[发明专利]夹心式电动汽车用磁悬浮飞轮电池及工作方法

说明书

本发明公开一种夹心式电动汽车用磁悬浮飞轮电池及工作方法，真空室内部正中央是立式转轴，立式转轴的轴向正中间同轴设置盘式飞轮电机，盘式飞轮电机的正上方和正下方各同轴装有一个结构相同、相对于盘式飞轮电机在轴向上下对称布置且空套在立式转轴外的盘形磁轴承，每个盘形磁轴承上绕有一组径向控制线圈；盘式飞轮电机由一个定子、两个转子和两组永磁体组成，定子位于盘式飞轮电机的正中间且同轴空套在立式转轴外，2个转子分别对称布置于定子的上下两侧且同轴固定套接在立式转轴上；2个转子在背对着定子的表面上均沿沿圆周方向贴有一组永磁体，飞轮电池的整体结构为盘式结构，盘式磁轴承与盘式飞轮电机均为扁平结构，抑制转子的陀螺效应。

技术领域

本发明涉及飞轮电池（也称飞轮储能装置）领域，尤其是一种用于电动汽车的磁悬浮飞轮电池。

背景技术

磁悬浮飞轮电池是一种高效、清洁、适合移动、以储存机械能代替储存电能的二次放电装置。它利用不接触的旋转飞轮储存能量，具有高比功率和比能量、充电快、高转速、寿命长以及环境友好等优点，广泛应用在交通运输、航空航天、电力能源等领域。

磁悬浮飞轮电池的工作原理为：磁悬浮飞轮电池利用电力电子转换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮转子旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，以满足不同的需求。磁悬浮飞轮电池的拓扑结构主要由真空室、飞轮转子、电动机／发电机、磁轴承及保护轴承等组成。飞轮电池系统一般放置在高真空的密封机壳内，虽然通过提高真空度可以降低风损，但是稀薄的气体环境使系统散热功能减弱，导致转子的温度极易升高。另外，飞轮电池的待机损耗高（自放电率高），如停止充电，飞轮电池储存的能量在几到几十个小时内会自行耗尽。飞轮电池大部分时间工作在高速“待机”状态，因此飞轮电池的支承与传动系统应兼具低损耗、高可靠性的特点。再者，对于车用飞轮电池，汽车不同行驶状态及所行驶的道路状况均会导致陀螺效应的产生，所以轴承除了承受飞轮转子的自重外，还得承受陀螺力。尤其随着路况复杂度的增加导致陀螺效应更加明显，使得飞轮转子系统极易失稳。因此电动汽车用磁悬浮飞轮电池系统应兼具散热好、低损耗、高可靠性的特点。

现有技术的飞轮电池拓扑结构通常采用主动/被动/混合磁轴承支承立式主轴，再配以径向气隙结构形式电机来实现飞轮转子的悬浮支承与传动，因此现有技术的悬浮支承方式和电机的选择方式将飞轮电池的整体拓扑方式组成为有轴树状结构，陀螺效应不可避免。而且随着能源紧缺，路况复杂程度的增加导致车载飞轮电池的陀螺效应更加明显，使得飞轮转子极易失稳。除此之外，采用传统磁悬浮支承方式（主动/被动/混合磁轴承）虽然能够提供飞轮电池稳定运行的悬浮支承力，但是分别存在支承损耗高、承载力不足、体积大等缺点，而且采用此类飞轮电池拓扑结构，散热性能一直没有得到改善。另外，现有技术的飞轮电池所采用的电机多采用传统的径向气隙结构形式，同时为了减小磁路的磁阻，选用高磁导率的硅钢片叠压制成铁心，而铁心的存在又导致了电机体积大、重量大、损耗大、振动噪声大等问题，进而导致飞轮电池待机损耗大。因此，如何改进飞轮电池的整体拓扑结构，即设计新型悬浮支承拓扑结构与电机结构，用来改善飞轮电池陀螺效应、散热差和待机损耗大等是目前电动汽车用磁悬浮飞轮电池领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的上述问题而提供一种散热好、待机损耗小且可以有效抑制陀螺效应的夹心式电动汽车用磁悬浮飞轮电池，本发明同时还提供该飞轮电池的工作方法。