CN104734414A - 一种永磁驱动的高温超导飞轮储能系统 - Google Patents

Abstract

一种永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，包括驱动部分、超导磁屏蔽机构和储能部分。驱动部分、超导磁屏蔽机构和储能部分沿轴向上下顺序布置。超导磁屏蔽机构和储能部分位于密封腔(3)内，驱动部分位于密封腔(3)的外部，储能部分和驱动部分隔离。密封腔(3)为储能部分提供真空环境。驱动部分为储能部分提供能量。超导磁屏蔽机构是导通或断开能量输入的开关，导通或隔断驱动部分的永磁盘和储能部分的金属盘之间的磁场耦合，所述的超导磁屏蔽机构的端面与驱动部分永磁盘的端面和储能部分金属盘的端面保持平行、同轴。储能部分存储由所述的驱动部分传递的能量，其高温超导轴承包括永磁转子和超导定子。

Description

一种永磁驱动的高温超导飞轮储能系统

技术领域

本发明涉及一种高温超导飞轮储能系统，特别是涉及一种由永磁驱动的高温超导飞轮储能系统。

背景技术

飞轮储能系统(FESS)是一种高效、清洁的环境友好型能源系统。其工作原理为：当电机以电动机方式驱动飞轮转子高速旋转时，电能转换成动能储存于飞轮中；当电机以发电机方式运行时，飞轮所储存的动能转换为电能释放出来。随着超导技术的发展，出现了高温超导飞轮储能系统(SFESS)。其采用高温超导磁悬浮轴承使飞轮转子达到稳定地悬浮，从而大幅降低了旋转摩擦阻力。高温超导磁悬浮具有的无源自稳定性使悬浮的飞轮转子完全省去外部控制，提高了整个系统的效率。

目前，在高温超导飞轮储能系统的研制方面，美国的波音(Boeing)、德国的ATZ等公司的技术水平处在世界前列，日本、韩国也成功研制了大功率样机。波音公司设计、制造与测试的1kWh到10kWh高温超导储能样机，能够提供3kW到100kW电能输出。样机采用轴向型高温超导轴承，超导定子由制冷机冷却。其电机套装在飞轮主轴的上部，电机定子绕组采用水冷方式。为了减少旋转损耗，包括电机在内的整个系统密闭于真空腔内。德国ATZ公司2008至2009年对一套5kWh/250kW级高温超导飞轮储能系统完成了装配和测试。该系统采用了径向型高温超导轴承，其定转子采用了环绕主轴的环形结构，永磁转子采用层堆方式，高温超导块外侧有铜环，起到支撑和传导冷却的作用，超导定子由制冷机冷却。电机套装在飞轮主轴的下部，电机定子绕组采用液冷方式，整个系统密闭在真空腔内。日本国际超导产业技术研究中心(ISTEC)于2004年研制了一台10kWh/400kW样机并完成了测试，最大悬浮力为8700N，最高转速为11,250rmp。该样机采用外转子内定子的径向型高温超导轴承结构，超导定子采用中心轴液氮冷却。电机套装在主轴的上部，内置于真空腔内。韩国电力研究院(KEPRI)于2010年研制了一套10kWh级高温超导飞轮储能系统，采用双径向型高温超导轴承悬浮飞轮主轴，液氮冷却超导定子。电机套装在主轴上，内置于真空腔内。在2012年，KEPRI又研制了一台35kWh样机，用于地铁车站的峰值调压。

