[實用新型]分體式磁懸浮開關磁阻電機支承與傳動的飛輪電池

有效

• 申請號: 201220285440.2
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN202713053U
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 項倩雯;孫玉坤;嵇小輔;張新華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02N15/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本實用新型涉及飛輪電池（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。

背景技術

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。

發明內容

本實用新型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。

本實用新型采用的技術方案是：本發明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，本實用新型的有益效果是：?

1、本實用新型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、本實用新型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、本實用新型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1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1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。