КИНЕТИЧЕСКИЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2022 года по МПК H02K7/02 H02K7/04 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности, к кинетическим накопителям энергии и преимущественно может быть использовано в системах электроснабжения в качестве резервного и аварийного источника питания.

Известен накопитель энергии (CN 101420150 А, 2009), который содержит вакуумированный корпус, установленный в полости корпуса мотор-генератор, маховик, установленный на вертикально расположенном вале ротора мотор-генератора, и систему опор вала, образованную нижним игольчатым опорным подшипником с подпятником и верхним магнитным подшипником с постоянным магнитом.

Известен центробежный накопитель энергии (RU 88864 U1, 2009), который содержит вакуумированный вертикальный цилиндрический корпус, установленный в нем маховик в виде полого тонкостенного ротора ультрацентрифуги с приводным диском и ферромагнитной втулкой в нижней и верхней его части, соответственно, систему опор ротора, образованную нижним игольчатым опорным подшипником с подпятником и верхним магнитным подшипником с постоянным магнитом, и статор, установленный в полости корпуса и находящийся в магнитном взаимодействии с приводным диском.

Однако, остаточный дисбаланс ротора упомянутых известных накопителей энергии отрицательно сказывается на их эксплуатационных характеристиках.

Известен накопитель энергии (RU 2456734 С2, 2012), который содержит вакуумированный корпус, в котором вертикально установлен цилиндрический ротор в виде металлической трубы с установленными внутри на некотором удалении от ее торцов двумя перегородками в виде дисков. Труба ротора упрочнена слоями полимерного материала, например стеклопластика или углепластика. Ротор установлен в системе опор, которая образована нижним игольчатым опорным подшипником с подпятником и верхним магнитным подшипником с постоянным магнитом, и ферромагнитной втулкой, установленной на верхней перегородке трубы, с возможностью вращения с помощью мотор-генератора со статором и приводным диском, закрепленным на полуоси, установленной на нижней перегородке. Подпятник нижней опоры установлен на демпфирующем элементе с центрирующими пружинами в корпусе демпфера, заполненном маслом. В нижней части ротора установлено корректирующее устройство в виде кольца, охватывающего с некоторым радиальным зазором полуось ротора, с демпфирующим цилиндром на центрирующих пружинах. В верхней части ротора корректирующее устройство выполнено в виде кольца, охватывающего ферромагнитную втулку с некоторым радиальным зазором.

Конструкция системы опор упомянутого аналога в некоторой степени обеспечивает уменьшение радиальных нагрузок на них, обусловленных дисбалансом ротора, и поэтому снижает потери в опорах, но не обеспечивают возможности уменьшения дисбаланса ротора при его вращении, то есть самобалансировки ротора, что отрицательно сказывается на его эксплуатационных характеристиках.

Кроме того, размещение статоров моторов-генераторов в вакуумированных корпусах рассмотренных выше аналогов препятствует рассеиванию тепла, выделяющегося при функционировании накопителей энергии.

Наиболее близким по конструкции к настоящему изобретению является известный кинетический накопитель энергии (RU 2746794 С1, 2021), который содержит вакуумированный цилиндрический корпус, статор, расположенный снаружи по отношению к корпусу, и полый рабочий ротор. Полый рабочий ротор образован цилиндром из немагнитного диэлектрического материала, по меньшей мере, с двумя дисками, закрывающими его внутреннюю полость, и вертикально установлен в корпусе на вале посредством верхней и нижней опор с возможностью вращения. Каждый диск ротора выполнен в виде, по меньшей мере, двух концентрических силовых недеформируемых колец, между которыми установлено кольцо из эластичного материала. При этом полый рабочий ротор снабжен постоянными пластинчатыми магнитами, установленными на его цилиндре по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, а цилиндр корпуса выполнен из немагнитного диэлектрического материала.

