一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置，飛輪轉軸的上端和下端之間依次套有永磁卸載軸承、磁懸浮開關磁阻電機、飛輪轉子、混合磁軸承，永磁卸載軸承卸載飛輪轉軸軸向重量；下端混合磁軸承克服飛輪轉軸剩余重量和動載荷，保證飛輪轉軸軸向穩定懸浮，同時提供飛輪轉軸徑向兩自由度懸浮支承，磁懸浮開關磁阻電機完成徑向另外兩個自由度的懸浮和電動/發電功能；利用磁懸浮開關磁阻電機高速電動/發電運行優勢和自懸浮功能，有機結合永磁卸載軸承和混合磁軸承強卸載和可控懸浮特點，實現了飛輪五自由度低損耗、高可靠懸浮，且提高飛輪運行速度，降低系統功耗和體積。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于電能存儲
，尤其涉及一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置，特別適用于不間斷電源、軌道交通和電力工程等領域。
技術介紹
隨著新能源、智能電網和電動汽車等新興產業的快速發展，儲能技術成為當今世界一個重要的研究課題。目前，全球儲能代表技術有抽水儲能、壓縮空氣儲能、蓄電池儲能、超導儲能、超級電容儲能及飛輪儲能等，其中飛輪儲能是將電能轉化為飛輪的旋轉動能加以儲存的一種物理儲能技術，具備儲能密度大、轉換效率高、使用壽命長、充放電快捷、清潔無污染等優點。特別適合不間斷電源、軌道交通和電力工程等領域。飛輪儲能技術在工程化實現時，由于自身高速運行特點，給支承軸承和傳動電機 提出高性能要求。為了減少飛輪儲能裝置自身能量損耗，通常采用磁懸浮和真空技術。而飛輪儲能裝置用電機主要有感應電機、永磁電機和開關磁阻電機。其中感應電機固有能耗大、調速范圍窄、能量轉換效率低。而永磁電機高速運行磁滯損耗大、嵌/貼有永磁體的轉子機械強度差、永磁體高溫下退磁現象嚴重。相比之下，開關磁阻電機定、轉子采用雙凸極結構，轉子無繞組/導條和永磁體，具備結構簡單牢固、機械強度大、調速范圍寬、運行效率高、臨界轉速高、空載幾乎無損耗等一系列其它電機無法比擬的優點，特別適用于高速、超高速運行的飛輪儲能裝置。但是目前飛輪儲能裝置多采用相互獨立的傳動與支承部件，存在許多不足，由于未全面考慮飛輪儲能裝置的綜合性能要求，未找到懸浮支承和傳動電機的最佳結構方案，未形成完善的懸浮支承和傳動電機的結構，使得飛輪儲能裝置的成本和效率遠未達到理想情況。因此，如何將懸浮支承與傳動電機相結合，優化復合懸浮支承和高速傳動電機的結構方案，降低飛輪儲能系統運行損耗和成本，提高運行效率和可靠性是目前高效飛輪儲能裝置迫切需要解決的關鍵問題。
技術實現思路
本技術的目的是提出一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置，將懸浮支承與傳動電機相結合，利用磁懸浮開關磁阻電機高速運行優勢和自懸浮功能，能提高飛輪極限轉速和動態性能，降低支承功耗、成本和體積，降低飛輪儲能系統運行損耗，提高運行效率和可靠性。為實現上述目的，本技術采用的技術方案是包括外殼、飛輪轉子和飛輪轉軸，飛輪轉軸的上端和下端之間依次套有永磁卸載軸承、磁懸浮開關磁阻電機、飛輪轉子、混合磁軸承；所述磁懸浮開關磁阻電機為三相12/8雙凸極結構，包括轉矩繞組、懸浮繞組、電機定子和電機轉子，電機轉子固連飛輪轉軸，電機定子固連外殼，電機定子和電機轉子之間留有0. 5_徑向氣隙，轉矩繞組和懸浮繞組疊繞在電機定子上，懸浮繞組靠近電機轉子側，轉矩繞組靠近電機定子軛側。