[发明专利]一种球形电动汽车用磁悬浮飞轮电池的控制方法

说明书

本发明公开了一种球形电动汽车用磁悬浮飞轮电池的控制方法，在球形飞轮电池的工作过程中，采用磁场叠加型差动控制方式，即每对上下定子极分别装有偏置线圈和控制线圈，两个定子极的偏置线圈串联连接，并通过恒定的电流，提供磁悬浮球面轴承工作的偏置磁场；每对定子极上的控制线圈串联，使得偏置线圈和控制电流在控制线圈中产生的磁通在一对定子极中相加、在另外一对定子极中相减，从而使得一对定子极与球形飞轮间气隙磁通增加、另一对定子极与球形飞轮间气隙磁通减小，根据B为磁感应强度，S为球面轴承的定子球面面积，μ₀为空气磁导率，飞轮所受的电磁力一侧增加、另一侧减小，从而调整球面飞轮的位置，使之始终处于平衡位置。

技术领域

本发明涉及飞轮电池(也称飞轮储能装置)控制领域，尤其涉及一种车载球形飞轮电池控制领域。

背景技术

磁悬浮飞轮电池是一种在机械能和电能之间进行能量转换的储能装置，它是以高速旋转的飞轮转子的旋转动能的形式储存能量，以电能的形式输出供人们使用。与传统的储能电池相比，磁悬浮飞轮电池具有储能密度大，充放电时间快，能量转化率高，无污染等众多优势。因此，磁悬浮飞轮电池是一种新型的“绿色电池”，有着广阔的发展前景。

目前，环境污染和内燃机汽车所用的原油储量的不断减小，迫使人们不惜投入巨额资金研究无污染、低噪音的电动汽车，其中将磁悬浮飞轮电池应用于电动汽车领域，是最具前景的研究方向。然而，传统的飞轮电池，在设计上采用有“轴”结构，在遇到启动，急停，转弯等动作时，会产生很大的陀螺力矩，这在很大程度上限制了它在电动汽车上的应用。

从理论上来讲，球状飞轮转子可以消除陀螺效应的产生。利用磁悬浮球面轴承对其实现稳定悬浮，可以极大限度的消除突然运动中所产生的陀螺效应。因此如何利用磁悬浮球面轴承对球形飞轮进行控制，是解决飞轮电池在电动汽车上的应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球面磁悬浮轴承对球状飞轮的控制方法，从而实现球状飞轮转子稳定悬浮旋转。

本发明采用的技术方案是：本发明在一种磁悬浮球形飞轮电池的基础上提出的球形飞轮悬浮方案。该球形飞轮电池的主要特点是：球形电动机/发电机作为传动装置，磁悬浮球面轴承作为支撑装置，并且利用永磁体辅助支撑球形飞轮。其中磁悬浮球面轴承对球形飞轮控制是球形飞轮稳定悬浮的关键。采用的具体技术方案如下：

一种球形电动汽车用磁悬浮飞轮电池的控制方法：

在球形飞轮电池的工作过程中，采用磁场叠加型差动控制方式，即每对上下定子极分别装有偏置绕组和控制绕组，上定子极偏置绕组与轴承中心轴对称的上定子极偏置绕组串联，下定子极偏置绕组与轴承中心轴对称的下定子极偏置绕组串联，并通过恒定的电流，提供磁悬浮球面轴承工作的偏置磁场；每对定子极上定子极控制绕组与轴承中心轴对称的上定子极控制绕组串联，下定子极控制绕组与轴承中心轴对称的下定子极控制绕组串联，使得偏置绕组和控制电流在控制绕组中产生的磁通在一对定子极中相加、在另外一对定子极中相减，使得一对定子极与球形飞轮间气隙磁通增加、另一对定子极与球形飞轮间气隙磁通减小，根据B为磁感应强度，S为球面轴承的定子球面面积，μ₀为空气磁导率，飞轮所受的电磁力一侧增加、另一侧减小，从而调整球面飞轮的位置，使之始终处于平衡位置。

进一步地，所述控制方法的具体实现包括：

步骤1：将磁悬浮球面轴承左上球面定子极偏置绕组与右上球面定子极偏置绕组串联分别置于左上球面定子极和右上球面定子极上；左下球面定子极偏置绕组与右下球面定子极偏置绕组串联分别置于左下球面定子极和右下球面定子极上；磁悬浮球面轴承左上球面定子极控制绕组与右上球面定子极控制绕组串联分别置于左上球面定子极和右上球面定子极上；左下球面定子极控制绕组与右下球面定子极控制绕组串联分别置于左下球面定子极和右下球面定子极上；