目前，现有的高温超导飞轮储能系统主要由高储能密度的飞轮、无源自稳定的高温超导轴承系统、套装在飞轮主轴上的内置式电机、电力电子装置、低温冷却设备以及真空腔等部分组成。整个系统密闭于真空腔内运行。这种结构存在以下问题：(1)电机套装在飞轮主轴上，这种结构的缺陷是当飞轮在储能期间，电机转子跟着飞轮旋转消耗能量，即电机的空载损耗成为旋转损耗的主要来源之一；(2)电机内置于真空腔中，电机运行时定子绕组产生大量的热损，大多数公司或研究机构采用电机定子液冷方式散热，即需要一台液泵长期工作。这样使得整个系统的效率降低，运行成本大幅增加。(3)由于电机套装在飞轮主轴上，与其他器件共同密闭于真空腔中，增大了真空腔的体积。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种永磁驱动的高温超导飞轮储能系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明包括三部分：驱动部分、超导磁屏蔽机构和储能部分。所述的驱动部分、超导磁屏蔽机构和储能部分沿轴向上下顺序布置，所述的驱动部分位于所述的超导磁屏蔽机构的上方，超导磁屏蔽机构位于储能部分的轴向上方。所述的超导磁屏蔽机构和储能部分位于一个密封腔内，所述的驱动部分位于密封腔外部。所述的密封腔采用玻璃钢等非导电硬质材料制成，为储能部分提供真空环境，所述的储能部分和所述的驱动部分隔离。

所述的驱动部分为储能部分提供能量。所述的超导磁屏蔽机构是导通或断开能量输入的开关，即通过导通或隔断所述驱动部分的永磁盘和所述储能部分的金属盘之间的磁场耦合，起到“磁开关”的作用。所述的储能部分存储由所述的驱动部分传递的能量。

所述的驱动部分包括电机和永磁盘。所述的电机由支架支撑，位于密封腔上方。所述的永磁盘由同轴的永磁环和聚磁铁环交错构成。永磁盘套装在电机轴的底端，并且距离电机有一段距离，永磁盘在电机的驱动下产生强旋转磁场。

所述的超导磁屏蔽机构位于所述的储能部分的轴向上方，靠近密封腔顶面的内壁上。超导磁屏蔽机构的端面与驱动部分永磁盘的端面和储能部分金属盘的端面保持平行、同轴。所述的超导磁屏蔽机构的功能是导通或断开能量输入的开关，即通过导通或隔断驱动部分的永磁盘和储能部分的金属盘之间的磁场耦合，起到“磁开关”的作用。所述的超导磁屏蔽机构由薄壁杜瓦、超导薄膜、进液接口、出液接口，以及带进液阀的进液管和出液阀的出液管组成。其中，在薄壁杜瓦内放置有超导薄膜。超导薄膜用环氧树脂粘于薄壁杜瓦的内底面。薄壁杜瓦为玻璃钢等非导电材料制成，以避免涡流损耗。薄壁杜瓦为碟形或圆盘形，薄壁杜瓦开有进口和出口，进口和出口位于同一径线上，分别连接进液接口和出液接口。薄壁杜瓦通过所述的进液接口和出液接口分别与进液管和出液管相连。通过分别串接在进液管和出液管上的进液阀和出液阀，控制液氮或液氦流入或流出薄壁杜瓦，从而控制超导薄膜的状态：超导或失超，使超导磁屏蔽机构实现“磁开关”的作用。

所述的储能部分由主轴、金属盘、高温超导轴承、飞轮、永磁轴承、保护轴承和支撑体组成。所述的金属盘位于主轴的顶端，其功能是带动主轴旋转，可由导电性好的金属材料,例如铜等制成。所述的主轴采用无磁不锈钢材料制成。主轴从上到下依次套装了金属盘、高温超导轴承的永磁转子、飞轮、永磁轴承转子和保护轴承。所述的永磁轴承转子与永磁轴承定子同轴布置，两者的几何中心线重合。所述的飞轮采用不锈钢、玻璃纤维或碳纤维等复合材料制作。其中碳纤维等复合材料具有高强度等优点，能够满足飞轮高速旋转的要求。所述的永磁轴承起到助力的作用。所述的保护轴承是一种机械轴承，对主轴起到保护和卡位的作用。

