分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池制造技術

本實用新型專利技術公開一種分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池，包括外殼及真空腔，真空腔中容納有軸向永磁軸承、兩個徑向永磁軸承、電機A、飛輪轉軸、飛輪轉子、電機B及軸向電磁軸承；飛輪轉軸的軸向正中間固套飛輪轉子，飛輪轉軸的上下兩端分別設置軸向永磁軸承與軸向電磁軸承，兩個徑向永磁軸承分別位于軸向永磁軸承的下方和軸向電磁軸承的上方，兩個徑向永磁軸承和飛輪轉子之間分別是電機A和電機B；電機A轉矩繞組與電機B轉矩繞組串聯，懸浮繞組均分開獨立繞制；軸向電磁軸承提供軸向自由度的可控懸浮，懸浮繞組勵磁產生徑向懸浮力與徑向永磁軸承徑向恢復力一起提供飛輪轉子在四個徑向自由度上的可控懸浮，提高了儲能效率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及飛輪電池(也稱飛輪儲能裝置)領域，尤其是一種采用分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池。
技術介紹
在眾多儲能裝置中，飛輪電池突破了化學電池的局限，用物理方法實現儲能。當飛輪以一定角速度旋轉時，就具有一定的動能，飛輪電池以其動能轉換成電能。飛輪電池以其大儲能、強功率、高效率、長壽命、充放電速度快、清潔無污染等突出優勢有望成為最具前景的儲能電池。飛輪電池的工作原理是飛輪電池中有一個電機,充電時該電機以電動機形式運 轉，將外界輸入的電能通過電動機轉化為飛輪的動能儲存起來，即飛輪電池“充電”；當外界需要電能時，通過發電機將飛輪的動能轉化為電能，輸出給外部負載，即飛輪電池“放電”；當與外界無能量交換時，飛輪電池“待機”。飛輪電池大部分時間工作在高速“待機”狀態，因此飛輪電池的支承系統應兼具低損耗、高可靠性的特點，通常采用電磁/永磁混合型磁懸浮軸承。飛輪電池依靠電機實現機電能量轉換，并且飛輪電池儲能容量與電機轉速的平方成正比，因此飛輪電池用電動/發電一體化的電機應兼具空載損耗小、負載效率高、高速運行時可靠性高的特點，通常采用永磁電機、開關磁阻電機和異步電機。由于目前永磁電機轉子上的永磁體和異步電機轉子上的繞組導致電機高速運行下空載損耗大、可靠性低，因此，限制了飛輪電池臨界轉速的提高及儲能容量的增大。現有技術的飛輪電池將飛輪轉子、混合型磁懸浮軸承和電機分別作為獨立的個體安裝在轉軸上，混合型磁懸浮軸承需提供飛輪電池5個自由度可控的懸浮支承，因此，導致飛輪電池體積大、成本高、能耗大、結構復雜，限制了飛輪電池儲能密度和儲能效率的提高。因此，如何提高飛輪電池的儲能容量、儲能密度和儲能效率是目前飛輪電池研究領域亟待解決的問題。
技術實現思路
本技術的目的是為解決現有技術的問題而提供一種結構緊湊、效率高、儲能容量大、能量密度高的分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池。本技術采用的技術方案是本專利技術包括外殼及由外殼圍成的密閉的真空腔，真空腔中容納有軸向永磁軸承、兩個徑向永磁軸承、分體式磁懸浮開關磁阻電機A、飛輪轉軸、飛輪轉子、分體式磁懸浮開關磁阻電機B以及軸向電磁軸承；飛輪轉軸的軸向正中間固套飛輪轉子，飛輪轉軸的上下兩端分別設置軸向永磁軸承與軸向電磁軸承，兩個徑向永磁軸承分別位于軸向永磁軸承的下方和軸向電磁軸承的上方，兩個徑向永磁軸承和飛輪轉子之間分別是電機A和電機B ;電機A由電機A轉子、電機A定子以及繞組組成，電機A轉子固套在飛輪轉軸上，電機A定子固定連接外殼內壁；電機B由電機B轉子、電機B定子以及繞組組成，電機B轉子固套在飛輪轉軸上，電機B定子固定連接外殼內壁；電機A定子的每一極上繞有電機A轉矩繞組與電機A的X向懸浮繞組或電機A的y向懸浮繞組；電機B定子的每一極上繞有電機B轉矩繞組與電機B的X向懸浮繞組或電機B的y向懸浮繞組；所述電機A轉矩繞組與所述電機B轉矩繞組串聯，電機A的X向懸浮繞組、電機A的y向懸浮繞組、電機B的X向懸浮繞組、電機B的y向懸浮繞組均分開獨立繞制。