[发明专利]一种新型飞轮储能装置

权利要求书

1.一种飞轮储能装置，其特征在于：包括真空容器(1)、转轴(2)、永磁径向轴承(3)、飞轮(4)、单绕组外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)、永磁卸载轴承(6)、永磁偏置径向-轴向磁轴承(7)；

所述真空容器(1)内部中心设有转轴(2)；

所述转轴(2)上部嵌套有永磁径向轴承(3)；

所述转轴(2)的中部和下部自上而下依次套装飞轮(4)、单绕组外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)、永磁偏置径向-轴向磁轴承(7)；

所述飞轮(4)下端内侧嵌套有单绕组外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)，所述单绕组外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)为外转子(501)结构，与内部的定子(502)同心同轴向长度，所述飞轮(4)固定连接在所述单绕组外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)的外转子上；所述飞轮(4)下端凸起与真空容器(1)之间安装有永磁卸载轴承(6)；

所述永磁卸载轴承(6)同转轴(2)下端的永磁偏置径向-轴向磁轴承(7)相配合，保证转轴(2)轴向稳定悬浮，同时提供转轴(2)的径向两自由度悬浮支承，所述单绕组外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)完成径向另外两个自由度的悬浮和电动/发电功能，实现五自由度全悬浮的飞轮储能。

2.如权利要求1所述一种飞轮储能装置，其特征在于：所述单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)为双凸极结构，等距等极弧宽，外转子(501)等距等极弧宽，定子(502)上有等间隔30°设置的12个相等极弧宽凸极齿，外转子(501)上有间隔45°设置的8个相等极弧宽凸极齿，所述飞轮(4)直接嵌套在外转子(501)上，所述转轴(2)从飞轮(4)中心穿出并与飞轮(4)相连，无需机械传动装置，转子即可直接驱动飞轮(4)。

3.如权利要求1或2所述一种飞轮储能装置，其特征在于：所述单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机(5)的每个定子凸极齿上仅有一套绕组(503)，该绕组(503)可以同时提供转矩力和悬浮力，相差90°的4套转矩/悬浮绕组(503)构成一相，且每套绕组独立控制，其中绕组A₁，A₂，A₃，A₄构成A相转矩/悬浮绕组，绕组B₁，B₂，B₃，B₄构成B相转矩/悬浮绕组，绕组C₁，C₂，C₃，C₄构成C相转矩/悬浮绕组，共有三相；每套绕组可以同时提供电动的转矩力和转子悬浮的悬浮力，B₁，C₁分别位于A₁顺时针30°和60°处，B₂，C₂分别位于A₂顺时针30°和60°处，B₃，C₃分别位于A₃顺时针30°和60°处，B₄，C₄分别位于A₄顺时针30°和60°处。

4.如权利要求1所述一种飞轮储能装置，其特征在于：所述永磁卸载轴承(6)包括上磁环(601)，下磁环(602)，硅钢片(603)，上磁环(601)两侧贴有硅钢片(603)，固连在飞轮(4)上，下磁环(602)两侧贴有硅钢片(603)，固连在真空容器(1)上，上磁环(601)与下磁环(602)之间有一定的气隙。

5.如权利要求1所述一种飞轮储能装置，其特征在于：所述永磁径向轴承(3)采用轴向磁化或径向磁化，为同圆心，同等轴向长度的内外双磁环；内磁环(301)两侧贴有硅钢片(302)，固连内环压板(303)，内环压板(303)固连转轴(2)，外磁环(305)两侧贴有硅钢片(302)，固连外环压板(304)，外环压板(304)固连真空容器(1)；内磁环(301)与外磁环(305)之间有一定的气隙。

6.如权利要求1所述一种新型的飞轮储能装置，其特征在于：所述永磁偏置径向-轴向磁轴承(7)包括：轴向定子(701)、轴向控制线圈(702)、轴承转子(705)、径向控制线圈(706)、轴向控制线圈(702)、径向定子(707)、永磁环(708)；轴向定子(701)固连真空容器(1)，两个轴向控制线圈(702)固连在轴向定子(701)内侧，径向定子(707)沿圆周90°均匀分布，每个径向定子(707)均叠绕径向控制线圈(706)，永磁环(708)径向充磁嵌在轴向定子(701)和径向定子(707)的交接处，轴承转子(705)与径向定子(707)之间留有径向气隙(704)，轴承转子(705)与轴向定子(701)之间留有轴向气隙(703)；两个轴向控制线圈(702)，四个径向控制线圈(706)绕组均通直流电。