氣隙Z2處，由于與永磁磁通Φ ΡΜζ1的流向相反，故在氣隙Z1處的總磁通減少為Φζ? = Φ ΡΜζ1-ΦΖΕΜ。因此，不論轉(zhuǎn)子受到Z正方向還是Z負(fù)方向的外擾動(dòng)，帶位置負(fù)反饋的永磁偏置軸向磁軸承系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子通過控制器控制勵(lì)磁繞組中的電流，調(diào)節(jié)左右氣隙磁通的大小，始終能保持轉(zhuǎn)子在平衡位置。
[0038]圖6是徑向磁軸承的磁路圖，圖中標(biāo)明了 X方向磁通的路徑，ΦΡΜ是永磁環(huán)408產(chǎn)生的靜態(tài)偏置磁通，ΦΧΕΜ是X方向的控制磁通，用同樣的方法可以標(biāo)明Y方向磁通的路徑。徑向懸浮原理與軸向懸浮原理相同。
[0039]綜上，本發(fā)明涉及一種新型飛輪儲(chǔ)能裝置，該裝置由真空容器1、轉(zhuǎn)軸2、徑向-軸向永磁軸承3、飛輪4、單繞組混合外轉(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。飛輪儲(chǔ)能裝置密閉于真空容器1，解決了飛輪工作時(shí)的風(fēng)損，轉(zhuǎn)軸2上端安裝軸向-徑向混合永磁軸承，取代了傳統(tǒng)飛輪裝置中的機(jī)械備用軸承，可以解決因軸承摩擦導(dǎo)致的能量損耗問題，當(dāng)磁懸浮電機(jī)正常工作時(shí)，永磁軸承可以作為備用軸承，實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的軸向重量卸載與自懸浮的同時(shí)還分擔(dān)電機(jī)徑向負(fù)荷；當(dāng)電機(jī)不工作時(shí)，可以作為三自由度徑向-軸向軸承，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸三自由度懸浮。轉(zhuǎn)軸下端采用永磁偏置徑向-軸向磁軸承克服飛輪轉(zhuǎn)軸剩余重量和動(dòng)載荷，保證飛輪轉(zhuǎn)軸軸向穩(wěn)定懸浮，同時(shí)提供飛輪轉(zhuǎn)軸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的外轉(zhuǎn)子可以直接驅(qū)動(dòng)飛輪，省去機(jī)械傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能；每套繞組獨(dú)立控制，除了電動(dòng)/發(fā)電功能外，同時(shí)可以提供徑向兩自由度懸浮力。本發(fā)明利用單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)飛輪特點(diǎn)和高速自懸浮功能，有機(jī)結(jié)合徑向-軸向永磁軸承和混合磁軸承強(qiáng)卸載可控懸浮特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了飛輪五自由度低損耗、高可靠懸浮，且提高飛輪運(yùn)行速度，降低系統(tǒng)功耗和體積。
[0040]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0041]以上對本發(fā)明所提供的一種飛輪儲(chǔ)能裝置，并對此進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理和實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，所要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于:該裝置外層罩有真空容器(I)，所述真空容器(I)內(nèi)部中心設(shè)有轉(zhuǎn)軸(2);所述轉(zhuǎn)軸(2)的上端嵌套有徑向-軸向永磁軸承(3)，所述轉(zhuǎn)軸(2)的下端自上而下依次套裝飛輪(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)，所述轉(zhuǎn)軸(2)從飛輪(4)中心穿出并與飛輪相連，所述飛輪(4)直接嵌套在單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)(5)的外轉(zhuǎn)子上； 所述徑向-軸向永磁軸承⑶上設(shè)有軸向充磁的磁環(huán)，能夠卸載轉(zhuǎn)軸⑵在軸向方向上的重量與實(shí)現(xiàn)徑向懸?。凰鰪较?軸向永磁軸承(3)的磁環(huán)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);所述頂置磁環(huán)(301)、外磁環(huán)(303)、下磁環(huán)(305)固連在真空容器(I)上，所述內(nèi)磁環(huán)(302)和上磁環(huán)(304)固連在轉(zhuǎn)軸(2)上端對稱的軸肩處；內(nèi)磁環(huán)(302)上方為軸向充磁方向相反的頂置磁環(huán)(301)，內(nèi)磁環(huán)(302) —側(cè)為軸向充磁方向相同的外磁環(huán)(303)，上磁環(huán)(304)下方為軸向充磁方向相反的下磁環(huán)(305);內(nèi)磁環(huán)(302)與外磁環(huán)(303)、頂置磁環(huán)(301)之間均有一定氣隙，上磁環(huán)(304)與下磁環(huán)(305)之間有一定有氣隙； 所述永磁偏置徑向-軸向磁軸承(6)配合徑向-軸向永磁軸(3)承克服飛輪轉(zhuǎn)軸剩余重量和動(dòng)載荷，保證軸向穩(wěn)定懸浮，同時(shí)提供轉(zhuǎn)軸的徑向兩自由度懸浮支承； 所述單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)(5)為雙凸極結(jié)構(gòu)，等距等極弧寬，完成徑向另外兩個(gè)自由度的懸浮和電動(dòng)/發(fā)電功能，實(shí)現(xiàn)五自由度全懸浮的飛輪儲(chǔ)能裝置。