一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机制造技术

一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，涉及电机技术领域。本发明专利技术是为了解决现有飞轮电机的磁悬浮轴承体积占用大且难以控制的问题。本发明专利技术所述的一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，转子包括转子铁心和转子永磁体，定子铁心沿轴向分为n段，定子铁心的槽数Z与所述定子绕组的相数m之比为偶数，每相定子绕组包括Zm条支路，Zm条支路平均分为两组，两组中的支路一一对应共构成Z2m对绕组，两组支路以定子铁心的圆心为对称中心呈中心对称设置。称设置。称设置。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机


[0001]本专利技术属于电机


技术介绍

[0002]飞轮储能是通过高速旋转的飞轮进行能量存储，实现电能和动能的循环转换。它是一种纯物理的储能方式。
[0003]飞轮储能的最新技术发展方向是采用磁悬浮技术，让飞轮转子在真空环境下处于完全磁悬浮状态进行旋转，可以最大限度地减小摩擦损耗，提高储能密度和能量转换效率，延长使用寿命。和其他储能技术相比，磁悬浮飞轮储能技术具有安全可靠性高、使用寿命长、能量密度高、放电响应速度快、能量转换效率高、建设周期短、不受建设地点制约、运维成本低、全生命周期绿色无污染等优势，应用领域广泛，市场潜力巨大，是储能领域的一个重要的技术发展方向。
[0004]飞轮储能系统储能密度大，功率密度高，对环境的要求低，可模块化，其充放电的时间可以达到分钟级，而且容易检测放电深度，可以应用的场合广泛，同时飞轮储能的使用寿命长，维护简单，大大降低了电能储备成本。
[0005]随着电力电子技术、磁悬浮技术、新材料开发研究等技术的不断发展，飞轮储能技术变得越来越完善，应用的范围也遍及交通、分布式能源系统、供电、军工、航空航天、医疗、甚至农业等领域，成为目前最具有开发前途的储能技术之一。
[0006]在飞轮储能系统中，轴系是动力传递的重要装置，也是飞轮能量自损耗的主要部位，影响着飞轮系统的稳定性、效率及寿命。
[0007]飞轮的轴承系统可分为机械轴承、接触式磁力提升机械轴承和无接触磁悬浮轴承几种类型。传统的机械轴承在运转过程中摩擦损耗比较大，采用机械轴承的飞轮储能系统，充放电过程的能量损失会很大，转速也比较低。接触式磁力提升机械轴承主要采用磁悬浮技术对飞轮本体进行提升，减轻机械轴承的承重力，从而提高飞轮转速和延长轴承的使用寿命。接触式磁力提升机械轴承虽然也采用了磁悬浮技术，但是并不能够做到真正的无接触磁悬浮状态，本质上仍然是机械轴承，在运转过程中机械轴承仍要承重。因此，采用接触式磁力提升机械轴承的飞轮产品，其转速较低，通常小于8000RPM，仍属于“低速”飞轮。更严重的是，其轴承通常3～4年需要更换，日常也需要定期更换润滑油，不仅增加设备更换和人工费用，而且现场更换轴承会面临一系列的问题，例如受现场空间限制、对周围运行设备的影响、拆卸安装和检测所需要的配套设备多等。另外，飞轮必须完全静止下来才能进行轴承更换操作，飞轮系统的停止、启动和抽真空都需要花数小时的时间，这些额外的停运时间会给用户造成很大的损失。
[0008]为了满足飞轮系统大容量、高功率以及工作时间长等要求，先进飞轮系统的轴承必须采用磁悬浮轴承，从而达到有效的消除机械摩擦、降低噪声以及减少损耗的目的。然而，让电机转子悬浮起来的代价很高，通常磁悬浮电机中，磁悬浮轴承的体积占60％，而且磁悬浮轴承的控制器成本高又复杂。磁悬浮电机是成本高昂的奢侈品，磁悬浮电机遥不可
及。

