[发明专利]一种飞轮电池及其磁悬浮传动系统

说明书

本发明提供了一种飞轮电池及其磁悬浮传动系统，由模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机、真空室、转轴、轴向悬浮系统和飞轮组成，转轴中间位置安装飞轮，转轴顶端安装轴向悬浮系统的转子，轴向悬浮系统的定子安装在真空室顶端；模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机包括依次沿轴向分布的第一8/4双凸极单元、第二8/4双凸极单元、第三8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元，四个8/4双凸极单元分为关于飞轮上下对称的两组，8/4双凸极单元的转子安装在飞轮上，8/4双凸极单元的定子安装在真空室中。本发明具有四自由度径向悬浮、宽悬浮力输出范围、转矩‑径向悬浮解耦以及转矩系统高比功率的优点，提高了悬浮运行可靠性性和转矩系统的功率。

技术领域

本发明属于飞轮电池技术领域，具体涉及一种高集成、高比功率、宽悬浮力输出范围、转矩-悬浮解耦良好的飞轮电池磁悬浮传动系统，可用于电动车辆车载辅助动力、城市轨道交通车载储能、车载空压压缩机、卫星姿态控制等领域。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、控制理论技术的迅猛发展，磁悬浮技术为飞轮电池注入了新的生命，飞轮电池作为一种物理储能方式，具有环境友好性强、循环寿命长、免维护等优势，作为储能单元在电动车辆车载辅助动力、城市轨道交通车载储能、车载空压压缩机、卫星姿态控制等领域有着重要的应用前景。然而，飞轮电池的核心部件-磁悬浮传动系统存在传动部件繁多制约轴向集成度提高、转矩系统与悬浮系统强耦合降低可靠性、悬浮系统与转矩系统功率相互限制降低了比功率和悬浮力输出等弊端，严重制约飞轮电池朝高速、高效、高可靠方向发展。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种飞轮电池及其磁悬浮传动系统，具有高集成、高比功率、宽悬浮力输出范围、转矩-悬浮解耦良好的优点，在推动飞轮储能实际应用方面具有重大的研究价值。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种飞轮电池的磁悬浮传动系统，包括安装在真空室中的模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机、转轴、轴向悬浮系统和飞轮，所述转轴中间位置安装飞轮，转轴顶端安装轴向悬浮系统的转子，轴向悬浮系统的定子安装在真空室顶端；所述模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机包括依次沿轴向分布的第一8/4双凸极单元、第二8/4双凸极单元、第三8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元，四个8/4双凸极单元分为关于飞轮上下对称的两组，8/4双凸极单元的转子安装在飞轮上，8/4双凸极单元的定子安装在真空室中。

上述技术方案中，所述第二8/4双凸极单元的转子安装位置与第一8/4双凸极单元的转子安装位置逆时针相差22.5°，所述第三8/4双凸极单元的转子安装位置与第一8/4双凸极单元的转子安装位置逆时针相差22.5°，所述第四8/4双凸极单元的转子安装位置与第一8/4双凸极单元的转子安装位置相差0°。

上述技术方案中，所述第二8/4双凸极单元的转子安装位置与第一8/4双凸极单元的转子安装位置顺时针相差22.5°，所述第三8/4双凸极单元的转子安装位置与第一8/4双凸极单元的转子安装位置顺时针相差22.5°，所述第四8/4双凸极单元的转子安装位置与第一8/4双凸极单元的转子安装位置相差0°。

上述技术方案中，所述第二8/4双凸极单元的定子安装位置与第一8/4双凸极单元的定子安装位置相差0°，第三8/4双凸极单元的定子安装位置与第一8/4双凸极单元的定子安装位置相差0°，第四8/4双凸极单元的定子安装位置与第一8/4双凸极单元的定子安装位置相差0°。

上述技术方案中，所述第一8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元轴向距离的中点与第二8/4双凸极单元和第三8/4双凸极单元轴向距离的中点重合。

上述技术方案中，所述第一8/4双凸极单元、第二8/4双凸极单元、第三8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元均为单绕组连接，即每个8/4双凸极单元的定子齿上的绕组独立控制，互相不串联。