CN221380628U - 飞轮储能电机以及飞轮储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及飞轮储能技术领域，公开了一种飞轮储能电机以及飞轮储能装置，飞轮储能电机包括电机外壳和定子模块，所述定子模块设于所述电机外壳的内部，所述定子模块包括定子铁芯、定子绕组和环氧树脂层，所述定子绕组设于所述定子铁芯上，所述环氧树脂层包裹于所述定子绕组的外表面，所述环氧树脂层的外表面包裹有硅胶层或橡胶层，并且所述硅胶层或所述橡胶层固定于所述电机外壳的内壁。本实用新型的飞轮储能电机旨在解决环氧树脂灌封定子绕组时容易开裂，导致定子绕组失去绝缘保护的技术问题。

Description

飞轮储能电机以及飞轮储能装置

技术领域

本实用新型涉及飞轮储能技术领域，特别是涉及一种飞轮储能电机以及飞轮储能装置。

背景技术

飞轮储能电机是飞轮储能系统的核心组成部分，用于将电能转化为机械能以加速飞轮，在需要时将储存的机械能转化成电能。

飞轮储能电机的定子封装结构设计紧凑、坚固而且能够容纳飞轮转子，以确保飞轮转子的安全运转。飞轮储能电机往往在低真空环境下运行，现阶段采用环氧树脂灌封的方式将飞轮储能电机的定子绕组与外部真空环境隔离，由于环氧树脂在高低温状态下或者在温度骤变情况下容易开裂，导致定子绕组失去绝缘保护，造成局部放电情况的发生，严重威胁飞轮储能系统的绝缘系统可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种飞轮储能电机以及飞轮储能装置，以解决环氧树脂容易开裂，导致定子绕组失去绝缘保护的技术问题。

第一方面，本实用新型提供了一种飞轮储能电机，其包括电机外壳和定子模块，所述定子模块设于所述电机外壳的内部，所述定子模块包括定子铁芯、定子绕组和环氧树脂层，所述定子绕组设于所述定子铁芯上，所述环氧树脂层包裹于所述定子绕组的外表面，所述环氧树脂层的外表面包裹有硅胶层或橡胶层，并且所述硅胶层或所述橡胶层固定于所述电机外壳的内壁。

优选地，所述环氧树脂层覆盖于所述定子绕组和所述定子铁芯的外表面，并且所述定子绕组与所述定子铁芯的间隙填充有所述环氧树脂层。

优选地，所述环氧树脂层与所述电机外壳具有间隙，所述环氧树脂层与所述电机外壳的间隙填充有所述硅胶层或所述橡胶层。

优选地，所述电机外壳的内壁设有环形凹槽，所述硅胶层或所述橡胶层朝向所述电机外壳的一侧设有环行凸起，所述环行凸起嵌入所述环形凹槽。

优选地，所述电机外壳的内壁设有多个间隔排列的凹槽，所述硅胶层或所述橡胶层朝向所述电机外壳的一侧设有多个间隔排列的凸起，各所述凸起一一对应嵌入各所述凹槽。

优选地，所述电机外壳的内壁设有多个所述环形凹槽，所述硅胶层或所述橡胶层朝向所述电机外壳的一侧设有多个所述环行凸起，各所述环行凸起一一对应嵌入各所述环形凹槽。

优选地，所述环形凹槽包括第一环形槽和第二环形槽，所述第一环形槽的开口沿所述电机外壳的径向，所述第二环形槽的开口沿所述电机外壳的轴向；

所述环行凸起包括第一凸起部和第二凸起部，第一凸起部对应嵌入所述第一环形槽，所述第二凸起部对应嵌入所述第二环形槽。

优选地，所述电机外壳的内壁包括环形台阶，所述第一环形槽设于所述环形台阶的侧面，所述第二环形槽设于所述环形台阶的端面。

优选地，所述飞轮储能电机还包括压紧结构，所述压紧结构设于所述硅胶层或所述橡胶层沿所述电机外壳轴向的端面，所述压紧结构用于压紧所述硅胶层或所述橡胶层，以使所述硅胶层或所述橡胶层包裹于所述环氧树脂层的外表面。