所述的高温超导轴承主要包括永磁转子和超导定子两部分，可以是轴向型或径向型两种结构。轴向型结构的高温超导轴承中，其永磁转子与超导定子均为碟形或盘型，平行相对放置，两者几何轴线重合。径向型结构的高温超导轴承中，其永磁转子和超导定子均采用环绕主轴的环形结构，永磁转子和超导定子两者同轴布置。两种结构的高温超导轴承的超导定子与永磁转子之间均留有很小的气隙。

所述的超导定子由高温超导块材、低温杜瓦和热沉组成。高温超导块材用环氧树脂粘贴在热沉表面，热沉焊接或压接在低温杜瓦的内底面。高温超导块材可以选用YBCO或REBCO材料制作，RE为Nd，Sm，Gd，Dy中的一种。所述的低温杜瓦为液氮或液氦容器，由环氧树脂、玻璃钢或不锈钢材料制成。所述的热沉为导热性好的材料，一般为铜或不锈钢金属材料制成，主要起支撑和传导冷却的作用。所述的高温超导轴承的永磁转子由永磁环和聚磁铁环组成。所述的高温超导轴承和永磁轴承分别位于所述的飞轮的两侧，避免两者的磁路发生耦合、减少相互影响。

当所述的超导定子中的高温超导块材通过液氮冷却至超导态时，所述的永磁转子与超导定子之间形成稳定悬浮，进而使套装有飞轮的主轴也悬浮起来。密封腔外的电机通过电机轴带动永磁盘旋转产生旋转磁场，控制所述的超导磁屏蔽机构的超导薄膜处于失超状态，则所述的金属盘在旋转磁场的作用下产生涡流，并在电磁力的作用下旋转。电机与主轴通过永磁盘和金属盘进行转矩传输加速飞轮旋转，即在非接触情况下实现了电机到主轴的转矩传输。当飞轮转速达到额定转速时，控制超导磁屏蔽机构中的超导薄膜处于超导态，切断永磁盘与金属盘之间的磁耦合，然后电机停转。密封腔内的飞轮处于真空环境中，可以在近乎无摩擦的情况下转动。

本发明将永磁驱动技术与高温超导飞轮储能系统结合起来，电机与主轴分置，由电机驱动永磁盘产生旋转磁场，通过永磁盘与金属盘之间相对磁场运动传递转矩带动主轴旋转。当飞轮被加速到额定转速时，通过控制超导磁屏蔽机构切断永磁盘与金属盘之间的磁场耦合，从而使电机驱动与主轴负载分离。由于驱动部分安装在密封腔外，电机无需制冷设备。基于永磁驱动的高温超导储能系统具有损耗更低、效率更高、体积紧凑且成本低等优势。本发明可以是立式或卧式结构的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)电机在飞轮加速完成后停转，降低了系统在储能期间电机空转带来的空载损耗，提高了系统效率；

(2)电机在密封腔外，电机在运行时不需要任何液冷设备，降低了系统运行成本、提高效率；

(3)电机在密封腔外，可以使密封腔内的部分结构紧凑；(4)电机启动电流小(即空载启动)、同轴误差容忍度高，易于调速和维护。

附图说明

图1是永磁驱动的径向型高温超导飞轮储能系统结构示意图；

图2是径向型高温超导轴承结构图；

图3是永磁驱动的轴向型高温超导飞轮储能系统结构示意图；

图4是轴向型高温超导轴承结构图；

图5是超导磁屏蔽机构结构图；

图6是超导磁屏蔽机构A向俯视图；

图7是永磁盘结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明的实施例1永磁驱动的径向型高温超导飞轮储能系统的结构示意图。如图1所示，永磁驱动的径向型高温超导飞轮储能系统由驱动部分、超导磁屏蔽机构5和储能部分组成。所述的驱动部分、超导磁屏蔽机构5和储能部分沿轴向上下顺序布置。所述的驱动部分位于所述的超导磁屏蔽机构5的上方，超导磁屏蔽机构5位于储能部分的轴向上方。所述的超导磁屏蔽机构5和储能部分位于一个密封腔3内，所述的驱动部分位于密封腔3外部。所述的密封腔3采用玻璃钢等非导电硬质材料制成，为储能部分提供真空环境。储能部分和所述的驱动部分隔离。

