一种磁悬浮飞轮电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种磁悬浮飞轮电机，其飞轮转子组件为圆盘结构，并由至少一个中心轴承和至少一套磁悬浮轴承实现支撑；在中心轴承与磁悬浮轴承之间设有上部、下部转子磁钢片和上部、下部定子PCB绕组；本实用新型专利技术将永磁电机、飞轮、以及磁悬浮轴承结合在一起，整个磁悬浮飞轮电机具有体积小、重量轻的显著的特点，全面优化了飞轮电机的性能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮飞轮电机
本技术涉及电机领域，尤其涉及一种磁悬浮飞轮电机。
技术介绍
传统永磁飞轮电机，由永磁电机和飞轮体两部分组成,其结构笨重。永磁电机驱动飞轮体旋转产生动量JΩ，可用于储能、稳定姿态或反作用控制。要求永磁飞轮电机的损耗小、旋转平稳性、体积小、重量轻。然而，传统永磁飞轮电机除了结构笨重，其定子开槽，存在齿槽定位力矩，定子铁芯在电机高速转动时产生铁耗和附加的涡流阻力矩，轴承的摩擦力矩和使用寿命都是制约飞轮电机性能的问题。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本技术要提供一种磁悬浮飞轮电机，以解决传统永磁飞轮电机损耗大、寿命短等问题。本技术的磁悬浮飞轮电机，包括飞轮转子组件和定子组件，所述飞轮转子组件为圆盘结构，其中，所述飞轮转子组件之回转中心套设于至少一个中心轴承上，在靠近所述飞轮转子组件边缘的位置设有至少一套磁悬浮轴承；在所述飞轮转子组件的位于所述中心轴承与磁悬浮轴承之间的上下表面，分别设有上部转子磁钢片和下部转子磁钢片，所述上部、下部转子磁钢片分别组成为环形结构，且各自的磁钢片磁极数为2P，其中P为磁极对数；所述定子组件包括位于所述上部转子磁钢片上部的上部定子组件、以及位于所述下部转子磁钢片下部的下部定子组件；所述上部定子组件的下表面设有上部定子磁轭，所述上部定子磁轭的下表面设有上部定子PCB绕组；所述下部定子组件的上表面设有下部定子磁轭，所述下部定子磁轭的上表面设有下部定子PCB绕组。本技术中，每一套所述磁悬浮轴承包括设于所述飞轮转子组件上下表面的上部磁悬浮转动磁钢片和下部磁悬浮转动磁钢片、设于所述上部定子组件下表面的上部磁悬浮静止磁钢片、以及设于所述下部定子组件上表面的下部磁悬浮静止磁钢片；所述上部磁悬浮转动磁钢片与上部磁悬浮静止磁钢片之间为相同极性对置，相互产生相斥的作用力；所述下部磁悬浮转动磁钢片与下部磁悬浮静止磁钢片之间为相同极性对置，相互产生相斥的作用力。本技术的优选方案中，所述上部、下部磁悬浮转动磁钢片和上部、下部磁悬浮静止磁钢片均采用0.5~5mm的环形塑料磁钢片，其外径D2与内径Dl之差应小于20mm。本技术的优选方案中，设有两套磁悬浮轴承，两者之间沿径向布置，且两者之间的距离H应大于2mm，本实施例中是大于4mm。本技术的优选方案中，所述上部磁悬浮转动磁钢片与上部磁悬浮静止磁钢片之间、以及所述下部磁悬浮转动磁钢片与下部磁悬浮静止磁钢片之间的工作间隙为0.15 ~5mm。本技术的优选方案中，所述中心轴承的上、下两端设有上下波纹垫圈和下波纹垫圈。本技术的优选方案中，所述上部、下部定子磁轭由塑料软磁材料或铁氧体软磁材料制成。本技术的优选方案中，所述上部、下部转子磁钢片的厚度为0.5?5mm ;所述定子PCB绕组是整距绕组，且均布Z=2Pm个绕组，电机基本参数应满足:π D/2P ( 40mm,其中D是环形磁钢片的平均直径、Z是电机的虚槽数、m是电机的相数。