【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁悬浮储能飞轮，尤其涉及一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮。
技术介绍
1、飞轮储能的基本原理是把电能转换成旋转体的动能进行存储。它通常包括飞轮、轴承、动力轴、电动发电机、真空容器及电力电子设备。在储能阶段，外部供能装置通过电力电子设备为电动机供电，持续驱动飞轮，将电能转化为飞轮的动能储存；在需要释放能量的时候，飞轮减速，电动机做发电机使用，通过电力电子设备向外输出电力，将飞轮储存的动能转化为电能。同时为有效降低能量损耗，储能飞轮通常运行于真空容器之中。
2、传统结构的磁悬浮储能飞轮由于储能释能过程需要进行加速降速，角速度变化产生的转动力矩会对移动载体的运动产生影响。而载体运动时，由于陀螺效应，旋转的储能飞轮会对外输出陀螺力矩，同样对载体的运动产生影响。限制了储能飞轮在电动汽车、卫星等移动载体上的应用推广。针对以上缺点，目前常用的改善方法是在载体上对称的安装另一台储能飞轮。通过适当的设计与控制，使两个储能飞轮的转动力矩与陀螺力矩相互抵消。但这种方法无论是成本还是对载体空间的要求都大大增加。
3、另一种改善方法是内外嵌套地安装两台储能飞轮，通过适当的设计与控制，使两个储能飞轮的扰动力矩与陀螺力矩相互抵消。但这种方法对嵌套的两层两转子的同轴度要求较高，否则较差的同轴度不仅会使两个储能飞轮的转动力矩与陀螺力矩难以相互抵消，还会引入新的扰动力矩，这就使得其加工难度与安装难度大大增加。
4、不利于储能飞轮在移动载体上的产业化应用。同时由于转子材料强度的限制，转子的线速度不能过
5、因此，需要设计一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，使用一体式磁轴承将两个飞轮嵌套在一起，在成本提升不高及占用体积基本不变的情况下，改善传统储能飞轮工作时产生的力矩问题，并提高单个储能飞轮的储能上限，同时由于一体式磁轴承可以同时支撑内外转子，大大降低了加工难度与安装难度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，包括下基座，所述下基座内部开设有容纳槽，所述下基座顶端固定连接有上基座，所述容纳槽内设置有同轴反向双转子系统；
3、所述同轴反向双转子系统包括内转子机构，所述内转子机构两端均设置有内轴向悬浮部，所述内转子机构外侧同轴套设有一体式磁轴承，所述一体式磁轴承外侧同轴套设有外转子机构，所述外转子机构与所述内转子机构旋转方向相反，所述外转子机构两端均设置有外轴向悬浮部。
4、优选的，所述内转子机构包括转轴，所述转轴竖直转动设置在所述容纳槽内，所述转轴外侧壁上部由上至下依次固定套设有第一隔环、第一内径向磁轴承转子铁芯，所述转轴外侧壁下部由上至下依次固定套设有第二内径向磁轴承转子铁芯、第二隔环、内飞轮永磁体、第三隔环，所述内飞轮永磁体外侧固定套设有内飞轮护套，所述一体式磁轴承同轴套设在所述转轴外侧。
5、优选的，所述一体式磁轴承包括两个内外一体式磁轴承铁芯，一个所述内外一体式磁轴承铁芯与所述第一内径向磁轴承转子铁芯对应，另一个所述内外一体式磁轴承铁芯与所述第二内径向磁轴承转子铁芯对应，所述内外一体式磁轴承铁芯内侧壁固定连接有若干等间隔设置的内径磁线圈，所述内外一体式磁轴承铁芯外侧壁固定连接有若干等间隔设置的外径磁线圈，所述外径磁线圈与所述内径磁线圈一一对应。
6、优选的，所述内轴向悬浮部包括内飞轮轴向磁轴承外壳，所述内飞轮轴向磁轴承外壳与所述转轴端部之间留有间隙，位于上方的所述内飞轮轴向磁轴承外壳与所述上基座底端固定连接，位于下方的所述内飞轮轴向磁轴承外壳与所述容纳槽底端开设的扩展槽底壁固定连接，所述内飞轮轴向磁轴承外壳靠近所述转轴的一端固定连接有内飞轮轴向磁轴承线圈。
7、优选的，所述内飞轮护套外侧同轴转动套设有内飞轮电机定子，所述内飞轮电机定子与所述扩展槽侧壁固定连接。
8、优选的，所述外转子机构包括杯状转子，所述杯状转子与所述转轴旋转方向相反，所述杯状转子同轴转动套设在所述内外一体式磁轴承铁芯外侧，所述杯状转子内侧壁上部由上至下依次固定连接有第四隔环、第一外径向磁轴承转子铁芯，所述杯状转子内侧壁下部由上至下依次固定连接有第二外径向磁轴承转子铁芯、第五隔环，所述第一外径向磁轴承转子铁芯与一个所述内外一体式磁轴承铁芯对应，所述第二外径向磁轴承转子铁芯与另一个所述内外一体式磁轴承铁芯对应，所述杯状转子外侧壁由上至下依次固定套设有第六隔环、外飞轮永磁体，所述外飞轮永磁体外侧固定套设有外飞轮护套。
