目前正在開發的一種能量存儲方法是飛輪。飛輪可以非常有效，并且可以在非常有限的空間中儲存大量能量。在非常有限的空間中儲存大量能量的問題之一是健康和安全影響。

如果由鋼或高壓實復合材料(諸如玻璃纖維或碳纖維)構成的飛輪出現什么問題，則來自碎片的危險可能是相當大的，因此為了減少對生命或財產的任何風險，鋼或實心復合飛輪通常被裝入堅固的鋼管中并埋入地下。

對這種飛輪的替代方案是容納有流體的飛輪。在這種飛輪中，飛輪是中空的而且重量輕，并且可以在加入流體從而增加飛輪的質量之前將飛輪驅動至其操作速度。如果能量可以儲存在飛輪中，則可以在添加流體增加飛輪的質量的同時保持飛輪的操作速度。這種飛輪的一個優點可以是，在飛輪的結構或其部件(諸如軸承)有缺陷的情況下，如果飛輪破碎，則大部分質量可以容納在周圍的容納箱或圍欄(bund)內，其中容納箱的強度可足以容納碎片并免除將箱埋入地下的必要性。容納箱可以設置有真空泵，以便排空箱內的空氣，或者至少部分地排空和/或減少箱內容納的空氣量。這導致較低的空氣阻力，因此使得飛輪能夠旋轉較長時間。

容納有流體的飛輪的降低的健康和安全風險使得它們更適于家用或商業環境；它們也可以用在許多工業應用中。

容納有流體的飛輪的問題在于，在其操作循環期間，取決于飛輪內存在多少流體，飛輪的速度和質量可能變化。這意味著，在容納有流體的飛輪的操作循環期間在不同時間將會有不同的應力和應變施加到支撐軸承上。

飛輪能量儲存系統的操作循環可以分解成三個不同的操作時間段。

第一是能量從一種或多種形式的能量(諸如電能)傳遞到飛輪中以作為動能(該動能則可以被看作飛輪的旋轉)儲存的時間段。

第二是能量既不被傳遞到飛輪中也不從飛輪中被傳遞出(除了系統內的損失以外)的時間段。

第三是能量從飛輪中被傳遞出的時間段；這是當能量通常從動能轉換成電能以供消費者使用時。

在操作循環的這三個時期期間，可能在飛輪能量儲存系統內產生不同的力、應力和應變。這些力、應力和應變可以被傳遞到支撐軸承并從支撐軸承傳遞，因此這些力、應力和應變可能降低飛輪能量儲存系統的效率和操作壽命。

這種類型的飛輪由于具有降低的健康和安全風險而具有許多優點，但是目前的流體填充飛輪在維持給電磁軸承的動力(power，電力，功率)時消耗一些其儲存的能量，從而降低流體填充飛輪的能量儲存容量。

為了有助于容納有流體的飛輪的平衡、振動和整體性能，需要能夠非?？焖俚剡m應不斷變化的負載的軸承和支撐機構。此外，需要能夠使用最小量的動力的軸承和支撐機構，以便維持飛輪的儲存容量。

作為能量儲存系統，容納有流體的飛輪相對于其他能量儲存形式具有許多優點，但是因為該技術最近才被開發出來，因而存在若干問題。一個這樣的問題是，目前支撐容納有流體的旋轉飛輪的方法消耗一些所儲存的動力。這降低了基于飛輪的能量儲存系統的總體效率和容量。

因此，需要一種可以支撐容納有流體的飛輪、并且同時消耗盡可能少的所儲存的能量的懸浮磁性軸承。

本發明旨在提供如所附獨立權利要求中限定的飛輪系統和控制機構。優選特征在從屬權利要求中闡述。

在本發明的一個方面，提供了一種飛輪，包括可旋轉軸，可旋轉軸的至少一端設置有凹部和兩個磁體，其中，飛輪設置有支撐裝置，支撐裝置包括：

用于軸的水平穩定的磁體的第一裝置；以及

用于軸的豎直穩定的磁體的第二裝置；

并且其中，軸的兩個磁體中的第一個與第一裝置相互作用，并且這兩個磁體中的第二個與第二裝置相互作用。

磁體可以布置成使得軸上的兩個磁體與相應的第一裝置或第二裝置的磁體吸引或與其排斥。顯然，吸引或排斥取決于磁體相對于軸的定向和所采用的布置。

優選地，第一裝置包括環形磁體，并且其中，第一軸磁體與第一裝置中的磁體同軸地布置并且基本上布置于第一裝置中的磁體中，而且更優選地，第一軸磁體是環形的并且具有比第一裝置中的環形磁體更小的直徑。軸磁體小于第一裝置中的另一個磁體允許軸磁體被定位在另一個磁體內。這使得軸磁體在水平方向上的任何移動均被另一個磁體抵消以使軸保持居中。

