[发明专利]一种磁悬浮飞轮电池

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮飞轮电池领域，特别是涉及一种更适合轴向尺寸小的磁悬浮飞轮电池系统。

背景技术

磁悬浮飞轮电池技术是利用旋转的飞轮储存能量的技术。它以其高比功率、高比能量、充电快、寿命长和环境友好等特点正受到各行各业的重视，在国外已用于汽车、火车、航天、航空等军用和民用行业。

磁悬浮飞轮电池充电时，此时其电机作为电动机，由电动机驱动飞轮使其旋转，将电能转化为机械能储存起来。磁悬浮飞轮电池放电时，此时其电机作为发电机，由飞轮驱动发电机，将机械能转化为电能输出供给用电器。利用磁悬浮技术将飞轮无接触地悬浮于在空间，避免飞轮旋转时的摩擦损耗。同时，飞轮密封于一个真空腔内，减少飞轮旋转时的空气动力学损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单且性能稳定的磁悬浮飞轮电池。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：设有能量储存与转化部分和磁悬浮支承部分，其中，能量储存与转化部分包括飞轮、电动机或发电机的转子、电动机或发电机的定子，磁悬浮支承部分包括电磁铁、位移传感器、轴向保护轴承、径向保护轴承；飞轮、电动机或发电机的转子、电动机或发电机的定子在空间上自上而下排列，并且飞轮与电动机或发电机的转子连为一体，电动机或发电机的定子固定安装于外壳上；在托板的倒圆台面上至少装有三个电磁铁和三个位移传感器，它们沿托板上的圆周方向上交错均匀布置，或者呈任一不在一条直线上的形式布置；飞轮的顶画呈倒圆台形，在电磁铁产生的电磁力的作用下，飞轮悬浮于托板的下方，此时飞轮完全悬浮在空中，与周围的所有零件均保持有微小间隙的非接触状态。

根据磁悬浮原理，将一个物体以指定的状态完全悬浮于指定的空间，需要约束该物体的6个自由度。通常的磁悬浮飞轮电池，是以两个径向磁力轴承约束飞轮转子沿X、Y轴方向移动和绕X、Y轴方向转动的4个自由度，以一个轴向磁力轴承约束飞轮转子沿Z轴方向移动，而飞轮绕Z轴方向的转动的自由度不约束，由电动机驱动。

本发明的设计原理是：利用倾斜安置的三个电磁铁产生电磁力的垂直分力F_Z，约束飞轮转子沿Z轴方向移动和绕X、Y轴方向转动的3个自由度，同时利用三个电磁铁产生电磁力的水平分力F_x，约束飞轮沿X、Y轴方向的移动的2个自由度(见图2)，而飞轮绕Z轴方向的转动的自由度不约束，由电动机驱动。

本发明与现有技术相比，结构更简单，更适合轴向尺寸小的磁悬浮飞轮电池系统。

附图说明

图1为本发明磁悬浮飞轮电池的剖视图。

图2为图1中飞轮4的装配图。

图3为图1去除顶罩7后的俯视图。

图4为图1中飞轮4的立体图。

图5为本发明磁悬浮飞轮电池的立体图。

图6为本发明磁悬浮飞轮的控制原理图。

图中：1.支撑座；2.减振环；3.支撑杆；4.飞轮；5.铁芯；6.线圈；7.顶罩；8.位移传感器；9.夹紧块；10.电磁铁；11.托板；12.导磁环；13.压环；14.外壳；15.轴向保护轴承；16.底盖；17.电机轴；18.径向保护轴承；19.电动机或发电机的转子；20.电动机或发电机的定子；21.螺母。

具体实施方式

本发明提供的是一种同时利用电磁铁垂直于倒圆台母线的电磁力水平分力和垂直分力约束飞轮5个自由度的磁悬浮飞轮电池。本发明将三个电磁铁10的磁极呈倒圆台状布置并将飞轮4设计为倒圆台状，这样可以同时利用电磁铁垂直于倒圆台母线的电磁力水平分力F_x和垂直分力Fz约束飞轮5个自由度，使飞轮悬浮于空间指定位置；具体方法是：利用控制电磁铁的电流来改变电磁铁的磁力，以电磁力的垂直分力F_Z约束飞轮沿Z轴方向移动和绕X、Y轴方向转动的3个自由度，同时利用电磁铁磁场的电磁力水平分力F_x约束飞轮沿X、Y轴方向的移动2个自由度(如图2)，而飞轮绕Z轴方向的转动的自由度不约束，使飞轮在空间指定位置的稳定悬浮，利用电机驱动飞轮绕Z轴高速旋转，为了保护飞轮在停电等意外情况下不损坏，在飞轮的轴向和径向都安装了保护轴承(如图1)。

下面结合附图对本发明做进一步的说明，但不限定本发明。