Накопитель энергии

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве накопителя энергии для транспортных средств и источника бесперебойного питания для ветровых электростанций. Технический результат заключается в увеличении накапливаемой энергии за счет накопления не только механической, но также и индуктивной энергии. Накопитель энергии содержит вакуумируемый корпус, маховик в виде вертикального цилиндрического трубчатого ротора с мотор-генератором со статором и приводным диском, систему опор из подшипников. Введена магнитная система, содержащая магнит и полюсные наконечники, плоскости которых параллельны плоскостям торцов маховика, установленные с образованием зазоров между ними и торцами маховика. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в качестве накопителя энергии для транспортных средств, а также источника бесперебойного питания для ветровых электростанций.

Известен индуктивный накопитель энергии по патенту RU 2546068 C1 от 19.02.2014, опубл. 10.04.2015, МПК H03K 3/53, обеспечивающий генерацию весьма мощных импульсов длительностью порядка миллисекунд.

Недостатком данного устройства является невозможность накопления энергии на существенно больший срок из-за омических потерь в катушках индуктивности.

Известен сверхпроводниковый накопитель энергии по патенту RU 2259284 C2 от 18.02.2003, опубл. 27.08.2005, МПК B60M 3/06, B60L 7/12, применяемый для транспортных средств.

Недостатком данного устройства является установка его не на самом транспортном средстве, а на тяговой подстанции, поскольку необходимая для обеспечения сверхпроводимости криогенная аппаратура требует значительного места для своего размещения.

Прототипом заявляемого устройства является накопитель энергии, предназначенный для размещения на транспортном средстве по патенту RU 2456734 от 15.04.2010, опубл. 20.07.2012, МПК H02K 7/02, H02K 7/09, H02K 51/00, F16F 15/315, включающий в себя вакуумируемый корпус, маховик в виде вертикального цилиндрического трубчатого ротора с мотор-генератором со статором и приводным диском, систему опор из подшипников.

Недостатком прототипа является ограничение величины запасаемой устройством энергии массой маховика. Для увеличения запасаемой энергии маховик и, следовательно, устройство в целом должны быть утяжелены, что ограничивает область применения известного устройства.

Поставлена задача: создать накопитель энергии, обеспечивающий высокое отношение накопленной энергии к массе маховика.

Технический результат заключается в создании конструкции накопителя энергии с маховиком, обеспечивающей увеличение накапливаемой энергии за счет накопления не только механической, но и индуктивной энергии.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в накопителе энергии, включающем в себя вакуумируемый корпус, маховик в виде вертикального цилиндрического трубчатого ротора с мотор-генератором со статором и приводным диском, систему опор из подшипников, введена магнитная система, содержащая магнит и полюсные наконечники, плоскости которых параллельны плоскостям торцов маховика, установленные с образованием зазоров между ними торцами маховика. Маховик может быть упрочнен полимерными материалами, армированными стекловолокнами, углеволокнами или органоволокнами.

Кроме того, торцы маховика выполнены с образованием рельефа.

Дополнительно упомянутый рельеф выполнен с образованием рядов четырехугольных пирамид.

Кроме того, упомянутый рельеф выполнен в виде параллельных щелей.

Дополнительно число магнитов в магнитной системе может быть более одного.

Кроме того, маховик выполнен из ферромагнитного материала.

Дополнительно, зазор между верхним торцом маховика и верхним полюсным наконечником выполнен меньшим зазора между нижним торцом маховика и нижним полюсным наконечником.

Кроме того, маховик выполнен из сегнетоэлектрика.

Дополнительно маховик выполнен из сегнетомагнетика.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вертикальный разрез маховика накопителя энергии и магнитной системы; на фиг. 2 показан маховик накопителя энергии и магнитная система (вид сверху); на фиг. 3 показан фрагмент поверхностей торцов маховика с рельефом, выполненным с образованием рядов четырехугольных пирамид; на фиг. 4 показан фрагмент поверхностей торцов маховика с рельефом, выполненным с образованием параллельных щелей.

Для большей наглядности чертежей на них не показаны вакуумируемый корпус и некоторые другие детали, идентичные деталям прототипа.

Накопитель энергии содержит вакуумируемый корпус, закрытый крышкой, маховик 1 в виде вертикального полого цилиндра с установленными внутри маховика на некотором удалении от его торцов перемычками 3 и 4, прикрепленными к оси 2. Маховик 1 упрочнен слоями полимерного материала, например стеклопластика или углепластика. Маховик 1 приводится во вращение мотор-генератором со статором, закрепленным на корпусе, и приводным диском, соединенным с осью 2. В накопителе энергии установлена магнитная система, содержащая магнит 5 и полюсные наконечники 6 и 7, плоскости которых параллельны плоскостям торцов маховика 1, установленные с образованием зазоров между ними и торцами маховика 1. Магнит 5 может быть постоянным, например, с использованием диспрозия, но возможно и применение электромагнита с питанием его от накопителя энергии.