有利地，第二裝置包括環形磁體，并且第二軸磁體布置成與第二裝置中的磁體同軸且與其鄰近，而且更有利地，第二軸磁體是環形的，并且具有的直徑與第二裝置中的環形磁體基本上相同，并且定位在第二裝置中的磁體上方。將一個磁體定位在另一個上方允許軸的豎直穩定，因為一個磁體的移動將導致磁場和/或重力干擾被移動磁體的場，從而通過校正場中的移動以重新建立平衡位置來提供豎直穩定。

支撐裝置形式的穩定布置允許使用兩個同軸的磁體裝置控制飛輪軸在豎直和水平方向上的移動：第一個磁體裝置包括一個在另一個頂部上，以允許控制軸的豎直位置；而第二個磁體裝置具有一個

在一種裝置中，可旋轉軸的兩端均包括兩個磁體和相應的關聯支撐裝置。這允許調節任一端或兩端以使軸保持穩定。

優選地，設置容納在軸的凹部內的頂部銷和底部銷。將銷定位在凹部中降低了軸落下的風險，并且允許在軸凹部的內部和銷之間的輕微接觸以輔助穩定。

有利地，銷是導電的，這允許它們被用作用于監測軸相對于銷的位置的開關。

在優選的裝置中，軸還包括磁性軸承并且框架設置有相應的磁性軸承以使軸從框架上懸浮?？蚣芴峁┝溯S相對于其懸浮的固定位置，并且磁性軸承減少了系統中的摩擦，從而允許飛輪長時間旋轉。

在有利的實施方案中，支撐裝置的豎直位置可以被調節以改變軸的豎直位置。這可以包括相應地移動銷，使得它們有助于軸的穩定。通過移動軸的豎直位置，可以減小裝置中的摩擦并且可以更容易地控制飛輪。

可以提供計算機來監測軸的位置并且調節支撐裝置以改變軸的豎直高度。允許計算機監測和調節支撐裝置和飛輪的軸的位置允許對軸位置和平衡的變化進行自動響應。

優選地，軸在其凹部中設置有電觸點(electrical contact)，方法包括如下步驟：監測通過至少一個銷的電流以及使用步進電機調節軸的豎直位置直到流停止，以及調節軸的豎直位置直到重新建立電接觸。這允許調節軸相對于銷的位置，使得摩擦接觸減少，從而允許飛輪較長時間的旋轉。通過連續地斷開和重新連接銷與軸之間的連接，可以監測和控制摩擦以使其保持較低。替代地，在必要時，可以通過增加銷與軸之間的摩擦來減少軸的旋轉。

因此，本發明的目的是提供一種用于支撐容納有流體的飛輪的旋轉中心軸的計算機控制可調節永磁體陣列。豎直對準的旋轉中心軸的頂部和底部可以由相應的定心銷支撐；定心銷可以用作一對開關，以使計算機控制裝置能夠對永磁體陣列的位置和定心銷的位置進行準確調節。頂部和底部定心銷可以通過計算機控制裝置在高度上或豎直方向上幾乎同時地被不斷獨立調節，以向容納有流體的飛輪的旋轉中心軸的兩端施加受控壓力，以維持穩定性并減少容納有流體的飛輪中的不期望振動。

本發明的一個目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的永磁體豎直陣列，其中，永磁體豎直陣列位于容納有流體的飛輪的豎直對準的中心軸的頂部處或該頂部附近，并且所述豎直陣列中的至少一個磁體可豎直調節。

本發明的另一個目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的永磁體豎直陣列，其中，永磁體豎直陣列位于容納有流體的飛輪的豎直對準的中心軸的底部處或該底部附近，并且所述豎直陣列中的至少一個磁體可豎直調節。

本發明的另一個目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的永磁體水平陣列，其中所述永磁體水平陣列位于容納有流體的飛輪的豎直對準的中心軸的頂部和/或底部處或所述頂部和/或底部附近，并且所述水平陣列中的至少一個磁體可豎直調節。

在本發明的另一種實施方案中，本發明的目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的永磁體水平陣列，其中，所述永磁體水平陣列位于容納有流體的飛輪的豎直對準的中心軸的頂部和/或底部處或所述頂部和/或底部附近，并且所述水平陣列中的至少一個磁體是牢固固定且不可調節的。

