[发明专利]一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置

权利要求书

1.一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，外部是一个真空密闭机壳（1），真空密闭机壳（1）的上部是上端盖，下部是下端盖，其特征是：真空密闭机壳（1）内部中心是转轴（9），转轴（9）的上端经轴向被动磁轴承（4）连接上圆柱台（12）,上圆柱台（12）上端固定连接上端盖，上圆柱台（12）外固定套有定子无铁心无轴承永磁同步电机（2），定子无铁心无轴承永磁同步电机（2）包括电机外转子（23）和电机内定子（24），电机内定子（24）同轴心地固定套在上圆柱台（12）外，电机外转子（23）中间段的内壁通过内轮毂（10）固定连接于转轴（9），电机外转子（23）外部有间隙地套有飞轮转子（3），电机外转子（23）的外壁通过外轮毂（11）固定连接于飞轮转子（3）内壁， 转轴（9）的下端经调心球轴承（7）连接于下圆柱台（13）的中心，下圆柱台（13）的底部固定连接下端盖，在下圆柱台（13）的上端与电机外转子（23）之间设置三自由度径向-轴向混合磁轴承（5），电机外转子（23）的下端沿轴向向下延伸且下段内壁上沿径向向内水平延伸一个凸出的圆台，该凸出的圆台作为三自由度径向-混合磁轴承5的磁轴承外转子（25），三自由度径向-轴向混合磁轴承（5）的轴承内定子端固定套在下圆柱台（13）上端外壁上。

2.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：所述的轴向被动磁轴承（4）由内至外依次由隔磁铝环（41）、动磁环（42）、静磁环（43）和座架（44）组成，隔磁铝环（41）固定套在转轴（9）上，动磁环（42）和静磁环（43）都各具有四个磁环，四个磁环沿轴向磁化并叠加，径向面对面的两个磁环的充磁方向相反，动磁环（42）和隔磁铝环（41）过盈配合，静磁环（43）嵌在座架（44）中，座架（44）固定嵌入在上圆柱台（12）内部，动磁环（42）和静磁环（43）之间留有径向气隙。

3.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：所述的三自由度径向-轴向混合磁轴承（5）包括环形永磁体（14）、径向定子（15）、轴向定子（16）、磁轴承外转子（25）、径向控制线圈（17）和轴向控制线圈（18），轴向定子（16）固定套在下圆柱台（13）上环形永磁体（14）置于径向定子（15）和轴向定子（16）之间，轴向控制线圈（18）置放在轴向定子（16）上，径向控制线圈（17）缠绕在径向定子（15）的磁极上。

4.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：轴向被动磁轴承（4）的上方设置一个和转轴（9）不接触的辅助轴承（6），辅助轴承（6）套在转轴（9）上端外且固定嵌在真空密闭机壳（1）的上端盖上。

5.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：所述的定子无铁心无轴承永磁同步电机（2）在轴向上位于轴向被动磁轴承（4）的下方，内轮毂（10）在轴向上位于定子无铁心无轴承永磁同步电机（2）的正下方，三自由度径向-混合磁轴承（5）和下圆柱台（13）均在内轮毂（10）的轴向正下方。

6.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：在轴向上，外轮毂（11）上下各有一组。

7.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：所述的电机内定子（24）上绕有定子绕组（21），定子绕组（21）由内层的悬浮力绕组212和外层的转矩绕组（211）组成，电机外转子（23）内表面沿圆周方向紧密表贴有永磁体（22），永磁体（22）采用Halbach阵列分布。

8.根据权利要求7所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：所述的转矩绕组（211）的极对数p₁和悬浮力绕组（212）的极对数p₂满足p₁= p₂±1。

9.根据权利要求1所述的一种基于外转子无轴承永磁同步电机的飞轮储能装置，其特征是：真空密闭机壳（1）内部还设有上端位移传感器（81）、下端位移传感器（84）和轴向位移传感器（83）。