[發明專利]一種定子混合勵磁飛輪儲能電機

有效

• 申請號: 202011372896.8
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112398269B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 葉才勇;余德鉆
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K5/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種定子混合勵磁飛輪儲能電機，屬于電能存儲技術領域，包括：飛輪轉子以及環繞設置在飛輪轉子外側的定子鐵芯、電樞繞組；以及分別設置在飛輪轉子上、下兩側的上端蓋和下端蓋；沿徑向由外向內依次分布的上勵磁繞組、上鐵磁環、上永磁環；沿徑向由外向內依次分布的下勵磁繞組、下鐵磁環。儲能保持期間，上永磁環在飛輪轉子上產生軸向向上的電磁力，減小軸承負荷；充放電期間，勵磁繞組和上永磁環混合勵磁為飛輪儲能電機提供工作磁場，同時為飛輪轉子提供軸向向上電磁力。如此，本發明的電機拓撲結構能夠減小軸承負荷和損耗，降低儲能保持期間電磁損耗，提升儲能效率，并且電機整體結構堅固耐用、簡單可靠、待機損耗低、性價比高。

技術領域

本發明屬于電能存儲技術領域，更具體地，涉及一種定子混合勵磁飛輪儲能電機。

背景技術

隨著能源的經濟化和可持續化發展，電能存儲飛輪儲能技術由于對環境友好、充放電時間短、壽命長、儲能密度高等優點，逐漸成為人們研究的熱點。

飛輪儲能電機是系統能量轉換的核心部件，其性能優劣直接影響了整個飛輪儲能系統的性能。飛輪儲能電機通常需要工作在高速下，因此要求電機轉子具有高機械強度和高可靠性。永磁電機由于轉子無刷，效率高等特點，在飛輪儲能系統中應用廣泛。但是，在飛輪儲能系統處于儲能保持期間時，永磁磁場會在電機中產生一定的鐵耗，這將會不斷消耗飛輪中儲存的能量，且轉子轉速越高，其損耗越大，降低了飛輪儲能系統整體能量轉換的效率。如何提高飛輪儲能的能量利用率，是一個急需解決的問題。

飛輪轉子一般質量和轉動慣量較大，因此對軸承具有很高的要求。飛輪儲能系統往往采用磁懸浮軸承的方式，以減小飛輪轉子高速旋轉下的損耗，但是磁懸浮軸承的控制方式復雜，成本高，并且增加了電機的軸向長度，影響轉子的動力力學特性，并且導致飛輪儲能系統緊湊性欠佳。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種定子混合勵磁飛輪儲能電機，其目的在于通過磁路創新，使得飛輪儲能系統在儲能待機運行時，永磁磁場主要用于給飛輪轉子提供軸向向上的電磁力，定子鐵耗與轉子渦流損耗低，且軸承負荷和摩擦損耗小，電機運行穩定性高；充放電運行時，通過混合勵磁的方式，在為電機提供氣隙磁場的同時，保持飛輪轉子受到的電磁力不變，仍然達到減小軸承負荷和摩擦損耗的效果。

為實現上述目的，本發明提供了一種定子混合勵磁飛輪儲能電機，包括飛輪轉子以及環繞設置在所述飛輪轉子外側的定子鐵芯、電樞繞組，其特征在于，還包括：

分別設置在飛輪轉子上、下兩側的上端蓋和下端蓋；

機殼，所述機殼固定在所述上端蓋和下端蓋之間，并且環繞在所述定子鐵芯的外側；

上勵磁繞組、上鐵磁環、上永磁環，所述上勵磁繞組、上鐵磁環、上永磁環沿徑向由外向內依次分布，或者，所述上勵磁繞組、上永磁環、上鐵磁環沿徑向由外向內依次分布；其中，所述上鐵磁環、上永磁環固定在所述上端蓋上，且與所述飛輪轉子上表面形成氣隙；

下勵磁繞組、下鐵磁環，所述下勵磁繞組、下鐵磁環沿徑向由外向內依次分布；其中，所述下鐵磁環固定在所述下端蓋上，且與所述飛輪轉子下表面形成氣隙。

進一步地，所述上端蓋、下端蓋與所述機殼連接處設置有環形密封圈。

進一步地，所述上勵磁繞組、下勵磁繞組分別固定在所述上端蓋、下端蓋上，或者所述機殼的上部和下部。

進一步地，所述飛輪儲能電機還包括：轉軸和軸承，所述轉軸兩端部通過所述軸承分別與所述上端蓋和下端蓋連接，且所述轉軸兩端部以及所述軸承均內嵌在上端蓋和下端蓋中；所述飛輪轉子和轉軸為非一體化結構。

進一步地，所述轉軸由非鐵磁材料構成；所述飛輪轉子、機殼、上端蓋、下端蓋均由鐵磁材料構成。