Выполнение дисков рабочего ротора ближайшего аналога в виде, по меньшей мере, двух концентрических силовых недеформируемых колец, между которыми установлено кольцо из эластичного материала, обеспечивает в процессе вращения рабочего ротора его самобалансировку за счет деформации колец дисков ротора, выполненных из эластичного материала

Предусмотренные в конструкции ближайшего аналога снабжение полого рабочего ротора постоянными пластинчатыми магнитами, установленными на его цилиндре по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, выполнение цилиндра корпуса из немагнитного диэлектрического материала и расположение статора снаружи по отношению к корпусу обеспечило возможность размещения статора вне вакуумированного корпуса, что обеспечивает интенсивное рассеивание статором тепла при функционировании кинетического накопителя энергии.

Вместе с тем, расположение статора снаружи по отношению к вакуумированному корпусу и установка пластинчатых магнитов на цилиндре рабочего ротора в процессе его изготовления путем намотки стекловолокна приводят к существенному значению размера зазора между пластинчатыми магнитами и сердечниками катушек статора.

Самобалансировка рабочего ротора в процессе его вращения за счет деформации колец дисков рабочего ротора, выполненных с использованием эластичного материала, приводит к его колебаниям и наклону его оси, что вызывает необходимость обеспечивать зазор между наружной цилиндрической поверхностью рабочего ротора и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заведомо большим, предотвращающим возможность их соприкосновения при вращении.

Кроме того, такие колебания рабочего ротора и наклоны его оси приводят к неравномерности упомянутого зазора и его случайным изменениям.

В результате этого снижается коэффициент полезного действия кинетического накопителя энергии, являющегося ближайшим аналогом.

Задачей настоящего изобретения явилось создание кинетического накопителя энергии, который обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении его коэффициента полезного действия и в расширении арсенала технических средств для накопления энергии.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут, согласно изобретению, во-первых, тем, что кинетический накопитель энергии, согласно одному варианту осуществления изобретения, содержащий вакуумированный корпус в виде цилиндра с крышкой, статор, ротор в виде полого цилиндрического рабочего элемента, который закреплен на вале, вертикально установленном с возможностью вращения в корпусе посредством верхней и нижней опор, постоянные пластинчатые магниты, установленные на цилиндре рабочего элемента ротора по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, отличается от ближайшего аналога тем, что рабочий элемент ротора с помощью, по меньшей мере, двух фиксирующих элементов, находящихся в его внутренней полости, закреплен на вале с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, ротор снабжен полым цилиндрическим балансировочным элементом, который установлен в полости рабочего элемента ротора и соединен с его внутренней цилиндрической поверхностью с помощью, по меньшей мере, одного эластичного демпферного элемента, выполненного с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях, статор установлен в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, а пластинчатые магниты размещены с обеспечением магнитного взаимодействия со статором.

При этом каждый фиксирующий элемент выполнен в виде круглого диска, сохраняющего при вращении неизменным размер своего диаметра.

Балансировочный элемент ротора соединен с внутренней цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью двух эластичных демпферных элементов и в средней его части дополнительно присоединен к валу с помощью третьего эластичного демпферного элемента.

Каждый эластичный демпферный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, двух концентрических силовых колец, между которыми установлено кольцо из эластичного демпферного материала.

Верхняя и нижняя опоры выполнены в виде радиально-упорных опор качения.

Концы вала выполнены коническими, а каждая радиально-упорная опора качения выполнена в виде, по меньшей мере, трех радиальных подшипников качения, установленных вокруг концов вала ротора с обеспечением взаимодействия поверхностей их наружных колец с коническими поверхностями концов вала.

Ось вращения каждого подшипника качения расположена параллельно соответствующей образующей конической поверхности конца вала.

Снабжение ротора кинетического накопителя энергии, согласно этому варианту осуществления изобретения, полым цилиндрическим балансировочным элементом, который установлен в полости рабочего элемента ротора и соединен с его внутренней цилиндрической поверхностью с помощью, по меньшей мере, одного эластичного демпферного элемента, выполненного с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях, обеспечивает в процессе вращения ротора его самобалансировку за счет деформации эластичных демпферных элементов.

При этом в отличие от балансировочного элемента ротора, который для обеспечения самобалансировки ротора в целом претерпевает необходимые для этого колебания и наклоны своей оси, рабочий элемент ротора этому не подвержен в силу того, что он с помощью, по меньшей мере, двух фиксирующих элементов, находящихся в его внутренней полости, закреплен на вале с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, что позволяет выполнить зазор между пластинчатыми магнитами и сердечниками катушек статора существенно меньшего размера по сравнению с ближайшим аналогом, исключив его неравномерности и случайные изменения.

