專利名稱：永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，特別是涉及一種發(fā)電機(jī)輸出 功率可調(diào)的永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們越來越關(guān)注節(jié)約能源和 保護(hù)環(huán)境，為此，人們研究了多種儲能方式，有化學(xué)蓄電池儲能、燃料電 池儲能、超導(dǎo)儲能等，但飛輪儲能由于無污染、效率高、壽命長、使用方 便等特點(diǎn)，受到了廣泛的青睞。它可廣泛應(yīng)用于電動汽車、航空航天、電 網(wǎng)調(diào)峰、不間斷電源等領(lǐng)域，是一種非常有發(fā)展前景的儲能裝置。目前采 用的飛輪儲能裝置一般由飛輪、軸、軸承、電機(jī)、真空容器、控制裝置等
組成，但由于軸承支撐穩(wěn)定性差；輸出功率不可調(diào)，且空載損耗較大。因 此，儲能飛輪結(jié)構(gòu)有待于改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在上述儲能飛輪的基礎(chǔ)上提供一種軸承支 撐可靠，發(fā)電機(jī)輸出功率可調(diào)，即可安裝在固定地點(diǎn)也可安裝在各種車輛 上的永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明主要由真空箱、軸、飛輪轉(zhuǎn)子、端部 軸承、徑向軸承、電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、控制裝置等組成；所述真空箱由簡體、 上蓋、下蓋組成，也可以將簡體與上蓋或簡體與下蓋做成一體，在所述真 空箱的簡體內(nèi)部裝有環(huán)形的安全部件，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子損壞時(shí)用于吸收能量， 該安全部件可與簡體做成一體；所述端部軸承位于飛輪轉(zhuǎn)子的上下兩端， 并分別由鑲嵌于上蓋、底座的永磁體和鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子上下兩端面的永磁體對應(yīng)組成，且極性相對，即N極與N極相對，或S極與S極相對，該永 磁體為圓環(huán)形布置，圓環(huán)與飛輪轉(zhuǎn)子同心，為一組或多組不同直徑的同心 圓環(huán)，且相鄰?fù)膱A環(huán)上永磁體外表面的極性相反，該端部軸承采用釹鐵 硼稀土永磁體材料制造，且表面有抗氧化層；也可以將永磁體安裝后，在 永磁體外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料；所述徑向軸承位于飛輪轉(zhuǎn)子中心 孔的兩端，并分別由鑲嵌于軸上的永磁體和鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子中心孔上的永 磁體對應(yīng)組成磁環(huán)組，且極性相對，即N極與N極相對，或S極與S極相 對，該永磁體為一組或多組磁環(huán)，且相鄰兩組永磁體的表面極性相反，該 徑向軸承釆用釹鐵硼稀土永磁材料制造，且表面有抗氧化層；也可以將磁 體安裝后，在磁體外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料；所述電機(jī)由鑲嵌在飛 輪轉(zhuǎn)子中心孔的轉(zhuǎn)子永磁體和裝設(shè)在軸上的線圈繞組定子構(gòu)成，且為發(fā)電 機(jī)和電動機(jī)的一體結(jié)構(gòu)，由控制裝置控制發(fā)電或充電；該轉(zhuǎn)子永磁體位于 兩組徑向軸承之間，轉(zhuǎn)子永磁體由釹鐵硼稀土永磁材料制造，且表面有抗 氧化層；也可以將磁體安裝后，在磁體外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料； 線圈繞組定子與轉(zhuǎn)子永磁體相對應(yīng)，并在線圈繞組定子與軸之間裝有導(dǎo)向 套；所述軸的中心孔內(nèi)還裝有傳動機(jī)構(gòu)，該傳動機(jī)構(gòu)帶動導(dǎo)向套同線圈繞 組定子一起沿軸作軸向滑動，并與轉(zhuǎn)子永磁體實(shí)現(xiàn)完全重合、部分重合、 不重合；所述軸與底座可以為一體結(jié)構(gòu)，也可以將軸直接安裝在真空箱的 下蓋上，可將底座與下蓋做成一體；所述真空箱的簡體上裝有真空傳感器 和真空閥門，真空閥門上還可以連接真空機(jī)組。