所述永磁卸載軸承包括上導磁體、下導磁體、內永磁環、中永磁環和外永磁環,上導磁體固連外殼內壁，下導磁體固連飛輪轉軸，在上導磁體和下導磁體之間且沿飛輪轉軸的徑向由內而外間隔設置等厚度且同軸心并排固連上導磁體的內永磁環、中永磁環和外永磁環，內永磁環和外永磁環沿飛輪轉軸的軸向負方向充磁，中永磁環環沿飛輪轉軸的軸向正方向充磁，中永磁環軸向充磁面積等于內永磁環和外永磁環軸向充磁面積之和；下導磁體與永磁環之間留有Imm軸向氣隙。所述混合磁軸承包括軸向定子、徑向定子、軸承轉子、徑向控制線圈、軸向控制線圈和徑向永磁環；徑向永磁環徑向充磁，軸向定子固連外殼，2個軸向控制線圈固連軸向定子，徑向定子沿圓周120度均勻分布,每個徑向定子均疊繞徑向控制線圈,徑向永磁環嵌在軸向定子和徑向定子的交接處，軸承轉子與徑向定子之間留有0. 5_的徑向氣隙，軸承轉子與軸向定子之間留有0. 5mm的上軸向氣隙和下軸向氣隙；2個軸向控制線圈通直流電,3個徑向控制線圈繞組通三相交流電。與現有技術相比，本技術的有益效果是 (I)軸向長度縮短、臨界轉速提高該裝置采用磁懸浮開關磁阻電機提供主動型徑向支承力和旋轉力，可省去一個徑向磁軸承，使得轉子軸向長度縮短，有利于提高系統臨界轉速。(2)結構堅固、適合高速運行整個裝置的結構簡單，尤其轉子無永磁體僅為導磁鐵心，結構簡單堅固，便于高速、超高速運行，有利于提高飛輪的極限轉速，進而提高該飛輪儲能系統的儲能容量。(3)減少體積和成本，降低系統功耗利用永磁卸載軸承實現軸向卸載，混合磁軸承只需克服轉軸剩余重量和動載荷，同時采用永磁卸載軸承和混合磁軸承并利用磁懸浮開關磁阻電機實現飛輪轉軸的五自由度低功耗高可靠全懸浮，降低了裝置體積、成本和功耗。附圖說明圖I為本技術所述的一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置結構示意圖；圖I中標號名稱1、外殼；2、上輔助軸承；3、永磁卸載軸承；4、磁懸浮開關磁阻電機；5、飛輪轉子；6、混合磁軸承；7、下輔助軸承；8、飛輪轉軸。圖2為圖I中永磁卸載軸承3的結構放大示意圖；圖2中標號名稱301、上導磁體；302、下導磁體；303、內永磁環；304、中永磁環；305、外永磁環。圖3為圖I中磁懸浮開關磁阻電機4的俯視放大示意圖；圖3中標號名稱401、轉矩繞組；402、懸浮繞組；403、電機定子；404、電機轉子。圖4為圖I中混合磁軸承6的結構放大示意圖；圖4中標號名稱601、軸向定子；602、徑向定子；603、軸承轉子；604、徑向控制線圈；605、軸向控制線圈；606、徑向永磁環。圖5為圖4的俯視圖。具體實施方式如圖I所示，本技術包括外殼I、上輔助軸承2、永磁卸載軸承3、磁懸浮開關磁阻電機4、飛輪轉子5、混合磁軸承6、下輔助軸承7和飛輪轉軸8。飛輪轉軸8的上下兩端分別設置在上輔助軸承2和下輔助軸承7上，上輔助軸承2和下輔助軸承7分別固定在外殼I的上下兩端。飛輪轉軸8的上端和下端之間依次套裝永磁卸載軸承3、磁懸浮開關磁阻電機4、飛輪轉子5、混合磁軸承6。飛輪轉子5固定套接在飛輪轉軸8上。上端的永磁卸載軸承3卸載飛輪轉軸8的軸向重量，下端的混合磁軸承6配合永磁卸載軸承3克服飛輪轉軸8剩余重量和動載荷，保證飛輪轉軸8軸向穩定懸浮，同時提供飛輪轉軸8徑向兩自由度懸浮支承，而磁懸浮開關磁阻電機4完成徑向另外兩個自由度的懸浮和電動/發電功能，實現五自由度全懸浮的飛輪儲能裝置。如圖2所示，本技術所采用的永磁卸載軸承3包括上導磁體301、下導磁體302、內永磁環303、中永磁環304和外永磁環305,上導磁體301固定在外殼I內壁上，下導磁體302固定在飛輪轉軸8上，在上導磁體301和下導磁體302之間沿飛輪轉軸8的徑 向由內而外間隔設置內永磁環303、中永磁環304和外永磁環305，內永磁環303、中永磁環304和外永磁環305等厚度且同軸心并排固定在上導磁體301上。