В результате этого повышается коэффициент полезного действия заявляемого кинетического накопителя энергии.

Установка статора в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, обеспечивает, как и в ближайшем аналоге, возможность размещения статора вне вакуумированного корпуса, сохраняя при этом возможность его магнитного взаимодействия с пластинчатыми магнитами ротора, что приводит к интенсивному рассеиванию статором тепла при функционировании кинетического накопителя энергии.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут, согласно изобретению, во-вторых, также тем, что кинетический накопитель энергии, согласно другому варианту осуществления изобретения, содержащий вакуумированный корпус в виде цилиндра с крышкой, статор, ротор в виде полого цилиндрического рабочего элемента, который закреплен на вале, вертикально установленном с возможностью вращения в корпусе посредством верхней и нижней опор, постоянные пластинчатые магниты, установленные на цилиндре рабочего элемента ротора по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, отличается от ближайшего аналога тем, что рабочий элемент ротора с помощью, по меньшей мере, одного фиксирующего элемента, находящегося в его внутренней полости, закреплен на вале с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, ротор снабжен полым цилиндрическим балансировочным элементом, который охватывает рабочий элемент ротора и соединен с наружной цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью, по меньшей мере, одного эластичного демпферного элемента, выполненного с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях, статор установлен в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, а пластинчатые магниты размещены с обеспечением магнитного взаимодействия со статором.

При этом рабочий элемент ротора закреплен на вале с помощью трех фиксирующих элементов, находящегося в его внутренней полости.

Каждый фиксирующий элемент выполнен в виде круглого диска, сохраняющего при вращении неизменным размер своего диаметра.

Балансировочный элемент ротора соединен с наружной цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью трех эластичных демпферных элементов.

Каждый эластичный демпферный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, двух концентрических силовых колец, между которыми установлено кольцо из эластичного демпферного материала.

Верхняя и нижняя опоры выполнены в виде радиально-упорных опор качения.

Концы вала выполнены коническими, а каждая радиально-упорная опора качения выполнена в виде, по меньшей мере, трех радиальных подшипников качения, установленных вокруг концов вала ротора с обеспечением взаимодействия поверхностей их наружных колец с коническими поверхностями концов вала.

Ось вращения каждого подшипника качения расположена параллельно соответствующей образующей конической поверхности конца вала.

Снабжение ротора кинетического накопителя энергии, согласно этому варианту осуществления изобретения, полым цилиндрическим балансировочным элементом, который охватывает рабочий элемент ротора и соединен с наружной цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью, по меньшей мере, одного эластичного демпферного элемента, выполненного с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях, обеспечивает в процессе вращения ротора его самобалансировку в целом за счет деформации эластичных демпферных элементов.

При этом в отличие от балансировочного элемента ротора, который для обеспечения самобалансировки ротора в целом претерпевает необходимые для этого колебания и наклоны своей оси, рабочий элемент ротора этому не подвержен в силу того, что он с помощью, по меньшей мере, одного фиксирующего элемента, находящегося в его внутренней полости, закреплен на вале с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, что позволяет выполнить зазор между пластинчатыми магнитами и сердечниками катушек статора существенно меньшего размера по сравнению с ближайшим аналогом, исключив его неравномерности и случайные изменения.

В результате этого повышается коэффициент полезного действия заявляемого кинетического накопителя энергии.

Установка статора в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, обеспечивает, как и в ближайшем аналоге, возможность размещения статора вне вакуумированного корпуса, сохраняя при этом возможность его магнитного взаимодействия с пластинчатыми магнитами ротора, что приводит к интенсивному рассеиванию статором тепла при функционировании кинетического накопителя энергии.

Отмеченное свидетельствует о решении поставленной задачи настоящего изобретения и достижении декларированного выше технического результата благодаря наличию у заявляемого кинетического накопителя энергии перечисленных отличительных признаков.