9、优选的，所述外飞轮护套外侧同轴转动套设有外飞轮电机定子，所述外飞轮电机定子与所述容纳槽内侧壁固定连接。
10、优选的，所述外轴向悬浮部包括外飞轮轴向磁轴承外壳，所述外飞轮轴向磁轴承外壳与所述杯状转子端部之间留有间隙，位于上方的所述外飞轮轴向磁轴承外壳与所述上基座底端固定连接，位于下方的所述外飞轮轴向磁轴承外壳与所述容纳槽底壁固定连接，所述外飞轮轴向磁轴承外壳靠近所述杯状转子的一端固定连接有外飞轮轴向磁轴承线圈。
11、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
12、1、设置的内转子机构与外转子机构都能独立储能，储存的能上限更高，结构也更紧凑；
13、2、由于内转子机构与外转子机构的独立储能，在释放能量时单位时间内释放的能量也更多；
14、3、能够改善储能飞轮的陀螺力矩以及储能释能阶段产生的力矩问题；
15、4、本专利技术除储能功能外还具有输出力矩的功能，由于本专利技术设计的内转子机构和外转子机构能够独立工作，两个转子机构都可以输出力矩，因此输出力矩的范围更大，同时由于两个转子机构的转向相反，在加速度方向相反时可以做到输出力矩的方向相同，因此可以利用其中的一个进行降速发电，产生的电能为另一个供电加速，在共同对外输出力矩的同时，减小对外部供电或用电等电力设备的影响，使其在兼顾输出力矩时收到的限制更少、更为灵活。
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1.一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，包括下基座(1)，所述下基座(1)内部开设有容纳槽(2)，所述下基座(1)顶端固定连接有上基座(3)，所述容纳槽(2)内设置有同轴反向双转子系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述内转子机构包括转轴(4)，所述转轴(4)竖直转动设置在所述容纳槽(2)内，所述转轴(4)外侧壁上部由上至下依次固定套设有第一隔环(5)、第一内径向磁轴承转子铁芯(6)，所述转轴(4)外侧壁下部由上至下依次固定套设有第二内径向磁轴承转子铁芯(7)、第二隔环(8)、内飞轮永磁体(9)、第三隔环(11)，所述内飞轮永磁体(9)外侧固定套设有内飞轮护套(10)，所述一体式磁轴承同轴套设在所述转轴(4)外侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述一体式磁轴承包括两个内外一体式磁轴承铁芯(12)，一个所述内外一体式磁轴承铁芯(12)与所述第一内径向磁轴承转子铁芯(6)对应，另一个所述内外一体式磁轴承铁芯(12)与所述
4.根据权利要求2所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述内轴向悬浮部包括内飞轮轴向磁轴承外壳(27)，所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)与所述转轴(4)端部之间留有间隙，位于上方的所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)与所述上基座(3)底端固定连接，位于下方的所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)与所述容纳槽(2)底端开设的扩展槽(29)底壁固定连接，所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)靠近所述转轴(4)的一端固定连接有内飞轮轴向磁轴承线圈(28)。
