一种同轴电机系统、发电机系统及电动机系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种同轴电机系统、发电机系统及电动机系统，同轴电机系统包括至少一对同轴安装的磁悬浮储能飞轮电机，所述一对磁悬浮储能飞轮电机的结构相同，运转方向相反，对外呈现零动量，磁悬浮储能飞轮电机包括：中心轴；定子，固定于中心轴；飞轮转子，通过回转轴可旋转支撑于中心轴，回转轴包括与中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，滚珠轴承外圈通过弹性套圈与回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。由于一对磁悬浮储能飞轮电机对外呈现零动量，能够保证系统稳定的运行，机械性能较好，提高了飞轮电机的效率，延长了飞轮电机的使用寿命，成本较低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及磁悬浮电机，更具体地说，涉及一种同轴电机系统、发电机系统及电动机系统。 
技术介绍
飞轮储能系统是一种新型的机电能量转换与存储装置，具有使用寿命长、转换效率高、适应性强以及无污染等优点，在航空航天、分布式发电、电力调峰、风力发电系统以及电动汽车等领域有着广泛的应用前景。 传统储能飞轮电机采用高速永磁电机，为了减小高速产生的各种损耗，采用分布绕组永磁电机，分布绕组永磁电机的绕组端部很大，铜损较大。且传统储能飞轮电机采用机械轴承，飞轮高速运行产生的机械损耗较大，而且影响储能飞轮电机的使用寿命。现有高性能储能飞轮电机采用主动磁悬浮轴承，虽然其机械损耗很小，但是其价格很高，而且刚度比较低，阻碍了它的实际应用。 
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种同轴电机系统、发电机系统及电动机系统，其能使磁悬浮储能飞轮电机平衡稳定的转动，机械性能较好，提高了飞轮电机的效率，延长了飞轮电机的使用寿命，成本较低。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种同轴电机系统，包括一对同轴安装的磁悬浮储能飞轮电机，所述一对磁悬浮储能飞轮电机的结构相同，运转方向相反，对外呈现零动量，且所述磁悬浮飞轮电机包括： 中心轴； 定子，固定于所述中心轴； 飞轮转子，通过回转轴可旋转支撑于所述中心轴，所述回转轴包括与所述中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，所述滚珠轴承外圈通过弹性套圈与所述回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。 根据本技术的同轴电机系统，所述定子的定子冲片端部安装有三个空间相差120°电角度的开关霍尔元件。 根据本技术的同轴电机系统，所述弹性套圈的截面厚度为0.5毫米至5毫米。 根据本技术的同轴电机系统，所述弹性套圈通过在所述回转轴的轴承室灌注弹性胶形成。 根据本技术的同轴电机系统，所述磁悬浮储能飞轮电机还包括真空密封外壳，所述真空密封外壳与所述中心轴连接。 根据本技术的同轴电机系统，磁悬浮储能飞轮电机包括4个永磁磁极，由28块相间贴装在所述飞轮转子内壁的磁钢构成，每个磁极包括7块同极相间贴装的磁钢； 所述定子包括18个定子槽。 根据本技术的同轴电机系统，所述定子槽的槽口尺寸与相邻磁钢的间距的比例为1.4～1.6。 根据本技术的同轴电机系统，所述定子的三相绕组的绕线方式为： 根据本技术的同轴电机系统，磁悬浮轴承的内定子以及外转子分别包括至少两个轴向充磁的环形磁钢圈， 所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁钢圈的轴向高度相同，且内定子磁钢圈位于外转子磁钢圈内部。 根据本技术的同轴电机系统，所述内定子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫；所述外转子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫。 根据本技术的同轴电机系统，所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁感圈之间的物理气隙为0.2毫米至5毫米。 根据本技术的同轴电机系统，所述内定子以及所述外转子分别包括5个轴向充磁的环形磁钢圈，所述内定子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN，所述外转子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS；所述内定子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS，所述外转子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN。 根据本技术的同轴电机系统，所述飞轮转子外径为 至 飞轮转子的飞轮材料为碳钢，所述飞轮的转速±16000rpm。 根据本技术的同轴电机系统，所述飞轮外径 所述飞轮转子的飞轮材料为玻璃纤维或碳纤维，所述飞轮的最高转速分别为±20000rpm或±60000rpm。 根据本技术的同轴电机系统，所述磁悬浮储能飞轮电机包括用于控制其运行的控制系统，所述控制系统包括用电机驱动控制器以及三相桥整流器， 当所述磁悬浮储能飞轮电机工作于电动机状态时，所述电机驱动控制器控制所述磁悬浮储能飞轮电机加速或稳速运行，将电能转换为机械动能； 当所述磁悬浮储能飞轮电机工作于发电机状态时，所述电机驱动控制器停止驱动所述磁悬浮储能飞轮电机，由三相桥整流器将对所述磁悬浮储能飞轮电机的反电势进行全波整流和输出，将机械动能转换为电能。 