[发明专利]一种低损耗高速一体化飞轮储能电机

说明书

本发明公开了一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，包括飞轮外转子、励磁永磁体、内转子、电机轴承和空芯定子，飞轮外转子用于旋转时储存能量，其内侧表贴励磁永磁体，为电机提供励磁磁场；内转子与飞轮外转子之间放置空芯定子，空芯定子中的气隙绕组沿转轴方向排布，电机轴承包括磁悬浮轴承和螺旋槽轴承，内转子底部连接螺旋槽轴承的转动部分，内转子的凸台上部连接磁悬浮轴承的转动部分。本发明采用外转子结构、励磁永磁体、气隙绕组、被动磁悬浮轴承与螺旋槽轴承相结合的方式，使电机达到适合高速运行且空载保持储能时低损耗的特点。

技术领域

本发明属于飞轮储能电机领域，更具体地，涉及一种低损耗高速一体化飞轮储能电机。

背景技术

飞轮储能电机是将电能与转子旋转机械能相互转换达到充放电目的的一种电源，飞轮储能要求电机具有较高的转速，通常要每分钟上万转，同时在空载保持储能过程中损耗小。为达到以上要求，飞轮储能电机往往采用感应电机、磁阻电机或永磁同步电机的结构。感应电机和磁阻电机需要硅钢片等导磁材料，其强度低，限制了电机的尺寸和转速，使得功率密度受到限制，同时铁磁材料带来的铁耗也使得放电时存在一定损耗；永磁同步电机多采用表贴永磁外加保护套筒的形式，增大了气隙间距，气隙磁密低，电机功率同样受到限制。在低损耗上，飞轮储能电机多采用被动磁悬浮轴承加辅助轴承，辅助轴承上仍存在一定损耗，或采用主动磁悬浮轴承，控制复杂，设计制造难度大。

由此可见，现有技术存在损耗大且电机转速受限的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，由此解决现有技术存在损耗大且电机转速受限的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种低损耗高速一体化飞轮储能电机，包括飞轮外转子、励磁永磁体、内转子、电机轴承和空芯定子，

其中，飞轮外转子用于旋转时储存能量，其内侧表贴励磁永磁体，为电机提供励磁磁场；

飞轮转子内侧放置空芯定子，空芯定子中的气隙绕组沿转轴方向排布，电机轴承包括磁悬浮轴承和螺旋槽轴承，内转子底部连接螺旋槽轴承的转动部分，内转子的凸台上部连接磁悬浮轴承的转动部分。

进一步，飞轮储能电机还包括：磁悬浮轴承、绑扎套筒、螺旋槽轴承、辅助轴承、空芯定子、水冷却导管、底座、端盖和外壳，飞轮储能电机的结构为双气隙或者单气隙。

进一步，飞轮储能电机的结构为双气隙时，空芯定子内外侧有两个气隙，所述内转子为中部有环形凸台的圆柱状结构，通过凸台与飞轮外转子固定连接，凸台上部连接磁悬浮轴承的转动部分，在内转子顶部凸出一个柱形转轴，套在辅助轴承内侧，凸台下部柱状体深入筒状空芯定子内部，底部到达飞轮外转子下缘；空芯定子为圆筒状结构，位于内转子凸台下侧，内转子与飞轮外转子之间，通过底部固定安装在底座上；底座为中空长方体结构，底座中部有螺旋槽轴承的非旋转部分，绕组的接线端经过空芯定子与底座的连接处接入底座中，再引出到电机外；端盖为圆盘结构与中间有凸出圆筒的结合体，圆盘用于盖住电机端部，空芯定子内侧固定安装有磁悬浮轴承的非旋转部分和辅助轴承。飞轮储能电机的结构为单气隙时，空芯定子外侧有一个气隙，所述内转子为中部有环形凸台的圆柱状结构，通过凸台与飞轮外转子固定连接，凸台上部连接磁悬浮轴承的转动部分，在内转子顶部凸出一个柱形转轴，套在辅助轴承内侧，凸台下部柱状体不深入筒状空芯定子内部，底部到达励磁永磁体上缘，不经过电机内部；空芯定子为圆柱状结构，位于飞轮外转子内侧，其顶部安装有螺旋槽轴承的非旋转部分，底部固定在底座上；底座、端盖与双气隙结构相同。

进一步，励磁永磁体采用Halbach的充磁排布方式，任一点的充磁方向由以下公式确定，

θ_m＝(1+p)θ_i