5.根据权利要求4所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述内飞轮护套(10)外侧同轴转动套设有内飞轮电机定子(24)，所述内飞轮电机定子(24)与所述扩展槽(29)侧壁固定连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述外转子机构包括杯状转子(15)，所述杯状转子(15)与所述转轴(4)旋转方向相反，所述杯状转子(15)同轴转动套设在所述内外一体式磁轴承铁芯(12)外侧，所述杯状转子(15)内侧壁上部由上至下依次固定连接有第四隔环(17)、第一外径向磁轴承转子铁芯(18)，所述杯状转子(15)内侧壁下部由上至下依次固定连接有第二外径向磁轴承转子铁芯(20)、第五隔环(19)，所述第一外径向磁轴承转子铁芯(18)与一个所述内外一体式磁轴承铁芯(12)对应，所述第二外径向磁轴承转子铁芯(20)与另一个所述内外一体式磁轴承铁芯(12)对应，所述杯状转子(15)外侧壁由上至下依次固定套设有第六隔环(16)、外飞轮永磁体(21)，所述外飞轮永磁体(21)外侧固定套设有外飞轮护套(22)。
7.根据权利要求6所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述外飞轮护套(22)外侧同轴转动套设有外飞轮电机定子(23)，所述外飞轮电机定子(23)与所述容纳槽(2)内侧壁固定连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述外轴向悬浮部包括外飞轮轴向磁轴承外壳(25)，所述外飞轮轴向磁轴承外壳(25)与所述杯状转子(15)端部之间留有间隙，位于上方的所述外飞轮轴向磁轴承外壳(25)与所述上基座(3)底端固定连接，位于下方的所述外飞轮轴向磁轴承外壳(25)与所述容纳槽(2)底壁固定连接，所述外飞轮轴向磁轴承外壳(25)靠近所述杯状转子(15)的一端固定连接有外飞轮轴向磁轴承线圈(26)。
...【技术特征摘要】
1.一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，包括下基座(1)，所述下基座(1)内部开设有容纳槽(2)，所述下基座(1)顶端固定连接有上基座(3)，所述容纳槽(2)内设置有同轴反向双转子系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述内转子机构包括转轴(4)，所述转轴(4)竖直转动设置在所述容纳槽(2)内，所述转轴(4)外侧壁上部由上至下依次固定套设有第一隔环(5)、第一内径向磁轴承转子铁芯(6)，所述转轴(4)外侧壁下部由上至下依次固定套设有第二内径向磁轴承转子铁芯(7)、第二隔环(8)、内飞轮永磁体(9)、第三隔环(11)，所述内飞轮永磁体(9)外侧固定套设有内飞轮护套(10)，所述一体式磁轴承同轴套设在所述转轴(4)外侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述一体式磁轴承包括两个内外一体式磁轴承铁芯(12)，一个所述内外一体式磁轴承铁芯(12)与所述第一内径向磁轴承转子铁芯(6)对应，另一个所述内外一体式磁轴承铁芯(12)与所述第二内径向磁轴承转子铁芯(7)对应，所述内外一体式磁轴承铁芯(12)内侧壁固定连接有若干等间隔设置的内径磁线圈(14)，所述内外一体式磁轴承铁芯(12)外侧壁固定连接有若干等间隔设置的外径磁线圈(13)，所述外径磁线圈(13)与所述内径磁线圈(14)一一对应。
4.根据权利要求2所述的一种基于一体式磁轴承的磁悬浮内外双层反转储能飞轮，其特征在于，所述内轴向悬浮部包括内飞轮轴向磁轴承外壳(27)，所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)与所述转轴(4)端部之间留有间隙，位于上方的所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)与所述上基座(3)底端固定连接，位于下方的所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)与所述容纳槽(2)底端开设的扩展槽(29)底壁固定连接，所述内飞轮轴向磁轴承外壳(27)靠近所述转轴(4)的一端固定连接有内飞轮轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，薄乐，郑世强，周银锋，刘刚，王灿，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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