第二方面，本实用新型提供了一种飞轮储能装置，其包括所述飞轮储能电机。

本实用新型提供的一种飞轮储能电机，其有益效果在于：飞轮储能电机在定子表面设置内外两层绝缘层材料，在材料的粘结强度方面，环氧树脂层优于硅胶层或橡胶层，使用环氧树脂材料包裹定子绕组的外表面，环氧树脂材料能够更加稳定地固化在定子绕组的外表面，从而隔离和保护定子绕组；在材料的耐高低温性能以及韧性方面，硅胶层或橡胶层优于环氧树脂层，使用硅胶材料或橡胶材料包裹环氧树脂的外表面并固定于电机外壳的内壁，以隔离和保护内层的环氧树脂，同时提高外层硅胶材料或橡胶材料的粘结稳定性，即使环氧树脂在高低温状态下或者温度骤变情况下产生开裂，外层的硅胶或橡胶材料在高低温状态下或者温度骤变情况下依然保持其绝缘性能，稳定地粘结于电机外壳内，继续有效地隔离和保护定子绕组。本实用新型的轮储能电机采用内外两层绝缘材料组成复合灌装结构，外层的硅胶或橡胶比内层环氧树脂韧性好、弹性足，并且外层硅胶的耐高低温性能比内层环氧树脂强，从而有效提高了定子绕组与外部真空环境隔离的可靠性，弥补了环氧树脂容易开裂的缺陷，增强了飞轮储能电机的安全性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的飞轮储能电机的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的飞轮储能电机去除第一绝缘层和第二绝缘层的截面示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的飞轮储能电机去除第二绝缘层的截面示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的飞轮储能电机的截面示意图；

图5是本实用新型实施例一提供的飞轮储能电机的另一个截面示意图；

图6是图5中X处的放大图；

图7是图5中Y处的放大图。

图中标记如下：100、电机外壳；11、环形凹槽；111、第一环形槽；112、第二环形槽；12、环形台阶；200、定子模块；21、定子铁芯；22、定子绕组；23、第一绝缘层；24、第二绝缘层；25、环行凸起；251、第一凸起部；252、第二凸起部；300、压紧片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，应当说明的是，本实用新型中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置和元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

实施例一

如图1至图4所示，本实用新型实施例提供一种飞轮储能电机，其包括电机外壳100和定子模块200，定子模块200设于电机外壳100的内部，定子模块200包括定子铁芯21、定子绕组22和环氧树脂层，定子绕组22设于定子铁芯21上，环氧树脂层包裹于定子绕组22的外表面，环氧树脂层的外表面包裹有硅胶层或橡胶层，并且硅胶层或橡胶层固定于电机外壳100的内壁。其中，环氧树脂层为第一绝缘层23，硅胶层或橡胶层为第二绝缘层24。

在本实施例中，第一绝缘层23使用环氧树脂材料灌封飞轮储能电机，环氧树脂具有以下显著的优势：第一，环氧树脂可以防止外部环境因素(如腐蚀物质、污染物和灰尘)进入飞轮储能电机的内部。第二，环氧树脂具有良好的电绝缘性能，可以有效地防止电流泄漏和电气短路。第三，环氧树脂对化学品的抵抗性较强。第四，环氧树脂可以提供机械保护，减少振动和冲击对飞轮储能电机的影响。第五，环氧树脂容易加工和填充，可以适应各种不同的电机设计，适合填充和封装电机内部的空隙和裂缝。

在本实施例中，第二绝缘层24可以使用硅橡胶、有机硅灌封胶或氟橡胶灌封飞轮储能电机，以硅橡胶为例进行说明，主要具有以下几点优势：第一，硅橡胶具有出色的高温稳定性，能够在极端温度条件下工作而不失去其弹性和物理性质，这使其适用于一些需要在高温环境下运行的飞轮储能电机。第二，硅橡胶具有出色的柔软性和弹性，可以在灌封过程中填充电机内部的不规则空隙和形状，这有助于确保电机内部各部件之间的紧密接触和机械防护。第三，硅橡胶具有良好的电绝缘性能，能够有效地阻止电流泄漏，降低电气短路的风险，这对于保护电机内部的电子元件和绕组非常重要。第四，耐化学品和腐蚀性物质：硅橡胶对许多化学品和腐蚀性物质的抵抗性较高，可以保护电机内部不受外部环境中的腐蚀性物质的侵害。第五，良好的耐磨性：硅橡胶通常具有良好的耐磨性，这在一些应用中可以提供额外的保护，特别是对于涉及高速旋转部件的电机。第六，灵活性和容易加工：硅橡胶容易加工和填充，能够适应各种不同的电机设计和形状。

