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.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109274206A(43)申请公布日2019.01.25(21)申请号201811488018.5(22)申请日2018.12.06(71)申请人哈尔滨电气股份有限公司地址150000黑龙江省哈尔滨市松北区创新一路1399号申请人清华大学(72)发明人赵宇兰赵雷时振刚张秋鸿莫逆杨国军(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209代理人李晓敏(51)Int.Cl.H02K7/02(2006.01)H02K7/09(2006.01)H02K7/08(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称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(57)摘要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，属于飞轮储能技术领域。本发明解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本发明永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；径向电磁轴承固定安装在壳体上，电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态，飞轮主体为曲面变截面结构。本发明转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。CN109274206ACN109274206A权利要求书1/2页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)