技术实现思路

[0009]本专利技术是为了解决现有飞轮电机的磁悬浮轴承体积占用大且难以控制的问题，现提供一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机。
[0010]一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，包括同轴嵌套的转轴、定子和转子，定子包括定子铁心和定子绕组，转子包括转子铁心和转子永磁体，定子铁心沿轴向分为n段，n为大于等于3的正整数，定子铁心的槽数Z与定子绕组的相数m之比为偶数，每相定子绕组包括Zm条支路，Zm条支路平均分为两组，两组中的支路一一对应共构成Z2m对绕组，两组支路以定子铁心的圆心为对称中心呈中心对称设置。
[0011]进一步的，上述一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机还包括外壳，转轴、定子和转子均位于外壳内部，转轴的两端各通过一个轴承与外壳相连接。
[0012]进一步的，上述轴承与外壳之间设有弹性垫圈。
[0013]进一步的，上述转子外同轴套接有磁钢套。
[0014]进一步的，上述磁钢套的材料为非导磁金属。
[0015]进一步的，上述定子同轴嵌套在转子外部，且定子外部与外壳之间为真空腔体。
[0016]进一步的，上述转子永磁体为表贴式永磁体。
[0017]进一步的，上述转子永磁体为内嵌式永磁体。
[0018]本专利技术所述的一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，综合了径向主动自然磁悬浮技术和轴向被动磁悬浮技术，将飞轮完整的自然悬浮起来，兼有优良的电机同步驱动的功能。同时，真空腔体位于飞轮电机外定子的外围，真空腔体厚度大，强度高。由于自然磁悬浮，只要电机在旋转，电机飞轮转子就自然地处于悬浮状态，不需要额外附件任何传感器和控制器，自然磁悬浮高速飞轮电机的转速可以超过每分钟2万转，具有天然、自然的高可靠性和简单性。
附图说明
[0019]图1为一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机的定子绕组连接结构图；
[0020]图2为表贴磁钢式飞轮电机的径向截面示意图；
[0021]图3为内嵌磁钢式飞轮电机的轴向截面示意图；
[0022]图4为内嵌磁钢式飞轮电机的径向截面示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，包括由内至外同轴嵌套的转轴、转子、定子和外壳
7，转轴、定子和转子均位于外壳7内部，定子和外壳之间为真空腔体。转轴的两端各通过一个轴承6与外壳相连接，且轴承6与外壳之间设有弹性垫圈8。定子包括定子铁心1和定子绕组2。转子包括转子铁心3和转子永磁体4。
[0025]定子铁心1沿轴向分为9段，以便获得轴向更大的被动磁悬浮能力。每段之间间隙λ＝1δ～2δ，δ为电机的电磁气隙。当λ小于每段的轴向长度4～5倍时，轴向磁悬浮刚度与分段数n成正比。分段后轴向被动磁悬浮的最大刚度近似为：0.95nK(Nmmm)，其中K(Nmmm)是单段轴向被动磁悬浮的刚度。但是，磁悬浮的轴向有效工作范围减小了，近似为：0.95λ。
[0026]定子铁心1内圆周面开有24条轴向的定子槽，每个定子槽内均设有两个定子磁极，且同一个定子磁极分别位于相邻的两个定子槽内。定子绕组2为3相，每相首端产生UVW三相绕组的端口，每相尾端产生UVW三相绕组的中点O；最终构成三相绕组的U、V、W三相端口和一个三相绕组的中点。每相定子绕组2包括8条支路，8条支路平均分为两组，两组中的支路一一对应共构成4对绕组。4对绕组的首端并联、末端并联。两组支路以定子铁心1的圆心为对称中心呈中心对称设置。
[0027]具体的，定子铁心1与转子永磁体4之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，包括同轴嵌套的转轴、定子和转子，所述定子包括定子铁心(1)和定子绕组(2)，所述转子包括转子铁心(3)和转子永磁体(4)，其特征在于，所述定子铁心(1)沿轴向分为n段，n为大于等于3的正整数，所述定子铁心(1)的槽数Z与所述定子绕组(2)的相数m之比为偶数，每相定子绕组(2)包括Zm条支路，Zm条支路平均分为两组，两组中的支路一一对应共构成Z2m对绕组，两组支路以所述定子铁心(1)的圆心为对称中心呈中心对称设置。2.根据权利要求1所述的一种分布式绕组自然电磁磁悬浮储能飞轮电机，其特征在于，还包括外壳(7)，所述转轴、定子和转子均位于所述外壳(7)内部，所述转轴的两端各通过一个轴承(6)与外壳相连接。3.根据权利要求2所述的一种分布式绕组自然电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵杰，赵辉，苏健勇，李铁才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：