本發(fā)明由于釆用了永磁懸浮軸承支撐，且電機(jī)線圈繞組定子沿軸向滑 動與轉(zhuǎn)子永磁體形成完全重合、部分重合、不重合等情形，使儲能飛輪中 電機(jī)的輸出功率在0~100%間變化，并顯著降低了空載功率消耗，節(jié)約了 能源；飛輪轉(zhuǎn)子的上下兩端面設(shè)計(jì)有多組同心圓環(huán)組成的端面軸承，運(yùn)轉(zhuǎn) 平穩(wěn)，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；且由于在真空箱的簡體內(nèi)裝有環(huán)形的安全部件， 提高了儲能飛輪運(yùn)行的安全性。本發(fā)明不受安裝方位的限制，可以安裝在任意方位，如將本發(fā)明應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，將替代現(xiàn)有的汽油汽車，人們將 生活在無污染、綠色環(huán)保的環(huán)境中。


附圖l是本發(fā)明的剖面示意圖。
附圖2是本發(fā)明圖1的I處局部放大圖。
附圖3是本發(fā)明端部軸承永磁體的相對位置圖。
附圖4是本發(fā)明徑向軸承永磁體的相對位置圖。
附圖5是本發(fā)明的永磁體的另外一種安裝方式的剖面示意圖。
附圖6是本發(fā)明圖5的II處的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
由圖l、圖2、圖3、圖4可以看出，本發(fā)明主要由真空箱l、軸2、 飛輪轉(zhuǎn)子3、端部軸承4、 5、徑向軸承6、 7、電機(jī)8、傳動機(jī)構(gòu)9、控制裝 置10等組成；所述真空箱l由簡體ll，上蓋12、下蓋13組成，也可以將 簡體11與上蓋12或簡體11與下蓋13做成一體，在所述真空箱1的簡體 11內(nèi)部裝有環(huán)形的安全部件14,該安全部件14可與簡體11做成一體，并 釆用石墨等材質(zhì)制作，以吸收飛輪轉(zhuǎn)子3破碎時(shí)的能量，保證了真空箱1 的安全；所述端部軸承4、 5位于飛輪轉(zhuǎn)子3的上下兩端，并分別由鑲嵌于 上平蓋12、底座15的永磁體16、 17和鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子3上下兩端面的永 磁體18、 19對應(yīng)組成，且極性相對，即N極與N極相對，或S極與S極 相對，所述永磁體16、 17、 18、 19分別為圓環(huán)形布置，圓環(huán)與飛輪轉(zhuǎn)子3 同心，永磁體16、 17、 18、 19分別為一組或多組不同直徑的同心圓環(huán)，且 相鄰?fù)膱A環(huán)上的永磁體外表面的極性相反，所述端部軸承4、 5的永磁體 16、 17、 18、 19采用釹鐵硼稀土永磁材料制造，且表面有抗氧化層，以防 止永磁體16、 17、 18、 19被氧化；所述徑向軸承6、 7位于飛輪轉(zhuǎn)子3中 心孔的兩端，并分別由鑲嵌于軸2上的永磁體20、 21和鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子3中心孔上的永磁體22、 23對應(yīng)組成磁環(huán)組，且極性相對，即N極與N極 相對，或S極與S極相對，所述永磁體20、 21、 22、 23分別為一組或多組 磁環(huán)，且相鄰兩組永磁體的表面極性相反，該徑向軸承6、 7的永磁體20、 21、 22、 23采用釹鐵硼稀土永磁材料制造，且表面有抗氧化層，以防止永 磁體20、 21、 22、 23被氧化；上述端部軸承4、 5和徑向軸承6、 7的釆用， 限制了飛輪轉(zhuǎn)子3的五個(gè)自由度，使飛輪轉(zhuǎn)子3處于懸浮狀態(tài)，且只能作 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；所述電機(jī)8由鑲嵌在飛輪轉(zhuǎn)子3中心孔的轉(zhuǎn)子永磁體24和裝設(shè) 在軸2上的線圈繞組定子25構(gòu)成，且為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的一體結(jié)構(gòu)；在通 過所述控制裝置10給電機(jī)8供電時(shí)，該電機(jī)8就成為電動機(jī)，由電動機(jī)帶 動飛輪轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)加速，從而將電能轉(zhuǎn)為機(jī)械能儲存；當(dāng)外部負(fù)載需要電 能時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)子3給電機(jī)8施加轉(zhuǎn)矩，電機(jī)8又成為發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn) 為電能，并通過控制裝置10輸出；所述電機(jī)8的轉(zhuǎn)子永磁體24位于徑向 軸承6、 7之間，釆用釹鐵硼稀土永磁材料制造，且表面有抗氧化層，以防 止轉(zhuǎn)子永磁體24被氧化；所述線圈繞組定子25與轉(zhuǎn)子永磁體24相對應(yīng)， 