[发明专利]一种车载飞轮电池用交直流三自由度轴向单片混合磁轴承

说明书

本发明公开一种车载飞轮电池用交直流三自由度轴向单片混合磁轴承，转子外从上往下依次地同轴套有径向定子、永磁体和单片的轴向定子，轴向定子外套有拉力盘，拉力盘与转子同轴固定连接；径向定子的轭部沿圆周方向均匀布置三个径向定子极，每个径向定子极上绕有径向控制线圈，三个径向定子极的内端表面是圆弧柱面，该圆柱面与转子之间留有径向气隙；轴向定子内部装有轴向控制线圈，轴向控制线圈紧贴轴向定子的内壁，轴向定子的下端面与拉力盘内底面之间留有轴向气隙；环形永磁体轴向充磁且固定连接径向定子下端和轴向定子上端；径向定子采用单片结构，简化了磁轴承的结构，减轻了磁轴承的质量，降低功耗。

技术领域

本发明涉及一种非机械接触式磁悬浮轴承，特指一种用于车载飞轮电池悬浮支撑的混合磁轴承。

背景技术

目前制约电动汽车发展的主要难题是车载动力电池的性能，车载飞轮电池是利用磁悬浮支承和飞轮的旋转惯量来实现能量存储的，其充电效率高、比能量、比功率大，质量小而且无污染。由于电动汽车空间有限，因此对飞轮电池的体积的要求就相对比较高，而磁悬浮轴承是对飞轮电池提供支撑的关键部件，其体积大小直接影响飞轮电池的体积。

传统交直流混合磁轴承采用径向定子为四极式，由直流偏置电流或永磁体产生偏置磁场，其缺点是功放体积过大，损耗大，成本高。相较于径向定子采用四极式结构，径向定子采用三极式结构，不仅增大了绕线的空间，而且径向两自由度的控制只需要一路三相逆变功放电路，大大减少了其功放、体积与成本。

期刊《机械设计与制造》，卷期号1001-3997（2007）06-0057-03，作者：朱熀秋、陈艳、谢意志，名称为磁悬浮轴承结构与磁路分析，介绍了现有的三极式磁悬浮混合轴承，大致可分为两种基本结构：径向磁路与轴向磁路各居一侧型与径向磁路居中，轴向磁路两侧型。这两种结构的三极式磁悬浮混合轴承的轴向定子大多采用双片结构，即拉力盘两侧各一片。这种结构无疑增加了磁轴承的体积及质量。

发明内容

本发明的目的是为简化现有三极式磁悬浮混合轴承的结构，对现有三极式磁悬浮混合轴承的结构进行优化，提出一种车载飞轮电池用交直流三自由度轴向单片混合磁轴承，结构更加简洁、紧凑，并且具有质量轻、体积小、效率高及成本低等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明正中间是转子，转子外从上往下依次地同轴套有径向定子、永磁体和单片的轴向定子，轴向定子外套有拉力盘，拉力盘与转子同轴固定连接；径向定子的轭部沿圆周方向均匀布置三个径向定子极，每个径向定子极上绕有径向控制线圈，三个径向定子极的内端表面是圆弧柱面，该圆柱面与转子之间留有径向气隙；轴向定子内部装有轴向控制线圈，轴向控制线圈紧贴轴向定子的内壁，轴向定子的下端面与拉力盘内底面之间留有轴向气隙；环形永磁体轴向充磁且固定连接径向定子下端和轴向定子上端。

进一步地，拉力盘是由最上端的小圆盘、中间的圆环体以及最下的大圆盘固定连接而成，大圆盘的下端面与圆环体的下端面平齐，圆环体的外径等于小圆盘的外径，圆环体内径等于大圆盘的内径且大于小圆盘的内径，大圆盘的内径等于转子的外径，拉力盘通过大圆盘与转子过盈配合。

更进一步地，轴向定子是由一个大圆环体、圆盘以及一个小圆环体在轴向上从上至下依序同轴连接组成，大圆环体的外径等于圆盘的外径，小圆环体的内径等于圆盘的内径，大圆环体的内径大于小圆环体的外径，轴向控制线圈装在大圆环体内腔中且紧贴大圆环体的内壁；小圆环体下端面与拉力盘的大圆盘上端面在轴向上保持轴向气隙。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

1、径向定子采用单片结构，结构安排合理、紧凑、集成度高。简化了磁轴承的结构，节约材料，降低成本，缩小体积，减轻了磁轴承的质量，提高设备效率，降低功耗。