)飛輪結(jié)構(gòu)上采用傘狀設(shè)計，所述飛輪靠近轉(zhuǎn)軸的部分在軸向厚度薄于飛輪的四周邊緣處的厚度。即飛輪靠近轉(zhuǎn)軸的部分在軸向厚度較薄，飛輪的邊緣處質(zhì)量比重較大，在相同質(zhì)量情況下，采用上述設(shè)計的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量更大，存儲能量更多。
【附圖說明】
[0024]圖1為單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)飛輪儲能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為單繞組混合外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為徑向-軸向永磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為永磁偏置徑向-軸向磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為永磁偏置徑向-軸向磁軸承軸向磁路示意圖。
[0029]圖6為永磁偏置徑向-軸向磁軸承徑向磁路示意圖。
[0030]圖中:1-真空容器；2_轉(zhuǎn)軸；3_徑向-軸向永磁軸承；4-飛輪；5_單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)；6_永磁偏置徑向-軸向磁軸承；201_轉(zhuǎn)子；202_定子；203_繞組；301-頂置磁環(huán)；302-內(nèi)磁環(huán)；303_外磁環(huán)；304_上磁環(huán)；305_下磁環(huán)；401_軸向定子；402-軸向控制線圈；43_軸向氣隙；404_徑向氣隙；405_軸承轉(zhuǎn)子；406_徑向控制線圈；407-徑向定子；408_永磁環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0032]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明“，多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明包括真空容器1、轉(zhuǎn)軸2、徑向-軸向永磁軸承3、飛輪4、單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)5，永磁偏置徑向-軸向磁軸承6。徑向-軸向永磁軸承3嵌套在轉(zhuǎn)軸2的上端，起到備用軸承與卸載飛輪轉(zhuǎn)軸大部分的軸向重量的作用。轉(zhuǎn)軸下端依次套裝飛輪4、單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)5、永磁偏置徑向-軸向磁軸承6，飛輪4固連單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)軸2下端的永磁偏置徑向-軸向磁軸承6配合徑向-軸向永磁軸承克服飛輪轉(zhuǎn)軸剩余重量和動載荷，保證軸向穩(wěn)定懸浮，同時提供轉(zhuǎn)軸的徑向兩自由度懸浮支承。單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)5完成徑向另外兩個自由度的懸浮和電動/發(fā)電功能，實(shí)現(xiàn)五自由度全懸浮的飛輪儲能裝置。
[0034]如圖2所示，本發(fā)明所采用的單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)5為三相12/8雙凸結(jié)構(gòu)，位于永磁偏置徑向-軸向磁軸承7和永磁徑向軸承3之間，包括轉(zhuǎn)子201，定子202，繞組203。定子202在轉(zhuǎn)子201內(nèi)部，兩者同心同軸。轉(zhuǎn)子201固連飛輪4，飛輪4固連轉(zhuǎn)軸2。轉(zhuǎn)軸2從飛輪中心穿出。電機(jī)轉(zhuǎn)子201與定子202之間留徑向氣隙。繞組203疊繞在電機(jī)定子202上，以A相為例，其中繞組A1, A2，A3，A4構(gòu)成A相轉(zhuǎn)矩/懸浮繞組，分別施加
辦Li ial、ia2、ia3、-^a4?-^almal + isal，a2ma2+isa2，a3ma3+isa3，a4ma4+isa4。^al
的分量iMl為轉(zhuǎn)矩電流，根據(jù)磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，拉動轉(zhuǎn)子201旋轉(zhuǎn)。ial的分量i sal為懸浮電流，通過調(diào)節(jié)i sal，isa2, isa3，isa4的大小實(shí)現(xiàn)單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)5徑向兩自由度懸浮。繞組B1, B2, B3, B4構(gòu)成B相轉(zhuǎn)矩/懸浮繞組。繞組CpC2, C3，C4構(gòu)成C相轉(zhuǎn)矩/懸浮繞組，共有3相。每套繞組可以同時提供電動的轉(zhuǎn)矩力和轉(zhuǎn)子懸浮的懸浮力。B1, C1分別位于A1逆時針30°和60°處，B2, (:2分別位于A2逆時針30°和60°處，B3，C3*別位于A3逆時針30°和60°處。B 4，(:4分別位于A 4逆時針30°和60°處。每套繞組獨(dú)立控制，可以同時提供轉(zhuǎn)矩和懸浮力。轉(zhuǎn)子201旋轉(zhuǎn)時，直接驅(qū)動固連的飛輪4，實(shí)現(xiàn)儲能。