本發明的另一個目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的定心銷，其中所述定心銷位于容納有流體的飛輪的豎直對準的中心軸的頂部和/或底部處。

本發明的另一個目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的定心銷，其中所述定心銷可以在該定心銷的一端處成形為尖錐體。

本發明的另一個目的是提供一種用于容納有流體的飛輪的支撐和穩定的定心銷，其中所述定心銷可以在定心銷的一端處成形為在尖錐體的尖端處具有一半徑。

本發明的又一目的是提供一種用于至少一個磁體的豎直定位的計算機控制的可調節支撐和穩定單元，該至少一個磁體是位于容納有流體的飛輪的豎直對準的旋轉中心軸的頂端和/或底端處或所述頂端和/或底端附近的永磁體水平陣列的一部分。

本發明的又一目的是提供一種用于豎直定位至少一個磁體的計算機控制的可調節支撐和穩定單元，該至少一個磁體是位于容納有流體的飛輪的豎直對準的旋轉中心軸的頂端和/或底端或所述頂端和/或底端附近的永磁體豎直陣列的部分。

本發明的又一目的是提供一種用于協調控制和豎直調節位于容納有流體的飛輪的豎直對準的旋轉中心軸的頂端和/或底端處的定心銷的計算機控制的支撐和穩定單元，而且所述定心銷的豎直調節可以沿著容納有流體的飛輪的中心旋轉軸線。

本發明中的所有永磁體的強度是固定的，并且相互作用的磁場的強度可以通過調節任何或所有磁性支撐裝置的位置且從而調節本發明的任何磁性陣列內的任何或所有磁體的位置來調節。

本發明中的所有永磁體的強度是固定的，并且相互作用的磁場的強度可以通過調節任何或所有磁性支撐裝置的位置來調節，而且任何或所有所述支撐裝置的位置可以由本發明的計算機控制裝置來控制。

本發明的另一個目的是提供一種可以分成兩半的機械推力軸承，其中，一半被牢固地附接至容納有流體的飛輪的可豎直調節的旋轉中心軸，而另一半被牢固地附接至剛性地固定到位的固定裝置。

本發明的又一目的是提供一種計算機控制裝置，用以通過永磁體豎直陣列來協調容納有流體的飛輪的旋轉中心軸的提升，使得機械推力軸承的兩半以受控的方式連接和斷開連接。

本發明的又一目的是提供一種計算機控制的可調節軸承支撐裝置，它可以將本發明中的所有特征與飛輪到多個機械軸承(例如推力軸承)上的提升和降低的同時控制相結合。

本發明的又一目的是提供一種計算機控制裝置，用于協調多個控制信號來優化容納有流體的飛輪的效率。

在本發明的另一個實施例中，本發明的目的是控制磁體豎直陣列的豎直調節以及頂部和/或底部定心銷和永磁體水平陣列的豎直調節，其中，至少一個永磁體被牢固地固定并且不可調節。

本發明的又一目的是在本發明中在不同位置提供多個換能器，從而向計算機控制裝置提供反饋信號，使得計算機可以計算本發明中所有部件的當前的或改變著的狀態。

本發明的又一目的是提供一種用于本發明中的所有可調節部件的協調控制和調節的計算機控制裝置，而且以這種方式，計算機控制的磁性軸承和可調節軸承支撐裝置以及可調節定心銷可以用來補償容納有流體的飛輪的操作循環的不同時間下系統內的力的變化。

本發明的目的是提供一種旋轉中心軸，其被牢固地附接至基本上中空的且在操作期間可以容納有流體的飛輪。

本發明的目的是提供一種可調節旋轉中心軸，其中，旋轉中心軸的位置可以通過磁體豎直陣列的計算機控制調節來進行豎直調節，其中，磁體豎直陣列中的至少一個磁體被牢固地附接至旋轉中心軸。