所述的驱动部分为储能部分提供能量的输入。超导磁屏蔽机构5的功能是导通或断开能量输入的开关，即通过导通或隔断驱动部分的永磁盘2和储能部分的金属盘6之间的磁场耦合，起到“磁开关”的作用。所述的储能部分存储由驱动部分传递的能量。

所述的驱动部分由电机1和永磁盘2组成。电机1由支架固定支撑，位于密封腔3外的上方处。永磁盘2套装在电机1轴的底端，与电机1之间有一段距离，减少对电机1磁路的影响。永磁盘2由永磁环2-1和聚磁铁环2-2交错构成，在电机1的驱动下产生强旋转磁场。

所述的超导磁屏蔽机构5靠近密封腔3顶面的内壁上，由薄壁杜瓦5-1、超导薄膜5-2、进液接口5-3、出液接口5-6、带进液阀5-5的进液管5-4，以及带出液阀5-8的出液管5-7组成。其中，超导薄膜5-2用环氧树脂粘在薄壁杜瓦5-1的内底面。薄壁杜瓦5-1由玻璃钢等非金属材料制成，为碟形或圆盘形。薄壁杜瓦5-1开有进口和出口，进口和出口位于同一径线上，分别连接进液接口5-3和出液接口5-6。进液接口5-3、进液管5-4、出液接口5-6与出液管5-7均由金属材料制成，进液接口5-3与进液管5-4之间、出液接口5-6与出液管5-7之间的连接处采用焊接工艺焊接。

所述的储能部分由主轴4、金属盘6、径向型高温超导轴承的永磁转子7、径向型高温超导轴承的超导定子8、飞轮9、永磁轴承转子10、永磁轴承定子11、保护轴承12和支撑体13组成。永磁轴承定子11与永磁轴承转子10同轴布置，其几何中心线重合。

超导磁屏蔽机构5的端面与储能部分的永磁盘2的端面和金属盘6的端面平行、同轴。金属盘6位于主轴4的顶端，由导电性好的金属材料制成，例如铜。在主轴4上，从上至下依次套装有金属盘6、径向型高温超导轴承的永磁转子7、飞轮9、永磁轴承转子10和保护轴承12。

图2所示为径向型高温超导轴承的结构图。如图2所示，径向型高温超导轴承主要包括径向型高温超导轴承的永磁转子7和径向型高温超导轴承的超导定子8两部分。径向型高温超导轴承的永磁转子7和径向型高位超导轴承的超导定子8均采用环形结构，环绕主轴4同轴布置。永磁转子7与超导定子8之间留有很小的气隙。

径向型高温超导轴承的超导定子8由高温超导块8-1、低温杜瓦8-2以及热沉8-3组成。高温超导块材8-1粘贴在热沉8-3上，两者均位于低温杜瓦8-2中。其中高温超导块8-1采用YBCO或REBCO材料制作，RE为Nd，Sm，Gd，Dy中的一种。多个高温超导块8-1拼接成环状，用环氧树脂粘在热沉8-3的内壁上。低温杜瓦8-2为液氮或液氦容器，通过进液管8-2-1和出液管8-2-2连接至位于密封腔3上的低温进液管14和低温出液管15。低温出液管15的位置高于低温进液管14。进液管8-2-1位于低温杜瓦8-2外壁上部靠近上沿处，与低温进液管14在同一径向线上。出液管8-2-2位于低温杜瓦8-2外壁下部靠近其底面处，与低温出液管15在同一径向线上。热沉8-3的底面焊接或压接在低温杜瓦8-2的内底面，与永磁转子同轴。径向型高温超导轴承的永磁转子7由永磁环7-1和聚磁铁环7-2组成，永磁环7-1和聚磁铁环7-2同轴布置，交错叠放。永磁环7-1沿轴向充磁，且相邻的两个永磁环的充磁方向相反。永磁轴承转子10的结构与径向型高温超导轴承的永磁转子7相同。永磁轴承转子10与径向型高温超导轴承的永磁转子7分别置于飞轮9的上下两侧，以减少磁场的相互干扰。保护轴承12一般为止推轴承，置于主轴4的底端，起到保护和卡位的作用，保护轴承12采用无磁材料，如ZrO2制成，安装时滚珠托架与主轴4紧密配合。低温进液管14和低温出液管15的一端分别连接至径向型高温超导轴承的超导定子8低温杜瓦8-2下部的进液管8-2-1和上部的出液管8-2-2上，低温进液管14和低温出液管15的另一端伸出密封腔3外。密封腔3与低温进液管14和低温出液管15的接缝处的空隙填充环氧树脂或真空泥。

