一种全磁悬浮的飞轮储能装置的制作方法

本技术属于电能储能，尤其涉及一种全磁悬浮的飞轮储能装置。

背景技术：

1、随着新能源技术的不断开发与发展，能量的存储技术得到了较为广泛的关注。在现有的储能技术当中，飞轮储能装置具有的动态性能好，充放次数多、速度快、寿命长、维护次数少等优点，使其得到了越来越多的关注。飞轮储能装置包括飞轮转子、永磁同步电机、磁悬浮轴承系统等；在常规的飞轮储能装置中，其磁悬浮轴承系统一般较常使用的就是机械轴承或者磁悬浮轴承，但是其单一使用的机械轴承在高速运行时摩擦损耗大，加上润滑剂会随时间慢慢蒸发，其使用寿命会大大缩减，而使用混合轴承（机械+磁悬浮组合）虽然能减少飞轮转子重力在轴向上带来的摩擦损耗，但还是仍存在一定的磨损（备份机械轴承在故障介入时可能产生瞬时损耗），而且混合轴承的使用也无法保证飞轮转子系统在高速运转的情况下的运行稳定性，就会导致其较大的震动和摩擦进以及发热造成的能量损耗，所以当飞轮转子在高速运转时，如何尽可能减少其摩擦损耗和提高飞轮转子在径向和轴向上的运行稳定性的问题也是一直备受关注。而对于飞轮储能电机重要的飞轮结构，飞轮惯性大，高转速情况下飞轮的强度是重要的考察项目，常规的飞轮转轴一体结构由于体积大，飞轮中心的淬透性差进而导致飞轮强度不足，所以对于飞轮合理的结构设计至关重要。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种全磁悬浮的飞轮储能装置，包括永磁同步电机和飞轮机构，所述永磁同步电机的顶部设置有上径向磁悬浮轴承机壳，所述上径向磁悬浮轴承机壳、永磁同步电机和飞轮机构之间相连通，所述上径向磁悬浮轴承机壳顶部固定有上端盖，所述上端盖的底部转动连接有一端延伸至飞轮机构内部的上转轴，飞轮机构底部固定连接有下端盖，所述下端盖的顶部转动连接有下转轴，所述上转轴和下转轴支架均与飞轮固定连接，其特征在于：所述上转轴外部固定有上径向磁悬浮轴承转子铁芯，所述上径向磁悬浮轴承机壳的内壁上固定连接有环绕于上径向磁悬浮轴承转子铁芯外部的上径向磁悬浮轴承定子铁芯，所述上径向磁悬浮轴承定子铁芯内圆孔设有圆周阵列凸起，凸起上环绕有上径向磁悬浮轴承励磁线圈绕组。

2、更进一步地，所述永磁同步电机包括电机机壳，所述电机机壳内壁固定连接有电机定子铁芯，所述电机定子铁芯上缠绕着电枢绕组。所述电机机壳的上下两端分别固定连接有上过渡板和下过渡板，所述上过渡板和下过渡板中心均开有圆孔，所述上转轴依次贯穿两个圆孔并延伸至飞轮机构内部，所述上转轴外部固定连接有位于电机定子铁芯内部的电机转子铁芯，所述电机转子铁芯外壁上开设有若干环形阵列的凹槽，凹槽内嵌入有永磁体，所述电机转子铁芯的上下两端分别与两个转子端板固定连接，所述电机转子铁芯被电机定子铁芯环绕。

3、更进一步地，所述飞轮机构包括飞轮机壳，所述飞轮机壳下端固定在下端盖上，且上端与下过渡板固定连接，所述下端盖中心开设有圆形凹槽，凹槽内过盈装配机械轴承，所述下转轴通过机械轴承与下端盖转动连接，所述下转轴与上转轴之间均与飞轮固定连接。所述飞轮上下端面靠近圆心处开设有圆环槽，圆环槽内连接固定上转轴和下转轴。

4、更进一步地，所述下端盖的顶部固定连接有下径向磁悬浮轴承固定法兰，所述下径向磁悬浮轴承固定法兰内壁上固定连接有下径向磁悬浮轴承定子铁芯，所述下转轴的外部固定连接有下径向磁悬浮轴承转子铁芯，所述下径向磁悬浮轴承定子铁芯环绕于下径向磁悬浮轴承转子铁芯外周，所述下径向磁悬浮轴承定子铁芯内壁设有若干呈环形阵列的凸起，且若干凸起上均环绕有下径向磁悬浮轴承励磁线圈绕组。

5、更进一步地，所述下径向磁悬浮轴承固定法兰的顶部固定连接有轴向磁轴承磁轭环所述轴向磁轴承磁轭环的顶部和飞轮底部均开设有环形凹槽，两个所述环形凹槽内均嵌设有轴向永磁轴承磁钢，且两个轴向永磁轴承磁钢的相对面为同极性，形成斥力作用。

6、更进一步地，所述下过渡板底部固定连接有轴向励磁磁悬浮轴承包括电磁铁轭，所述电磁铁轭下端面开有环形槽，环形槽内嵌入有电磁线圈。

7、更进一步地，所述上径向磁悬浮轴承机壳与上端盖和上过渡板的连接处均设置有第一密封圈，所述电机机壳与上过渡板和下过渡板的连接处均设置有第二密封圈，所述飞轮机壳与下过渡板和下端盖的连接处均设置有第三密封圈。

