[发明专利]采用五自由度混合磁轴承的车载飞轮电池

说明书

本发明公开一种采用五自由度混合磁轴承作为磁悬浮支承的车载飞轮电池，在密闭真空腔室的内部正中间设有五自由度混合磁轴承，该磁轴承正中间的磁轴承转轴外同轴紧密套有磁轴承转子，磁轴承转子的轴向正中间外紧密套有拉力盘，拉力盘外固定套有飞轮，定子极上绕有径向控制线圈，轴向定子内设轴向控制线圈；外壳顶面外正中间是电动机/发电机，电机转轴从上至下伸入外壳内同轴固定连接所述磁轴承转轴上端；将拉力盘与飞轮整合为一个整体，进一步缩短了飞轮电池的轴向长度，陀螺效应得到有效抑制，五自由度混合磁轴承是将两个单片三自由度混合磁轴承整合到一起，以镜面对称的方式分布在拉力盘的两侧，控制精度高。

技术领域

本发明涉及用于电动汽车的车载飞轮电池（也称飞轮储能装置）领域，具体是采用五自由度混合磁轴承作为磁悬浮支承的车载飞轮电池。

背景技术

目前制约电动汽车发展的主要难题是车载动力电池的性能。车载飞轮电池是利用磁悬浮支承和飞轮的旋转惯量来实现能量存储的，其充电效率高、比能量、比功率大、质量小、无污染且寿命长。由于电动汽车空间有限，因此对飞轮电池的体积的要求就相对比较高，而磁悬浮轴承是对飞轮电池提供支撑的关键部件，其体积大小直接影响飞轮电池的体积。

目前车载飞轮电池的瓶颈主要在飞轮转轴的陀螺效应难以克服。当飞轮电池受到外界干扰时，由于飞轮电池固有的“有轴”结构，不可避免会引起陀螺效应。尤其对于车载飞轮电池，在遇到启动、急停、转弯等动作时，都会引起飞轮轴在约束方向上受到很大的陀螺力矩，从而使飞轮轴承受到很大的附加压力，陀螺效应更加难以控制。而通过缩短飞轮转子轴向长度可有效减小飞轮转子的陀螺效应。现有的飞轮电池所采用的磁悬浮支撑系统大多采用二自由度和三自由度组合以实现转子五自由度平衡。这种结构设计集成度不高，导致转子轴向长度过长，陀螺效应更加明显。

发明内容

本发明的目的为了最大限度减小飞轮电池的陀螺效应，提出一种集成五自由度混合磁轴承、减小飞轮转子的轴向长度、结构紧凑、从结构上减小飞轮转子陀螺效应的车载飞轮电池。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的：包括一个由外壳、上端盖和下端盖形成的密闭真空腔室，在密闭真空腔室的内部正中间设有五自由度混合磁轴承，该磁轴承正中间是磁轴承转轴，磁轴承转轴外同轴紧密套有磁轴承转子，磁轴承转子的轴向正中间外紧密套有拉力盘，拉力盘外固定套有飞轮，磁轴承转子外还有间隙地套径向定子、轴向定子和环形永磁体，径向定子的定子极上绕有径向控制线圈，轴向定子内设轴向控制线圈，环形永磁体轴向充磁；外壳顶面外正中间是电动机/发电机，电动机/发电机正中间是电机转轴，电机转轴从上至下伸入外壳内同轴固定连接所述磁轴承转轴上端。

进一步地，当电机转轴转动，带动磁轴承转子、拉力盘和飞轮共同转动，所述环形永磁体提供偏置磁场，飞轮被动悬浮转动；当飞轮驱动拉力盘、磁轴承转子和电机转轴共同转动，对轴向控制线圈通直流电，控制磁轴承转子和电机转轴轴向一个自由度，对径向控制线圈通交流电，控制磁轴承转子和电机转轴径向上四个自由度。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

1、本发明将拉力盘与飞轮通过过盈配合整合为一个整体，不多占用轴向位置，进一步缩短了飞轮电池的轴向长度，飞轮电池的陀螺效应得到有效抑制，并且节约了材料，降低了飞轮电池的质量。

2、本发明所采用的五自由度混合磁轴承是将两个单片三自由度混合磁轴承整合到一起，以镜面对称的方式分布在拉力盘的两侧，实现五自由度控制，集成度高，控制精度高。

3、本发明飞轮电池的电机是设置在外壳的外部而非将电动机/发电机整合到飞轮电池外壳的内部，这样的设计降低了飞轮电池的加工难度，便于飞轮电池的检修与维护。

4、本发明将磁轴承和飞轮密封在一个真空外壳中，消除了空气摩擦对飞轮所带来的损耗。