飛輪電池磁懸浮支承裝置制造方法
【專利摘要】一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，包括密封殼體，設(shè)置在密封殼體內(nèi)的飛輪轉(zhuǎn)子，飛輪轉(zhuǎn)子與飛輪轉(zhuǎn)軸固定連接，密封殼體內(nèi)壁的上方固連有導(dǎo)磁板，導(dǎo)磁板下端面設(shè)有外環(huán)狀永磁體和內(nèi)環(huán)狀永磁體，在與導(dǎo)磁板相對(duì)應(yīng)的飛輪轉(zhuǎn)子上端面設(shè)有導(dǎo)體環(huán)；飛輪轉(zhuǎn)軸的下部端頭設(shè)有空心球型永磁體，密封殼體相對(duì)應(yīng)位置設(shè)有碗狀永磁體。本發(fā)明通過(guò)采用電動(dòng)磁力軸承和空心球型永磁體磁力軸承組成的磁懸浮支承系統(tǒng)，無(wú)論電動(dòng)磁力軸承還是空心球型永磁磁力軸承，既可以產(chǎn)生軸向懸浮力，起到軸向控制作用，又可以對(duì)飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)起到徑向控制作用。二者相互配合、相互制約共同控制，使飛輪穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
【專利說(shuō)明】飛輪電池磁懸浮支承裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛輪電池儲(chǔ)能【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種飛輪電池磁懸浮支承裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，飛輪電池作為能量存儲(chǔ)裝置，已經(jīng)應(yīng)用到包括電動(dòng)汽車、航空航天、電網(wǎng)負(fù)載調(diào)節(jié)和其他某些蓄能應(yīng)用領(lǐng)域。而飛輪電池中的磁力軸承由于其無(wú)機(jī)械接觸、長(zhǎng)壽命和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有飛輪電池轉(zhuǎn)子的磁懸浮支承一般是靠電磁軸承、超導(dǎo)磁力軸承和永磁磁力軸承的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般而言，電磁軸承通過(guò)進(jìn)行剛度和阻尼調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的位置精確控制，因而其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但是電磁軸承由于需要包括傳感器在內(nèi)的一套控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用也較高。超導(dǎo)磁力軸承是近年來(lái)一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，但由于存在懸浮力會(huì)隨溫度和振動(dòng)的影響而逐漸下降的弱點(diǎn)，而且還需要一套制冷設(shè)備導(dǎo)致成本費(fèi)用的增加，到目前為止很少有實(shí)際的應(yīng)用。永磁磁力軸承不能單獨(dú)用于轉(zhuǎn)子的懸浮支承，需要和其他軸承聯(lián)合使用。
[0004]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1547310公開(kāi)了一種懸浮飛輪電池，采用了球形的定子和球形腔懸浮轉(zhuǎn)子，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)懸浮、自動(dòng)調(diào)心，與飛輪座無(wú)接觸，減小了摩擦，存在的問(wèn)題是因形狀為非標(biāo)準(zhǔn)件，不易加工，該結(jié)構(gòu)的調(diào)心力較小，在空氣中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子因阻力較大，因此速度受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，既可以產(chǎn)生軸向懸浮力，起到軸向控制作用，又可以對(duì)飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)起到徑向控制作用，且無(wú)需外加主動(dòng)控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，包括密封殼體，設(shè)置在密封殼體內(nèi)的飛輪轉(zhuǎn)子，飛輪轉(zhuǎn)子與飛輪轉(zhuǎn)軸固定連接，密封殼體內(nèi)壁的上方固連有導(dǎo)磁板，導(dǎo)磁板下端面設(shè)有外環(huán)狀永磁體和內(nèi)環(huán)狀永磁體，在與導(dǎo)磁板相對(duì)應(yīng)的飛輪轉(zhuǎn)子上端面設(shè)有導(dǎo)體環(huán)；
飛輪轉(zhuǎn)軸的下部端頭設(shè)有空心球型永磁體，密封殼體相對(duì)應(yīng)位置設(shè)有碗狀永磁體。
[0007]飛輪轉(zhuǎn)軸上部與密封殼體之間還設(shè)有徑向保護(hù)軸承。
[0008]所述的導(dǎo)體環(huán)為按圓周布置的多個(gè)封閉回路，導(dǎo)體環(huán)的外徑與外環(huán)狀永磁體的平均直徑相同，導(dǎo)體環(huán)的內(nèi)徑與內(nèi)環(huán)狀永磁體的平均直徑相同。
[0009]所述的導(dǎo)磁板和飛輪轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)磁材料，并在外環(huán)狀永磁體、內(nèi)環(huán)狀永磁體、導(dǎo)磁板和飛輪轉(zhuǎn)子形成閉合磁路。
[0010]所述的外環(huán)狀永磁體和內(nèi)環(huán)狀永磁體相互對(duì)向安裝并沿軸向充磁。
[0011]所述的導(dǎo)體環(huán)內(nèi)層為導(dǎo)電體，外層為絕緣體。
