一种定子轴径向励磁飞轮储能电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种定子轴径向励磁飞轮储能电机，属于电能存储技术领域，包括：由上至下依次设置的上端盖、上永磁环、飞轮转子和下端盖，还包括位于上、下端盖之间且环绕飞轮转子的机壳，以及机壳内侧的定子铁芯和铁磁环，还包括励磁绕组和/或下永磁环。励磁绕组基于不同的励磁方向可使电机弱磁或者增磁。转子的悬浮力仅由上永磁环提供。通过轴向设置上永磁环，径向设置励磁绕组和/或下永磁环，使得悬浮磁路和励磁磁路充分解耦，简化电机设计。如此，本实用新型专利技术所提出的拓扑结构具有稳定的悬浮力，能够降低轴承损耗和系统的自放电率，可调节励磁电流从而调节电机磁通，并且电机充放电效率高、功率密度高、系统集成度高、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种定子轴径向励磁飞轮储能电机


[0001]本技术属于电能存储
，更具体地，涉及一种定子轴径向励磁飞轮储能电机。

技术介绍

[0002]为了满足人们对洁净电能以及供电可靠性的需求，世界上很多国家都对能源技术进行了广泛的研究和开发。其中，能量存储是一个重要的研究方向，已成为世界上各个国家竞相发展的战略性新兴产业。在众多储能方式中，飞轮储能将电能以机械能的形式储存，具有功率密度高、响应速度快、环境友好、充放电次数无限制以及寿命长等优点，具有极大的发展潜力及应用前景。
[0003]飞轮储能电机作为飞轮储能系统的核心部件，其性能的优劣至关重要。永磁电机由于效率高、功率因数高的优势，是飞轮储能系统的主要选择。然而，常规的永磁电机存在着励磁不可调节、磁钢强度低的问题，这也就限制电机转子的储能量。为了增加储能量，通常采用永磁电机转子和飞轮连接起来从而增加储能量，这使得系统体积增加，系统的储能密度降低。感应子电机的转子结构坚固，同时兼做储能和能量转换的作用，可以提高系统集成度，能够增加系统的储能密度。但是，感应子电机存在着充放电效率低，功率密度低的问题。此外，为了降低轴承损耗，降低系统的自放电率，飞轮储能系统通常还需要磁轴承系统。这会使得系统结构变得复杂，成本增加，转子动态性能降低。
[0004]在申请公布号为CN112117861A的中国专利中，提出一种飞轮储能电机，在上下端盖上设置永磁环，产生轴向向上的悬浮力，降低轴承载荷。但是，要保证其悬浮力，上、下永磁环之间需要满足严格的配合关系，这使得上、下永磁环的设计存在着约束，使得电机悬浮力和功率存在着耦合，此外该结构的气隙磁密无法调节。而后在申请公布号为CN112398269A的中国专利，提出一种定子混合励磁飞轮储能电机，其中仅设置了上永磁环，用于为转子提供悬浮力，打破了永磁环设计方面的约束，同时设置了励磁绕组，通过调节励磁电流可调节气隙主磁通。但是其励磁绕组的磁路和永磁环的磁路存在耦合，因此悬浮力会受到励磁电流变化的影响从而变得不稳定。此外，该结构主要是励磁绕组励磁的方式，因此充电效率会偏低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本技术提供了一种定子轴径向励磁飞轮储能电机，其目的在于，在简化永磁环设计的同时，使储能电机中的悬浮力稳定。
[0006]为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种定子轴径向励磁飞轮储能电机，包括沿轴向、由上至下依次设置的上端盖、上永磁环、飞轮转子和下端盖；上永磁环固定于上端盖上，与飞轮转子之间形成轴向气隙；飞轮转子包括下飞轮圆盘和下飞轮圆盘上方的转子；
[0007]定子轴径向励磁飞轮储能电机还包括：位于上端盖和下端盖之间且环绕在飞轮转
子外侧的机壳，以及设置于机壳内侧的定子铁芯和铁磁环；定子铁芯环绕于转子外侧，与转子之间形成径向气隙，定子铁芯上设置有电枢绕组；铁磁环环绕于下飞轮圆盘外侧，且位于定子铁芯下方；
[0008]定子轴径向励磁飞轮储能电机还包括以下结构中的至少之一：
[0009]励磁绕组，其设置于机壳内侧、环绕于下飞轮圆盘外侧，且位于定子铁芯和铁磁环之间；
[0010]下永磁环，其设置于铁磁环内侧。
[0011]在一些可选的实施例中，飞轮转子为由合金锻件加工形成的一体化结构。
[0012]在一些可选的实施例中，飞轮转子由下转子盘和转子分别加工后组合构成，下飞轮圆盘的外直径大于等于转子的外直径，且下飞轮圆盘对应的机壳直径大于等于电机转子对应的机壳直径。
[0013]进一步地，本技术提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机，飞轮转子还包括：设置于转子上方的上飞轮圆盘，上飞轮圆盘的外直径等于转子的外直径。
[0014]在一些可选的实施例中，上永磁环和下永磁环均采用扇环形永磁体块组合而成；
[0015]工作时，上永磁环中的永磁体块均轴向充磁且充磁方向相同，下永磁环中的所有永磁体块均径向充磁且充磁方向相同。
