专利名称：飞轮发电、多能系统及制造方法及其包括在该系统的重要构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞轮发电、多能系统及制造方法及其包括在该系统的重要构件。
飞轮发电、多能系统是一种理想、高效、清洁，适合于移动或固定，将机械能高效率转化为电能的系统。它可用作飞轮电池，还适用于各种机动物的储能、发电动力系统。机动物在本专利文件中是指可运转或运动的机器设备；如交通工具(机动车、电动车、船、飞行器，飞船、飞机)、机械设备、电力拖动设备、电气设备等。
背景技术：
1、在现有技术中发电机系统，其核心的发电机包括有导磁材料构成的转子或定子、电枢绕组、普通轴承等，以及由铸铁、钢构成的壳体构件。其传动为机械传动。运行工作起来各种损耗很高，效率低。在现有技术中的飞轮系统，目前较为先进的是磁悬浮飞轮储能系统，它相当于一种特殊的磁悬浮旋转磁极式永磁电机。飞轮系统包括壳体、永磁飞轮转子、电枢绕组、磁悬浮轴承和电机控制及输出电路等部件。其壳体采用钢材制造，壳体上有外接抽真空装置的密封接头，壳体内气压接近真空。飞轮由永磁体、金属材料、纤维增强塑料复合材料构成。靠磁悬浮轴承使其磁悬浮在壳体内，处于相对失重状态，由电枢和电机控制电路，在充电时驱动永磁飞轮转子高速旋转(极限转速20万转/分钟以下)，将电能转换为飞轮动能储存起来。在放电时，则把飞轮动能转换为电能向外输出，其电枢工作位置是固定的。飞轮系统由于其飞轮转速极高，在磁悬浮状态和真空工作环境又降低了摩擦损耗，所以可储存较多能量，能效比很高。由于电机能通过增加定子电流频率的数值或减少极对数的方法来提高飞轮转速，及电机瞬时峰值功率的特点，使飞轮系统中的飞轮高速旋转达到快速充电和大功率输出，并且无化学污染、能效比高、充电快、可循环反复使用、全天候工作等优点。但与现有二次化学蓄电池相比，现有飞轮系统最大的缺陷是储能时间短，即在储能期间因磁滞损耗等，白白损耗大量飞轮动能；其原因是现有飞轮储能系统，其永磁飞轮转子是旋转工作在发生磁滞损耗和涡流损耗的工作环境里；如电枢铁心、钢构成的壳体及其它导磁材料构成的部件；上述部件在储能期和供电期都以相同的磁损率连续耗散飞轮动能，其储能期明显低于二次化学蓄电池。另外其电枢工作位置固定，并且连续产生磁滞和涡流发热易烧毁线圈应改进。飞轮在储能期连续耗散动能，现有技术中是采用空气心线圈绕组，同时吸收储能期和供电期的飞轮动能，这样储能期和供电期的输出功率相同，达不到飞轮在供电期需高效大功率的输出电能的工业要求，这样即使加以吸收又无法解决飞轮在供电期需高效大功率的输出电能的问题，经专利检索，有关专利申请文件解决了上述部分问题(1)将钢构成的壳体改进为由抗磁性和顺磁性材料构成(2)将固定的电枢改进为可整体移动的电枢。但是抗磁性和顺磁性材料构成的部件仍将连续产生磁滞损耗，及其它诸多损耗因素，在飞轮储能期仍将连续耗散飞轮动能，并且这部分飞轮动能损耗仍未能合理吸收，就是说飞轮储能期动能白白浪费。
2、在现有技术中永磁发电机和磁悬浮飞轮储能发电系统，其永磁转子或飞轮转子的磁极分布在轴向位置或径向位置之一，磁极安排位置有限单一，使其有效工作励磁面积受到极大限制而且发电电枢只有一个，以上缺陷使其发电效率、功率受到极大限制。
3、在现有技术中电枢铁心通常采用软磁材料，其铁心产生磁滞损耗和涡流损耗，极大的降低了发电效率。超导体已经发现或发明及应用，但是常温超导磁心(包括有高导磁心绕组)及磁悬浮高导磁心绕组仍未发明。(高导磁心是指其导磁率接近于或等于软磁材料，其产生的磁滞损耗和涡流损耗明显低于软磁材料，接近于或等于弱磁材料)。
4、在现有技术中飞轮发电系统只能输出电能，须知输出电能的转换效率有限65％左右，输出电能后还经蓄电池或变电、变频才能使用，而期间转换又有损耗，电机驱动又有损耗，现有技术中磁悬浮飞轮发电系统不能提供输出功能，更不能提供输出动能和电能可选择功能。须知输出动能转换效率高达90％以上，经变速装置后直接运用，不需变电、变频、电机驱动等耗能环节，成本极低。
5、在现有技术中磁悬浮轴承包括有磁环，其单一的磁环只能对磁悬浮转子产生径向或轴向约束力之一，对磁悬浮转子产生多种自由度的约束力是由多个磁性材料形成约束的；这样就使磁悬浮轴承体积和质量增加。
6、在现有技术中磁悬浮轴承工作在转轴垂直水平面还稳定，但工作在转轴平行于水平面由于地心引力的影响造成转轴扰动。