基于上述技术方案，本实用新型设置内外两层绝缘层材料，在材料的粘结强度方面，第一绝缘层23优于第二绝缘层24，使用环氧树脂材料包裹定子绕组22的外表面，环氧树脂材料能够更加稳定地固化在定子绕组22的外表面，从而隔离和保护定子绕组22；在材料的耐高低温性能以及韧性方面，第二绝缘层24优于第一绝缘层23，使用硅胶材料或橡胶材料包裹环氧树脂的外表面并固定于电机外壳100的内壁，以隔离和保护内层的环氧树脂，同时提高外层硅胶材料或橡胶材料的粘结稳定性，即使环氧树脂在高低温状态下或者温度骤变情况下产生开裂，外层的硅胶或橡胶材料在高低温状态下或者温度骤变情况下依然保持其绝缘性能，稳定地粘结于电机外壳100内，可以继续有效地隔离和保护定子绕组22。在本实施例中，飞轮储能电机采用内外两层绝缘材料组成复合灌装结构，外层的硅胶或橡胶比内层环氧树脂韧性好、弹性足，并且外层硅胶的耐高低温性能比内层环氧树脂强，从而有效提高了定子绕组22与外部真空环境隔离的可靠性，弥补了环氧树脂容易开裂的缺陷，增强了飞轮储能电机的安全性能。

具体地，如图2所示，在飞轮储能电机结构中，定子绕组22和定子铁芯21是电机的两个关键组成部分。其中，定子铁芯21是定子模块200的主要支撑结构，通常由高导磁材料制成，如硅钢片等，其作用是集中和引导磁场，提高电磁感应效率，并降低能量损耗。定子铁芯21的设计需要考虑磁通密度、铁损耗和磁滞损耗等因素，其结构是由一系列绝缘薄片叠加组成，减少涡流损耗和磁滞损耗。定子绕组22是由导线绕制成的线圈，部分包裹在定子铁芯21上，其作用是产生电磁场，与旋转的电机转子相互作用以产生转矩，从而实现能量转换。定子绕组22的设计需要考虑电机的电流、电压、频率和功率等因素，根据绕组特定的设计要求以特定的方式绕制和连接，以确保电机的高效运行和稳定性能。

作为一种实施方式，如图3所示，环氧树脂层覆盖定子绕组22和定子铁芯21的外表面，并且定子绕组22与定子铁芯21的间隙填充有环氧树脂层。

具体地，本实施例采用灌封方式将第一绝缘层23包裹在定子绕组22和定子铁芯21的外表面，并且第一绝缘层23填充于定子绕组22和定子铁芯21的间隙，以确保第一绝缘层23能够覆盖定子绕组22和定子铁芯21的全部表面，并且稳定地固化于定子绕组22和定子铁芯21的外表面，从而有效地隔离和保护定子绕组22和定子铁芯21。

作为一种实施方式，如图3或图4所示，环氧树脂层与电机外壳100具有间隙，环氧树脂层与电机外壳100的间隙填充有硅胶层或橡胶层。

具体地，本实施例在第一绝缘层23覆盖定子绕组22和定子铁芯21的基础上，采用第二绝缘层24封装第一绝缘层23的外表面并填装于第一绝缘层23与电机外壳100的间隙。一方面，第二绝缘层24相对于第一绝缘层23而言具有较强韧性，第一绝缘层23与电机外壳100之间预留一定间隙，当第一绝缘层23膨胀收缩时，可以避免第一绝缘层23内部产生热应力而迅速开裂；另一方面，第二绝缘层24能够覆盖第一绝缘层23的全部表面，充分地隔离和保护第一绝缘层23，从而间接地隔离和保护定子绕组22和定子铁芯21。

作为一种较佳的实施方式，第一绝缘层23与电机外壳100的间隙大于或等于2毫米，换言之，第二绝缘层24在这个间隙的厚度大于或等于2毫米，可以有效地隔离和保护第一绝缘层23。

作为一种实施方式，如图5所示，电机外壳100的内壁设有环形凹槽11，硅胶层或橡胶层朝向电机外壳100的一侧设有环行凸起25，环行凸起25嵌入环形凹槽11。

具体地，电机外壳100的内壁设置环形凹槽11，第二绝缘层24设置对应的环行凸起25，环行凸起25嵌入环形凹槽11可以适应电机本体高低温变化。比如在高温状态下，第一绝缘层23受热膨胀向两侧位置顶开，由于第二绝缘层24的环行凸起25嵌入电机外壳100的环形凹槽11，能够以此对抗第一绝缘层23膨胀对第二绝缘层24与电机外壳100结合处的威胁，从而保证第二绝缘层24的密封效果。