2.如權(quán)利要求1所述一種飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述單繞組混合外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)(5)包括外轉(zhuǎn)子(201)、定子(202)，所述外轉(zhuǎn)子(201)等距等極弧寬，外轉(zhuǎn)子(201)上有間隔45°設(shè)置的8個(gè)相等極弧寬凸極齒；所定子(202)上有等間隔30°設(shè)置的12個(gè)相等極弧寬凸極齒。3.如權(quán)利要求2所述一種飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述單繞組混合外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)(5)的每個(gè)定子凸極齒上僅有一套繞組(203)，該繞組(503)能夠同時(shí)提供轉(zhuǎn)矩力和懸浮力，相差90°的4套轉(zhuǎn)矩/懸浮繞組(203)構(gòu)成一相，且每套繞組獨(dú)立控制，其中繞組A1, A2，A3，A4構(gòu)成A相轉(zhuǎn)矩/懸浮繞組，繞組B P B2，B3，B4構(gòu)成B相轉(zhuǎn)矩/懸浮繞組，繞組C1, C2, 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(shí)提供電動(dòng)的轉(zhuǎn)矩力和轉(zhuǎn)子懸浮的懸浮力，B1, (^分別位于A:逆時(shí)針30°和60°處，B 2，(:2分別位于A 2逆時(shí)針30°和60。處，B3, (:3分別位于A3逆時(shí)針30。和60。處，B 4，(:4分別位于A 4逆時(shí)針30。和60。處。4.如權(quán)利要求1所述一種飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述徑向-軸向永磁軸承(3)上的各個(gè)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，；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 ;外磁環(huán)(303)的徑向厚度為6mm，軸向厚度為6mm，周長為54mm。5.如權(quán)利要求1所述一種飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述永磁偏置徑向-軸向磁軸承(6)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)； 所述軸向定子(401) —側(cè)固連真空容器(I)，軸向定子(401)內(nèi)部靠近真空容器(I)的一側(cè)上下端嵌有2個(gè)軸向控制線圈(402)，2個(gè)軸向控制線圈(402)之間設(shè)有徑向定子(407)，徑向定子(407)沿圓周90均勻分布，每個(gè)徑向定子(407)的一端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，所述軸承轉(zhuǎn)子(405)固連在轉(zhuǎn)軸(2)上，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) ;2個(gè)軸向控制線圈(402)，4個(gè)徑向控制線圈(406)繞組均通直流電。6.如權(quán)利要求1所述一種飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述飛輪(4)靠近轉(zhuǎn)軸(2)的部分在軸向厚度薄于飛輪(4)的四周邊緣處的厚度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種飛輪儲(chǔ)能裝置，該裝置外層罩有真空容器，所述真空容器內(nèi)部中心設(shè)有轉(zhuǎn)軸；所述轉(zhuǎn)軸的上端嵌套有徑向-軸向永磁軸承，所述轉(zhuǎn)軸的下端自上而下依次套裝飛輪、單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)、永磁偏置徑向-軸向磁軸承，所述轉(zhuǎn)軸從飛輪中心穿出并與飛輪相連，飛輪直接嵌套在單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的外轉(zhuǎn)子上；本發(fā)明利用單繞組外轉(zhuǎn)子磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)飛輪特點(diǎn)和高速自懸浮功能，有機(jī)結(jié)合徑向-軸向永磁軸承和混合磁軸承強(qiáng)卸載可控懸浮特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了飛輪五自由度低損耗、高可靠懸浮，且提高飛輪運(yùn)行速度，降低系統(tǒng)功耗和體積。
【IPC分類】F16C32/04, H02K7/09, H02N15/00, H02K7/02
【公開號】CN105024479
【申請?zhí)枴緾N201510439508
【發(fā)明人】孫玉坤, 劉良田
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月23日