[发明专利]一种车载飞轮电池用五自由度混合磁轴承

说明书

本发明公开一种车载飞轮电池用五自由度混合磁轴承，圆柱体的转子外同轴套有轴向定子和径向定子，径向定子由沿轴向上同轴布置且轭部连为一体的上部径向定子和下部径向定子组成，上下轭部形成径向定子极腔；上部径向定子的轭部上端和下部径向定子的轭部下端各沿圆周方向均匀布置三个径向定子极，每个径向定子极上绕有径向控制线圈；每个径向定子极内端表面为正对着转子的圆弧柱面；轴向定子同轴套在转子外正中间，轴向定子腔内是紧贴其内壁且套在转子外的轴向控制线圈，转子正中间外紧密套有拉力盘，轴向定子与拉力盘之间有轴向气隙，轴向定子外的正中间同轴紧密套环形永磁体；采用五自由度集成结构，缩短了轴的长度，有效抑制转子的陀螺效应。

技术领域

本发明属于非机械接触式磁悬浮轴承，特别适用于对车载飞轮电池的悬浮支撑。

背景技术

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，其具有充电效率高、比能量、比功率大、质量小、无污染寿命长等优势。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。磁轴承作为飞轮电池的支撑部件，其大小对于飞轮电池的体积影响很大。期刊《机械设计与制造》，卷期号1001-3997（2007）06-0057-03，作者：朱熀秋、陈艳、谢意志，磁悬浮轴承结构与磁路分析，介绍了现有的磁悬浮轴承按受控自由度大致可分为单自由度磁悬浮轴承、径向二自由度磁悬浮轴承以及三自由度径向-轴向混合磁轴承。通过以上几种进行不同组合可构成四自由度、五自由度磁悬浮支撑系统。因此传统飞轮电池在空间上实现五自由度稳定悬浮通常通过至少两个磁悬浮轴承的非接触式支撑被固定在真空空间内。这样，飞轮主轴的长度相对较长，势必会导致飞轮电池的体积过大，同时，飞轮主轴的长度是影响转轴所受陀螺力矩的重要因素。由于磁轴承在车载飞轮电池中除承受飞轮转子自身重量外，还承受飞轮受高速旋转飞轮产生的陀螺效应力。因此，必须缩短飞轮主轴的长度，才能有效减少车载飞轮电池的陀螺效应。

发明内容

本发明的目的为减小车载飞轮电池的体积对电动汽车空间的影响，同时减少在复杂路况下飞轮电池的陀螺效应，提出一种轴向长度相对较短、集成度高、陀螺效应得到有效抑制的新型车载飞轮电池用五自由度混合磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：圆柱体的转子外同轴套有轴向定子和径向定子，所述径向定子由沿轴向上同轴布置且轭部连为一体的上部径向定子和下部径向定子组成，上下轭部形成径向定子腔；在径向定子腔内，上部径向定子的轭部上端和下部径向定子的轭部下端各自沿圆周方向均匀布置三个径向定子极，每个径向定子极上绕有径向控制线圈；每个径向定子极内端表面为正对着转子的圆弧柱面，圆弧柱面与转子间有径向气隙；轴向定子位于径向定子腔内，同轴套在转子外的正中间，轴向定子具有轴向定子腔，轴向定子腔内是紧贴其内壁且套在转子外的轴向控制线圈；转子的正中间外紧密套有拉力盘，轴向定子与拉力盘之间有轴向气隙；轴向定子外的正中间同轴紧密套一个环形永磁体，环形永磁体径向充磁且与径向定子腔的内壁紧密连接。

进一步地，轴向定子由两个相同的圆盘、一个大圆环体及两个相同的小圆环体而成，圆盘的外径与大圆环体的外径相等，圆盘的内径与小圆环体的内径相等，大圆环体的内径大于小圆环体的外径，两个圆盘沿轴向上下面对面分布且之间同轴连接大圆环体，两个小圆环体同轴套大圆环体内，一个小圆环体一端连接一个圆盘，另一端之间留有轴向距离，这一轴向距离大于拉力盘的轴向厚度，小圆环体和大圆环体之间形成轴向定子腔。

更进一步地，拉力盘的外径大于小圆环体的外径，拉力盘的外边缘伸在轴向定子腔中。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

（1）本发明采用五自由度集成结构，集成度高，缩短了轴的长度，减小了飞轮电池的体积，节约了材料，并有效地抑制了转子的陀螺效应。

（2）由于本发明五自由度集成结构决定了飞轮电池的结构，即飞轮安装于磁轴承上方，电机设置的磁轴承下方，因此系统对磁轴承的轴向悬浮力要求高，承载力大。由于本发明轴向线圈空间大，因此可实现轴向的大承载力。