8、本实用新型的有益效果是：

9、1.该全磁悬浮飞轮储能装置，通过上下径向磁悬浮轴承、轴向电励磁磁悬浮轴承、轴向永磁斥力轴承实现了飞轮储能电机转子系统的非接触式悬浮支撑，极大减少了机械摩擦和磨损，进一步降低了温升，延长了装置的使用寿命。

10、2.该全磁悬浮飞轮储能装置，通过将飞轮与转轴做成分离式结构，增加飞轮中心的淬透性，提高飞轮的机械强度。

1.一种全磁悬浮的飞轮储能装置，包括永磁同步电机（5）和飞轮机构（7），所述永磁同步电机（5）的顶部设置有上径向磁悬浮轴承机壳（401），所述上径向磁悬浮轴承机壳（401）、永磁同步电机（5）和飞轮机构（7）之间相连通，所述上径向磁悬浮轴承机壳（401）顶部固定有上端盖（101），所述上端盖（101）的底部转动连接有一端延伸至飞轮机构（7）内部的上转轴（301），飞轮机构（7）底部固定连接有下端盖（102），所述下端盖（102）的顶部转动连接有下转轴（302），所述上转轴（301）和下转轴（302）支架均与飞轮（702）固定连接，其特征在于：所述上转轴（301）外部固定有上径向磁悬浮轴承转子铁芯（403），所述上径向磁悬浮轴承机壳（401）的内壁上固定连接有环绕于上径向磁悬浮轴承转子铁芯（403）外部的上径向磁悬浮轴承定子铁芯（404），所述上径向磁悬浮轴承定子铁芯（404）内圆孔设有圆周阵列凸起，凸起上环绕有上径向磁悬浮轴承励磁线圈绕组（402）。

2.如权利要求1所述的一种全磁悬浮的飞轮储能装置，其特征在于，所述永磁同步电机（5）包括电机机壳（501），所述电机机壳（501）内壁固定连接有电机定子铁芯（505），所述电机定子铁芯（505）上缠绕着电枢绕组（502），所述电机机壳（501）的上下两端分别固定连接有上过渡板（201）和下过渡板（202），所述上过渡板（201）和下过渡板（202）中心均开有圆孔，所述上转轴（301）依次贯穿两个圆孔并延伸至飞轮机构（7）内部，所述上转轴（301）外部固定连接有位于电机定子铁芯（505）内部的电机转子铁芯（504），所述电机转子铁芯（504）的上下两端分别与两个转子端板（507）固定连接。

3.如权利要求2所述的一种全磁悬浮的飞轮储能装置，其特征在于，所述飞轮机构（7）包括飞轮机壳（701），所述飞轮机壳（701）下端固定在下端盖（102）上，且上端与下过渡板（202）固定连接，所述下端盖（102）中心开设有圆形凹槽，凹槽内过盈装配机械轴承（10），所述下转轴（302）通过机械轴承（10）与下端盖（102）转动连接，所述下转轴（302）与上转轴（301）之间均与飞轮（702）固定连接。

4.如权利要求3所述的一种全磁悬浮的飞轮储能装置，其特征在于，所述下端盖（102）的顶部固定连接有下径向磁悬浮轴承固定法兰（901），所述下径向磁悬浮轴承固定法兰（901）内壁上固定连接有下径向磁悬浮轴承定子铁芯（903），所述下转轴（302）的外部固定连接有下径向磁悬浮轴承转子铁芯（902），所述下径向磁悬浮轴承定子铁芯（903）环绕于下径向磁悬浮轴承转子铁芯（902）外周，所述下径向磁悬浮轴承定子铁芯（903）内壁设有若干呈环形阵列的凸起，且若干凸起上均环绕有下径向磁悬浮轴承励磁线圈绕组（904）。

5.如权利要求4所述的一种全磁悬浮的飞轮储能装置，其特征在于，所述下径向磁悬浮轴承固定法兰（901）的顶部固定连接有轴向磁轴承磁轭环（801）所述轴向磁轴承磁轭环（801）的顶部和飞轮（702）底部均开设有环形凹槽，两个所述环形凹槽内均嵌设有轴向永磁轴承磁钢（802），且两个轴向永磁轴承磁钢（802）的相对面为同极性。

6.如权利要求3所述的一种全磁悬浮的飞轮储能装置，其特征在于，所述下过渡板（202）底部固定连接有电磁铁轭（601），所述电磁铁轭（601）下端面开有环形槽，环形槽内嵌入有电磁线圈（602）。

7.如权利要求3所述的一种全磁悬浮的飞轮储能装置，其特征在于，所述上径向磁悬浮轴承机壳（401）与上端盖（101）和上过渡板（201）的连接处均设置有第一密封圈（1101），所述电机机壳（501）与上过渡板（201）和下过渡板（202）的连接处均设置有第二密封圈（1102），所述飞轮机壳（701）与下过渡板（202）和下端盖（102）的连接处均设置有第三密封圈（1103）。