本發明的目的是提供一種可以用流體填充且容納有流體的飛輪的旋轉中心軸，其中，所述旋轉中心軸可以在旋轉中心軸的頂部和/或底部處具有凹部。

本發明的目的是提供一種旋轉中心軸，其中在旋轉中心軸的頂端和/或底端處存在凹部。

本發明的目的是提供一種旋轉中心軸，其中頂端和/或底端處的凹部可以成形為具有內錐體。

本發明的目的是提供一種旋轉中心軸，其中內錐體具有成形為具有一定半徑的內尖端。

優選地，在本發明的操作循環期間，旋轉中心軸的凹部的內錐體的一個或多個表面區域可與可調節定心銷進行物理接觸。

本發明的目的是提供一種旋轉中心軸，其中，在旋轉中心軸的頂端和或底端處存在凹部，并且所述凹部可以成形為允許本發明的定心銷被接收在所述凹部內。

本發明的目的是提供一種旋轉中心軸，其中存在凹部，以允許本發明的定心銷被容納在該凹部中，本發明的凹部和定心銷可以豎直調節以在本發明的計算機控制裝置的控制下造成或斷開銷和旋轉中心軸之間的物理接觸。

本發明的目的是提供一種可以至少部分地由導電材料構成的旋轉中心。

本發明的目的是提供一種可以至少部分地由導電材料構成的定心銷。

本發明的目的是提供一種可調節旋轉中心軸和一種可調節定心銷，其中，定心銷的豎直調節和/或旋轉中心軸的豎直調節可以造成或斷開所述旋轉中心軸和所述定心銷之間的物理接觸，并且其中，造成接觸和/或斷開接觸可以用來導電或不導電以向計算機控制裝置提供切換信號。

本發明的目的是提供一種單獨的步進電機，所述步進電機可以安裝至每個單獨的調節裝置上，以實現本發明中的所有可調節支撐裝置的準確定位。

在本發明的另一種實施方案中，本發明的目的是提供一種可調節旋轉中心軸和一種可調節定心銷，其中，定心銷的豎直調節和/或旋轉中心軸的豎直調節可以造成或斷開所述旋轉中心軸和所述定心銷之間的物理接觸，并且其中，造成接觸和/或斷開接觸可以用來向壓力傳感器提供壓力，該壓力傳感器可以向計算機控制裝置提供信號。所述壓力傳感器可以是例如具有與所施加的壓力成比例的輸出信號的壓電晶體換能器。

流體供給系統

本發明的目的是提供一種可容納有流體的飛輪，流體到飛輪的流入和流出可由本發明的計算機控制裝置來控制。

飛輪能量存儲系統的操作循環可以被劃分為三個不同的時間段。

首先是能量從一種或多種形式的能量(諸如，例如電能)傳遞到飛輪中以作為動能(然后該動能可以被看作飛輪的旋轉)存儲的時間段。

第二是能量既不被傳遞到飛輪中也不從飛輪中被傳遞出(除了系統內的損失)的時間段。

第三是能量從飛輪中傳遞出的時間段；這是能量通常從動能轉換成電能以供消費者使用的時間。

計算機控制裝置用來測量飛輪的速度和質量，并且測量可以用來驅動電機并由此驅動飛輪的能量。

當計算機控制裝置確定有足夠的能量可以用于飛輪能量存儲系統開始或繼續其循環時，傳遞能量至驅動馬達，并且可以增加飛輪的速度，直到飛輪達到預定速度。在預定速度下，計算機控制裝置提供控制信號，以允許流體泵送裝置的操作將流體從外部貯存器傳遞到位于飛輪周邊的周邊貯存器腔室。當內部貯存器中存在流體時，流體傳遞裝置將流體從內部貯存器傳遞到飛輪的內部。

計算機控制裝置維持供至驅動馬達的動力和供至內部貯存器的流體，直到飛輪達到預定的速度和質量。

計算機控制裝置可以監測待存儲的能量的可用性和消費者所需的能量需求。

如果確定飛輪已經達到了預定速度和質量，并且不再需要將能量傳遞到飛輪內或從飛輪傳遞出，則為了減少可能在推力軸承中出現的摩擦損失，計算機控制裝置可以調節永磁體豎直陣列的位置，以便升高旋轉中心軸和飛輪，通過升高旋轉中心軸，至少一個推力軸承的旋轉部件和非旋轉部件可以斷開連接，這被稱為操作循環的第二時期。

在操作循環中的這一時刻，計算機控制裝置可以用來精確地調節頂部定心銷和底部定心銷的位置，使得這兩個定心銷都可以恰好接觸旋轉中心軸。由這兩個定心銷施加至旋轉中心軸的壓力可以由計算機控制裝置來調節和控制。

