一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构制造技术

本发明专利技术公开了一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构，剖面为H型的飞轮转子外壳内部自上而下由定子轴系统、径向绕组、隔磁铝板、轴向磁轴承铁心、轴向绕组组成并固定，外部是飞轮转子，飞轮转子中嵌有永磁体，通过与径向绕组构成的磁路保证飞轮的稳定，而飞轮的下部与电动机/发电机转子相连，通过带动飞轮转动使电动机/发电机达到放电/充电的效果，同时轴向磁轴承铁心与轴向绕组之间的作用可使轴承与飞轮在双球面平行的情况下保持稳定。本发明专利技术将整个装置包含在飞轮电池的壳体中，增大飞轮转子的体积、重量，从而增大飞轮的储能量。

A New Flywheel Battery Structure for H-type Electric Vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构
本专利技术涉及飞轮电池
，具体是一种无轴磁悬浮飞轮电池结构，适用车载飞轮电池。
技术介绍
随着经济社会的发展，汽车成为了人们日常生活中必不可少的工具，然而随之而来的一系列由燃油汽车引起的环境问题也无法忽视。因此推广以低耗能、无污染为特点的新能源电动汽车成为解决这一问题的重要手段，所以，电动汽车逐渐走进了人们的视野，就目前状况而言，电动汽车的动力电池主要是化学电池。由于化学电池比能、比功率低，充电时间长、寿命短等缺点，一直制约着化学电池的发展。而飞轮电池作为一种机械储能电池，克服了化学电池上述诸多缺点，是电动汽车理想的动力电池。传统飞轮电池系统的电机、飞轮和磁轴承围绕主轴独立布置，因此导致飞轮电池体积较大，尤其常用的磁轴承为柱面结构，且当飞轮转子受到外界干扰时极易产生陀螺效应，系统稳定性较差，而球面磁轴承支承的飞轮电池系统虽然能在一定程度上抑制陀螺效应，但是由于主轴轴向长度大，仍不可避免会发生不稳定现象。盘式飞轮电池装置由于具有短惯性主轴及盘式飞轮结构，可以更好的抑制陀螺效应，但是盘式电机仍然通过电机转轴驱动飞轮转子，因此该“短轴”结构仍然属于“有轴”结构，仍然会产生一定的陀螺效应，影响飞轮电池系统的稳定性。另外，传统的盘式飞轮电池装置的悬浮支承系统采用二自由度磁轴承和三自由度磁轴承分布于飞轮轴向上下两侧分散控制，导致储能装置轴向长度过大，集成度不高。而现有一些无轴飞轮电池支撑系统的飞轮截面为扁形盘式，因此有效储能面积较小，储能密度不高受到限制。因此，设计一种集成度高、储能密度高、且稳定性强的飞轮电池结构十分必要。专利
技术实现思路
本专利技术的目的为了提供一种新型的磁吸力磁轴承用于飞轮电池结构，以外转子电机作为飞轮电池的电动机/发电机，并且将飞轮和电机转子结合在一起，进一步提高飞轮电池的整合程度，以减小整体体积便于使用。同时定子轴系统与飞轮转子部分通过平行的双球面连接，增强了系统容错率，提高系统稳定性。飞轮转子采用H型结构，储能密度大于一般飞轮电池。本专利技术采用的技术方案是：一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构，包括剖面为H型的飞轮转子外壳，飞轮转子外壳上端加工U型结构、下端加工成下部凹柱，U型结构内部为定子轴系统、隔磁铝盘、系统连接轴、隔磁铝柱、轴向磁轴承铁心固连为一体，下部凹柱内部安装有电动机/发电机，所述轴向磁轴承铁心的下部球面与U型结构底部球面平行。上述方案中，所述轴向磁轴承铁心由下部球面和上部柱体构成，下部球面和上部柱体下端被n个凹槽切割用于放置轴向绕组，其中n≥3。上述方案中，所述定子轴系统缠绕有径向绕组，径向绕组与飞轮转子外壳上的永磁体共同作用。上述方案中，所述下部凹柱半径大于U型结构的半径。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：1)本专利技术采用电动机/发电机为外转子结构，充分利用了外转子电机的转动惯量大、散热好以及轴向尺寸紧凑等优点，将飞轮巧妙的与电机转子、磁轴承转子整合成一个整体，相比于内转子飞轮电池分散设计，极大地减小了飞轮电池的体积。2)本专利技术采用球面结构作为定子轴系统与飞轮转子连接的粘合处，旋转时向心力不易受外界干扰，抑制陀螺效应，有益于系统平衡，使整体稳定性得到加强。3)本专利技术采用H型飞轮电池结构，储能密度大，有益于车载飞轮电池的发展，以及一定程度上代替工业生产领域的能源供应。4)本专利技术采用无轴系统，将电机嵌入飞轮转子，其他部分整合入定子轴系统中，进一步提高了飞轮电池的集成度，减小飞轮电池体积，同时还可以抑制陀螺效应，增强系统稳定性。