作为一种实施方式，电机外壳100的内壁设有多个环形凹槽11，硅胶层或橡胶层朝向电机外壳100的一侧设有多个环行凸起25，各环行凸起25一一对应嵌入各环形凹槽11。

具体地，如图5所示，电机外壳100四个顶角的内壁均设置有多个环形凹槽11，对电机外壳100四个顶角的第一绝缘层23进行保护。但是环形凹槽11不局限于电机外壳100四个顶角的内壁，第二绝缘层24与电机外壳100接触的表面均可以设置一个或者多个环形凹槽11。在实际应用中，根据电机外壳100受热部位以及第一绝缘层23热应力集中位置相应地设置更多环形凹槽11，以维持第二绝缘层24与电机外壳100结合密封效果。

作为一种较佳的实施方式，如图6所示，环形凹槽11包括第一环形槽111和第二环形槽112，第一环形槽111的开口沿电机外壳100的径向，第二环形槽112的开口沿电机外壳100的轴向；环行凸起25包括第一凸起部251和第二凸起部252，第一凸起部251对应嵌入第一环形槽111，第二凸起部252对应嵌入第二环形槽112。

具体地，电机外壳100的径向设置一个或者多个第一环形槽111，电机外壳100的轴向设置一个或者多个第二环形槽112，换言之，在电机外壳100的轴向和径向同时设置环形凹槽11，第一凸起部251、第二凸起部252分别嵌入第一环形槽111和第二环形槽112，对抗第一绝缘层23在水平和竖直方向上的热胀冷缩变化，最大限度地保证第二绝缘层24的密封效果。

示例性地，如图7所示，本实施例以电机外壳100的右上侧的顶角设置第二绝缘层24进行说明，电机外壳100在轴向和径向分别设置两个环形凹槽11，第二绝缘层24在轴向和径向对应分别设置两个环行凸起25。其中，第二绝缘层24的热膨胀系数比电机外壳100的热膨胀系数大，当第二绝缘层24受热膨胀时，环行凸起25的B、D、F、G面胀紧密封；当第二绝缘层24冷却收缩时，A、C、E、H面缩紧密封，从而保证第二绝缘层24的密封效果。

作为一种实施方式，如图5所示，电机外壳100的内壁包括环形台阶12，第一环形槽111设于环形台阶12的侧面，第二环形槽112设于环形台阶12的端面。

具体地，电机外壳100的内壁向电机外壳100的中心凸出形成环形台阶12，以便于在电机外壳100的径向设置第一环形槽111，同时在电机外壳100的轴向设置第二环形槽112。

作为一种实施方式，如图5所示，飞轮储能电机还包括压紧结构，所述压紧结构可以是一块或多块压紧片300，压紧片300设于第二绝缘层24沿电机外壳100轴向的端面，压紧片300用于压紧第二绝缘层24，以使第二绝缘层24封装于第一绝缘层23的外表面。

具体地，本实施例通过压紧片300将第二绝缘层24压缩和固定在定子绕组22上，以确保绝缘材料牢固地粘附在导线或线圈表面，避免松散或移动，提供一定的预压缩量来增加绝缘材料的密封性。在实际应用中，可以使用绝缘胶水、胶带、粘合剂或机械夹具完成绝缘材料的固化。

在本实施例中，飞轮储能电机中的绕组绝缘采用绝缘材料和绝缘工艺来实现，包括以下步骤和方法：(1)绝缘材料选择：首先，选择适当的绝缘材料，这些材料必须具有出色的电绝缘性和耐热性。常用的绝缘材料包括环氧树脂、绝缘纸、绝缘胶带、聚酰亚胺薄膜(、聚酰胺等。(2)绝缘层设计：设计绕组绝缘层，确定绝缘材料的厚度和分层结构。这需要考虑电压、温度、机械应力和环境因素，以确保绕组充分绝缘。(3)绕组制备：将绝缘材料切割成适当的形状，然后将其包裹在绕组的导线或线圈周围。这通常涉及到将绝缘材料层层包裹在绕组上，确保覆盖每个绕组。(4)固定和压缩：将绝缘材料压缩和固定在绕组上，以确保其牢固地粘附在导线或线圈表面，避免松散或移动，这可以使用绝缘胶水、胶带、粘合剂或机械夹具完成。(5)固化和固定：进一步固化或硬化绝缘材料，以确保绝缘层的稳定性。(6)绝缘测试：在装配电机之前，通常需要对绕组绝缘进行测试，以确保它满足设计要求。这包括绝缘电阻测试、介电强度测试和其他相关测试。(7)组装：将绕组与电机的其他部件组装在一起，确保绕组绝缘不受损害或受到外部环境的影响。总而言之，绕组绝缘的质量和可靠性对于飞轮储能电机的性能和长寿命至关重要，绕组绝缘的失效可能导致电机故障。

