[发明专利]永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统

权利要求书

1.永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，包括能量储存转化部分、转子支承部分和辅助部分；

其特征在于：所述能量储存转化部分包括飞轮旋转体和外转子永磁同步电机(6)；转子支承部分包括上径向电磁轴承(4)、下径向电磁轴承(5)、上辅助轴承(7)、下辅助轴承(8)和永磁推力轴承(9)；辅助部分包括壳体和芯轴(18)；

其中，所述芯轴(18)和飞轮旋转体安装在壳体内，壳体内部保持真空状态；飞轮主体为曲面变截面结构，所述曲面变截面结构为沿飞轮水平中心向上和向下直径逐渐缩小的曲面阶梯结构，阶梯间采用曲面过渡，以飞轮中心建立笛卡尔坐标系，所述曲面的截面曲线沿笛卡尔坐标系的横纵坐标轴均呈双曲线形式；所述永磁推力轴承(9)、上辅助轴承(7)、外转子永磁同步电机(6)和下辅助轴承(8)均安装在芯轴(18)上，且沿轴向由上至下依次排布；上辅助轴承(7)、下辅助轴承(8)、外转子永磁同步电机(6)的内定子都固定安装在芯轴(18)上；飞轮旋转体的上端和下端通过上辅助轴承(7)和下辅助轴承(8)与芯轴(18)建立连接，且与上辅助轴承(7)和下辅助轴承(8)呈间隙配合状态；所述永磁推力轴承(9)置于飞轮旋转体上方，且与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；所述外转子永磁同步电机(6)置于飞轮旋转体内，且带动飞轮旋转体旋转；所述上径向电磁轴承(4)、下径向电磁轴承(5)固定安装在壳体上，且上径向电磁轴承(4)、下径向电磁轴承(5)与飞轮旋转体外壁呈无接触状态。

2.根据权利要求1所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述飞轮旋转体包括飞轮(1)、飞轮上端盖(2)和飞轮下端盖(3)，飞轮(1)上下端安装有飞轮上端盖(2)和飞轮下端盖(3)，飞轮上端盖(2)与上辅助轴承(7)间隙配合，飞轮下端盖(3)与下辅助轴承(8)间隙配合。

3.根据权利要求2所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述上径向电磁轴承(4)、下径向电磁轴承(5)与飞轮旋转体外壁之间的间隙为0.5～1mm。

4.根据权利要求3所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承(7)和下辅助轴承(8)之间的间隙为0.1～0.5mm。

5.根据权利要求4所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述永磁推力轴承(9)中嵌入永磁体(10)。

6.根据权利要求5所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述永磁推力轴承(9)与飞轮旋转体的上端面之间的间隙为0.5～1mm。

7.根据权利要求6所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述外转子永磁同步电机(6)的电机内定子(20)为缠绕线圈，外转子永磁同步电机(6)的电机外转子(19)为SmCo永磁体。

8.根据权利要求7所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述上辅助轴承(7)通过上固定轴套(16)轴向定位在芯轴(18)上；下辅助轴承(8)通过下定位套(17)轴向定位在芯轴(18)上；上径向电磁轴承(4)通过上电磁轴承外定子支承(13)安装在壳体上，下径向电磁轴承(5)通过下电磁轴承外定子支承(14)安装在壳体上。

9.根据权利要求8所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述上径向电磁轴承(4)与下径向电磁轴承(5)结构相同，包括定子线圈(21)和置于定子线圈(21)内部的硅钢片转子(22)，定子线圈(21)为电磁轴承的外定子，硅钢片转子(22)为电磁轴承内转子，定子线圈(21)与硅钢片转子(22)之间留有间隙。

10.根据权利要求9所述的永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，其特征在于：所述壳体包括上壳体(11)和下壳体(12)，两者通过螺栓(15)相连接，壳体内部保持真空状态，真空度至少为0.1Pa。