支撑体13固定在密封腔3的底面，起支撑和抬升主轴4的作用，在场冷时对径向型高温超导转子7复位。

永磁转子7由永磁环7-1和聚磁铁环7-2组成。永磁环7-1和聚磁铁环7-2为同轴层叠结构交错排列。永磁转子7与超导定子8的高温超导块材8-1之间的气隙较小，一般为1.5mm-2mm。

图3为本发明的实施例2永磁驱动的轴向型高温超导飞轮储能系统的结构示意图。如图3所示，永磁驱动的轴向型高温超导飞轮储能系统由驱动部分、超导磁屏蔽机构5和储能部分组成。所述的驱动部分、超导磁屏蔽机构5和储能部分沿轴向上下顺序布置。所述的驱动部分位于所述的超导磁屏蔽机构5的上方，超导磁屏蔽机构5位于储能部分的轴向上方。所述的超导磁屏蔽机构5和储能部分位于一个密封腔3内，所述的驱动部分位于密封腔3外部。所述的密封腔3采用玻璃钢等非导电硬质材料制成，为储能部分提供真空环境。储能部分和所述的驱动部分隔离。

所述的驱动部分为储能部分提供能量的输入。超导磁屏蔽机构5是导通或断开能量输入的开关，即通过导通或隔断驱动部分的永磁盘2和储能部分的金属盘6之间的磁场耦合，起到“磁开关”的作用。所述的储能部分存储由驱动部分传递的能量。

所述的驱动部分由电机1和永磁盘2组成。电机1由支架固定支撑，位于密封腔3外部的上方。永磁盘2套装在电机1轴的底端，与电机1之间有一段距离，以减少对电机1磁路的影响。永磁盘2由永磁环2-1和聚磁铁环2-2交错排列构成，在电机1的驱动下产生强旋转磁场。

所述的超导磁屏蔽机构5靠近密封腔3顶面的内壁，由薄壁杜瓦5-1、超导薄膜5-2、进液接口5-3、出液接口5-6、带进液阀5-5的进液管5-4、以及带出液阀5-8的出液管5-7组成。其中，超导薄膜5-2用环氧树脂粘在薄壁杜瓦5-1的内底面。薄壁杜瓦5-1由玻璃钢等非金属材料制成，为碟形或圆盘形。薄壁杜瓦5-1开有进口和出口，进口和出口位于同一径线上，分别连接进液接口5-3和出液接口5-6。进液接口5-3与进液管5-4、出液接口5-6与出液管5-7由金属材料制成，进液接口5-3与进液管5-4、出液接口5-6与出液管5-7的连接处采用焊接工艺焊接。

超导磁屏蔽机构5的端面与储能部分的永磁盘2的端面和金属盘6的端面保持平行、同轴。

所述的储能部分由主轴4、金属盘6、保护轴承12、永磁轴承转子10、永磁轴承定子11、飞轮9、轴向型高温超导轴承的永磁转子16、轴向型高温超导轴承的超导定子17和支撑体13组成。金属盘6位于主轴4的顶端，由导电性的金属材料制成，例如铜。在主轴4上从上至下依次套装有金属盘6、保护轴承12、永磁轴承转子10、飞轮9和轴向型高温超导轴承的永磁转子16。如图4所示，轴向型高温超导轴承主要包括轴向型高温超导轴承的永磁转子16和轴向型高温超导轴承的超导定子17两部分。轴向型高温超导轴承的永磁转子16和轴向型高温超导轴承的超导定子17均为碟形或盘型，平行相对布置，两者的几何轴线重合。永磁转子16与超导定子17之间留有很小的气隙。