附图说明图1是本专利技术的结构剖视图；图2是定子轴系结构图；图3是五自由度轴向磁轴承铁心结构图；图4是五自由度轴向磁轴承铁心仰视图；图5是轴向绕组结构图；图6是飞轮转子主视图剖视图；图7是简易电机转子结构图；图8是本专利技术吸力磁轴承磁路图；图中：1-飞轮转子外壳；101-上部凹柱；102-球面；103-下部凹柱；2-定子轴系统；21-上部固定轴端；22-径向磁路上部接收盘；23-径向绕组托举盘；24-径向磁路中部接收盘；25-径向磁路下部接收盘；3-永磁体；31-上部径向环形永磁体；32-下部径向环形永磁体；4-径向绕组；5-隔磁铝盘；6-系统连接轴；7-隔磁铝柱；8-轴向磁轴承铁心；801-磁轴承铁心上部柱体；802-磁轴承铁心下部球面；81-第一轴向磁轴承铁心间隙；82-第二轴向磁轴承铁心间隙；83-第三轴向磁轴承铁心间隙；84-第四轴向磁轴承铁心间隙；85-第五轴向磁轴承铁心间隙；9-轴向绕组；91-第一轴向绕组；92-第二轴向绕组；93-第三轴向绕组；94-第四轴向绕组；95-第五轴向绕组；901-第一轴向绕组气隙；902-第二轴向绕组气隙；903-第三轴向绕组气隙；904-第四轴向绕组气隙；905-第五轴向绕组气隙；0-电动机/发电机；01-单绕组外转子无轴承电机定子；02-单绕组外转子无轴承电机转子。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的具体方案作进一步的说明，但是本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本专利技术一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构，包括飞轮转子外壳1、定子轴系统2、永磁体3、径向绕组4、隔磁铝盘5、系统连接轴6、隔磁铝柱7、轴向磁轴承铁心8、轴向绕组9以及电动机/发电机0。如图6所示，飞轮转子外壳1为圆柱形，内部上端加工出上部凹柱101、上部凹柱101下方加工成球面102，上部凹柱101和球面102的剖面为U型结构，飞轮转子外壳1内部下端加工成下部凹柱103，下部凹柱103半径应略大于上部凹柱101，飞轮转子外壳1的剖面为H型。U型结构内部从上至下依次为定子轴系统2、隔磁铝盘5、系统连接轴6、隔磁铝柱7、轴向磁轴承铁心8，定子轴系统2、隔磁铝盘5、系统连接轴6、隔磁铝柱7、轴向磁轴承铁心8之间固定连接为一个整体，且与U型结构之间存在间隙，飞轮转子外壳1与该整体之间靠吸力作用；下部凹柱103内部安装有电动机/发电机0，电动机/发电机0由单绕组外转子无轴承电机定子01和单绕组外转子无轴承电机转子02构成，如图7所示。下部凹柱103半径与电动机/发电机0半径相同，深度大于电动机/发电机0高度。如图2所示，定子轴系统2同轴自上而下集成有上部固定轴端21、径向磁路上部接收盘22、径向绕组托举盘23、径向磁路中部接收盘24、径向磁路下部接收盘25上部固定轴端21为一个半径较小的柱体，将定子轴系统2固定在密封外壳内部，密封外壳为本专利技术飞轮电池结构最外部的壳体。径向绕组4缠绕在定子轴系统2上，位于径向绕组托举盘23上方，定子轴系2下方与隔磁铝盘5相连，这部分为径向磁场部分，定子轴系2与隔磁铝盘5的半径相同；隔磁铝盘5下部与系统连接轴6相连，系统连接轴6下方是隔磁铝柱7和轴向磁轴承铁心8，轴向绕组9缠绕在五自由度轴向磁轴承铁心8上，隔磁铝柱7、轴向磁轴承铁心8和轴向绕组9共同构成轴向磁场部分，隔磁铝柱7和轴向磁轴承铁心8半径相同，且轴向磁场部分半径略小于径向磁场部分半径。隔磁铝盘5厚度约为径向绕组托举盘23的一半。飞轮转子外壳1内嵌有上部径向环形永磁体31和下部径向环形永磁体32，外壳和永磁体3的内半径相同，上部径向环形永磁体31位于径向磁路中部接收盘24的水平面上方，下部径向环形永磁体32位于径向磁路下部接收盘2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构，其特征在于，包括剖面为H型的飞轮转子外壳(1)，飞轮转子外壳(1)上端加工U型结构、下端加工成下部凹柱(103)，U型结构内部为定子轴系统(2)、隔磁铝盘(5)、系统连接轴(6)、隔磁铝柱(7)、轴向磁轴承铁心(8)固连为一体，下部凹柱(103)内部安装有电动机/发电机(0)，所述轴向磁轴承铁心(8)的下部球面与U型结构底部球面平行。

【技术特征摘要】
1.一种新型H型电动汽车用飞轮电池结构，其特征在于，包括剖面为H型的飞轮转子外壳(1)，飞轮转子外壳(1)上端加工U型结构、下端加工成下部凹柱(103)，U型结构内部为定子轴系统(2)、隔磁铝盘(5)、系统连接轴(6)、隔磁铝柱(7)、轴向磁轴承铁心(8)固连为一体，下部凹柱(103)内部安装有电动机/发电机(0)，所述轴向磁轴承铁心(8)的下部球面与U型结构底部球面平行。2.根据权利要求1所述的一种新型H型电动汽车用飞轮电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维煜，程烨东，杨启富，朱熀秋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32