本技术还提供一种发电机系统，所述发电机系统包括一对同轴安装的发电机，所述一对发电机的结构相同，运转方向相反，对外呈现零动量，且所述发电机包括： 中心轴； 定子，固定于所述中心轴； 发电机转子，通过回转轴可旋转支撑于所述中心轴，所述回转轴包括与所述中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，所述滚珠轴承外圈通过弹性套圈与所述回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。 本技术还提供一种电动机系统，所述电动机系统包括一对同轴安装的 电动机，所述一对电动机的结构相同，运转方向相反，对外呈现零动量，且所述电动机包括： 中心轴； 定子，固定于所述中心轴； 电动机转子，通过回转轴可旋转支撑于所述中心轴，所述回转轴包括与所述中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，所述滚珠轴承外圈通过弹性套圈与所述回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。 本技术的同轴电机系统包括至少一对同轴安装的磁悬浮储能飞轮电机，一对磁悬浮储能飞轮电机的运转方向相反，对外呈现零动量。由于一对磁悬浮储能飞轮电机对外呈现零动量，能够保证系统稳定的运行。磁悬浮储能飞轮电机的飞轮转子通过回转轴可旋转支撑于中心轴，回转轴包括同轴设置的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，轴向磁悬浮轴承能在轴向上支撑飞轮转子，可以抵消飞轮转子的自重，达到轴向卸载的目的，提高了电机的效率；同时滚珠轴承外圈通过弹性套圈与回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑，从而保证飞轮转子的旋转轴不发生径向偏移而降低电机效率，使磁悬浮储能飞轮电机平衡稳定的转动，同时径向滚珠轴承与回转轴的轴系弹性配合能够使滚珠轴承不承受较大压力而导致磨损，具有较好的机械性能，延长了飞轮电机的使用寿命，同时弹性套圈的实现方式简单，成本较低。借此，本技术其能使磁悬浮储能飞轮电机平衡稳定的转动，机械性能较好，提高了飞轮电机的效率，延长了飞轮电机的使用寿命，成本较低。 优选的是，本技术采用集中绕组，绕组端部小，铜损减小20％，电机定子槽口尺寸与磁钢间隙最优匹配，使电机的定位力矩最小化。 附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明 图1是本技术同轴电机系统的结构原理图； 图2是本技术优选实施例中一台磁悬浮储能飞轮电机的结构原理图； 图3是本技术选实施例中轴向磁悬浮轴承的结构原理图； 图4是本技术同时使用两台同轴安装储能飞轮电机优选实施例中两台电机绕组的串联方式示意图； 图5是本技术实施例中P＝4，S＝18外转子储能飞轮电机的剖面结构原理图； 图6是本技术实施例中一台磁悬浮储能飞轮电机的控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴电机系统，其特征在于，包括一对同轴安装的磁悬浮储能飞轮电机，所述一对磁悬浮储能飞轮电机的结构相同，运转方向相反，对外呈现零动量，且所述磁悬浮飞轮电机包括：
中心轴；
定子，固定于所述中心轴；
飞轮转子，通过回转轴可旋转支撑于所述中心轴，所述回转轴包括与所述中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，所述滚珠轴承外圈通过弹性套圈与所述回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。
2.根据权利要求1所述的同轴电机系统，其特征在于，所述定子的定子冲片端部安装有三个空间相差120度电角度的开关霍尔元件。
3.根据权利要求1所述的同轴电机系统，其特征在于，所述弹性套圈的截面厚度为0.5毫米至5毫米。
4.根据权利要求1所述的同轴电机系统，其特征在于，所述弹性套圈通过在所述回转轴的轴承室灌注弹性胶形成。
5.根据权利要求1所述的同轴电机系统，其特征在于，所述磁悬浮储能飞轮电机还包括真空密封外壳，所述真空密封外壳与所述中心轴连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的同轴电机系统，其特征在于，磁悬浮储能飞轮电机包括4个永磁磁极，由28块相间贴装在所述飞轮转子内壁的磁钢构成，每个磁极包括7块同极相间贴装的磁钢；
所述定子包括18个定子槽。
7.根据权利要求6所述的同轴电机系统，其特征在于，所述定子槽的槽口尺寸与相邻磁钢的间距的比例为1.4～1.6。
8.根据权利要求6所述的同轴电机系统，其特征在于，所述定子的三相绕组的绕线方式为：
9.根据权利要求1所述的同轴电机系统，其特征在于，磁悬浮轴承包括内定子和外转子，且所述内定子以及外转子分别包括至少两个轴向充磁的环形磁钢圈，
所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁钢圈的轴向高度相同，且所述内定子的环形磁钢圈位于所述外转子的环形磁钢圈内部。
10.根据权利要求9所述的同轴电机系统，其特征在于，所述内定子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫；所述外转子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫。
11.根据权利要求9或10所述的同轴电机系统，其特征在于，所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁感圈之间的物理气隙为0.2毫米至5毫米。
12.根据权利要求11所述的同轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆亚梅，
申请(专利权)人：深圳市配天电机技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：