轴向型高温超导轴承的超导定子17由高温超导块17-1和低温杜瓦17-2组成。高温超导块17-1的形状为圆柱形、长方形或菱形，采用YBCO或REBCO材料制作，RE为Nd，Sm，Gd，Dy中的一种。高温超导块17-1用环氧树脂粘在低温杜瓦17-2的底面上，采用多块拼接的结构。

轴向型高温超导轴承的永磁转子16由永磁环16-1和聚磁铁环16-2组成，永磁环16-1和聚磁铁环16-2交错排列，同轴布置。永磁环16-1沿轴向充磁，且相邻的两个永磁环16-1的充磁方向相反。永磁轴承转子10与轴向型高温超导轴承的永磁转子16分别置于飞轮9的上下两侧，以减少磁场的相互干扰。

保护轴承12一般为止推轴承，起到保护和卡位的作用，采用无磁材料制成，例如ZrO2。安装时保护轴承12的滚珠托架与主轴4紧密配合。

主轴4上依次安装金属盘6、保护轴承12、永磁轴承转子10、飞轮9和轴向型高温超导轴承的永磁转子16。

位于密封腔上的低温进液管14和低温出液管15的一端分别连接至轴向型高温超导轴承超导定子12的低温杜瓦12-2的进液管12-2-1和出液管12-2-2上，低温进液管14和低温出液管15的另一端穿过密封腔3伸出密封腔3外，,密封腔3与低温进液管14和低温出液管15的接缝处的空隙填充环氧树脂或真空泥。低温出液管15的位置高于低温进液管14。进液管12-2-1位于低温杜瓦12-2外壁靠近上沿处，与低温进液管14在同一径向线上。出液管12-2-2位于低温杜瓦12-2外壁靠近其底面处，与低温出液管15在同一径向线上。

支撑体13固定在密封腔3的底面，支撑体13的上表面与轴向型高温超导轴承的超导定子12的低温杜瓦12-2的底面固定，支撑体13起支撑和抬升高温超导轴承定子17的作用。

如图4所示，低温杜瓦17-2为液氮或液氦容器，通过自身的低温进液管17-2-1和出液管17-2-2连接至密闭腔3上的低温进液管14和低温出液管15。永磁转子16采用多组永磁环16-1和多组聚磁铁环16-2交错排列，同轴布置。永磁转子16与超导定子17之间的气隙较小，一般为2mm-5mm。

图5所示为超导磁屏蔽机构5的结构。如图5所示，超导磁屏蔽机构5由薄壁杜瓦5-1、超导薄膜5-2、进液接口5-3、出液接口5-6、带进液阀5-5的进液管5-4，以及带出液阀5-8的出液管5-7组成。所述的超导薄膜5-2用环氧树脂粘在薄壁杜瓦5-1的底面。薄壁杜瓦5-1由玻璃钢等非金属材料制成。薄壁杜瓦5-1开有进口和出口，进口和出口位于同一径线上，分别连接进液接口5-3和出液接口5-6。如图6所示，薄壁杜瓦5-1为碟形或圆盘形。进液接口5-3和进液管5-4、出液接口5-6与出液管5-7由金属材料制成。进液接口5-3连接进液管5-4，进液管5-4上装有进液阀5-5；出液接口5-6连接出液管5-7，出液管5-7上装有出液阀5-8。进液接口5-3和进液管5-4之间、出液接口5-6与出液管5-7之间的连接处采用焊接工艺焊接。超导磁屏蔽机构5的端面、永磁盘2的端面和金属盘6的端面保持平行、同轴。