定心銷可以用作開關，以向計算機控制裝置提供信號，以允許計算機控制裝置確定定心銷何時與旋轉中心軸接觸。

磁體豎直陣列的調節和定心銷的協調調節也可以用來調節旋轉中心軸的豎直位置，以使得旋轉中心軸處于最佳位置，以利用永磁體水平陣列，從而減少旋轉中心軸中的任何水平移動。

通常但不排他地，飛輪支撐機構內的力的較大變化可以通過計算機控制裝置改變磁體豎直陣列的位置來補償，以使得旋轉中心軸可以被降低以便一個或多個推力軸承的旋轉部件和非旋轉部件能夠被連接，從而支撐旋轉中心軸和容納有流體的飛輪的重量。

具體說明

定心銷支撐和調節裝置

定心銷的位置可以在豎直方向上進行調節。

在本發明的一種實施方案中，計算機控制裝置可以用來提供多個電信號以便以增量步幅驅動步進電機，步進電機可以用來驅動一系列同步帶和滑輪(timing belts and pulleys)。步進電機和滑輪的計算機控制調節可以用來準確地調節定心銷的位置。

為了更好地理解本發明并且更清楚地示出如何實現本發明，現在將僅通過示例的方式參考附圖，在附圖中相同的特征被相應地編號，其中在附圖中，

圖1示出了容納有流體的飛輪可以如何被容置在容納箱內；

圖2示出了本發明的不同部件可以如何布置；

圖3示出了頂部定心銷可以如何相對于頂部磁體豎直陣列定位；

圖4示出了底部定心銷可以如何相對于磁體豎直陣列定位；

圖5示出了磁體豎直陣列和磁體水平陣列可以如何布置；

圖6示出了磁體水平陣列可以如何不正確地對準；

圖7示出了磁體水平陣列可以如何正確地對準；

圖8示出了磁體水平陣列可以如何不正確地對準；

圖9示出了定心銷可以如何用來向計算機控制裝置提供切換的電輸入信號；

圖10示出了本發明中的磁體水平陣列中的磁體的磁極可以如何布置；

圖11示出了本發明中的磁體豎直陣列中的磁體的磁極可以如何布置；

圖12示出了根據本發明的飛輪的操作循環；以及

圖13示出了本發明的另一實施例。

圖1和圖2示出了如何設置一種用于容置一個或多個飛輪6的容納箱1。所述容納箱1可以附接至真空泵11以至少部分地排空容納箱1。飛輪6設置有用于保持流體的腔49，所述飛輪6可以通過多個水平隔板8物理地附接至旋轉中心軸7，所述水平隔板8可以由豎直隔板9支撐。水平隔板8可以設置有孔52，以允許流體從飛輪6的一個隔室自由地傳到另一個隔室。豎直隔板9可以設置有孔53，以允許流體從飛輪6的一個隔室自由地傳到另一個隔室。

圖2示出了旋轉中心軸7可以如何牢固地連接至頂部推力軸承旋轉部件25和底部推力軸承旋轉部件41。圖2還示出了底部推力軸承非旋轉部件42可以如何由底部推力軸承支撐裝置43支撐，以及頂部推力軸承非旋轉部件26可以如何由頂部推力軸承支撐裝置27支撐。圖2示出了頂部推力軸承非旋轉部件26和底部推力軸承非旋轉部件42可以如何不物理地連接至旋轉中心軸7。

圖2示出了組合的電動機和/或發電機和/或渦輪機單元10可以如何連接至旋轉中心軸7。

圖2示出了流體貯存器45可以如何位于飛輪6下方，以及流體傳遞裝置46可以如何附接至飛輪6，流體傳遞裝置46可以如何將流體從流體貯存器45傳遞進飛輪6的內部以及如何從飛輪的內部傳遞出。

圖3示出了永磁體豎直陣列可以如何位于豎直對準的旋轉中心軸7的頂端或附近，其中，旋轉磁體15可以物理地連接至旋轉中心軸7，并且由磁體支撐裝置16支撐。

圖3示出了頂部磁體豎直陣列可以如何容納非旋轉永磁體17，所述非旋轉永磁體17可以由可豎直調節的支撐裝置18支撐。

圖3示出了永磁體水平陣列可以如何位于旋轉中心軸7的頂端或附近。所述永磁體水平陣列可以包含旋轉磁體20和非旋轉磁體22。在本發明的一個實施例中，所述非旋轉磁體22可以由可豎直調節的磁體支撐裝置23支撐。在本發明的另一實施例中，非旋轉磁體22和磁體支撐裝置23可以是固定的并且不可調節。

