CN203039490U - 一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器 - Google Patents

一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，包括上端盖、下端盖、固定盘、定子铁芯、线圈、转子轴，上、下端盖径向对扣密封固装，在上、下端盖的中心部位径向固装固定盘，该固定盘的左、右面盘面上镜像对称均制有轴台，在上、下端盖所构成的环形内壁上径向均布间隔固装定子铁芯，在定子铁芯上缠绕有线圈，在对应定子铁芯端面的转子轴上固装有定子磁瓦，在转子轴端部同轴均布间隔固装有下钢圈座，在每一下钢圈座上均固装一下强磁钢，在对应下强磁钢的上、下端盖上固装有上钢圈座，该上钢圈座上固装上强磁钢，上、下强磁钢极性相同。本蓄能器采用双铁氧体定子铁芯盘式电机和永磁悬浮转子铁芯技术实现电动专用，每分钟10万转或以上的飞轮蓄能器来替代蓄电池，同时也适用于核能应用的高速离心机。

Description

一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器
技术领域
本实用新型属于蓄能器领域，涉及飞轮蓄能器，尤其是一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器。
背景技术
电动汽车当今是一个热门课题，其关键技术是蓄能器和电机，尤其是蓄能器，蓄能器是蓄电池的一种。随着蓄电池技术的迅速发展，蓄电池的性能越来越优良，从最早的铅酸蓄电池的蓄能力为35Wh/kg，发展到目前的锂电池蓄能力为130Wh/kg，而空气电池的蓄能力近300Wh/kg。但上述蓄电池对比汽油的蓄能力（12000Wh/kg），则相差几十倍到百倍。
新近出现了一种蓄能器，即飞轮蓄能器。据报道，它的蓄能力达到300Wh/kg，几乎超过最好的蓄电池。同时，它没有污染，充电快，寿命长，飞轮蓄能器每分钟为10万转，每充一次电，汽车可行驶200公里（参考《飞轮蓄能技术及应用/节能环保技术研究丛书——汤双清》）。
通过专利检索，发现了涉及飞轮蓄能器的相关专利：加拿大专利（CA2114230——flywheelenergy storage with superconductor magnetic bearing）可减少飞轮在空气中的能量损耗，整个机器密封并保持高真空，使能量损耗由1%/小时降为0.18%/小时；并采用超导磁悬浮轴承来保证飞轮超高速转动，在普通汽车费用太高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，包括上端盖、下端盖、固定盘、定子铁芯、线圈、转子轴，上、下端盖径向对扣密封固装，在上、下端盖的中心部位径向固装固定盘，该固定盘的左、右面盘面上镜像对称均制有轴台，其中里侧轴台通过轴承安装与转子轴，该转子轴与上、下端盖所形成的圆形腔体同轴设置，转子轴的另一端与上、下端盖同轴安装；外侧轴台通过轴承安装上、下端盖，在上、下端盖所构成的环形内壁上径向均布间隔固装定子铁芯，在定子铁芯上缠绕有线圈，在对应定子铁芯端面的转子轴上固装有定子磁瓦，在转子轴端部同轴均布间隔固装有下钢圈座，在每一下钢圈座上均固装一下强磁钢，在对应下强磁钢的上、下端盖上固装有上钢圈座，该上钢圈座上固装上强磁钢，上、下强磁钢极性相同。
而且，所述转子轴上固装的定子磁瓦为轴向对称的两组，且均在转子轴上呈120夹角排列；定子磁瓦与定子铁芯端面相对且间隙安装，其轴向气隙为1.5mm及以上，在定子磁瓦两侧的转子轴上镶嵌两个高强度绝缘板。
而且，所述上、下强磁钢极性相同，其端面形状相同，其端面偏移不大于3mm，上、下强磁钢间的工作距离为2-7mm；上、下强磁钢安装上、下钢圈座的深度均不超过1.5mm，边缘宽不超过1mm。。
而且，在上、下端盖分别安装的两组定子铁芯上的线圈为串联或者并联，并通过连接线与外界电源或者负载相连。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本蓄能器采用盘式结构的双定子铁芯，其轴向气隙为1.5mm及以上，径向空间更大，不需要高精度的磁悬浮轴承，用永磁磁悬浮技术就能满足要求，经济实用，样机试验表明是可行的，采用永磁悬浮技术后，消除了轴承机械磨损，达到节能目的。
2、本蓄能器所采用的双定子盘式电机的转子本身就是飞轮蓄能器，没有轴伸端，很容易做到真空密封，使飞轮蓄能器的结构大大简化。
3、本蓄能器采用双铁氧体定子铁芯盘式电机和永磁悬浮转子铁芯技术实现电动专用，每分钟10万转或以上的飞轮蓄能器来替代蓄电池，同时也适用于核能应用的高速离心机。
4、本蓄能器的蓄能能力超过新型蓄电池，且蓄电功率很大；经计算，在10分钟内从95%转速升到100%转速，所需要的电机功率为1小时蓄能功率6倍以上，这要求电机有较高的效率和大的过载能力，在定子电流频率高达2000Hz时，矽钢片无法工作，只能采用高频低耗的铁氧体铁芯，而鼠笼型电机的转差损耗太大，涡流损耗更为惊人，采用光控无刷永磁直流电机是最佳方法，直流电机使导线处于最佳磁力线切割位置，出力最大。
附图说明
图1为本实用新型半剖结构示意图；
图2为图1的固定盘正面结构示意图；
图3为图1的A-A向截面剖视图；
图4为图1的B-B向截面剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，包括上端盖9、下端盖15、固定盘1、定子铁芯4、线圈5、转子轴12，上、下端盖径向对扣密封固装，在上、下端盖的中心部位径向固装固定盘，该固定盘的左、右面盘面上镜像对称均制有轴台，其中每一面的里侧轴台通过轴承3安装与转子轴，该转子轴与上、下端盖所形成的圆形腔体同轴设置；转子轴的另一端通过铝圈11与上、下端盖同轴安装；外侧轴台通过轴承2安装上、下端盖。在上、下端盖所构成的环形内壁上径向均布间隔固装定子铁芯，在定子铁芯上缠绕有线圈。
上、下端盖内其他部件的安装形式是：
所述定子铁芯采用铁氧体制作，在对应定子铁芯端面的转子轴上固装有定子磁瓦14，定子磁瓦为轴向对称的两组，且均在转子轴上呈120夹角排列；定子磁瓦与定子铁芯端面相对且间隙安装，其轴向气隙为1.5mm及以上，在定子磁瓦两侧的转子轴上镶嵌两个高强度绝缘板13。
所述转子轴采用铝合金制作，在转子轴端部同轴均布间隔固装有下钢圈座10，在每一下钢圈座上均固装一下强磁钢8；在对应下强磁钢的上、下端盖上固装有上钢圈座6，该上钢圈座上固装上强磁钢7。上、下强磁钢极性相同，其端面形状必须相同，其端面偏移不大于3mm，上、下强磁钢间的工作距离为2-7mm；上、下强磁钢安装上、下钢圈座的深度均不超过1.5mm，边缘宽不超过1mm。为了保证导磁效果，相对的上、下强磁钢的间隙（工作距离）中不能介入其他导磁体，在永磁钢周围10mm内不能有大面积导磁体存在。
所述转子轴的轴端同轴安装在铝圈上，可在此组成光控定位装置。
本实用新型中，上、下端盖内分别对称固装定子铁芯及上强磁钢，在上、下端盖分别安装的两组定子铁芯上的线圈可以串联，也可以并联，并通过连接线与外界电源或者负载相连。
本实用新型的工作原理是：
上、下两组强磁钢两两相对分别镶嵌在上、下钢圈座上，每对强磁钢同极性相对，产生强大的推力，达到轴向磁悬浮的目的；同时定子铁芯在工作时对转子铁氧体永磁钢产生径向的磁悬浮作用，在不工作时松动配合的轴承，起到扶正的作用，在工作时起到辅助径向扶正作用；轴承采用松动配合，正常工作时负载很轻，两轴承可串联运行，每个轴承均负担50%最高转速。
当充电时，电机作为光控无刷直流电动机运行，用直流电向电机供电，电机转速达到最高速，把电能转变为机械能储存起来，工作需要时，电机作为发电机运行，把机械能转换为电能，再逆变成各种形式的电能供应负载。
经过试验，本实用新型的蓄电能力：240Wh/kg。