如图7所示，永磁盘2由永磁环2-1和聚磁铁环2-2组成，采用多组永磁环2-1和多组聚磁铁环2-2交错排列的同轴结构。永磁盘2的结构与轴向型高温超导轴承的永磁转子16的结构相同。

Claims (9)

1.一种永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的高温超导飞轮储能系统包括驱动部分、超导磁屏蔽机构和储能部分；所述的驱动部分、超导磁屏蔽机构和储能部分沿轴向上下顺序布置，所述的驱动部分位于所述的超导磁屏蔽机构的上方，超导磁屏蔽机构位于储能部分的轴向上方；所述的超导磁屏蔽机构和储能部分位于一个密封腔(3)内，所述的驱动部分位于密封腔(3)的外部；所述的密封腔(3)为储能部分提供真空环境；所述的储能部分和所述的驱动部分隔离；所述的驱动部分为储能部分提供能量；所述的超导磁屏蔽机构是导通或断开能量输入的开关，导通或隔断所述驱动部分的永磁盘和所述储能部分的金属盘之间的磁场耦合；所述的储能部分存储由所述的驱动部分传递的能量；

所述的驱动部分包括电机(1)和永磁盘(2)；所述的电机(1)由支架支撑，位于密封腔(3)外部上方；所述的永磁盘(2)由同轴的永磁环和聚磁铁环交错构成；永磁盘(2)套装在电机轴的底端，距离电机有一段距离，永磁盘(2)在电机的驱动下产生强旋转磁场；

所述的超导磁屏蔽机构的端面与驱动部分永磁盘的端面和储能部分金属盘的端面保持平行、同轴；

所述的超导磁屏蔽机构由薄壁杜瓦、超导薄膜、进液接口、出液接口，以及带进液阀的进液管和出液阀的出液管组成；超导薄膜粘于薄壁杜瓦的内底面；薄壁杜瓦的进口和出口分别连接有进液接口和出液接口，进液接口和出液接口分别与进液管和出液管相连；进液管和出液管上分别装有进液阀和出液阀；

所述的储能部分由主轴、金属盘、高温超导轴承、飞轮、永磁轴承、保护轴承和支撑体组成；所述的金属盘位于主轴的顶端，带动主轴旋转；所述的主轴从上到下依次套装有金属盘、高温超导轴承的永磁转子、飞轮、永磁轴承转子和保护轴承；永磁轴承定子与永磁轴承转子同轴布置，两者的几何中心线重合；支撑体(13)位于密封腔(3)的底面；所述的高温超导轴承为轴向型高温超导轴承或径向型高温超导轴承；所述的高温超导轴承主要包括永磁转子和超导定子两部分；轴向型结构的高温超导轴承中，其永磁转子与超导定子均为碟形或盘型，平行相对放置，两者几何轴线重合；径向型结构的高温超导轴承中，其永磁转子和超导定子均采用环绕主轴的环形结构，永磁转子和超导定子两者同轴布置。

2.根据权利要求1所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：采用径向型高温超导轴承的所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统中，所述的超导磁屏蔽机构(5)靠近密封腔(3)的内顶面；所述储能部分的主轴(4)从上至下依次套装了金属盘(6)、径向型高温超导轴承的永磁转子(7)、飞轮(9)、永磁轴承转子(10)和保护轴承(12)；径向型高温超导轴承的永磁转子(7)与永磁轴承转子(10)分置于飞轮(9)上下两侧；保护轴承(12)安装于主轴(4)的底部，保护轴承(12)的滚珠托架与主轴(4)紧密配合；所述密封腔(3)上的低温进液管(14)和低温出液管(15)的一端分别连接至径向型高温超导轴承的超导定子(8)的低温杜瓦(8-2)上的进液管(8-2-1)和出液管(8-2-2)上。

