[发明专利]飞轮电池用单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮开关磁阻电机，尤其是一种单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机，用于飞轮电池。

背景技术

飞轮电池是一种机电能量转换装置。它可以将外界输入的电能通过电动机转换成高速旋转的飞轮动能，并存储起来；可以将高速旋转的飞轮动能通过发电机转换成电能，并输送给外部负载；可以在待机状态时，保持高速旋转的飞轮动能而不与外界交换能量。因此，飞轮电池用高速电机不仅要具有电动/发电一体化的特性，还要兼具高效、高可靠性、空载损耗小的特点。

飞轮电池用高速电机通常采用永磁电机、开关磁阻电机、异步电机等传统电机，但由于传统电机只能进行能量转换，飞轮电池必须另外配备飞轮转子、磁悬浮轴承等独立个体，导致飞轮电池体积大、成本高、能耗大。为了提高飞轮电池的储能密度与储能效率，飞轮电池用高速电机还可采用集能量转换与悬浮支承于一体的磁悬浮电机，如专利申请号为CN201210139344.1的磁悬浮开关磁阻电机和专利申请号为CN201210200147.6的分体式磁悬浮开关磁阻电机，这两种磁悬浮开关磁阻电机均采用双绕组内转子结构，这两种磁悬浮开关磁阻电机的缺陷是：飞轮电池待机工作时主绕组与悬浮绕组必须同时工作才能产生所需的悬浮支承力，空载损耗大，而且主绕组与悬浮绕组间的绝缘材料导致槽满率低、电机漏磁大、可靠性低；其次，由于电机与飞轮转子分开放置，飞轮转子轴向长度增加，整机体积增加；再次，悬浮力受转子位置角的影响大，悬浮承载能力与稳定性难以保证。

发明内容

本发明的目的是为克服现有飞轮电池的悬浮支承与集成式驱动电机存在的问题，提出一种飞轮电池用单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机，进一步提高电机的悬浮承载能力、发电效率与功率密度，提高系统稳定性和可靠性。

本发明通过以下技术方案实现：本发明包括定子、外转子与集中绕组，定子上有均匀分布的齿极，每个齿极上只有一个绕组且独立控制，定子外是混合外转子，混合外转子叠压封装在飞轮内侧且与飞轮转子合二为一，混合外转子是由凸极转子和圆盘转子沿轴向组成的一体结构，混合外转子上无绕组，凸极转子上有均匀分布的齿极，圆盘转子侧无凸极，圆盘转子放置在靠近飞轮转子的重心侧，凸极转子轴向长度是圆盘转子轴向长度的1～4倍。

本发明的有益效果为：

1、本发明结构紧凑、径向承载力大、功率密度高、效率高，适合用作飞轮电池用高速电机。

2、利用凸极转子的交、直轴磁导不同可产生电磁转矩，由于磁导随气隙变化大，定子绕组差动励磁后产生的径向悬浮力较小，圆盘转子由于气隙处磁导相等，不能产生电磁转矩，但由于气隙小，当定子绕组差动励磁后可产生较大的径向悬浮力。

3、电机通过径向相对极绕组的差动励磁既可实现飞轮的径向可控悬浮，也可实现机电能量转换。

4、电机采用单绕组励磁，有效提高了悬浮支承力、发电效率与电机的功率密度，简化了绕组与开关逆变电路结构，提高了系统可靠性。

5、电机采用混合式转子，提高了径向承载能力与悬浮稳定性，降低了径向承载运行时的系统损耗，提高了径向悬浮与发电运行性能。

6、电机采用外转子结构，缩短了飞轮转子轴向长度，缩小了整机系统体积，改善了飞轮系统的动力特性与稳定性。

7、电机采用集中绕组，绕组端部短，损耗小。

8、电机转子仅为导磁铁心，结构坚固可靠，适于高速、超高速运行，提高了飞轮电池的储能容量。

附图说明

图1是本发明所述飞轮电池用单绕组混合外转子磁悬浮开关磁阻电机的结构示意图；

图2是图1中混合外转子的三维结构图；

图3是图2中凸极转子侧的磁力线示意图；

图4是图2中圆盘转子侧的磁力线示意图。

图中：1.定子；2.混合外转子；201.凸极转子；202.圆盘转子；301.定子A1极绕组；302.定子A2极绕组；303.定子A3极绕组；304.定子A4极绕组。

具体实施方式

参见图1，本发明包括：定子1、混合外转子2与集中绕组。混合外转子2套在定子1之外，定子1和混合外转子2均与转轴同轴。定子1和混合外转子2均由硅钢片叠压而成，定子1的齿极上绕有集中绕组，混合外转子2上无绕组。