并在線圈繞組定子25與軸2之間裝有導(dǎo)向套26;所述軸2的中心孔內(nèi)還裝 有傳動機(jī)構(gòu)9,該傳動機(jī)構(gòu)帶動導(dǎo)向套26同線圈繞組定子25 —起沿軸作軸 向滑動，并與轉(zhuǎn)子永磁體24實(shí)現(xiàn)完全重合、部分重合、不重合，從而使感 應(yīng)電流在最大及最小之間變化，實(shí)現(xiàn)了對輸出功率的控制，并且使空載時(shí) 的功率損耗最低；所述軸2與底座15可以為一體結(jié)構(gòu)，該底座15坐在真 空箱1的下蓋13上，且軸2與真空箱1的上蓋12相連，也可以將軸2直 接安裝在真空箱的下蓋13上，或?qū)⒌鬃?5與下蓋13做成一體；所述真空 箱1上裝有真空傳感器27和真空閥門29,真空閥門29上還可以連接真空 機(jī)組28;真空箱1的工作真空度要求高于100Pa,當(dāng)真空度低于100Pa時(shí)， 啟動真空機(jī)組28對真空箱1抽真空，當(dāng)系統(tǒng)無真空機(jī)組28時(shí)，真空傳感 器用于報(bào)警。
由附圖5、圖6可以看出，本發(fā)明的永磁體的另一種安裝方式是將所述端部軸承4、 5的永磁體16、 17、 18、 19分別鑲嵌于上蓋12、底座15后， 在永磁體16、 17、 18、 19外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料30,以防止永磁 體16、 17、 18、 19被氧化，同時(shí)還可以防止脆性永磁體16、 17、 18、 19 破碎飛出；將所述徑向軸承6、 7的永磁體20、 21、 22、 23分別鑲嵌于軸2 和飛輪轉(zhuǎn)子3中心孔后，在永磁體20、 21、 22、 23外露表面涂非導(dǎo)電的抗 氧化材料31,以防止永磁體20、 21、 22、 23被氧化，同時(shí)還可以防止脆性 永磁體20、 21、 22、 23破碎飛出；將所述電機(jī)8的轉(zhuǎn)子永磁體24鑲嵌于 飛輪轉(zhuǎn)子3中心孔后，在轉(zhuǎn)子永磁體24外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料32, 以防止轉(zhuǎn)子永磁體24被氧化，同時(shí)還可以防止脆性轉(zhuǎn)子永磁體24破碎飛 出。
通過上述實(shí)施例，本專業(yè)的普通技術(shù)人員應(yīng)能了解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，并 認(rèn)識到本發(fā)明的具體實(shí)施細(xì)節(jié)可以在權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，包括真空箱(1)、軸(2)、飛輪轉(zhuǎn)子(3)、端部軸承(4)、(5)、徑向軸承(6)、(7)、電機(jī)(8)、傳動機(jī)構(gòu)(9)、控制裝置(10)；所述真空箱(1)由筒體(11)、上蓋(12)、下蓋(13)組成；所述真空箱(1)的筒體(11)內(nèi)部有環(huán)形的安全部件(14)；所述軸(2)與底座(25)為一體結(jié)構(gòu)，且軸(2)與真空箱(1)的上蓋(12)相連；所述端部軸承(4)、(5)位于飛輪轉(zhuǎn)子(3)的上下兩端；所述徑向軸承(6)、(7)位于飛輪轉(zhuǎn)子(3)中心孔的兩端；其特征在于所述電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)子永磁體(24)鑲嵌在飛輪轉(zhuǎn)子(3)的中心孔上，該轉(zhuǎn)子永磁體(24)位于徑向軸承(6)、(7)之間；所述電機(jī)(8)的線圈繞組定子(25)裝設(shè)在軸(2)上，該線圈繞組定子(25)與轉(zhuǎn)子永磁體(24)相對應(yīng)，并在線圈繞組定子(25)與軸(2)之間裝有導(dǎo)向套(26)；所述傳動機(jī)構(gòu)(9)裝在軸(2)的中心孔內(nèi)，并帶動導(dǎo)向套(26)同線圈繞組定子(25)沿軸(2)作軸向滑動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種7乂磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng),其特征在于所述端部軸承(4)、 (5)分別由鑲嵌于上平蓋(12)、底座(15)的永磁體(16)、 (17)和 鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子(3)上下兩端面的7Ja茲體(18)、 (19)組成，且N極與N極相 對，或S極與S極相對；所述永磁體(16)、 (17)、 (18)、 (19)為圓環(huán)形布置， 圓環(huán)與飛輪轉(zhuǎn)子(3)同心，永磁體(16)、 (17)、 (18)、 (19)分別為一組或多組 不同直徑的同心圓環(huán)，且相鄰?fù)膱A環(huán)上的永磁體外表面的極性相反。