На фиг. 1 приведен чертеж осевого разреза заявляемого кинетического накопителя энергии в сборе в случае размещения балансировочного элемента ротора в полости рабочего элемента ротора, при наилучшем, по мнению авторов, осуществлении этого варианта изобретения, с использованием двух эластичных демпферных элементов.

На фиг. 2 приведен чертеж осевого разреза заявляемого кинетического накопителя энергии в сборе в случае, когда балансировочный элемент ротора охватывает рабочий элемент ротора и установлен, при наилучшем, по мнению авторов, осуществлении этого варианта изобретения, с использованием трех эластичных демпферных элементов.

На фиг. 3 приведен вид I фиг. 1, 2, 6 и 7 (увеличено).

На фиг. 4 приведен вид II фиг. 1, 2, 6 и 7 (увеличено).

На фиг. 5 приведен разрез по А-А фиг. 1, 2, 6 и 7.

На фиг. 6 приведен чертеж осевого разреза заявляемого кинетического накопителя энергии в сборе в случае размещения балансировочного элемента ротора в полости рабочего элемента ротора, при более простом осуществлении изобретения с использованием одного эластичного демпферного элемента для крепления балансировочного элемента ротора к внутренней цилиндрической поверхности рабочего элемента ротора.

На фиг. 7 приведен чертеж осевого разреза заявляемого кинетического накопителя энергии в сборе в случае, когда балансировочный элемент ротора охватывает рабочий элемент ротора и установлен, при более простом осуществлении изобретения, с использованием одного эластичного демпферного элемента крепления балансировочного элемента ротора к наружной цилиндрической поверхности рабочего элемента ротора и одного фиксирующего элемента для закрепления рабочего элемента ротора на вале.

Согласно одному варианту наилучшего осуществления настоящего изобретения (см. фиг. 1), кинетический накопитель энергии содержит полый вакуумированный цилиндрический корпус 1, который состоит из полой цилиндрической части 2 корпуса, днища 3 и фланца 4 с ниппелем 5 для присоединения насоса с целью откачивания воздуха, выполненных, например, из алюминиевого сплава. Корпус 1 снабжен верхней крышкой 6 и нижней крышкой 7, которые выполнены из неферромагнитного материала, например, из алюминиевого сплава, и через вакуумные уплотнения присоединены, соответственно, к фланцу 4 и к днищу 3, например, с помощью шпилек с гайками (на чертежах не показаны).

В верхней крышке 6 и нижней крышке 7 снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса 1 выполнены цилиндрические полости 22, в цилиндрические стенки которых встроены магнитопроводы 8, выполненные из материала с высокой магнитной проницаемостью, например, из пермаллоя, альсифера или феррита. По мнению авторов настоящего изобретения, в каждой цилиндрической полости 22 может быть встроено по шесть таких магнитопроводов 8.

Кинетический накопитель энергии (см. фиг. 1) содержит ротор 9, который образован полым цилиндрическим рабочим элементом 10, который с помощью двух фиксирующих элементов 11, выполненных в виде круглых дисков, закрывающих его внутреннюю полость и состоящих из концентрических силовых колец 23, закреплен на вале 16, выполненном, например, из стали 40Х, и полым цилиндрическим балансировочным элементом 12, который установлен в полости рабочего элемента 10 ротора 9 и соединен с его внутренней цилиндрической поверхностью с помощью двух эластичных демпферных элементов 13.

По мнению авторов настоящего изобретения, при наилучшем его осуществлении, балансировочный элемент 12 ротора 9 в средней его части дополнительно присоединен также к валу 16 с помощью третьего эластичного демпферного элемента 13.

Каждый эластичный демпферный элемент 13 образован, по меньшей мере, двумя концентрическими силовыми кольцами 24, между которыми установлено эластичное демпферное кольцо 25.

Рабочий элемент 10 и балансировочный элемент 12 ротора 9, а также силовые кольца 23 и 24, выполнены из композитного материала, например, из стеклопластика или углепластика посредством намотки стекловолокна или углеволокна с использованием полимерной матрицы, а эластичные демпферные кольца 25 - из эластичного демпферного материала, например, из демпферной вакуумной резины.