В варианте накопителя цилиндрические поверхности маховика 1 выполнены с образованием рельефа.

В варианте накопителя упомянутый рельеф выполнен с образованием рядов четырехугольных пирамид.

Устройство работает следующим образом.

Магнит 5 посредством полюсных наконечников 6 и 7 производит в маховике 1 магнитное поле, направленное параллельно оси маховика 1. Под влиянием этого магнитного поля при вращении маховика 1 мотор-генератором в маховике 1 возникает ЭДС, направленная радиально. Под влиянием этой ЭДС на внешней и внутренней цилиндрических поверхностях маховика 1 образуются электрические заряды разных знаков. Вследствие вращения маховика 1 возникают круговые токи на цилиндрических поверхностях маховика 1, также имеющие противоположные направления. Эти токи вызывают магнитное поле в маховике 1, в котором накапливается магнитная энергия. Одновременно накапливается и механическая энергия, обусловленная вращающейся массой маховика 1. При работе мотор-генератора в режиме двигателя вследствие инерции, обусловленной как массой маховика 1, так и энергией магнитного поля, маховик 1 вращает вал за счет накопленной энергии.

Наличие рельефа на цилиндрических поверхностях увеличивает их поверхность, что способствует увеличению поверхностного заряда и, соответственно, увеличению токов и магнитной энергии. Вид рельефа и число магнитов определяются конкретными условиями технологии производства. При выполнении зазора между верхним торцом маховика 1 и верхним полюсным наконечником меньше зазора между нижним торцом маховика 1 и нижним полюсным наконечником, по крайней мере, часть веса маховика 1 компенсируется, что облегчает работу подшипников. Выполнение маховика 1 из ферромагнитного материала обеспечивает меньшее магнитное сопротивление магнитной цепи, а следовательно, большую магнитную индукцию при той же силе магнита, а также большие ЭДС, заряд и накопленную энергию при той же скорости вращения. Кроме того, высокая относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков увеличивает индуктивность маховика 1 и, следовательно, запасенную энергию, при той же силе токе. Применение сегнетоэлектрика в маховике позволяет увеличить поверхностный заряд за счет поляризации материала маховика. Применение сегнетомагнетика позволяет использовать преимущества как ферромагнетика, так и сегнетоэлектрика.

Проведенные расчеты показали, что заявляемое устройство с размерами маховика 200 мм, 433 мм, 233 мм (высота, внешний диаметр, внутренний диаметр), выполненного из легированной стали (относительная магнитная проницаемость 200) при максимально допустимой скорости вращения маховика способно накопить 6⋅106 Дж механической энергии и 20⋅108 Дж магнитной энергии при выполнении по 10000 щелей глубиной 20 мм на каждой из цилиндрических поверхностей маховика.

Для сравнения: маховик прототипа высотой 400 мм при массе, приблизительно равной массе маховика заявляемого устройства вместе с магнитной системой, согласно тем же расчетам способен накопить 1,2⋅107 Дж механической энергии.

1. Накопитель энергии, включающий в себя вакуумируемый корпус, маховик в виде вертикального цилиндрического трубчатого ротора с мотор-генератором со статором и приводным диском, систему опор из подшипников, отличающийся тем, что в него введена магнитная система, содержащая магнит и полюсные наконечники, плоскости которых параллельны плоскостям торцов маховика, установленные с образованием зазоров между ними и торцами маховика.

2. Накопитель энергии по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические поверхности маховика 1 выполнены с образованием рельефа.

3. Накопитель энергии по п. 2, отличающийся тем, что упомянутый рельеф выполнен с образованием рядов четырехугольных пирамид.

4. Накопитель энергии по п. 2, отличающийся тем, что упомянутый рельеф выполнен в виде параллельных щелей.

5. Накопитель энергии по п. 2, отличающийся тем, что число магнитов в магнитной системе более одного.

6. Накопитель энергии по п. 2, отличающийся тем, что маховик выполнен из ферромагнитного материала.

7. Накопитель энергии по п. 6, отличающийся тем, что зазор между верхним торцом маховика и верхним полюсным наконечником выполнен меньшим зазора между нижним торцом маховика и нижним полюсным наконечником.

8. Накопитель энергии по п. 1, отличающийся тем, что маховик выполнен из сегнетоэлектрика.

9. Накопитель энергии по п. 1, отличающийся тем, что маховик выполнен из сегнетомагнетика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения. Механический накопитель содержит маховик и привод в виде магнитного редуктора, размещенные соосно и в герметично разделенных между собой корпусах.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники. Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо, соединенное посредством вала с мультипликатором, выходной вал которого соединен с обгонной муфтой, соединенной с асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором, который электрически соединен с батареей пусковых конденсаторов, трансформаторами напряжения, диодным мостом, блоком управления, электрически соединенным с аккумуляторной батареей.