7、在现有技术中由于飞轮(含磁悬浮飞轮)发电系统发电效率还不理想，功能单一等原因尚得不到广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是主要解决现有技术中的飞轮(含磁悬浮飞轮)发电系统供能期输出效率较低，并且其电枢绕组的铁心在飞轮储能期磁滞损耗飞轮动能，采用弱磁材料构成的电枢绕组的磁心发电效率又太低，飞轮储能、发电系统储能时间短，飞轮在储能期连续耗散动能，即使加以吸收又无法解决飞轮在供电期需高效大功率的输出动能和电能的问题，在对应或具有上述主要解决问题功能的前提下，解决受飞轮旋转励磁磁场直接作用的构件产生磁滞损耗的问题、解决其储能期和供电期时间短的问题、解决飞轮转子的磁极分布有限单一，而且发电电枢只有一个，受到极大限制的问题、解决电枢铁心磁滞损耗和涡流损耗的问题、解决飞轮储能、发电系统只能输出电能，功能单一及转换效率低的问题、解决包括在该系统的重要构件磁悬浮轴承，其单一的磁环只能对磁悬浮转子产生单一约束力而不能产生多维约束力的的问题、解决磁悬浮轴承工作在转轴平行于水平面，由于地心引力的影响造成转轴扰动的问题、解决飞轮储能、发电系统发电效率还不理想，功能单一等原因尚得不到广泛应用的问题。
以上本发明所要解决的技术问题即是本发明的任务提供一种包含有在飞轮供能期输出效率至少大于75％的多功能电枢的能量转换发电子系统的飞轮发电、多能系统，在对应或具有上述主要任务特征或功能的前提下，受飞轮旋转励磁磁场直接作用的构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造，延长系统的储能期和供电期、增加飞轮转子的磁极分布位置，使多功能电枢达到一个或一个以上，而使发电功率增大、选择采用高导磁心绕组来增大发电功率、选择采用磁悬浮高导磁心绕组来增大发电功率、选择采用具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承来减小磁悬浮轴承的体积和重量、选择采用偏心式环形磁悬浮轴承来减小磁悬浮轴承的体积和重量及使转轴旋转稳定、选择采用动力输出转换装置系列使其具备动能和电能输出、将本发明应用于广泛的制氢氧器、燃氢混合型动力机动车、燃氢混合型动力机动船、燃氢混合型动力飞行器、多动力电动车、多动力电动船、多动力飞行器、应急电源、飞轮电池、发电设备、机动车、机动船、太空站、航空航天飞行器、机械设备、包含于机动车范围内的空气动力车和电动车和燃氢动力车、包含于机动船范围内的客船和货船及舰艇、包含于航空航天飞行器范围内的飞机和飞船中的应用。
为解决上述技术问题，即解决完成上述任务，本发明的技术方案如下1、飞轮发电、多能系统其特征在于该系统至少包括有以下A、B、C、D、共四项子系统；A、壳体子系统；B、飞轮、轴承子系统；C、包含有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的多功能电枢的能量转换发电子系统；D、动力和驱动子系统；2、如技术方案1所述的飞轮发电、多能系统其特征在于所述的A、B、C、D、共四项子系统的具体特征分别对应包含于以下A1项、B1项、B2项、C1项、D1项、D2项、E1项；A1、A项壳体子系统包括有的壳体及相应构件特征至少包含有下列4项的任意3项(1)在壳体子系统中受飞轮旋转励磁磁场直接作用的壳体及相应构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造、(2)在壳体子系统中受飞轮旋转励磁磁场间接作用的壳体及相应构件除电枢外采用固体材料制造、(3)壳体耐冲击力最好与该系统飞轮碎片极限冲击力相适应、(4)当系统还包括有动力转换装置时，并且动力输出部分包括有密封或真空磁传动装置时，受磁传动磁场直接作用的壳体及相应构件采用弱磁材料制造；B1、B项飞轮、轴承子系统包括有的飞轮至少包括有下列9项之一(1)一个在轴向位置或径向位置之一包含有一对或一对以上磁极的飞轮、(2)一个或一个以上的飞轮，并且在其轴向位置或径向位置和非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)二个或二个以上的复合飞轮至少包含有一对磁极、(4)专门针对“高导磁心绕组”设计的单个新型飞轮、(5)专门针对“磁悬浮高导磁心绕组”设计的新型飞轮、(6)包含有对磁极限向磁屏障的飞轮、(7)包含有磁极和导磁环的飞轮、(8)一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮、(9)一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮；B2、B项飞轮、轴承子系统包括有的轴承子系统至少包括有下列8项之一(1)磁悬浮轴承与非磁悬浮轴承组成的复合轴承子系统、(2)普通磁悬浮轴承子系统、(3)具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承子系统、(4)可控磁悬浮轴承子系统、(5)包含有偏心式环形磁悬浮轴承子系统、(6)包含有对磁悬浮轴承限向磁屏障的磁悬浮轴承子系统、