與現有技術相比，本技術的有益效果是I、本技術采用軸向永磁軸承能卸載飛輪轉子80%以上的質量，軸向電磁軸承提供軸向自由度的可控懸浮；分體式磁懸浮開關磁阻電機的懸浮繞組勵磁產生徑向懸浮力，并與徑向永磁軸承的徑向恢復力一起提供飛輪轉子在四個徑向自由度上的可控懸浮，不僅簡化了飛輪電池的結構，而且降低了支承系統的能量損耗，特別是飛輪電池“待機”狀態下的能量損耗，提高了飛輪電池的儲能效率。2、本技術利用支承與傳動一體化的分體式磁懸浮開關磁阻電機，將飛輪電池的徑向懸浮與能量轉換合二為一，轉矩繞組與懸浮繞組勵磁后既可實現飛輪電池的機電能量轉換，也可實現飛輪系統的徑向可控懸浮，利用電機的功率和容量不僅降低了支承系統的能量損耗，而且減小了飛輪電池的體積和成本，大幅度提高了飛輪電池的儲能密度。3、本技術磁懸浮開關磁阻電機采用雙凸極機構，轉子僅為導磁鐵心，結構堅固可靠，適于高速、超高速運行，提高了飛輪電池的儲能容量。附圖說明圖I為本技術的結構示意圖；圖2為圖I中分體式磁懸浮開關磁阻電機A定子5中和分體式磁懸浮開關磁阻電機B定子9中的一相繞組的結構示意圖；圖3為分體式磁懸浮開關磁阻電機A產生X徑向懸浮力的工作原理示意圖。圖中1.外殼；2.真空腔；3.軸向永磁軸承；4.徑向永磁軸承；5.電機A定子；6.電機A轉子；7.飛輪轉軸；8.飛輪轉子；9.電機B定子；10.電機B轉子；11.軸向電磁軸承；501.電機A定子鐵心；502.電機A轉矩繞組；503.電機A的y向懸浮繞組；504.電機A的X向懸浮繞組；901.電機B定子鐵心；902.電機B轉矩繞組；903.電機B的y向懸浮繞組；904.電機B的X向懸浮繞組。具體實施方式參見圖I所示，本技術包括外殼I以及由外殼I圍成的密閉的真空腔2。在真空腔2中容納了軸向永磁軸承3、兩個徑向永磁軸承4、分體式磁懸浮開關磁阻電機A、飛輪轉軸7、飛輪轉子8、分體式磁懸浮開關磁阻電機B以及軸向電磁軸承11。其中，飛輪轉子8固定套在飛輪轉軸7的軸向正中間位置，與飛輪轉軸7共同旋轉。位于飛輪轉子8上部分的飛輪轉軸7上，飛輪轉軸7的軸向上從下至下依次固定安裝電機A、徑向永磁軸承4和軸向永磁軸承3，位于飛輪轉子8下部分的飛輪轉軸7上，飛輪轉軸7的軸向上從上至下依次固定安裝電機B、另一個徑向永磁軸承4和軸向電磁軸承11。這樣，沿飛輪轉軸7的軸向上，使軸向永磁軸承3與軸向電磁軸承11分別設置在飛輪轉軸7的上下兩端；兩個徑向永磁軸承4分別位于軸向永磁軸承3的下方和軸向電磁軸承11的上方，兩個徑向永磁軸承4和飛輪轉子8之間分別電機A和電機B。兩個徑向永磁軸承4均由釹鐵硼材料制成，由多個軸向充磁永磁環經軸向疊加而成，永磁環的動磁環與靜磁環之間為斥力。分體式磁懸浮開關磁阻電機A由電機A轉子6、電機A定子5以及繞組組成，電機A轉子6固定套在飛輪轉軸7上，電機A轉子6徑向外設置相應的電機A定子5,電機A定子5固定連接于外殼I內壁上。分體式磁懸浮開關磁阻電機B由電機B轉子10、電機B定子9以及繞組組成，電機B轉子10固定套在飛輪轉軸7上，電機B轉子10徑向 外設置相應的電機B定子9，電機B定子9固定連接于外殼I內壁上。上述電機A定子5和電機B定子9結構相同，電機A轉子6和電機B轉子10結構相同，電機A定子5、電機B定子9、電機A轉子6、電機B轉子10均采用三相12/8極的定轉子凸極結構，且均為導磁鐵心沖片壓制而成。