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng),其特征在于所述徑向 軸承(6)、 (7)分別由鑲嵌于軸(2)上的永磁體(20)、 (21)和鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子(3)中心孔上的永磁體(22)、 (23)組成一組或多組磁環(huán)，且N極與N極相對， 或S極與S極相對，相鄰兩組永磁體的表面極性相反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，其特征在于所述端部軸承(4)、 (5)的永磁體(16)、 (17)、 (18)、 (19)釆用釹鐵硼稀土永磁體材料 制造，且表面有抗氧化層；所述徑向軸承(6)、 (7)的永磁體(20)、 (21)、 (22)、 (23)采用釹鐵硼稀土永磁體材料制造，且表面有抗氧化層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種7ja茲懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子 7夂磁體(24)采用釹鐵硼稀土永磁體材料制造，且表面有抗氧化層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種7JC磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng),其特征在于所述真空 箱(1)的簡體(11)上裝有真空傳感器(27)和真空閥門(29)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種7Jc磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，其特征在于所述真空 閥門(29)上還連接有真空機(jī)組(28)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng),其特征在于所述安全 部件(14)與簡體(11)做成一體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng),其特征在于所述端部 軸承(4)、 (5)的永磁體(16)、 (17)、 (18)、 (19)分別鑲嵌于上蓋(12)、底座(15)后，在永磁體(16)、 (17)、 (18)、 (19)外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料 (30);所述徑向軸承(6)、 (7)的永磁體(20)、 (21)、 (22)、 (23)分別鑲嵌于 軸(2)和飛輪轉(zhuǎn)子(3)中心孔后，在永磁體(20)、 (21)、 (22)、 (23)外露表 面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料(31);所述電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)子永磁體(24)鑲嵌于飛輪 轉(zhuǎn)子(3)中心孔后，在轉(zhuǎn)子7乂磁體(24)外露表面涂非導(dǎo)電的抗氧化材料(32)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)電機(jī)輸出功率可調(diào)的永磁懸浮儲能飛輪系統(tǒng)，它主要由真空箱、軸、飛輪轉(zhuǎn)子、端部軸承、徑向軸承、電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、控制裝置等組成；由于采用了永磁懸浮軸承支撐，且電機(jī)線圈繞組定子沿軸向滑動與轉(zhuǎn)子永磁體形成完全重合、部分重合、不重合等情形，使儲能飛輪中電機(jī)的輸出功率在0～100％間變化，并顯著降低了空載功率消耗，節(jié)約了能源；飛輪轉(zhuǎn)子的上下兩端面設(shè)計(jì)有多組同心圓環(huán)組成的端面軸承，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；且由于在真空箱的筒體內(nèi)裝有環(huán)形的安全部件，提高了儲能飛輪運(yùn)行的安全性；如將本發(fā)明應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，將替代現(xiàn)有的汽油汽車，人們將生活在無污染、綠色環(huán)保的環(huán)境中。
文檔編號H02K7/08GK101409478SQ20071015738
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者孫昊天 申請人:孫昊天