Фиксирующие элементы 11 в виде дисков, состоящих из концентрических силовых колец 23, и эластичные демпферные элементы 13, каждый из которых образован, по меньшей мере, двумя концентрическими силовыми кольцами 24 с эластичным демпферным кольцом 25 между ними, собираются из соответствующих колец посредством прессовой (фрикционной) посадки и клея.

При наилучшем осуществлении настоящего изобретения (см. фиг. 1) кинетический накопитель энергии содержит два статора (на чертежах не показаны), один из которых установлен в цилиндрической полости 22 верхней крышки 6, а второй - в цилиндрической полости 22 нижней крышки 7. Каждый статор содержит катушки с сердечниками. Сердечник каждой из катушек установлен напротив соответствующего магнитопровода 8 с примыканием к нему.

На краях внутренней поверхности цилиндра рабочего элемента 10 ротора 9 установлены по одному цилиндрическому кольцевому магнитопроводу 15, выполненному, например, из ферромагнитного материала (см. фиг. 1 и 3). На внутренних поверхностях каждого из двух кольцевых магнитопроводов 15 закреплены постоянные пластинчатые магниты 14, например, в виде неодимовых пластинок толщиной 1 мм в количестве восьми штук на каждом кольцевом магнитопроводе 15, которые установлены по окружности с чередованием их радиально расположенных полюсов и с обеспечением магнитного взаимодействия с сердечниками катушек статоров через соответствующие магнитопроводы 8.

Вал 16 ротора 9 вертикально установлен в корпусе 1 с возможностью вращения посредством верхней 17 и нижней 18 опор, которые выполнены в виде радиально-упорных опор качения.

Для выполнения концов вала 16 ротора 9 коническими они снабжены коническими втулками 19, например, из сплава 95X18.

Верхняя и нижняя опоры 17 и 18 выполнены в виде (см. фиг. 1, 4 и 5), по меньшей мере, трех радиальных подшипников 20 качения, которые установлены вокруг конических втулок 19 концов вала 16 ротора 9 с обеспечением взаимодействия поверхностей их наружных колец с коническими поверхностями конических втулок 19 посредством сферических втулок 21.

В качестве подшипников 20 качения использованы, например, прецизионные шпиндельные подшипники марки 12BGR02X фирмы NSK, характеризующиеся максимально допустимой частотой вращения 100000 об/мин при работе в консистентной вакуумной смазке.

Оси вращения подшипников 20 качения расположены под углом к оси вала 16 ротора Этаким образом (см. фиг. 5), чтобы ось вращения каждого подшипника 20 качения была параллельна соответствующей образующей конической поверхности конической втулки 19.

Верхняя 17 и нижняя 18 опоры установлены на внутренних поверхностях, соответственно, верхней 6 и нижней 7 крышек через прокладки (на чертежах не обозначены), создающие осевую нагрузку на вал 16 ротора 9 для обеспечения контакта сферических поверхностей втулок 21 с поверхностями конических втулок 19 вала 16 ротора 9.

Такая конструкция верхней и нижней опор 17 и 18 позволяет обеспечить более высокую частоту вращения ротора 9, чем частота вращения подшипников 20 качения. Так, например, при среднем диаметре поверхностей сферических втулок 21, превышающем в 4 раза средний диаметр поверхностей конических втулок 19 вала 16 ротора 9, в случае вращения ротора 9 с частотой 360000 об/мин подшипники 20 качения будут вращаться с частотой около 90000 об/мин.

При более простом осуществлении рассматриваемого варианта изобретения (см. фиг. 6, на которой использована такая же нумерация аналогичных элементов) балансировочный элемент 12 ротора 9 размещен в полости рабочего элемента 10 ротора 9 с использованием одного эластичного демпферного элемента 13 для его крепления к внутренней цилиндрической поверхности рабочего элемента 10 ротора 9.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, кинетический накопитель энергии при наилучшем его осуществлении имеет в основном аналогичную конструкцию, которая приведена на фиг. 2 с использованием той же нумерации аналогичных элементов, что и на фиг. 1.

Отличия этого варианта осуществления настоящего изобретения заключаются в следующем.