圖3示出了頂部定心銷12可以如何位于旋轉中心軸7的頂部處。定心銷12的錐形或漸縮尖端50可以位于旋轉中心軸7的凹部51中。

底部

圖4還示出了永磁體豎直陣列可以如何位于豎直對準的旋轉中心軸7的底端處或底端附近，其中，旋轉磁體31可以物理地連接至旋轉中心軸7，并且由磁體支撐裝置32支撐。

圖4示出了底部永磁體豎直陣列可以如何包含非旋轉磁體33，并且所述磁體可以由可豎直調節的支撐裝置34支撐。

圖4示出了永磁體水平陣列可以如何位于旋轉中心軸7的底端處或底端附近。所述水平陣列可以包括旋轉磁體36和非旋轉磁體38。旋轉磁體36可以由支撐裝置37支撐，并且非旋轉磁體38可以由支撐裝置39支撐。

在本發明的一個實施例中，所述非旋轉磁體38可以由可豎直調節的支撐裝置39支撐。在本發明的另一實施例中，非旋轉磁體38和磁體支撐裝置39可以是固定的并且不可調節。

圖4示出了底部定心銷28可以如何位于旋轉中心軸7的底端處。錐形尖端50可以定位成恰好安裝到旋轉中心軸7的凹部51中。

在飛輪內存儲能量

圖12示出了飛輪能量存儲系統的操作循環的三個時期。

當飛輪能量存儲系統的操作循環開始時，本發明的計算機控制裝置48監測飛輪6的速度和質量。在操作循環的第一時期65期間，為了使旋轉中心軸保持處于允許頂部推力軸承24的旋轉部件25和非旋轉部件26保持彼此接觸并且允許底部推力軸承40的旋轉部件41和非旋轉部件42保持彼此接觸的位置，計算機控制裝置48向頂部定心銷調節裝置13、底部定心銷調節裝置29、頂部磁體豎直陣列調節裝置18、底部磁體豎直陣列調節裝置34、頂部水平磁體陣列調節裝置23以及底部水平磁體陣列調節裝置39提供協調的電信號。以這種方式，所有的移動部件和調節裝置可以將旋轉中心軸7和飛輪6維持在穩定位置。

當飛輪能量存儲系統的操作循環進入第二時期66時，水形式的流體被泵送到箱45內的流體貯存器中。流體從那里被泵送到飛輪6中，使得其進入周邊貯存器形式的腔49中。

當循環進入操作循環的第二時期66時，為了提升旋轉中心軸7以使得頂部推力軸承24的旋轉部件25和非旋轉部件26彼此不接觸并且使得底部推力軸承40的旋轉部件41和非旋轉部件42彼此不接觸，計算機控制裝置向頂部定心銷調節裝置13、底部定心銷調節裝置29、頂部磁體豎直陣列調節裝置18、底部磁體豎直陣列調節裝置34、頂部磁體水平陣列調節裝置23以及底部磁體水平陣列調節裝置39提供協調的電信號。以這種方式，所有的移動部件和調節裝置可以將旋轉中心軸移動到旋轉中心軸7和飛輪6被布置在穩定位置的位置中。

為了系統的協調控制，計算機控制裝置48使用多個傳感器測量流體流入和流出飛輪6。為了在任何特定時間補償飛輪6內的不同的流體量，計算機控制裝置48豎直地調節頂部磁體豎直陣列中的非旋轉磁體17的位置和底部磁體豎直陣列中的非旋轉磁體33的位置。從圖3和圖4可以看出，頂部和底部磁體豎直陣列中的永磁體可以定位成使得相同的磁極彼此面對，因此當頂部調節裝置18豎直向上地提升非旋轉磁體17并且底部調節裝置34豎直向上地提升非旋轉磁體33時，相反磁場向上推動旋轉磁體，并且支撐裝置16以及支撐裝置32將旋轉中心軸7提升到由計算機控制裝置計算的且對應于飛輪內的流體量的位置中。

當飛輪能量存儲系統的操作循環進入操作循環的第三時期67時，為了降低旋轉中心軸7以使得頂部推力軸承24的旋轉部件25和非旋轉部件26彼此重新連接并且使得底部推力軸承40的旋轉部件41和非旋轉部件42也彼此重新連接，計算機控制裝置48可以向頂部定心銷調節裝置13、底部定心銷調節裝置29、頂部磁體豎直陣列調節裝置18、底部磁體豎直陣列調節裝置34、頂部磁體水平陣列調節裝置23以及底部磁體水平陣列調節裝置39提供協調的電信號。以這種方式，所有的移動部件和調節裝置可以將旋轉中心軸7和飛輪6維持在位于本發明的推力軸承上的穩定位置。