[0035]如圖3所示，本發(fā)明所采用的徑向-軸向永磁軸承3包括:頂置磁環(huán)301，內(nèi)磁環(huán)302，外磁環(huán)303，上磁環(huán)304，下磁環(huán)305。磁環(huán)材料選用稀土 NdFeB作為永磁軸承材料，其性能參數(shù)為:Br= 1.13T, Hc= 800kA/m, μ r= B J ( μ 0HC) = 1.124。頂置磁環(huán) 301，外磁環(huán)303，下磁環(huán)305固連真空容器I。內(nèi)磁環(huán)302和上磁環(huán)304固連轉(zhuǎn)軸2，可隨轉(zhuǎn)軸2 —起旋轉(zhuǎn)。所用磁環(huán)均軸向充磁，內(nèi)磁環(huán)302與外磁環(huán)303充磁方向相同，內(nèi)磁環(huán)302與頂置磁環(huán)301充磁方向相反，上磁環(huán)304與下磁環(huán)305充磁方向相反且產(chǎn)生的斥力大于內(nèi)磁環(huán)302與頂置磁環(huán)301之間的斥力。利用軸向方向上磁環(huán)之間的斥力差來實(shí)現(xiàn)軸向重量卸載，磁環(huán)間的搭配組合實(shí)現(xiàn)徑向和軸向的自穩(wěn)定。各個磁環(huán)之間的氣隙均為0.5mm，上磁環(huán)304與下磁環(huán)305尺寸相同其徑向厚度為8mm，軸向厚度為8mm，周長為51mm，在軸向上產(chǎn)生245N的懸浮力。內(nèi)磁環(huán)302與頂置磁環(huán)301采用相同的尺寸，其徑向厚度為6mm軸向厚度為6mm，周長為45m，可在軸向上產(chǎn)生155N的懸浮力，利用軸向方向上磁環(huán)之間的斥力差卸載了軸向90N的力，外磁環(huán)303的徑向厚度為6mm，軸向厚度為6mm，周長為54mm，可與內(nèi)磁環(huán)302平均可產(chǎn)生157N的徑向懸浮力。五個磁環(huán)間的搭配組合實(shí)現(xiàn)徑向和軸向的自穩(wěn)定。
[0036]如圖4所示，本發(fā)明所采用的永磁偏置徑向-軸向磁軸承6位于轉(zhuǎn)軸2下端，包括軸向定子401，軸向控制線圈402，軸承轉(zhuǎn)子405，徑向控制線圈406，徑向定子407，永磁環(huán)408。軸向定子401固連真空容器I，2個軸向控制線圈402固連軸向定子401，徑向定子407沿圓周90度均勻分布，每個徑向定子407均疊繞徑向控制線圈406，永磁環(huán)408徑向充磁嵌在軸向定子401和徑向定子407的交接處，軸承轉(zhuǎn)子405與徑向定子407之間留有徑向氣隙404，軸承轉(zhuǎn)子405與軸向定子401之間留有軸向氣隙403。軸向控制線圈402線圈由徑向分別對置的兩個線圈串聯(lián)作為相關(guān)自由度的控制線圈。2個軸向控制線圈402，4個徑向控制線圈406繞組均通直流電。軸向定子401與徑向定子407采用硅鋼片疊壓而成，永磁環(huán)408 —般采用但不局限于稀土材料釹鐵硼材料，并徑向充磁。當(dāng)徑向-軸向都穩(wěn)定懸浮時，轉(zhuǎn)軸2在永磁環(huán)408產(chǎn)生的靜磁場吸力下處于懸浮的中間位置。
[0037]圖5是軸向磁軸承的磁路圖，圖中ΦΡΜ是永磁環(huán)408產(chǎn)生的靜態(tài)偏置磁通，Φ ΖΕΜ是軸向控制線圈402中電流產(chǎn)生的控制磁通，氣隙磁通由這兩部分磁通合成。當(dāng)軸向穩(wěn)定懸浮時，磁軸承轉(zhuǎn)子在永久磁鐵產(chǎn)生的靜磁場吸力下處于懸浮的中間位置，也稱這個位置為參考位置。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子右面的氣隙Z1*和轉(zhuǎn)子左面的氣隙Z2處是相等的，此時左右吸力相等。如果在此平衡位置時轉(zhuǎn)子受到一個向右的外擾力，轉(zhuǎn)子就會偏離參考位置向右運(yùn)動，造成永久磁鐵產(chǎn)生的左右氣隙的磁通變化(假設(shè)徑向在平衡位置)，即左面的氣隙增大，使永磁體產(chǎn)生的磁通ΦΡΜζ2減少，右面的氣隙減少，使永磁體產(chǎn)生的磁通ΦΡΜζ1增加。由于外擾力使轉(zhuǎn)子向右運(yùn)動，此時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離其參考位置的位移量，控制器將這一位移信號轉(zhuǎn)變成控制信號，功率放大器又將此控制信號變換成控制電流，這個電流經(jīng)電磁鐵線圈繞組使鐵芯內(nèi)產(chǎn)生電磁磁通ΦΖΕΜ，在轉(zhuǎn)子左面的厶處由勵磁磁通和永磁磁通的流向相同，與永磁磁通ΦΡΜζ2疊加，使氣隙Z2處總的磁通增加，即Φζ2= Φ ΡΜζ2+ΦΖΕΜ;勵磁磁通Φ ΖΕΜ在右面...