При наилучшем осуществлении этого варианта изобретения (см. фиг. 2) ротор 9 кинетического накопителя энергии, содержащий полый цилиндрический рабочий элемент 10, снабжен полым цилиндрическим балансировочным элементом 12, который охватывает рабочий элемент 10 ротора 9 и соединен с наружной цилиндрической поверхностью рабочего элемента 10 ротора 9 с помощью трех эластичных демпферных элементов 13 аналогичной конструкции.

При наилучшем осуществлении этого варианта изобретения рабочий элемент 10 ротора 9 закреплен на вале 16 с помощью размещенных в его внутренней полости трех фиксирующих элементов 11 аналогичной конструкции.

При более простом осуществлении рассматриваемого варианта изобретения (см. фиг. 7, на которой использована такая же нумерация аналогичных элементов) балансировочный элемент 12 ротора 9 присоединен к наружной цилиндрической поверхности рабочего элемента 10 ротора 9 с использованием одного эластичного демпферного элемента 13, а рабочий элемент 10 ротора 9 закреплен на вале 16 с помощью одного фиксирующего элемента 11.

Кинетический накопитель энергии работает следующим образом.

При накоплении энергии кинетический накопитель энергии работает подобно электродвигателю. В этом случае подается напряжение на катушки статоров (на чертежах не показаны), которые создают электромагнитные поля, которые через магнитопроводы 8 и стенки цилиндрических полостей 22 верхней и нижней крышек 6 и 7 воздействуют на постоянные пластинчатые магниты 14, вызывая вращение ротора 9 в верхней и нижней опорах 17 и 18 качения.

В процессе вращения ротора 9 происходит самобалансировка всего ротора 9 в целом за счет деформации эластичных демпферных колец 25 эластичных демпферных элементов 13, обеспечивающей при вращении ротора 9 смещения балансировочного элемента 12 в общем случае в трех плоскостях, что обеспечивает тем самым парирование дисбаланса всего ротора 9 в целом. При этом рабочий элемент 10 ротора 9, закрепленный фиксирующими элементами 11 на вале 16 ротора 9 с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, подобных смещений не претерпевает, что предотвращает какие-либо изменения зазора между пластинчатыми магнитами 14 и магнитопроводами 8, а также стенками цилиндрических полостей 22 верхней и нижней крышек 6 и 7.

После достижения ротором 9 максимально допустимого значения частоты вращения, равного, например, 360000 об/мин, подача напряжения на катушки статоров прекращается. Ротор 9 продолжает вращаться по инерции, сохраняя за исключением потерь накопленную кинетическую энергию.

При этом кинетический накопитель энергии работает подобно электрогенератору. В этом случае магнитные потоки, создаваемые пластинчатыми магнитами 14, через магнитопроводы 8 и стенки цилиндрических полостей 22 верхней и нижней крышек 6 и 7 воздействует на катушки статоров и наводят в них электродвижущие силы индукции, которые при подключении к ним потребителя обеспечивают его электропитание.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении коэффициента полезного действия кинетического накопителя энергии и в расширении арсенала технических средств для накопления энергии.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к кинетическим накопителям энергии. Технический результат – повышение КПД. Кинетический накопитель энергии содержит вакуумированный корпус в виде цилиндра с крышкой, статор, который установлен в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, ротор в виде полого цилиндрического рабочего элемента, который закреплен на валу с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала и вертикально установлен с возможностью вращения в корпусе посредством верхней и нижней опор, и постоянные пластинчатые магниты, установленные на цилиндре рабочего элемента ротора по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, и размещенные с обеспечением магнитного взаимодействия со статором. Ротор снабжен полым цилиндрическим балансировочным элементом, который установлен в полости рабочего элемента ротора или охватывает рабочий элемент ротора. Балансировочный элемент соединен с ротором эластичным демпферным элементом, выполненным с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Кинетический накопитель энергии, содержащий вакуумированный корпус в виде цилиндра с крышкой, статор, ротор в виде полого цилиндрического рабочего элемента, который закреплен на валу, вертикально установленном с возможностью вращения в корпусе посредством верхней и нижней опор, постоянные пластинчатые магниты, установленные на цилиндре рабочего элемента ротора по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, отличающийся тем, что рабочий элемент ротора с помощью по меньшей мере двух фиксирующих элементов, находящихся в его внутренней полости, закреплен на валу с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, ротор снабжен полым цилиндрическим балансировочным элементом, который установлен в полости рабочего элемента ротора и соединен с его внутренней цилиндрической поверхностью с помощью по меньшей мере одного эластичного демпферного элемента, выполненного с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях, статор установлен в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, а пластинчатые магниты размещены с обеспечением магнитного взаимодействия со статором.