本技术的优选方案中，该电机为三相永磁电机，其中m=3，Z=2Pm=6P，其U、V、W三相绕组形成三相独立线圈绕组、或中线相连成Y连接方式。由上述技术方案可以看出，本技术将永磁电机、飞轮、以及磁悬浮轴承结合在一起，整个磁悬浮飞轮电机具有体积小、重量轻的显著的特点。其中采用薄片磁钢和薄片软磁材料和结构，消除小齿槽定位力矩和定子铁芯的涡流损耗。磁悬浮的采用极大地减小了机械摩擦，使中心轴承可处于轴向空载，摩擦力矩很小和使用寿命很长。本技术磁悬浮飞轮电机全面优化了传统性能。【附图说明】图1是本技术一个优选实施例中磁悬浮飞轮电机的截面视图；图2是图1所示磁悬浮轴承的结构和相斥磁场产生的磁力线示意图；图3是图1所示磁悬浮飞轮电机的PCB定子绕组示意图，其三相绕组沿圆周按120°电角度均匀分布。【具体实施方式】下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，在图1至图3所示的优选实施中:I是飞轮转子组件，2是上部转子磁钢片，3是下部转子磁钢片，4是上部磁悬浮转动磁钢片，41是上部磁悬浮静止磁钢片，5是下部磁悬浮转动磁钢片，51是下部磁悬浮静止磁钢片，6是上部定子组件，7是下部定子组件，8是上部定子PCB绕组，81是上部定子磁轭，9是下部定子PCB绕组，91是下部定子磁轭，10是中心轴承，101是中心轴承的上下波纹垫圈，11是磁悬浮飞轮电机的壳体。如图1的右侧所示，其中的飞轮转子组件I呈圆盘状，其表面分别安设有上部转子磁钢片2和下部转子磁钢片3，上部、下部转子磁钢片均排布为环形结构，并相互对称，磁极数为2P。上部定子组件6的内侧设有上部定子磁轭81，然后设有上部定子PCB绕组8，并与飞轮转子组件I的上部转子磁钢片2保持回转对置。下部定子组件7的内侧设有下部定子磁轭91，然后设有下部定子PCB绕组9，并与飞轮转子组件I的下部转子磁钢片3保持回转对置。电机的回转中心是中心轴承10，其作用是实现径向支撑。在中心轴承10的上、下两端设有上下波纹垫圈和下波纹垫圈101。在远离中心轴承10的位置(即在靠近飞轮转子组件I边缘的位置)还设有环形的磁悬浮轴承，其作用是实现轴向支撑。也就是说，图1所示只是局部的截面图结构，其右侧的虚线即为中心线，其截面图为左右对称结构；可以想象的是，图1的A向视图应为一个以中心轴承10为中心的圆形结构。如图1的左侧所示为磁悬浮轴承，包括位于飞轮转子组件I上表面的上部磁悬浮转动磁钢片4、位于飞轮转子组件I下表面的下部磁悬浮转动磁钢片5，位于定子组件6内侧的上部磁悬浮静止磁钢片41、位于定子组件7内侧的下部磁悬浮静止磁钢片51。其中，上部磁悬浮转动磁钢片4与上部磁悬浮静止磁钢片41为相同极性对置，例如N极对N极，或S极对S极，两者之间产生相斥的作用力；同样，下部磁悬浮转动磁钢片55与下部磁悬浮静止磁钢片51也为相同极性对置。上部、下部磁悬浮转动磁钢片和上部、下部磁悬浮静止磁钢片均采用0.5~5mm的环形塑料磁钢片制成，其外径与内径之差应小于20mm，本实施例中是小于5mm。图1所示的实施例中设有两套磁悬浮轴承，两者之间沿径向布置，且两者之间的距离应大于2mm。具体实施时，也可只设置一套磁悬浮轴承、或者设置三套或多套磁悬浮轴承。飞轮转子组件I在径向被电机的中心轴承10所约束，在轴向则被磁悬浮轴承所支撑，在无重力环境中，飞轮转子组件I将悬浮于电机的几何中心，并且可以自由转动。在重力环境中，飞轮转子组件I的轴向位置由磁悬浮轴承的恢复力、波纹垫圈101的恢复力、重力这三个因素决定。