
5.如权利要求1所述的磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：所述极柱设有容纳孔，传感器安装在容纳孔。
技术总结