[发明专利]一种低损耗高速一体化飞轮储能电机

权利要求书

1.一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，包括飞轮外转子(1)、励磁永磁体(2)、内转子(3)、电机轴承和空芯定子(8)，

所述飞轮外转子(1)用于旋转时储存能量，其内侧表贴励磁永磁体(2)，为电机提供励磁磁场；

所述飞轮外转子(1)内部放置空芯定子(8)，空芯定子(8)中的气隙绕组沿转轴方向排布，电机轴承包括磁悬浮轴承(4)和螺旋槽轴承(6)，内转子(3)底部连接螺旋槽轴承(6)的转动部分，内转子(3)的凸台上部连接磁悬浮轴承(4)的转动部分；

所述内转子(3)为中部有环形凸台的圆柱状结构，通过凸台与飞轮外转子(1)固定连接。

2.如权利要求1所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述飞轮储能电机还包括：绑扎套筒(5)、辅助轴承(7)、水冷却导管(9)、底座(10)、端盖(11)和外壳(12)，飞轮储能电机的结构为双气隙或者单气隙。

3.如权利要求2所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述飞轮储能电机的结构为双气隙时，空芯定子(8)内外侧有两个气隙，凸台上部连接磁悬浮轴承(4)的转动部分，在内转子(3)顶部凸出一个柱形转轴，套在辅助轴承(7)内侧，凸台下部柱状体深入筒状空芯定子(8)内部，底部到达飞轮外转子(1)下缘；空芯定子(8)为圆筒状结构，位于内转子(3)凸台下侧，内转子(3)与飞轮外转子(1)之间，通过底部固定安装在底座(10)上；底座(10)为中空长方体结构，底座中部有螺旋槽轴承(6)的非旋转部分，绕组的接线端经过空芯定子(8)与底座(10)的连接处接入底座(10)中，再引出到电机外；端盖(11)为圆盘结构与中间有凸出圆筒的结合体，圆盘用于盖住电机端部，空芯定子(8)内侧固定安装有磁悬浮轴承(4)的非旋转部分和辅助轴承(7)。

4.如权利要求2所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述飞轮储能电机的结构为单气隙时，空芯定子(8)外侧有一个气隙，所述内转子(3)为中部有环形凸台的圆柱状结构，通过凸台与飞轮外转子(1)固定连接，凸台上部连接磁悬浮轴承(4)的转动部分，在内转子(3)顶部凸出一个柱形转轴，套在辅助轴承(7)内侧，凸台下部柱状体不深入筒状空芯定子(8)内部，底部到达励磁永磁体(2)上缘，不经过电机内部；空芯定子(8)为圆柱状结构，位于飞轮外转子(1)内侧，其顶部安装有螺旋槽轴承(6)的非旋转部分，底部固定在底座上(10)上；底座(10)、端盖(11)与双气隙结构相同。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述励磁永磁体(2)采用Halbach的充磁排布方式，任一点的充磁方向由以下公式确定，

θm＝(1+p)θi

其中，θm为励磁永磁体内一点在柱坐标系下充磁方向与x轴之间的角度，θi为该点在柱坐标系下的角度，p为极对数。

6.如权利要求1-4任意一项所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述磁悬浮轴承(4)分为旋转与非旋转两部分，两部分均由环状永磁体构成，旋转部分位于内转子(3)表面，非旋转部分位于端盖(11)圆筒结构内侧，两部分永磁体充磁方向相反，产生排斥力。

7.如权利要求1-4任意一项所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述磁悬浮轴承(4)的旋转部分外侧设有绑扎套筒(5)，飞轮外转子(1)为圆筒状结构。

8.如权利要求1-4任意一项所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述螺旋槽轴承(6)分为旋转和非旋转两部分，旋转部分固定在内转子(3)底部，为表面刻有螺旋纹路的圆锥结构，非旋转部分固定在底座(10)上，为有锥状凹槽的柱体结构，螺旋槽轴承(6)内部填充润滑剂。

9.如权利要求1-4任意一项所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述空芯定子(8)是将气隙绕组排列好后用环氧树脂浇注固化而成。

10.如权利要求1-4任意一项所述的一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，其特征在于，所述气隙绕组端部靠近底座(10)一侧周围设有水冷却导管(9)，用于冷却电机。