(7)包含有超导磁悬浮轴承子系统、(8)滚动或滑动轴承子系统；C1、C项包含有在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能的多功能电枢的能量转换发电子系统包括有的多功能电枢至少包括有下列22项之一(1)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组的多功能电枢、(2)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组和用空气心或真空心做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(3)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组和用弱磁材料做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(4)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和用弱磁材料做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(5)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和用空气心或真空心做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(6)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和“高导磁心绕组”相组合成的多功能电枢、(7)包含有对应于一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮工作的多功能电枢、(8)包含有对应于一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮工作的多功能电枢、(9)包含有用弱磁材料或空气做心的两个两个以上的多功能电枢、(10)上述1至9项所述的多功能电枢至少之一与“高导磁心绕组”多功能电枢相组合成的多功能电枢、(11)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和“磁悬浮高导磁心绕组”相组合成的多功能电枢、(12)包含有超导材料构成绕组和用弱磁材料或空气做心的多功能电枢、(13)包含有“高导磁心绕组”的多功能电枢、(14)上述1至13项所述的多功能电枢至少之一与“磁悬浮高导磁心绕组”多功能电枢相组合成的多功能电枢、(15)包含有“磁悬浮高导磁心绕组”的多功能电枢、(16)上述1至15至少之一项所述多功能电枢包含有的绕组更换为管状散热导线绕组新组合成的多功能电枢、(17)上述1至16项所述的多功能电枢至少之一与散热装置相组合成的多功能电枢、(18)包含有管状散热导线构成绕组及用弱磁材料做心的两个或两个以上的多功能电枢、(19)上述1至18至少之一项所述多功能电枢包含有的绕组再与独立散热管相排列达到散热目的的新多功能电枢、(20)上述1至19至少之一项所述多功能电枢包含有的铁心更换为通过电枢磁心密封空腔通入散热循环流动物质达到散热目的的散热磁心新组合成的多功能电枢、(21)上述1至20所述的多功能电枢至少之一与具有驱动飞轮及发电功能的装置相组合成的多功能电枢、(22)上述1至21所述的一个以上多功能电枢相互组合成的多功能电枢；上述22项所述的多功能电枢都至少具有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的功能；心一在本文特指电枢铁心、磁心；D1、D项动力和驱动子系统包括有的动力或动力装置至少包括有下列10项之一(1)外在自然动力、(2)外在非自然动力、(3)理想工作环境状态下内在循环提供动力、(4)非理想工作环境状态下内在循环提供动力、(5)自由或可选的动力即在其子系统只设动力输入或连接装置，动力由其它外设设备决定、(6)动力输入输出双向转换装置、(7)动力输出转换装置、(8)动力及电能输出转换装置、(9)动力及电能可选择输出转换装置、(10)动力及电能输入输出双向转换装置；D2、D项动力和驱动子系统包括有的驱动子系统至少包括有下列7项之一(1)包含有机械传动方式的驱动子系统、(2)包含有电力传动方式的驱动子系统、(3)包含有机械传动方式和电力传动方式的驱动子系统、(4)包含有属于机械或电力传动范围的同轴传动方式的驱动子系统、(5)包含有属于机械或电力传动范围的在传动部件加装超越离合器传动方式的驱动子系统、(6)包含有属于机械或电力传动范围的磁传动传动方式的驱动子系统