內永磁環303和外永磁環305沿飛輪轉軸8的軸向負方向充磁，中永磁環304環沿軸向正方向充磁，中永磁環304軸向充磁面積等于內永磁環303和外永磁環305軸向充磁面積之和，永磁環可以采用但不限于汝鐵硼材料，上導磁體301和下導磁體302是可以采用但不限于導磁性能優良的合金鋼材料制成，下導磁體302與3個永磁環之間均留有Imm軸向氣隙306 ;三個永磁環提供的偏置磁場在下導磁體302表面產生沿Z軸正向的磁力，實現飛輪轉子5的質量卸載。如圖3所示，本技術所采用的磁懸浮開關磁阻電機4為三相12/8雙凸極結構，位于永磁卸載軸承3和飛輪轉子5之間，包括轉矩繞組401、懸浮繞組40本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置，包括外殼（1）、飛輪轉子（5）和飛輪轉軸（8），其特征是：飛輪轉軸（8）的上端和下端之間依次套有永磁卸載軸承（3）、磁懸浮開關磁阻電機（4）、飛輪轉子（5）、混合磁軸承（6）；所述磁懸浮開關磁阻電機（4）為三相12/8雙凸極結構，包括轉矩繞組（401）、懸浮繞組（402）、電機定子（403）和電機轉子（404），電機轉子（404）固連飛輪轉軸（8），電機定子（403）固連外殼1，電機定子（403）和電機轉子（404）之間留有0.5mm徑向氣隙（406），轉矩繞組（401）和懸浮繞組（402）疊繞在電機定子（403）上，懸浮繞組（402）靠近電機轉子（404）側，轉矩繞組（402）靠近電機定子（403）軛側。

【技術特征摘要】
1.一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置，包括外殼(I)、飛輪轉子(5)和飛輪轉軸(8)，其特征是飛輪轉軸(8)的上端和下端之間依次套有永磁卸載軸承(3)、磁懸浮開關磁阻電機(4)、飛輪轉子(5)、混合磁軸承(6);所述磁懸浮開關磁阻電機(4)為三相12/8雙凸極結構，包括轉矩繞組(401)、懸浮繞組(402)、電機定子(403)和電機轉子(404)，電機轉子(404)固連飛輪轉軸(8),電機定子(403)固連外殼I,電機定子(403)和電機轉子(404)之間留有O. 5mm徑向氣隙(406)，轉矩繞組(401)和懸浮繞組(402)疊繞在電機定子(403)上，懸浮繞組(402)靠近電機轉子(404)側，轉矩繞組(402)靠近電機定子(403)軛側。2.根據權利要求I所述的一種采用磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能裝置，其特征是所述永磁卸載軸承(3)包括上導磁體(301)、下導磁體(302)、內永磁環(303)、中永磁環(304)和外永磁環(305),上導磁體(301)固連外殼(I)內壁，下導磁體(302)固連飛輪轉軸(8)，在上導磁體(301)和下導磁體(302)之間且沿飛輪轉軸(8)的徑向由內而外間隔設置等厚度且同軸心并排固連上導磁體(301)的內永磁環(303)、中永磁環(304)和外永磁環(305 )，內永磁環(303 )和外永磁環(305 )沿飛輪轉軸(8 )...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫玉坤，朱志瑩，項倩雯，張新華，周云紅，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：實用新型
國別省市：