3.根据权利要求2所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的径向型高温超导轴承的超导定子(8)由高温超导块(8-1)、低温杜瓦(8-2)和热沉(8-3)组成；所述的径向型高温超导轴承的超导定子(8)采用多个高温超导块(8-1)拼接为环形或堆叠成多层结构；所述的高温超导块(8-1)为瓦型或长方形，粘贴在热沉(8-3)的内壁上；高温超导块材(8-1)和热沉(8-3)均位于低温杜瓦(8-2)中，热沉(8-3)的底面压接或粘接在低温杜瓦(8-2)的内底面，与永磁转子(7)同轴；低温杜瓦(8-2)中充有液氮或液氦，通过其下部的进液管(8-2-1)和上部的出液管(8-2-2)分别连接至密封腔(3)上的低温进液管(14)和低温出液管(15)。

4.根据权利要求1所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：采用轴向型高温超导轴承的所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统中，所述超导磁屏蔽机构(5)靠近密封腔(3)的内顶面，在储能部分的主轴(4)上，从上至下依次套装了金属盘(6)、保护轴承(12)、永磁轴承转子(10)、飞轮(9)和轴向型高温超导轴承的永磁转子(16)；永磁轴承转子(10)套装位置与金属盘(6)保持一定距离；轴向型高温超导轴承的永磁转子(16)与永磁轴承转子(10)分置于飞轮(9)上下两侧；支撑体(13)的上表面与轴向型高温超导轴承的超导定子(17)的低温杜瓦(17-2)的底面固定；所述的轴向型高温超导轴承的超导定子(17)由高温超导块(17-1)和低温杜瓦(17-2)组成；超导定子(17)采用多个形状为圆柱形、长方形或菱形的高温超导块(17-1)拼接的结构；所述的高温超导块(17-1)用环氧树脂粘在低温杜瓦(17-2)的内底面上。

5.根据权利要求1所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的径向型高温超导轴承的永磁转子由永磁环和聚磁铁环组成；所述的永磁环和聚磁铁环为同轴层叠结构，永磁环和聚磁铁环交错排列，同轴布置。

6.根据权利要求1所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的超导磁屏蔽机构(5)由薄壁杜瓦(5-1)、超导薄膜(5-2)、进液接口(5-3)、进液管(5-4)、进液阀(5-5)、出液接口(5-6)、出液管(5-7)和出液阀(5-8)组成；所述的超导薄膜(5-2)用环氧树脂粘在所述的薄壁杜瓦(5-1)的内底面上；薄壁杜瓦(5-1)为碟形或圆盘形；薄壁杜瓦(5-1)开有进口和出口，进口和出口位于同一径线上，分别连接进液接口(5-3)和出液接口(5-6)；进液接口(5-3)连接进液管(5-4)，进液管(5-4)上装有进液阀(5-5)；出液接口(5-6)连接出液管(5-7)，出液管(5-7)上装有出液阀(5-8)；进液接口(5-3)和进液管(5-4)之间、出液接口(5-6)与出液管(5-7)之间采用焊接工艺焊接。

7.根据权利要求1所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的位于密封腔(3)上的低温进液管(14)和低温出液管(15)的一端分别连接高温超导轴承超导定子的低温杜瓦下部的进液管和上部的出液管，低温进液管(14)和低温出液管(15)的另一端穿过密封腔(3)伸出密封腔(3)外，密封腔(3)与低温进液管(14)和低温出液管(15)的接缝处的空隙填充环氧树脂或真空泥；进液管位于低温杜瓦外壁靠近上沿处，与低温进液管(14)在同一径线上；出液管位于低温杜瓦外壁靠近底面处，与低温出液管(15)在同一径线上。

8.根据权利要求3或4所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的高温超导轴承的超导定子中的高温超导块采用YBCO或REBCO制作，RE为Nd，Sm，Gd，Dy中的一种。

9.根据权利要求6所述的永磁驱动的高温超导飞轮储能系统，其特征是：所述的薄壁杜瓦(5-1)由非金属材料制成。