、(7)包含有属于机械或电力传动范围的封闭式或真空封闭式磁传动传动方式的驱动子系统；E1、系统受外力干扰时，A项壳体子系统可以包括有下列8项之一，以及B项飞轮、轴承子系统可以包括有下列前6项之一(1)包含有磁悬浮轴承与非磁悬浮轴承组成的复合轴承子系统、(2)包含有能够抑制干扰性振动的装置、(3)包含有能够控制飞轮振动的装置、(4)包含有减振装置、(5)包含有磁悬浮减振装置、(6)包含有滚动或滑动轴承子系统、(7)包含有在系统被改变有限角度或有限方位时，都能使飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置、(8)包含有在系统被改变任意角度或任意方位时，都能使飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置。
3、一种飞轮发电、多能系统的制造方法，其特征在于在系统中受飞轮旋转励磁磁场直接作用的构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造，受飞轮旋转励磁磁场间接作用的构件除电枢外采用固体材料制造；采用具有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的多功能电枢制造成系统包括有的能量转换发电子系统。
4、一种高导磁心绕组及与其相应的单个新型飞轮其特征在于高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组，放置在绕组中的高导磁心主要是通过缩短磁路的长度，而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度；单个新型飞轮包含有与高导磁心绕组相对应的电磁结构即磁极，在高导磁心绕组的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，并且单个即一个新型飞轮的磁极励磁磁场空间至少可以独立容纳高导磁心绕组独立工作；高导磁心至少包括有以下4.1项的5项之一，绕组至少包括有以下4.2项的5项之一；单个新型飞轮至少包括有以下4.3项的4项之一；4.1项、高导磁心至少包括有下列5项之一(1)包含有弱磁材料的高导磁心、(2)包含有软磁材料的高导磁心、(3)包含有由弱磁材料和软磁材料复合的高导磁心、(4)高导空气磁心、(5)可通入散热循环流动物质的密封空腔作为高导磁心；4.2项、绕组至少包括有下列5项之一(1)包含有普通导线的绕组、(2)包含有带型或扁型导线的绕组、(3)包含有制冷或散热装置的绕组、(4)包含有超导材料导线的绕组、(5)包含有管状导线的绕组。
4.3、单个新型飞轮是专门针对“高导磁心绕组”设计的飞轮，它至少包括有下列4项之一(1)一个在轴向位置或径向位置之一包含有一对或一对以上磁极的单个飞轮、(2)一个在其轴向位置或径向位置和非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极的单个新型飞轮(3)包含有对磁极限向磁屏障的单个新型飞轮、(4)包含有磁极和导磁环的单个新型飞轮；以上4项单个新型飞轮的磁极励磁磁场空间至少可以独立容纳一个高导磁心绕组独立工作。
5、一种磁悬浮高导磁心绕组及与其相应的新型飞轮其特征在于磁悬浮高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组及相应的磁悬浮装置V1，放置在绕组中的高导磁心包含有主要是通过缩短磁路的长度；还包含有次要是通过缩短气隙的长度；而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度；新型飞轮至少包括有飞轮T和与磁悬浮高导磁心绕组的磁悬浮装置V1相互关联的磁悬浮装置V2。
6、如技术方案5所述的一种磁悬浮高导磁心绕组及与其相应的新型飞轮其特征在于磁悬浮高导磁心绕组至少包括有的高导磁心和绕组及相应的磁悬浮装置V1的具体特征分别对应包含于以下6.1项的5项之一、6.2项的5项之一、6.3项的2项之一，新型飞轮至少包括有的飞轮T和与磁悬浮高导磁心绕组的磁悬浮装置V1相互关联的磁悬浮装置V2的具体特征分别对应包含于以下6.4项的5项之一、6.5项的2项之一；6.1项、高导磁心至少包括有下列5项之一(1)包含有弱磁材料的高导磁心、(2)包含有软磁材料的高导磁心、(3)包含有由弱磁材料和软磁材料复合的高导磁心、(4)高导空气磁心、(5)可通入散热循环流动物质的密封空腔作为高导磁心；6.2项、绕组至少包括有下列5项之一(1)包含有普通导线的绕组、(2)包含有带型或扁型导线的绕组、(3)包含有冷却或散热装置的绕组、(4)包含有超导材料导线的绕组、(5)包含有管状导线的绕组；6