2. Накопитель по п. 1, отличающийся тем, что каждый фиксирующий элемент выполнен в виде круглого диска, сохраняющего при вращении неизменным размер своего диаметра.

3. Накопитель по п. 1, отличающийся тем, что балансировочный элемент ротора соединен с внутренней цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью двух эластичных демпферных элементов и в средней его части дополнительно присоединен к валу с помощью третьего эластичного демпферного элемента.

4. Накопитель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что каждый эластичный демпферный элемент выполнен в виде по меньшей мере двух концентрических силовых колец, между которыми установлено кольцо из эластичного демпферного материала.

5. Накопитель по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя опоры выполнены в виде радиально-упорных опор качения.

6. Накопитель по п. 5, отличающийся тем, что концы вала выполнены коническими, а каждая радиально-упорная опора качения выполнена в виде по меньшей мере трех радиальных подшипников качения, установленных вокруг концов вала ротора с обеспечением взаимодействия поверхностей их наружных колец с коническими поверхностями концов вала.

7. Накопитель по п. 6, отличающийся тем, что ось вращения каждого подшипника качения расположена параллельно соответствующей образующей конической поверхности конца вала.

8. Кинетический накопитель энергии, содержащий вакуумированный корпус в виде цилиндра с крышкой, статор, ротор в виде полого цилиндрического рабочего элемента, который закреплен на валу, вертикально установленном с возможностью вращения в корпусе посредством верхней и нижней опор, постоянные пластинчатые магниты, установленные на цилиндре рабочего элемента ротора по окружности с чередованием их полюсов, расположенных радиально, отличающийся тем, что рабочий элемент ротора с помощью по меньшей мере одного фиксирующего элемента, находящегося в его внутренней полости, закреплен на валу с обеспечением при вращении ротора совпадения геометрических осей цилиндра рабочего элемента и вала, ротор снабжен полым цилиндрическим балансировочным элементом, который охватывает рабочий элемент ротора и соединен с наружной цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью по меньшей мере одного эластичного демпферного элемента, выполненного с возможностью обеспечения при вращении ротора смещения балансировочного элемента в трех плоскостях, статор установлен в цилиндрической полости крышки, выполненной снаружи по отношению к вакуумированной полости корпуса, а пластинчатые магниты размещены с обеспечением магнитного взаимодействия со статором.

9. Накопитель по п. 8, отличающийся тем, что рабочий элемент ротора закреплен на валу с помощью трёх фиксирующих элементов, находящихся в его внутренней полости.

10. Накопитель по п. 8 и 9, отличающийся тем, что каждый фиксирующий элемент выполнен в виде круглого диска, сохраняющего при вращении неизменным размер своего диаметра.

11. Накопитель по п. 8, отличающийся тем, что балансировочный элемент ротора соединен с наружной цилиндрической поверхностью рабочего элемента ротора с помощью трёх эластичных демпферных элементов.

12. Накопитель по п. 8 или 11, отличающийся тем, что каждый эластичный демпферный элемент выполнен в виде по меньшей мере двух концентрических силовых колец, между которыми установлено кольцо из эластичного демпферного материала.

13. Накопитель по п. 8, отличающийся тем, что верхняя и нижняя опоры выполнены в виде радиально-упорных опор качения.

14. Накопитель по п. 13, отличающийся тем, что концы вала выполнены коническими, а каждая радиально-упорная опора качения выполнена в виде по меньшей мере трех радиальных подшипников качения, установленных вокруг концов вала ротора с обеспечением взаимодействия поверхностей их наружных колец с коническими поверхностями концов вала.

15. Накопитель по п. 14, отличающийся тем, что ось вращения каждого подшипника качения расположена параллельно соответствующей образующей конической поверхности конца вала.