可以允許將腔49中的流體排回到內部貯存器45中以減小飛輪6的慣性。

定心銷支撐和調節裝置

本發明的定心銷的位置可以在豎直方向上進行調節。圖3示出了在本發明的一實施例中計算機控制裝置48可以如何被用來提供多個電信號以驅動步進電機54，這些信號可以用來以增量步幅驅動所述步進電機，步進電機54可以用來驅動一系列同步帶55和滑輪56、57。步進電機54和滑輪56、57的計算機控制調節可以用來準確地調節頂部定心銷的豎直定位。

圖4示出了在本發明的一實施例中計算機控制裝置48可以如何被用來提供多個電信號以驅動步進電機58，信號可以用來以增量步幅驅動所述步進電機，步進電機58可以用來驅動一系列同步帶59和滑輪62、63。步進電機58和滑輪62、63的計算機控制調節可以用來準確地調節底部定心銷的豎直定位。

圖9示出了定心銷28和定心銷12可以如何用來向計算機控制裝置48提供切換信號或從計算機控制裝置提供切換信號。

重要的是要注意到，頂部定心銷12的豎直位置和底部定心銷28的豎直位置可以通過頂部定心銷調節裝置13和底部定心銷調節裝置29調節，并且為了幫助頂部定心銷和底部定心銷的準確定位，每個銷都可以用作單獨的開關以傳導電力并將信號提供回至計算機控制裝置48。來自定心銷的切換反饋信號可以用來準確地控制供至步進電機的信號，使得通過定心銷將測定量的壓力施加在旋轉中心軸上。

在定心銷12和/或28與旋轉中心軸7之間的連接斷開的情況下，可以通過移動磁體裝置來豎直地調節旋轉中心軸7，以重新建立連接。

本發明的目的是提供一種單獨的步進電機，它可以裝配至本發明中的每個單獨的調節裝置上，以便能夠實現所有可調支撐裝置的準確定位。

本發明的目的是提供一種永磁體水平陣列，所述永磁體水平陣列可以位于豎直對準的旋轉中心軸7的頂部和/或底部處或所述頂部和/或底部附近。

圖6示出了本發明的永磁體水平陣列可以如何與非旋轉磁體38的中心線69不對準，可以位于旋轉磁體36的中心線68上方。

圖8示出了本發明的永磁體水平陣列可以如何與非旋轉磁體38的中心線69不對準，可以位于旋轉磁體36的中心線68下方。

圖7示出了本發明的水平永磁體陣列可以如何與非旋轉磁體38的中心線69正確地對準，可以與旋轉磁體36的中心線68處于相同的豎直高度。

為了實現容納有流體的飛輪的最佳性能和穩定性，重要的是計算機控制裝置48保持本發明中所有調節裝置的位置，因而旋轉中心軸7的豎直定位使得水永磁體平陣列的位置如圖7所示對準。

本發明的飛輪可以基本上是中空的，并且在操作循環期間，流體可以被傳遞至飛輪中或從飛輪中傳遞出，以增加或減少飛輪的質量。

為了在計算機控制裝置48內進行所有調節裝置的協調控制，使用多個傳感器測量流入和流出飛輪6的流體的體積和速度。為了在任何特定時間補償飛輪6內的不同的流體量，計算機控制裝置48豎直地調節頂部磁體豎直陣列中的非旋轉磁體15的位置和底部磁體豎直陣列中的非旋轉磁體33的位置。

圖11示出了底部磁體豎直陣列中的旋轉永磁體31和非旋轉永磁體33可以如何定位成使得磁體的相同磁極彼此面對，因此當調節裝置34被調節以豎直向上地提升非旋轉磁體33時，相反磁場向上推動旋轉磁體31，然后支撐裝置32將旋轉中心軸7提升到由計算機控制裝置計算的且對應于飛輪內的流體量的位置中。頂部磁體豎直陣列和底部磁體豎直陣列都以相同的方式操作，以提升旋轉中心軸7。