当磁悬浮轴承的恢复力远大于重力时，飞轮转子组件I的轴向位置偏差可以忽略。本实施例中，飞轮转子组件1，定子组件6、7，以及壳体11 一起组成磁悬浮飞轮电机整体，这种磁悬浮飞轮电机是双定子和双转子电机，充分利用了电机的全部空间。其中的圆盘状飞轮转子组件I结构对称，表面平整光滑，在电机腔内回转过程中空气阻力很小。如图2所示，本实施例中，上部磁悬浮转动磁钢片与上部磁悬浮静止磁钢片之间、以及所述下部磁悬浮转动磁钢片与下部磁悬浮静止磁钢片之间的工作间隙S为0.15~5mm ο具体实施时，其中的上部、下部定子磁轭由塑料软磁材料或铁氧体软磁材料制成。上部、下部转子磁钢片的厚度为0.5~5mm。如图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮飞轮电机，包括飞轮转子组件和定子组件，所述飞轮转子组件为圆盘结构，其特征在于，所述飞轮转子组件之回转中心套设于至少一个中心轴承上，在靠近所述飞轮转子组件边缘的位置设有至少一套磁悬浮轴承；在所述飞轮转子组件的位于所述中心轴承与磁悬浮轴承之间的上下表面，分别设有上部转子磁钢片和下部转子磁钢片，所述上部、下部转子磁钢片分别组成为环形结构，且各自的磁钢片磁极数为2P，其中P为磁极对数；所述定子组件包括位于所述上部转子磁钢片上部的上部定子组件、以及位于所述下部转子磁钢片下部的下部定子组件；所述上部定子组件的下表面设有上部定子磁轭，所述上部定子磁轭的下表面设有上部定子PCB绕组；所述下部定子组件的上表面设有下部定子磁轭，所述下部定子磁轭的上表面设有下部定子PCB绕组。

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮飞轮电机，包括飞轮转子组件和定子组件，所述飞轮转子组件为圆盘结构，其特征在于， 所述飞轮转子组件之回转中心套设于至少一个中心轴承上，在靠近所述飞轮转子组件边缘的位置设有至少一套磁悬浮轴承； 在所述飞轮转子组件的位于所述中心轴承与磁悬浮轴承之间的上下表面，分别设有上部转子磁钢片和下部转子磁钢片，所述上部、下部转子磁钢片分别组成为环形结构，且各自的磁钢片磁极数为2P，其中P为磁极对数； 所述定子组件包括位于所述上部转子磁钢片上部的上部定子组件、以及位于所述下部转子磁钢片下部的下部定子组件；所述上部定子组件的下表面设有上部定子磁轭，所述上部定子磁轭的下表面设有上部定子PCB绕组；所述下部定子组件的上表面设有下部定子磁轭，所述下部定子磁轭的上表面设有下部定子PCB绕组。2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮电机，其特征在于，每一套所述磁悬浮轴承包括设于所述飞轮转子组件上下表面的上部磁悬浮转动磁钢片和下部磁悬浮转动磁钢片、设于所述上部定子组件下表面的上部磁悬浮静止磁钢片、以及设于所述下部定子组件上表面的下部磁悬浮静止磁钢片；所述上部磁悬浮转动磁钢片与上部磁悬浮静止磁钢片之间为相同极性对置，相互产生相斥的作用力；所述下部磁悬浮转动磁钢片与下部磁悬浮静止磁钢片之间为相同极性对置，相互产生相斥的作用力。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪云涛，孔翔，王琳，饶建红，王晶菡，宁蜀悦，张臣，李铁才，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，
类型：实用新型
国别省市：