[0016]进一步地，本技术提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机，还包括：设置于上端盖中心的上轴承座，其内部设置有上轴承；以及设置于下端盖中心的下轴承座，其内部设置有下轴承。
[0017]进一步地，上端盖、下端盖和机壳均由铁磁材料制成；上轴承座和下轴承座由非铁磁材料制成。
[0018]进一步地，转子侧面设置有多个齿槽。
[0019]总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0020](1)本技术提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机，仅设置上永磁环提供悬浮力，并且在定子铁心下方设置励磁绕组或下永磁环，以产生励磁磁通，并通过径向设置的铁磁环对励磁磁场的磁路进行引导，避免励磁磁通与上永磁环的磁通发生耦合，保证了悬浮力的稳定。在其中一种方案中，同时包含励磁绕组和下永磁环，实现了一种机壳混合励磁结构，在保证悬浮力稳定的同时，实现了气隙磁通可调，且具有较高的充电效率；在其中一种方案中，仅设置了下永磁环，而未设置励磁绕组，实现了一种机壳永磁结构，在保证悬浮力稳定的情况下，具有较高的充电效率；在其中一种方案中，仅设置了励磁绕组，而未设置下永磁环，实现了一种机壳电励磁结构，在保证悬浮力稳定的情况下，气隙磁通灵活可调。
[0021](2)本技术提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机，在其中一些方案中，飞轮转子采用一体化结构设计，具有转子结构坚固、整体结构简单紧凑、集成度高、储能密度高、成本低的优势。
[0022](3)本技术提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机，在其中一些方案中，飞轮转子由下方的下飞轮圆盘和上方的结构独立加工后组合构成，可以使得电机功率和飞轮储能量的设计解耦，有效提高飞轮储能电机的综合性能。
[0023](4)本技术提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机，通过上永磁环提供轴向悬浮力，配合机械轴承为飞轮转子提供支撑作用，可以降低轴承载荷和轴承损耗，提高轴承寿
命，并降低飞轮储能系统的自放电率。
附图说明
[0024]图1为本技术实施例1提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机的剖面图；
[0025]图2为本技术实施例1中的飞轮转子示意图；
[0026]图3为本技术实施例1中永磁环的主磁通路径图；
[0027]图4为本技术实施例1中永磁环和励磁绕组都工作时的主磁通路径图；
[0028]图5为本技术实施例3提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机的剖面图；
[0029]图6为本技术实施例3的主磁通路径图；
[0030]图7为本技术实施例4提供的定子轴径向励磁飞轮储能电机的剖面图；
[0031]图8为本技术实施例4的主磁通路径图；
[0032]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
[0033]1‑
定子铁芯；2
‑
电枢绕组；3
‑
飞轮转子，301
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定子轴径向励磁飞轮储能电机，其特征在于，包括沿轴向、由上至下依次设置的上端盖、上永磁环、飞轮转子和下端盖；所述上永磁环固定于所述上端盖上，与所述飞轮转子之间形成轴向气隙；所述飞轮转子包括下飞轮圆盘和所述下飞轮圆盘上方的转子；所述定子轴径向励磁飞轮储能电机还包括：位于所述上端盖和所述下端盖之间且环绕在所述飞轮转子外侧的机壳，以及设置于所述机壳内侧的定子铁芯和铁磁环；所述定子铁芯环绕于所述转子外侧，与所述转子之间形成径向气隙，所述定子铁芯上设置有电枢绕组；所述铁磁环环绕于所述下飞轮圆盘外侧，且位于所述定子铁芯下方；所述定子轴径向励磁飞轮储能电机还包括以下结构中的至少之一：励磁绕组，其设置于所述机壳内侧、环绕于所述下飞轮圆盘外侧，且位于所述定子铁芯和所述铁磁环之间；下永磁环，其设置于所述铁磁环内侧。2.如权利要求1所述的定子轴径向励磁飞轮储能电机，其特征在于，所述飞轮转子为由合金锻件加工形成的一体化结构。3.如权利要求1所述的定子轴径向励磁飞轮储能电机，其特征在于，所述飞轮转子由下飞轮圆盘和所述转子分别加工后组合构成，所述下飞轮圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶才勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：