.3项、相应的磁悬浮装置V1安装在磁悬浮高导磁心绕组中，相应的磁悬浮装置V1主要是使磁悬浮高导磁心绕组能主动或被动磁悬浮于与其相应的新型飞轮磁极的励磁空间里，相应的磁悬浮装置V1至少包括有下列2项之一(1)包含具有一种自由度约束力的相应的磁悬浮装置V1、(2)包含具有一种以上自由度约束力的相应的磁悬浮装置V1；6.4项、飞轮T是专门针对“磁悬浮高导磁心绕组”设计的飞轮，飞轮T包含有与磁悬浮高导磁心绕组相对应的电磁结构即磁极，在磁悬浮高导磁心绕组的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，飞轮T至少包括有下列5项之一(1)一个在轴向位置或径向位置之一包含有一对或一对以上磁极的飞轮T、(2)一个或一个以上的飞轮T，并且在其轴向位置或径向位置和非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)二个或二个以上的复合飞轮T至少包含有一对磁极、(4)包含有对磁极限向磁屏障的飞轮T、(5)包含有磁极和导磁环的飞轮T；6.5项、磁悬浮装置V2安装在飞轮T的磁极附近位置，磁悬浮装置V2是与磁悬浮装置V1对应匹配的，磁悬浮装置V2至少包括有下列2项之一(1)包含具有一种自由度约束力的相应的磁悬浮装置V2、(2)包含具有一种以上自由度约束力的相应的磁悬浮装置V2。
7、一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮其特征在于在扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮的轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，在这三种位置或至少任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，从而达到扩大磁极励磁工作面积，其磁极所在的具体位置至少对应包含于以下5项之一；(1)在轴向位置和径向位置分别包含有一对或一对以上磁极、(2)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，在这三种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(4)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作、(5)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与磁悬浮高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作。
8、一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮其特征在于在飞轮的轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置及在飞轮的轴向位置的内外两侧面和径向位置的两侧表面，在至少任意两种位置或者至少任意一种位置的两侧面分别包含有一对或一对以上磁极，从而达到扩大磁极励磁工作面积，并且由两个或两个以上飞轮构成复合飞轮，其磁极所在的具体位置至少对应包含于以下8项之一；(1)在轴向位置和径向位置分别包含有一对或一对以上磁极、(2)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，在这三种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(4)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作、(5)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与磁悬浮高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作、(6)在轴向位置的内外两侧面分别包含有一对或一对以上磁极、(7)在径向位置的两侧面分别包含有一对或一对以上磁极、(8)在轴向位置的内外两侧面和径向位置的两侧表面，至少在上述任意一种位置的两侧面应当与高导磁心绕组或磁悬浮高导磁心绕组的磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作。
9、一种具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承其特征在于该环形磁悬浮轴承的内磁环磁悬浮于外磁环中间，内、外磁环都属于环形磁体，其环形磁体磁极由内圆心向外有角度径向辐射状或由其环形磁体外侧向内圆心有角度径向辐射状，即其环形磁体的内侧有角度约束成一磁极而其环形磁体外侧有角度约束成另一磁极，使其具有二维或二维以上磁约束力。