Claims (4)

1.一种磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，其特征在于：包括上端盖、下端盖、固定盘、定子铁芯、线圈、转子轴，上、下端盖径向对扣密封固装，在上、下端盖的中心部位径向固装固定盘，该固定盘的左、右面盘面上镜像对称均制有轴台，其中里侧轴台通过轴承安装与转子轴，该转子轴与上、下端盖所形成的圆形腔体同轴设置，转子轴的另一端与上、下端盖同轴安装；外侧轴台通过轴承安装上、下端盖，在上、下端盖所构成的环形内壁上径向均布间隔固装定子铁芯，在定子铁芯上缠绕有线圈，在对应定子铁芯端面的转子轴上固装有定子磁瓦，在转子轴端部同轴均布间隔固装有下钢圈座，在每一下钢圈座上均固装一下强磁钢，在对应下强磁钢的上、下端盖上固装有上钢圈座，该上钢圈座上固装上强磁钢，上、下强磁钢极性相同。 
2.根据权利要求1所述的磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，其特征在于：所述转子轴上固装的定子磁瓦为轴向对称的两组，且均在转子轴上呈120夹角排列；定子磁瓦与定子铁芯端面相对且间隙安装，其轴向气隙为1.5mm及以上，在定子磁瓦两侧的转子轴上镶嵌两个高强度绝缘板。 
3.根据权利要求1所述的磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，其特征在于：所述上、下强磁钢极性相同，其端面形状相同，其端面偏移不大于3mm，上、下强磁钢间的工作距离为2-7mm；上、下强磁钢安装上、下钢圈座的深度均不超过1.5mm，边缘宽不超过1mm。 
4.根据权利要求1所述的磁悬浮高速铁氧体飞轮蓄能器，其特征在于：在上、下端盖分别安装的两组定子铁芯上的线圈为串联或者并联，并通过连接线与外界电源或者负载相连。 
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