本技術的電機A轉子6、電機B轉子10、飛輪轉子8以及飛輪轉軸7合為一個整體。這樣，由電機A、電機B與上、下兩個徑向永磁軸承4共同構成飛輪電池的電磁/永磁混合型徑向支承系統。當飛輪電池所受徑向擾動小時，由兩個徑向永磁軸承4提供徑向恢復力；當飛輪電池所受徑向擾動大時，由電機A、電機B勵磁產生的徑向懸浮力與兩個徑向永磁軸承4提供的徑向恢復力一起承擔飛輪電池的可控徑向懸浮支承，電機懸浮支承能耗小。參見圖2所例舉的分體式磁懸浮開關磁阻電機A定子5和分體式磁懸浮開關磁阻電機B定子9的其中一相繞組的結構，電機A定子5包括電機A定子鐵心501、電機A轉矩繞組502、電機A的X向懸浮繞組504和電機A的y向懸浮繞組503本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池，包括外殼（1）及由外殼（1）圍成的密閉的真空腔（2），其特征是：真空腔（2）中容納有軸向永磁軸承（3）、兩個徑向永磁軸承（4）、分體式磁懸浮開關磁阻電機A、飛輪轉軸（7）、飛輪轉子（8）、分體式磁懸浮開關磁阻電機B以及軸向電磁軸承（11）；飛輪轉軸（7）的軸向正中間固套飛輪轉子（8），飛輪轉軸（7）的上下兩端分別設置軸向永磁軸承（3）與軸向電磁軸承（11），兩個徑向永磁軸承（4）分別位于軸向永磁軸承（3）的下方和軸向電磁軸承（11）的上方，兩個徑向永磁軸承（4）和飛輪轉子（8）之間分別是電機A和電機B；電機A由電機A轉子（6）、電機A定子（5）以及繞組組成，電機A轉子（6）固套在飛輪轉軸（7）上，電機A定子（5）固定連接外殼（1）內壁；電機B由電機B轉子（10）、電機B定子（9）以及繞組組成，電機B轉子（10）固套在飛輪轉軸（7）上，電機B定子（9）固定連接外殼（1）內壁；電機A定子（5）的每一極上繞有電機A轉矩繞組（502）與電機A的x向懸浮繞組（504）或電機A的y向懸浮繞組（503）；電機B定子（9）的每一極上繞有電機B轉矩繞組（902）與電機B的x向懸浮繞組（904）或電機B的y向懸浮繞組（903）；所述電機A轉矩繞組（502）與所述電機B轉矩繞組（902）串聯，電機A的x向懸浮繞組（504）、電機A的y向懸浮繞組（503）、電機B的x向懸浮繞組（904）、電機B的y向懸浮繞組（903）均分開獨立繞制。...

【技術特征摘要】
1.一種分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池,包括外殼(I)及由外殼(O圍成的密閉的真空腔(2)，其特征是真空腔(2)中容納有軸向永磁軸承(3)、兩個徑向永磁軸承(4)、分體式磁懸浮開關磁阻電機A、飛輪轉軸(7)、飛輪轉子(8)、分體式磁懸浮開關磁阻電機B以及軸向電磁軸承(11);飛輪轉軸(7)的軸向正中間固套飛輪轉子(8)，飛輪轉軸(7)的上下兩端分別設置軸向永磁軸承(3)與軸向電磁軸承(11)，兩個徑向永磁軸承(4)分別位于軸向永磁軸承(3)的下方和軸向電磁軸承(11)的上方，兩個徑向永磁軸承(4)和飛輪轉子(8)之間分別是電機A和電機B;電機A由電機A轉子(6)、電機A定子(5)以及繞組組成，電機A轉子(6)固套在飛輪轉軸(7)上，電機A定子(5)固定連接外殼(I)內壁；電機B由電機B轉子(10)、電機B定子(9)以及繞組組成，電機B轉子(10)固套在飛輪轉軸(7)上，電機B定子(9)固定連接外殼(I)內壁；電機A定子(5)的每一極上繞有電機A轉矩繞組(502)與電機A的X向懸浮繞...

【專利技術屬性】
技術研發人員：項倩雯，孫玉坤，嵇小輔，張新華，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：實用新型
國別省市：