[发明专利]一种一体化的电机转子和飞轮组合结构

说明书

本发明公开了一种一体化的电机转子和飞轮组合结构，包括电机转子和飞轮转子，电机转子和飞轮转子同轴，电机转子和飞轮转子之间设有连接转轴，电机转子远离飞轮转子的一端设有电机转轴，飞轮转子远离电机转子的一端设有飞轮转轴，电机转轴、电机转子、连接转轴、飞轮转子和飞轮转轴一体化连接，电机转子沿其轴向设有磁槽，磁槽内嵌入设有永磁体，永磁体是关于电机转子轴线对称的两半式结构。本发明的好处是结构简单，提高了飞轮的储能密度，电机转子和飞轮转子的集成性高，提高储能飞轮整体结构的可靠性；在提高飞轮转子储能密度的情况下，同时提高飞轮转子端部的强度，避免应力集中。

技术领域

本发明涉及储能飞轮技术领域，尤其是一种一体化的电机转子和飞轮组合结构。

背景技术

飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。通常飞轮储能装置包括：电机、飞轮转子、轴承支撑系统、真空室等。目前大部分飞轮高速电机转子结构为永磁体、硅钢叠片铁芯、电机转轴的复合结构，如专利号CN 202210186169.5于2022年5月17日授权公告的一种储能飞轮，包括壳体、转子组件和电机组件，电机组件包括电机转子和电机定子，转子组件套设在所述储能飞轮一端。其不足之处在于，飞轮转子的整体尺寸大，储能密度低，而且中部的结构性能较差，飞轮转子的形状没有优化，飞轮转子端部应力过大；其次，电机转子和飞轮的转子为装配式结构，机械强度较弱，限制了大功率飞轮转子的转速。

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种一体化的电机转子和飞轮组合结构，旨在解决现有大功率飞轮储能系统结构复杂、成本高、转速低的问题。

发明内容

基于现有技术中的上述不足，本申请公开了一种一体化的电机转子和飞轮组合结构，结构简单，提高了飞轮的储能密度，电机转子和飞轮转子的集成性高，提高储能飞轮整体结构的可靠性。

本发明的另一个发明目的是，在提高飞轮转子储能密度的情况下，同时提高飞轮转子端部的强度，避免应力集中。

为实现上述目的，本发明提出以下技术方案。

一种一体化的电机转子和飞轮组合结构，包括电机转子和飞轮转子，电机转子和飞轮转子同轴，电机转子和飞轮转子之间设有连接转轴，电机转子远离飞轮转子的一端设有电机转轴，飞轮转子远离电机转子的一端设有飞轮转轴，电机转轴、电机转子、连接转轴、飞轮转子和飞轮转轴一体化连接，电机转子沿其轴向设有磁槽，磁槽内嵌入设有永磁体，永磁体是关于电机转子轴线对称的两半式结构。

本申请电机转子和飞轮转子一体成型，包括焊接、压铸等所有物理手段，形成整体结构，电机高速运行时的稳定性高，结构简单，提高了飞轮的储能密度，电机转子和飞轮转子的集成性高，提高储能飞轮整体结构的可靠性；永磁体采用对称的两半式结构，两半的永磁体分别充磁，磁性稳定；两半式的永磁体通过磁槽隔开限位，能够减少高速旋转时的切向应力，抗冲击能力强。

作为优选，永磁体包括对称设置的第一磁体和第二磁体，第一磁体和第二磁体的横截面形状均为其中一边为圆弧段的圆角矩形，圆弧段的轴线位于电机转子的轴线上，圆弧段和圆角矩形之间圆滑过渡。永磁体侧面的整体形状较为平滑，能够避免局部应力过大的现象，圆弧段的轴线位于电机转子的轴线上，圆弧段和电机转子表面同心设置，磁力面大，磁场强度高。

作为优选，飞轮转子为实心结构。飞轮转子为实心结构，储能密度大，缩小了装置体积，使得飞轮转子具有更大的功率。

作为优选，电机转轴、连接转轴和飞轮转轴外均设有基于对数螺旋线以及智能摩擦技术的高速滚珠轴承。抗冲击性强。