[0012]所述的導(dǎo)體環(huán)鑲嵌在飛輪轉(zhuǎn)子上端面。[0013]所述的外環(huán)狀永磁體和內(nèi)環(huán)狀永磁體與飛輪轉(zhuǎn)子之間的間隙為5?10mm，空心球型永磁體與碗狀永磁體之間的間隙為3?7mm。
[0014]所述的空心球型永磁體和碗狀永磁體之間為無(wú)接觸懸浮結(jié)構(gòu)，所述的空心球型永磁體和碗狀永磁體均為徑向充磁,空心球型永磁體和碗狀永磁體之間磁力方向相反。
[0015]所述的密封殼體上設(shè)有真空嘴。
[0016]本發(fā)明提供的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，通過(guò)采用電動(dòng)磁力軸承和空心球型永磁體磁力軸承組成的磁懸浮支承系統(tǒng)，無(wú)論電動(dòng)磁力軸承還是空心球型永磁磁力軸承，既可以產(chǎn)生軸向懸浮力，起到軸向控制作用，又可以對(duì)飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)起到徑向控制作用。二者相互配合、相互制約共同控制，使飛輪穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是導(dǎo)磁板上的外環(huán)狀永磁體和內(nèi)環(huán)狀永磁體與轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體環(huán)組成的輔助電磁軸承，可以達(dá)到卸載由飛輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的重量軸向力，對(duì)系統(tǒng)懸浮穩(wěn)定起到一定輔助作用。且導(dǎo)磁板的力臂也較長(zhǎng)，調(diào)心力較大。本發(fā)明不需要外加主動(dòng)控制，從而減少成本、降低功耗，具有穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，便于飛輪電池量產(chǎn)及維護(hù)保養(yǎng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明中導(dǎo)體環(huán)的布置示意圖。
[0019]圖中:密封殼體I，飛輪轉(zhuǎn)軸2，飛輪轉(zhuǎn)子3，外環(huán)狀永磁體4，內(nèi)環(huán)狀永磁體5，徑向保護(hù)軸承6，導(dǎo)磁板7，真空嘴8，空心球型永磁體9，碗狀永磁體10，導(dǎo)體環(huán)11。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1中，一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，包括密封殼體I，所述的密封殼體I上設(shè)有真空嘴8，用于給密封殼體I抽真空，以降低飛輪轉(zhuǎn)子3的風(fēng)阻。設(shè)置在密封殼體I內(nèi)的飛輪轉(zhuǎn)子3，飛輪轉(zhuǎn)子3與飛輪轉(zhuǎn)軸2固定連接，密封殼體I內(nèi)壁的上方固連有導(dǎo)磁板7，導(dǎo)磁板7下端面設(shè)有外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5,在與導(dǎo)磁板7相對(duì)應(yīng)的飛輪轉(zhuǎn)子3上端面設(shè)有導(dǎo)體環(huán)11 ;
飛輪轉(zhuǎn)軸2的下部端頭設(shè)有空心球型永磁體9，密封殼體I相對(duì)應(yīng)位置設(shè)有碗狀永磁體
10。所述的空心球型永磁體9和碗狀永磁體10之間為無(wú)接觸懸浮結(jié)構(gòu)，二者之間的間隙為3?7mm,所述的空心球型永磁體9和碗狀永磁體10均為徑向充磁,空心球型永磁體9和碗狀永磁體10之間磁力方向相反,從而通過(guò)同性相斥實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。米用空心球型永磁體9和碗狀永磁體10可以實(shí)現(xiàn)軸向懸浮和徑向控制。
[0021]飛輪轉(zhuǎn)軸2上部與密封殼體I之間還設(shè)有徑向保護(hù)軸承6。此處的徑向保護(hù)軸承6也為磁懸浮軸承。
[0022]如圖2中，所述的導(dǎo)體環(huán)11為按圓周布置的多個(gè)封閉回路，導(dǎo)體環(huán)11的外徑與外環(huán)狀永磁體4的平均直徑相同，導(dǎo)體環(huán)11的內(nèi)徑與內(nèi)環(huán)狀永磁體5的平均直徑相同。本例中的導(dǎo)體環(huán)11設(shè)置為三個(gè)。
[0023]所述的導(dǎo)磁板7和飛輪轉(zhuǎn)子3采用導(dǎo)磁材料，并在外環(huán)狀永磁體4、內(nèi)環(huán)狀永磁體
5、導(dǎo)磁板7和飛輪轉(zhuǎn)子3形成閉合磁路。由此結(jié)構(gòu)，外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5，還可以產(chǎn)生額外的懸浮力，相當(dāng)于輔助的推力軸承。且可以實(shí)現(xiàn)卸載飛輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的重量軸向力，對(duì)系統(tǒng)懸浮穩(wěn)定起到一定輔助作用。
[0024]所述的外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5相互對(duì)向安裝并沿軸向充磁。即外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5的磁極沿著飛輪轉(zhuǎn)軸2的軸線，成NS-SN或SN-NS。由此結(jié)構(gòu)，利于形成閉合磁路。
[0025]所述的導(dǎo)體環(huán)11內(nèi)層為導(dǎo)電體，外層為絕緣體。
[0026]所述的導(dǎo)體環(huán)11鑲嵌在飛輪轉(zhuǎn)子3上端面。