实施例二

本实施例提供的飞轮储能电机与实施例一、二不同之处主要在于凹槽的设置方式不同，具体体现为：本实施例的电机外壳100的内壁设有多个间隔排列的凹槽(附图未示出)，硅胶层或橡胶层朝向电机外壳100的一侧设有多个间隔排列的凸起，各凸起一一对应嵌入各凹槽。这种设置方式，凸起嵌入凹槽也可以适应电机高低温变化，吸收第一绝缘层23热胀冷缩的变化量，缓冲第一绝缘层23的膨胀收缩，保证绝缘材料的可靠密封。其中，凹槽可以规则排列也可以不规则排列，凹槽可以是圆槽也可以是方槽，槽体的数量、形状和大小没有具体限制，只要能形成凸起嵌入凹槽的结构即可。

除了上述不同之处，本实施例提供的飞轮储能电机的其他部分，可参照实施例一，在此不再详述。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种飞轮储能装置，包括飞轮储能电机。

具体地，飞轮储能装置是一种能量储存技术，利用旋转的飞轮将机械能转化为电能以实现能量存储。飞轮储能装置由一个高速旋转的飞轮和与之连接的飞轮储能电机以及控制系统组成。当电网需要额外的电能时，储存在电机中的机械能可以被转换为电能，并输送到电网。相反地，当电网产生过剩的电能时，这些多余的电能可以被用来驱动电机，将机械能转移到飞轮电机中以进行能量存储。飞轮储能装置通常在电网调节和平衡方面发挥重要作用，可以用作电网峰值负荷平衡系统，用于短期能量储存和释放，其响应速度快、效率高、寿命长等特点使其成为可再生能源集成和电力系统稳定性增强工具。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞轮储能电机，其特征在于，包括电机外壳和定子模块，所述定子模块设于所述电机外壳的内部，所述定子模块包括定子铁芯、定子绕组和环氧树脂层，所述定子绕组设于所述定子铁芯上，所述环氧树脂层包裹于所述定子绕组的外表面，所述环氧树脂层的外表面包裹有硅胶层或橡胶层，并且所述硅胶层或所述橡胶层固定于所述电机外壳的内壁。

2.根据权利要求1所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述环氧树脂层覆盖于所述定子绕组和所述定子铁芯的外表面，并且所述定子绕组与所述定子铁芯的间隙填充有所述环氧树脂层。

3.根据权利要求2所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述环氧树脂层与所述电机外壳具有间隙，所述环氧树脂层与所述电机外壳的间隙填充有所述硅胶层或所述橡胶层。

4.根据权利要求3所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述电机外壳的内壁设有多个间隔排列的凹槽，所述硅胶层或所述橡胶层朝向所述电机外壳的一侧设有多个间隔排列的凸起，各所述凸起一一对应嵌入各所述凹槽。

5.根据权利要求3所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述电机外壳的内壁设有环形凹槽，所述硅胶层或所述橡胶层朝向所述电机外壳的一侧设有环行凸起，所述环行凸起嵌入所述环形凹槽。

6.根据权利要求5所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述电机外壳的内壁设有多个所述环形凹槽，所述硅胶层或所述橡胶层朝向所述电机外壳的一侧设有多个所述环行凸起，各所述环行凸起一一对应嵌入各所述环形凹槽。

7.根据权利要求6所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述环形凹槽包括第一环形槽和第二环形槽，所述第一环形槽的开口沿所述电机外壳的径向，所述第二环形槽的开口沿所述电机外壳的轴向；

所述环行凸起包括第一凸起部和第二凸起部，第一凸起部对应嵌入所述第一环形槽，所述第二凸起部对应嵌入所述第二环形槽。

8.根据权利要求7所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述电机外壳的内壁包括环形台阶，所述第一环形槽设于所述环形台阶的侧面，所述第二环形槽设于所述环形台阶的端面。

9.根据权利要求1所述的飞轮储能电机，其特征在于，所述飞轮储能电机还包括压紧结构，所述压紧结构设于所述硅胶层或所述橡胶层沿所述电机外壳轴向的端面，所述压紧结构用于压紧所述硅胶层或所述橡胶层，以使所述硅胶层或所述橡胶层包裹于所述环氧树脂层的外表面。

10.一种飞轮储能装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的飞轮储能电机。