圖9示出了定心銷可以如何被用來向計算機控制裝置提供切換信號或從計算機控制裝置提供切換信號。

圖13示出了調節裝置或可調節磁性支撐裝置101，其被牢固地附接至一個或多個磁體固定裝置18。磁體固定裝置18被用來牢固地保持磁體17，使得當可調節磁性支撐裝置101被豎直移動時，該磁體將在豎直軸線上移動。磁體固定裝置16被用來牢固地保持磁體15。磁體15和17被對準，使得磁體的相反磁極彼此面對，因此，磁體彼此吸引并且朝向彼此拉動。作為磁體15和17之間的吸引的結果，當調節裝置18在基本上豎直的方向上被向上移動時，磁體15和17之間的磁場相互作用使得磁體17在磁體15上施加力，這又迫使旋轉中心軸7也沿著豎直軸線在向上的方向上移動。絕緣體100可以用于使定心銷12與調節裝置101電絕緣。

重要的是要注意到，頂部定心銷12的豎直位置和底部定心銷28的豎直位置可以通過頂部定心銷調節裝置13和底部定心銷調節裝置29調節，并且為了幫助頂部定心銷和底部定心銷的準確定位，每個銷都可以用作開關以傳導電力并將信號提供回計算機控制裝置48。來自定心銷的切換反饋信號可以用來準確地控制供至步進電機的信號，使得通過定心銷將測定量的壓力施加在旋轉中心軸上。

在本發明的另一實施例中，本發明中的所有調節裝置都可以由一系列活塞和氣缸以及受控液壓或氣動壓力來提供，以移動所有調節裝置。計算機控制裝置可以用來調節活塞和氣缸的壓力，以便準確地調節本發明中所有調節裝置的位置。本發明中的多個傳感器可以向計算機控制裝置提供信號，以幫助計算機控制裝置確定每個氣缸中需要多少壓力來準確地定位每個調節裝置。

飛輪可以包括由腔49形成的周邊貯存器。

頂部銷和/或底部銷可以與磁性支撐和穩定裝置組合地移動，使得銷可以用于穩定可旋轉中心軸。在一種特別有利的操作系統的方法中，一旦飛輪正在旋轉，就使用豎直支撐裝置升高軸以減小摩擦。同時，銷可以被升高以保持與軸接觸，同時整個裝置組合地移動。接觸應該是最小化的，并且銷應該剛好接觸軸，以便將軸保持穩定的、基本豎直的對準。在銷包括電觸點的情況下，銷和軸之間的整體接觸可以通過計算機監測以減少接觸，并且因此減小摩擦干擾，優選地使其盡可能地低。在一種替代裝置中，可能期望銷相對于軸固定并且豎直地調節軸，而銷不與支撐件組合地移動。

磁體支撐裝置可以是磁體與之連接的支架。

下面是附圖中所示部件的列表。

1 容納箱

2 容納箱壁

3 容納箱頂蓋

4 容納箱底蓋

5 中心旋轉軸線

6 飛輪

7 旋轉中心軸

8 飛輪水平隔板

9 飛輪豎直隔板

10 組合電機/發電機/渦輪

11 真空泵

12 頂部定心銷

13 頂部定心銷支撐和調節裝置

14 頂部磁體豎直陣列

15 旋轉磁體

16 旋轉磁體支撐裝置

17 非旋轉磁體

18 非旋轉磁體支撐和調節裝置

19 頂部磁體水平陣列

20 旋轉磁體

21 旋轉磁體支撐裝置

22 非旋轉磁體

23 非旋轉磁體支撐和調節裝置

24 頂部推力軸承

25 頂部推力軸承旋轉部件

26 頂部推力軸承非旋轉部件

27 頂部推力軸承非旋轉部件支撐裝置

28 底部定心銷

29 底部定心銷支撐和調節裝置

30 底部磁體豎直陣列

31 旋轉磁體

32 旋轉磁體支撐裝置

33 非旋轉磁體

34 非旋轉磁體支撐和調節裝置

35 底部磁體水平陣列

36 旋轉磁體

37 旋轉磁體支撐裝置

38 非旋轉磁體

39 非旋轉磁體支撐和調節裝置

40 底部推力軸承

41 底部推力軸承旋轉部件

42 底部推力軸承非旋轉部件

43 底部推力軸承非旋轉部件支撐裝置

44 箱外部的流體貯存器

45 箱內部的流體貯存器

46 流體傳遞裝置

47 流體泵

48 計算機控制裝置

49 腔

50 定心銷錐形尖端

51 旋轉中心軸凹部

52 水平隔板中的孔

53 豎直隔板中的孔

54 步進電機

55 同步帶

56 滑輪1

57 滑輪2

58 步進電機

59 同步帶

60 計算機輸入終端

61 計算機輸入終端

62 滑輪3

63 滑輪4

64 流體

65 操作循環第一時期

66 操作循環第二時期

67 操作循環第三時期

68 中心線

69 中心線