[發(fā)明專利]一種磁懸浮反作用飛輪裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710260005.1
• 申請(qǐng)日: 2017-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN107040082B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓邦成;鄭世強(qiáng);李海濤;劉剛;樂韻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K7/02
• 分類號(hào): H02K7/02;H02N15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種磁懸浮反作用飛輪裝置，由靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分兩部分組成，其特征在于：靜止部分包括徑向磁懸浮軸承(4)的靜止部分、外殼(1)、軸向磁懸浮軸承(7)的靜止部分、保護(hù)軸承(3)、位置傳感器(5)、電機(jī)(6)的定子部分和底座(8)；轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括輪體(2)、徑向磁懸浮軸承(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分、軸向磁懸浮軸承(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分和電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，保護(hù)軸承(3)處于飛輪的中部，保護(hù)軸承(3)與底座(8)連接，在保護(hù)軸承(3)的外側(cè)是徑向磁懸浮軸承(4)，其靜止部分與底座(8)連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分與輪體(2)連接，在徑向磁懸浮軸承(4)的外側(cè)是位置傳感器(5)，位置傳感器(5)與底座(8)連接，在位置傳感器(5)的外側(cè)是電機(jī)(6)，其靜止部分與底座(8)連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分與輪體(2)連接，在電機(jī)(6)的外側(cè)是軸向磁懸浮軸承(7)，其靜止部分與底座(8)連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分與輪體(2)連接，位置傳感器(5)的輸出電信號(hào)與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與徑向磁懸浮軸承(4)的電磁線圈相連，形成電的閉環(huán)回路，底座(8)位于飛輪的最底部，通過徑向磁懸浮軸承保持飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)部分與飛輪的靜止部分的徑向間隙及電機(jī)定轉(zhuǎn)子徑向間隙均勻，通過軸向磁懸浮軸承保持飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)部分與飛輪的靜止部分軸向?qū)R，同時(shí)保持電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子軸向?qū)R；當(dāng)飛輪受到某一因素的干擾后，使飛輪的徑向間隙發(fā)生變化時(shí)，位置傳感器將及時(shí)檢測出間隙的變化，發(fā)出檢測信號(hào)，外加控制器通過增加或減小徑向磁懸浮軸承的電磁線圈的電流，增大或減小徑向混合磁懸浮軸承的電磁力，從而保持飛輪的靜止部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的徑向間隙均勻，消除干擾的影響；當(dāng)飛輪受到某一因素的干擾后，使飛輪的軸向間隙發(fā)生變化時(shí)，軸向磁懸浮軸承增大或減小磁力，從而保持飛輪的靜止部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸向間隙均勻，消除干擾的影響，從而維持飛輪正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，消除了機(jī)械軸承的摩擦力矩，提高了飛輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，因而提高了輸出轉(zhuǎn)矩與角動(dòng)量的比，同時(shí)減小了磁懸浮反作飛輪系統(tǒng)的體積、振動(dòng)噪聲，提高了系統(tǒng)的使用壽命；采用了徑向混合磁軸承技術(shù)和軸向被動(dòng)磁懸浮軸承技術(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，減小了磁懸浮飛輪系統(tǒng)的體積和重量，提高了系統(tǒng)的可靠性；

所述的徑向磁懸浮軸承(4)為永磁偏置、電磁控制的主動(dòng)式磁軸承；

所述的軸向被動(dòng)磁懸浮軸承(7)為永磁被動(dòng)磁軸承；

所述的徑向磁懸浮軸承(4)和軸向被動(dòng)磁懸浮軸承(7)是磁力相等的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，或磁力不相等的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)；

所述的電機(jī)(6)不再含有機(jī)械軸承，徑向磁懸浮軸承(4)、軸向磁懸浮軸承(7)為電機(jī)(6)起到徑向和軸向支撐定位作用；

徑向磁懸浮軸承位于飛輪系統(tǒng)中部，位于徑向位置傳感器(5)和保護(hù)軸承(3)之間，主要由磁懸浮軸承外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(41)、轉(zhuǎn)子鐵心(42)、內(nèi)定鐵心(43)、定子導(dǎo)磁環(huán)(44)、永磁體(45)、激磁線圈(46)組成，其中徑向磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(41)、轉(zhuǎn)子鐵心(42)為轉(zhuǎn)動(dòng)部分，其余為靜止部分；其功能是實(shí)現(xiàn)飛輪系統(tǒng)的定子組件和轉(zhuǎn)子組件之間的徑向非接觸穩(wěn)定懸浮；

飛輪系統(tǒng)所使用的徑向位置傳感器(5)中，它主要由四個(gè)徑向位移傳感器探頭(51、52、53、54)組成，其中第一徑向位移傳感器探頭(51)和第二徑向位移傳感器探頭(52)沿X方向180度放置，用以探測X方向的位置信號(hào)，第三徑向位移傳感器探頭(53)和第四徑向位移傳感器探頭(54)沿Y方向180度放置，用以探測Y方向的位置信號(hào)，這4個(gè)通道的前置放大器和探頭集成一體，可及時(shí)檢測出徑向間隙的變化，發(fā)出檢測信號(hào)給外加控制器，徑向位置傳感器(5)在飛輪系統(tǒng)的徑向磁懸浮軸承的外側(cè)；

電機(jī)(6)為飛輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)子組件的驅(qū)動(dòng)部分，位于飛輪系統(tǒng)徑向位置傳感器的外側(cè)，電機(jī)(6)主要由電機(jī)外轉(zhuǎn)子疊層(61)、電機(jī)磁鋼(62)、電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子疊層(64)、杯形定子(63)組成，其中杯形定子(63)為電機(jī)靜止部分，其余為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，電機(jī)(6)的功能是驅(qū)動(dòng)飛輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子組件高速旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)子組件提供恒定的角動(dòng)量。