10、一种偏心式环形磁悬浮轴承其特征在于磁悬浮轴承内磁环呈同心圆环式，固定于机壳或机座的磁悬浮轴承外磁环呈偏心环式，转动的内磁环磁悬浮于固定的外磁环中间，磁悬浮轴承外磁环接近地面即地心处最厚，越远离地面即地心处越薄，即其外磁环下方最厚上方薄，从而达到克服地心引力减小轴承摩擦力；内、外磁环都属于环形磁体，环形磁体的类型至少包括有下列5项之一(1)其磁极呈轴向分布的环形磁体、(2)其磁极呈径向分布的环形磁体、(3)其磁极呈有角度轴向分布的环形磁体、(4)其磁极呈由内圆心向外有角度径向辐射状的环形磁体、(5)由以上4项的两项或两项以上组合而成的环形磁体。
11、一种飞轮发电、多能系统包括有如技术方案1所述的特征，其特征在于还至少包括有下列11.1项动力转换装置5项之一11.1项、动力转换装置至少包含有下列5项之一(1)动力输入输出双向转换装置、(2)动力输出转换装置、(3)动力及电能输出转换装置、(4)动力及电能可选择输出转换装置、(5)动力及电能输入输出双向转换装置。
本发明与现有技术相比有以下有益效果一、本发明显著提高了在飞轮转速大于6000r/min时，飞轮发电期输出效率至少大于75％，显著改善了吸收飞轮系统的储能期耗散功率的问题，使其在吸收飞轮储能期耗散功率的同时几乎不因磁滞问题另外损耗飞轮动能。
1、本发明包含有在飞轮发电期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能的多功能电枢的能量转换发电子系统的这一技术特征是基本特征，是以上11条技术方案应当具有或相应支持的。本发明所指的多功能电枢并不包括所有的多功能电枢，而是指技术方案2所述的C1项包含有在C项子系统的多功能电枢至少包括有如C1项所述1至22项之一，声明技术方案1的C项子系统所述的飞轮发电期输出效率＝(电枢吸收功率/飞轮实际输出功率)100％。其发电期输出效率至少大于75％的工作条件是飞轮转速大于6000r/min时；飞轮实际输出功率是指飞轮在发电期间因发电实际消耗的功率。本发明飞轮发电、多能系统所述的多能是至少包括有电动功能、储飞轮动能功能、动力输出功能、电动和发电功能、做飞轮电池功能之一。
2、飞轮处于储能期(多能之一)时，理想设计是希望飞轮保持动能将损耗降低，同时吸收飞轮储能期耗散功率，本发明是通过受飞轮旋转励磁磁场直接作用的构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造，延长系统的储能期和供电期、选择采用高导磁心绕组及磁悬浮高导磁心绕组来增大发电功率同时在飞轮储能期降低磁滞损耗和涡流损耗保持飞轮动能吸收飞轮储能期耗散功率、选择采用对磁极限向磁屏障的飞轮来降低磁极对壳体的磁滞损耗即降低飞轮储能期损耗、选择采用具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承或偏心式环形磁悬浮轴承来减小磁悬浮轴承的体积和重量同时稳定飞轮转速降低飞轮储能期损耗、选择采用对磁悬浮轴承限向磁屏障的磁悬浮轴承子系统来降低磁悬浮轴承对壳体的磁滞损耗即降低飞轮储能期损耗、采用上述技术方案2所述的C1项所述的C项子系统包括有的22项之一的多功能电枢，都具有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的功能。(“选择采用”在本文中是指可选择采用，也可不采用)二、本发明显著改善了飞轮(含磁悬浮飞轮)系统的安全性。
1、本发明选择采用高导磁心绕组或磁悬浮高导磁心绕组来增大发电功率同时降低磁滞损耗和涡流损耗，避免了因涡流损耗发热烧毁电枢、选择采用具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承或偏心式环形磁悬浮轴承来减小磁悬浮轴承的体积和重量同时飞轮转速安全稳定。
2、本发明选择采用(1)磁悬浮轴承与非磁悬浮轴承组成的复合轴承子系统、(2)普通磁悬浮轴承子系统、(3)具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承子系统、(4)可控磁悬浮轴承子系统、(5)包含有偏心式环形磁悬浮轴承子系统、(6)包含有对磁悬浮轴承限向磁屏障的磁悬浮轴承子系统、(7)包含有超导磁悬浮轴承子系统、(8)滚动或滑动轴承子系统；以上8项至少之一使飞轮安全稳定旋转。三、本发明开拓性的发明了飞轮系统动力输出功能，使飞轮(含磁悬浮飞轮)系统即具有电能输出又具有动力输出功能，动力输出效率，最高可达到95％以上。1、本发明选择采用动力转换装置至少包含有下列5项之一(1)动力输入输出双向转换装置、(2)动力输出转换装置、(3)动力及电能输出转换装置、(4)动力及电能可选择输出转换装置、(5)动力及电能输入输出双向转换装置，来达到动力输出功能。四、本发明发明设计了高导磁心绕组和磁悬浮高导磁心绕组，并发明设计了一种与高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组相对应的(单个)新型飞轮，显著提高了磁悬浮飞轮系统的电能输出效率，最高效率达到85％以上。