[0027]所述的外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5與飛輪轉(zhuǎn)子3之間的間隙為5?10mm。由上述的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)磁板7與內(nèi)外環(huán)狀永磁體以及飛輪轉(zhuǎn)子2形成閉合磁路，產(chǎn)生的磁力起到輔助軸向懸浮作用，同時(shí)外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5在導(dǎo)體環(huán)11處提供穩(wěn)恒磁場(chǎng)，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中受到外力擾動(dòng)而偏離轉(zhuǎn)子預(yù)定運(yùn)轉(zhuǎn)中心時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)子上面的導(dǎo)體環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生變化，由楞次定律可知，導(dǎo)體環(huán)上面產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生洛倫茲力阻礙飛輪轉(zhuǎn)子偏離運(yùn)動(dòng)。因此，只要飛輪轉(zhuǎn)子偏離旋轉(zhuǎn)中心，則導(dǎo)體環(huán)上面就會(huì)產(chǎn)生電磁力，它將使飛輪轉(zhuǎn)子重新回到原來(lái)的中心位置穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子徑向穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。抽氣閥通過(guò)真空嘴8抽氣，使得密封殼體I內(nèi)達(dá)到近似真空狀態(tài)，從而減少風(fēng)損，使飛輪轉(zhuǎn)子3可以運(yùn)行在高速狀態(tài)下，進(jìn)一步提高儲(chǔ)能效果?？招那蛐陀来朋w9和碗狀永磁體10組成空心球型永磁磁力軸承，既可以產(chǎn)生軸向懸浮力，又可以起到徑向輔助控制作用，所述空心球型永磁體9與碗狀永磁體10之間間隙優(yōu)選為5mm。外環(huán)狀永磁體4、內(nèi)環(huán)狀永磁體5、導(dǎo)磁板7和導(dǎo)體環(huán)11組成電動(dòng)磁力推力軸承，所述外環(huán)狀永磁體4和內(nèi)環(huán)狀永磁體5與飛輪轉(zhuǎn)子之間間隙優(yōu)選為8mm。
【權(quán)利要求】
1.一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，包括密封殼體(1)，設(shè)置在密封殼體(I)內(nèi)的飛輪轉(zhuǎn)子(3)，飛輪轉(zhuǎn)子(3)與飛輪轉(zhuǎn)軸(2)固定連接，其特征是: 密封殼體(I)內(nèi)壁的上方固連有導(dǎo)磁板(7 ),導(dǎo)磁板(7 )下端面設(shè)有外環(huán)狀永磁體(4)和內(nèi)環(huán)狀永磁體(5)，在與導(dǎo)磁板(7)相對(duì)應(yīng)的飛輪轉(zhuǎn)子(3)上端面設(shè)有導(dǎo)體環(huán)(11)； 飛輪轉(zhuǎn)軸(2)的下部端頭設(shè)有空心球型永磁體(9)，密封殼體(I)相對(duì)應(yīng)位置設(shè)有碗狀永磁體(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:飛輪轉(zhuǎn)軸(2)上部與密封殼體(I)之間還設(shè)有徑向保護(hù)軸承(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的導(dǎo)體環(huán)(11)為按圓周布置的多個(gè)封閉回路，導(dǎo)體環(huán)(11)的外徑與外環(huán)狀永磁體(4)的平均直徑相同，導(dǎo)體環(huán)(11)的內(nèi)徑與內(nèi)環(huán)狀永磁體(5)的平均直徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的導(dǎo)磁板(7)和飛輪轉(zhuǎn)子(3)采用導(dǎo)磁材料，并在外環(huán)狀永磁體(4)、內(nèi)環(huán)狀永磁體(5)、導(dǎo)磁板(7)和飛輪轉(zhuǎn)子(3)形成閉合磁路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的外環(huán)狀永磁體(4)和內(nèi)環(huán)狀永磁體(5)相互對(duì)向安裝并沿軸向充磁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的導(dǎo)體環(huán)(11)內(nèi)層為導(dǎo)電體，外層為絕緣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的導(dǎo)體環(huán)(11)鑲嵌在飛輪轉(zhuǎn)子(3)上端面。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的外環(huán)狀永磁體(4)和內(nèi)環(huán)狀永磁體(5 )與飛輪轉(zhuǎn)子(3 )之間的間隙為5?10mm，空心球型永磁體(9 )與碗狀永磁體(10)之間的間隙為3?7mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的空心球型永磁體(9)和碗狀永磁體(10)之間為無(wú)接觸懸浮結(jié)構(gòu)，所述的空心球型永磁體(9)和碗狀永磁體(10)均為徑向充磁，空心球型永磁體(9)和碗狀永磁體(10)之間磁力方向相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛輪電池磁懸浮支承裝置，其特征是:所述的密封殼體(I)上設(shè)有真空嘴(8)。
【文檔編號(hào)】H02K7/02GK103427538SQ201310376540
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】湯雙清 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)