一种飞轮电池及其磁悬浮传动系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术具有四自由度径向悬浮、宽悬浮力输出范围、转矩

【技术实现步骤摘要】
一种飞轮电池及其磁悬浮传动系统


[0001]本专利技术属于飞轮电池
，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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在不足，本专利技术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。
[0004]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0005]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。
[0006]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
°
。
[0007]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
°
。
[0008]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
°
。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]上述技术方案中，第一8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元产生转矩时，第二8/4双凸极单元和第三8/4双凸极单元不产生转矩；第二8/4双凸极单元和第三8/4双凸极单元产生转矩时，第一8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元不产生转矩。
[0012]上述技术方案中，第一8/4双凸极单元和第二8/4双凸极单元产生提供两个自由度的径向悬浮力，第三8/4双凸极单元和第四8/4双凸极单元产生提供剩余两个自由度的径向悬浮力。
[0013]上述技术方案中，第一8/4双凸极单元用于产生转矩时，第二8/4双凸极单元用于产生两个自由度径向悬浮力；第二8/4双凸极单元用于产生转矩时，第一8/4双凸极单元用于产生两个自由度径向悬浮力；第三8/4双凸极单元用于产生转矩时，第四8/4双凸极单元用于产生两个自由度径向悬浮力；第四8/4双凸极单元用于产生转矩时，第三8/4双凸极单元用于产生两个自由度径向悬浮力。
[0014]一种飞轮电池，包括上述磁悬浮传动系统。
[0015]与现有技术相比，本专利技术采用上述技术方案后具有的有益效果是：
[0016](1)本专利技术中飞轮电池的径向悬浮系统和转矩系统通过模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机实现，具备转矩系统与四自由度径向悬浮系统一体化的特点，再配合轴向悬浮系统即，可实现飞轮电池五自由度传动；本专利技术具有集成度高、比功率高的优点。
[0017](2)本专利技术中模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机的转矩与悬浮力分时控制，极大降低了转矩系统与悬浮系统的耦合，提供传动系统运行可靠性。
[0018](3)本专利技术中模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机悬浮力不受气隙轴向磁阻约束，悬浮力输出区域周向气隙磁阻近似恒定，拓宽了悬浮系统的悬浮力输出范围，提高了飞轮电池运行可靠性。
[0019](4)本专利技术中模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机的四个双凸极单元的定子结构和转子结构均可以产生转矩，保证了传统系统的高转矩密度。
[0020](5)本专利技术中模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机的四个双凸极单元沿着轴向依次分布，飞轮位于模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机的中心位置，任何时刻悬浮力作用点保持在四个单元中心，悬浮稳定性显著提高。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所述飞轮电池磁悬浮传动系统结构示意图；
[0022]图2为本专利技术所述第一8/4双凸极单元结构示意图；
[0023]图3为本专利技术所述第二8/4双凸极单元结构示意图；
[0024]图4为本专利技术所述第三8/4双凸极单元结构示意图；
[0025]图5为本专利技术所述第四8/4双凸极单元结构示意图；
[0026]图6为本专利技术所述第一8/4双凸极单元工作原理图；
[0027]图7为本专利技术所述第二8/4双凸极单元工作原理图；
[0028]图8为本专利技术所述第三8/4双凸极单元工作原理图；
[0029]图9为本专利技术所述第四8/4双凸极单元工作原理图；
[0030]图10为专利技术所述模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机的电感曲线图；
[0031]图中：1
‑
模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机，2
‑
真空室，3
‑
转轴，4
‑
轴向悬浮系统，5
‑
飞轮，1
‑
A
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞轮电池的磁悬浮传动系统，其特征在于，包括安装在真空室(2)中的模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机(1)、转轴(3)、轴向悬浮系统(4)和飞轮(5)，所述转轴(3)中间位置安装飞轮(5)，转轴(3)顶端安装轴向悬浮系统(4)的转子，轴向悬浮系统(4)的定子安装在真空室(2)顶端；所述模块化四单元磁悬浮开关磁阻电机(1)包括依次沿轴向分布的第一8/4双凸极单元(1
‑
A)、第二8/4双凸极单元(1
‑
B)、第三8/4双凸极单元(1
‑
C)和第四8/4双凸极单元(1
‑
D)，四个8/4双凸极单元分为关于飞轮(5)上下对称的两组，8/4双凸极单元的转子安装在飞轮(5)上，8/4双凸极单元的定子安装在真空室(2)中。2.根据权利要求1所述的磁悬浮传动系统，其特征在于，所述第二8/4双凸极单元(1
‑
B)的转子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)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(1
‑
C)的转子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)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(1
‑
D)的转子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)的转子安装位置相差0
°
。3.根据权利要求1所述的磁悬浮传动系统，其特征在于，所述第二8/4双凸极单元(1
‑
B)的转子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)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(1
‑
C)的转子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)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(1
‑
D)的转子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)的转子安装位置相差0
°
。4.根据权利要求1所述的磁悬浮传动系统，其特征在于，所述第二8/4双凸极单元(1
‑
B)的定子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)的定子安装位置相差0
°
，第三8/4双凸极单元(1
‑
C)的定子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
‑
A)的定子安装位置相差0
°
，第四8/4双凸极单元(1
‑
D)的定子安装位置与第一8/4双凸极单元(1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁野，马益清，丁世宏，徐俊起，杨帆，孙玉坤，刘宜杭，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：