1、高导磁心绕组主要是通过缩短磁路的长度，而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗；如需降温还可加装散热冷却装置。
2、磁悬浮高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组及相应的磁悬浮装置V1，放置在绕组中的高导磁心包含有主要是通过缩短磁路的长度；还包含有次要是通过缩短气隙的长度；而使其磁心的磁阻和体积减小；提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度；由于磁悬浮高导磁心绕组安装了磁悬浮装置V1，磁悬浮飞轮T的磁极附近位置安装了磁悬浮装置V1，它就能磁悬浮于磁悬浮飞轮T的磁极之中并自动跟随飞轮有限的改变位置，适应工作环境能力极强如需降温还可加装散热冷却装置。
3、单个新型飞轮(含磁悬浮飞轮)包含有与高导磁心绕组相对应的电磁结构即磁极，在高导磁心绕组的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，达到通过缩短磁路的长度的目的。五、本发明创造性的设计了一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮(含磁悬浮飞轮)和一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮，其磁极分布位置更广，由于多个位置具有磁极磁场励磁工作空间，对应了两个或多个多功能电枢电动一发电工作，大大提高了发电效率。六、本发明创造设计了具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承，其环形磁体的内侧有角度约束成一磁极而外侧有角度约束成另一磁极，使其具有二维或二维以上磁约束力，来减小磁悬浮轴承的体积和重量同时稳定飞轮转速。七、本发明创造设计了偏心式环形磁悬浮轴承，转动的内磁环磁悬浮于固定的外磁环中间，其固定于机壳的磁悬浮轴承外环呈偏心式，磁悬浮轴承外环接近地面即地心处最厚，越远离地面即地心处越薄，即磁悬浮轴承外环下方最厚上方薄，从而达到克服地心引力减小轴承摩擦力。八、本发明飞轮发电、多能系统在应急电源、飞轮电池、发电设备、制氢氧器、机动车、机动船、太空站、航空航天飞行器、机械设备、包含于机动车范围内的空气动力车和电动车和燃氢动力车、包含于机动船范围内的客船和货船及舰艇、包含于航空航天飞行器范围内的飞机和飞船中的应用；其应用广泛，使用方便可反复使用储能大，绿色环保。
图1为飞轮发电、多能系统基本技术特征构成方框图。
图2为技术方案1所述的飞轮发电、多能系统(以下简称飞轮系统)的剖视结构图。
图3为包含有动力及电能输入输出双向转换装置的飞轮系统剖视结构图。
图4为包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和“高导磁心绕组”相组合成的多功能电枢的飞轮系统剖视结构图。
图5为针对图3包含有动力及电能输入输出双向转换装置而进一步的设计的飞轮系统局部剖视结构图。
图6为磁悬浮高导磁心绕组的立体轴测局部剖视结构图。
图7为包含有技术方案4、5、6的一种与高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组相对应的转子的电磁结构与现有技术转子的电磁结构相比较的剖视结构图。
图8为包含有一种偏心式环形磁悬浮轴承和普通轴承相结合的飞轮系统(并加设机械或电力传动范围的在传动部件加装超越离合器传动方式的驱动子系统)的剖视结构图。
图9为针对图8的超越离合器A-A局部剖视结构图。
图10为包含有“磁悬浮高导磁心绕组”的多功能电枢和能够主动抑制干扰性振动的装置的又一种飞轮系统剖视结构图。
图11为包含有在系统被改变任意角度或任意方位时，都能使磁悬浮飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置的一种飞轮系统剖视结构图。
图12为一种具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承的主视及剖视结构图。