Изобретение относится к области энергетики. Технический результат - повышение энергоэффективности и энергосбережения накопителя энергии.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам снижения потребления электрической энергии из питающей сети. Способ снижения потребления электрической энергии из питающей сети заключается в накоплении инерционным аккумулятором (маховиком) кинетической энергии с последующей передачей накопленной энергии электродвигателям и синхронному генератору во время появления активной электрической нагрузки в цепи генератора.

Группа изобретений относится к электрическим транспортным средствам, характеризующимся заряжаемыми механическими аккумуляторами, например маховиками. Маховичный аккумулятор состоит из трех маховичных накопителей энергии идентичной конструкции.

Изобретение относится к средствам генерации и накопления электрической энергии. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам регулирования электропривода. Технический результат: обеспечение ограничения бросков тока в обмотках основного привода и формирование требуемой программы изменения частоты его вращения при возникновении аварийных режимов.

Изобретение относится к электротехнике, к конструированию электродвигателей с усилителями крутящего момента. Технический результат состоит в повышении мощности, уменьшении потребления электроэнергии и экономии цветных металлов.

Изобретение относится к накопителям энергии для транспортных электрифицированных систем, источников аварийного и бесперебойного питания для атомных, ветровых и солнечных электростанций.

Изобретение относится к области электротехники, в частности накопителям энергии для транспортных электрифицированных систем, источников аварийного и бесперебойного питания для атомных, ветровых и солнечных электростанций.

Изобретение относится к области двухколесных транспортных средств, в частности к устройствам принудительного наклона или предотвращения наклона двухколёсного транспортного средства. Устройство принудительного наклона или предотвращения наклона двухколёсного транспортного средства содержит маховик, устройство раскручивания маховика, устройство торможения маховика, устройство управления раскручиванием и торможением маховика. Ось маховика расположена по направлению движения транспортного средства, а наклон или предотвращение наклона транспортного средства происходит из-за реактивных сил маховика, возникающих при непосредственно раскручивании или торможении маховика. Достигается улучшение управляемости транспортного средства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к накопителям энергии для транспортных систем, летательных аппаратов, источников аварийного и бесперебойного питания систем связи и телекоммуникаций, для атомных, ветровых, солнечных электростанций. Технический результат заключается в увеличении срока эксплуатации. Аккумуляторная батарея включена в цепь бесколлекторного генератора с постоянными магнитами и установлена вдоль внутренней периферической поверхности маховика. Магнитные кольца маховика расположены на его внешней периферической поверхности, а статорные обмотки - в неподвижном корпусе, в центре которого расположена ось, снабженная вторичными обмотками трансформатора и постоянными магнитами бесколлекторного генератора. Его статорные обмотки установлены в маховике и соединены с аккумуляторными батареями через блок коммутации. На наружной поверхности корпуса установлены ионисторы, включенные параллельно батарее. Первичные обмотки трансформатора расположены напротив вторичных и закреплены на маховике. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении стабильности и к.п.д. Устройство для аккумулирования энергии содержит по меньшей мере одну электрическую машину типа генератора с использованием силы Лоренца или типа двигателя, имеющую ротор (1) и статор (4). Ротор (1) образует инерционный маховик и содержит по меньшей мере один магнит (5), прикрепленный к ротору (1); и по меньшей мере одно средство (3, 7) экранирования магнитного потока. Статор (4) выполнен без ферромагнитного материала и имеет обмотку. Средство (3, 7) экранирования потока установлено с возможностью синхронного вращения с магнитом (5) ротора (1). 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении стабильности и к.п.д. Устройство для аккумулирования энергии содержит по меньшей мере одну электрическую машину типа генератора с использованием силы Лоренца или типа двигателя, имеющую ротор (1) и статор (4). Ротор (1) образует инерционный маховик и содержит по меньшей мере один магнит (5), прикрепленный к ротору (1); и по меньшей мере одно средство (3, 7) экранирования магнитного потока. Статор (4) выполнен без ферромагнитного материала и имеет обмотку. Средство (3, 7) экранирования потока установлено с возможностью синхронного вращения с магнитом (5) ротора (1). 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве накопителя энергии для транспортных средств и источника бесперебойного питания для ветровых электростанций. Технический результат заключается в увеличении накапливаемой энергии за счет накопления не только механической, но также и индуктивной энергии. Накопитель энергии содержит вакуумируемый корпус, маховик в виде вертикального цилиндрического трубчатого ротора с мотор-генератором со статором и приводным диском, систему опор из подшипников. Введена магнитная система, содержащая магнит и полюсные наконечники, плоскости которых параллельны плоскостям торцов маховика, установленные с образованием зазоров между ними и торцами маховика. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх