[發明專利]一種基于新型磁斥力混合磁軸承的外轉子車載飛輪儲能裝置

有效

• 申請號: 201811183942.2
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109378930B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 楊恒坤;張維煜;程玲;朱鵬飛;王健萍;張林東;朱熀秋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K7/09;F16C32/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于新型磁斥力混合磁軸承的外轉子車載飛輪儲能裝置，包括密封真空殼體，殼體內部自上而下設有三自由度磁斥力磁軸承、外轉子電動機/發電機、二自由度磁斥力磁軸承；三自由度磁斥力磁軸承的定子、外轉子電動機\發電機的定子以及二自由度磁斥力磁軸承的定子組成定子軸系并貫穿殼體內部；飛輪輪轂緊密連接外轉子電動機/發電機轉子外緣，飛輪輪轂內壁與三自由度磁斥力磁軸承的轉子外壁及二自由度磁斥力磁軸承的轉子外壁緊密貼合；本發明基于設計的新型磁斥力軸承，將飛輪巧妙的與電機轉子、磁軸承轉子整合成一個整體，相比于內轉子飛輪電池分散設計，極大地減小了飛輪電池的體積。

技術領域

本發明涉及用于電動汽車的車載飛輪電池(也稱飛輪儲能裝置)領域，具體是采用五自由度混合磁軸承作為磁懸浮支承的車載飛輪電池。

背景技術

隨著經濟社會的發展，我國的汽車保有量逐年上升。其中燃油汽車對能源的消耗和環境的污染日趨嚴重。推廣以低耗能，無污染為特點的新能源電動汽車成為解決這一問題的重要手段。因此，電動汽車具有廣闊的發展前景。目前，電動汽車的動力電池主要是化學電池。由于化學電池比能、比功率低，充電時間長，壽命短等缺點，一直制約著化學電池的發展。而飛輪電池作為一種機械儲能電池，克服了化學電池上述諸多缺點，是電動汽車理想的動力電池。

為了減少摩擦損耗，飛輪電池主要采用磁懸浮軸承作為轉軸的支撐裝置，從而極大地提高了飛輪電池的儲能效率。由于磁軸承磁極和轉子間是非接觸狀態，磁懸浮軸承是通過磁懸浮力使轉軸懸浮在平衡位置，從而導致磁軸承和轉子間的剛度往往達不到理想要求。目前大多數混合磁軸承是通過永磁體提供偏置磁通，單一的永磁體磁極很難提供足夠的磁場密度，往往需要特殊的永磁材料才能提供足夠的磁場密度，從而提高了制造的成本。

此外，目前大多數飛輪電池采用內轉子電機作為電動機/發電機，結構集成度比較低，體積相對較大。不利于在電動汽車狹小的空間安裝。而外轉子電機具有轉動慣量大，散熱好，以及軸向尺寸緊湊等優點。因此，有必要設計一種外轉子飛輪電池。

發明內容

本發明的目的為了提供一種足夠剛度的磁軸承，提出一種新型的磁斥力磁軸承用于飛輪儲能電池。以外轉子電機作為飛輪電池的電動機/發電機，并且將飛輪、磁軸承的轉子和電機轉子結合在一起，進一步提高飛輪電池內部結構集成度，以致減小飛輪電池整體的體積，從而有利于在電動汽車上使用。

本發明的目的是采用以下技術方案來實現的：包括固定在基座上，由一個上端蓋、下端蓋、機身構成的立式密封真空殼體。殼體內部自上而下分別分布有三自由度磁斥力磁軸承、外轉子電動機\發電機、二自由度磁斥力磁軸承；三自由度磁斥力磁軸承定子、外轉子電動機\發電機的定子以及二自由度磁斥力磁軸承定子組成的定子軸系貫穿殼體內部。在上端蓋和下端蓋分別設有兩個轉軸固定部件使得定子軸系始終處于中心位置。飛輪輪轂同軸緊密安裝在外轉子電動機/發電機轉子的外緣，飛輪輪轂外緣的外壁纏繞碳纖維復合材料T300，同時飛輪輪轂外緣的內壁與三自由度磁斥力磁軸承及二自由度磁斥力磁軸承的轉子外壁緊密貼合。由此，將整個裝置包含在飛輪電池的殼體中，增大了飛輪的體積、重量，從而增大飛輪的儲能量。

進一步說明的是，磁斥力三自由度磁軸承及磁斥力二自由度磁軸承中的永磁體采用兩塊永磁體同性磁極安裝在磁軸承轉子磁極的兩側，由于同性相斥的原理，部分磁密沿著磁斥力三自由度磁軸承轉子磁極進入磁軸承定子，而從產生偏置磁通，使得轉子穩定懸浮。當轉子偏離平衡位置時，設置在磁斥力三自由度磁軸承的定子中的徑向控制線圈和磁斥力二自由度磁軸承的定子的徑向控制線圈共同作用控制著飛輪轉子徑向上4個自由度，磁斥力三自由度磁軸承的定子中軸向控制線圈飛輪轉子軸向上1個自由度，從而實現飛輪在五自由度上的穩定懸浮。

本發明與現有技術相比的有益效果在于：

1、本發明采用的電動機、發電機為外轉子結構，充分利用了外轉子電機的轉動慣量大、散熱好、以及軸向尺寸緊湊等優點，將飛輪巧妙的與電機轉子、磁軸承轉子整合成一個整體，相比于內轉子飛輪電池分散設計，極大地減小了飛輪電池的體積。