图13为一种偏心式环形磁悬浮轴承的主视及剖视结构图。
图14、图15、图16均为包含有技术方案4、5、6所述的一种与高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组相对应的转子的电磁结构的多种剖视主要结构图。
图17为技术方案11所述的包含有动力转换装置系列的一种飞轮发电、多能系统的构成方框图。
图18为一种模块式的组合飞轮发电、多能系统构成方框图。
图19为另一种模块式的组合飞轮发电、多能系统构成方框图。
具体实施例方式下面结合附图和优选的实施例对本发明进一步详细说明。
(1)对照附图1，该系统结构如图1所示，它由A、壳体子系统；B、磁悬浮飞轮、轴承子系统；C、包含有在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能的多功能电枢的能量转换发电子系统；D、动力和驱动子系统构成。该飞轮系统包括有的A、B、C、D、四项子系统是本发明技术方案1所述的飞轮发电、多能系统包括有的基本组成。
(2)第一个飞轮系统优选实施例，对照附图2，如果按技术方案1所述的A、B、C、D、四项子系统划分一个壳体1、密封电输入输出器20、散热装置21、密封外盖24属于A子系统；专门针对“高导磁心绕组”设计的一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮63(以下简称复合飞轮)、轴承8、磁极22、转轴23、属于B子系统；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37、电枢绕组固定支架38属于C子系统(以下简称多功能电枢)；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37、三角带轮41属于D子系统；这是由于多功能电枢具备有能量转换输入输出功能。(以下各图各部件及装置序号与图2基本一致，各属于A、B、C、D四项子系统，某些部件工作特性相似可以交叉同时属于两个子系统)。
本系统的壳体18的结构如图2所示，即是以上A子系统，考虑到飞轮旋转励磁磁场对壳体会导致涡流和磁滞损耗飞轮动能，设计在壳体子系统中受磁悬浮飞轮旋转励磁磁场直接作用的壳体及相应构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造，在壳体子系统中受飞轮旋转励磁磁场间接作用的壳体及相应构件除电枢外采用固体材料制造，在复合飞轮的径向位置两侧面布置有磁极22，还可以根据设计需要在非轴向非径向位置(即与轴向或径向位置倾斜一定角度的位置)布置有磁极22，在非轴向非径向位置布置磁极22，通常是针对特形飞轮设计的，或者是为了更大的增加位置布置磁极22而设计的；由于多个位置具有磁极磁场励磁工作空间，对应了两个或多个多功能电枢电动一发电工作，大大提高了发电效率，对应了技术方案8所述的一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮。其包含有与高导磁心绕组10及电枢绕组37相对应的电磁结构即磁极，在高导磁心绕组(包含有单相或多相绕组)的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，提高了磁心的磁感应强度，磁极22选择采用永磁块可以选择采用稀土永磁合金材料，如高磁能积的钐钴合金或钕铁硼永磁材料制成。高导磁心绕组10及电枢绕组37与密封电输入输出器20及散热装置21相连接，达到电能双向输入输出及散热的目的。
(3)第二个飞轮系统优选实施例，对照附图3，该系统结构包括有一个壳体1、抽真空密封接头16、密封电输入输出器20、散热装置21、密封外盖24属于A项子系统；动力输入输出飞轮4、新型磁悬浮飞轮的外层2-1及内层2-2、磁悬浮轴承5、限位抗扰动轴承6、限位间隙7、磁悬浮上轴承18、磁悬浮下轴承19、磁极22、转轴23属于B项子系统；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37、电枢绕组固定支架38属于C项子系统；动力输入输出飞轮4、高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37、电枢绕组固定支架38属于D项子系统。
本系统的壳体1是密封的，壳体内最好抽成真空，壳体的结构如图3所示，即是以上A子系统，考虑到磁悬浮飞轮旋转励磁磁场对壳体会导致涡流和磁滞损耗飞轮动能，设计在壳体子系统中受磁悬浮飞轮旋转励磁磁场直接作用的壳体及相应构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造，在壳体子系统中受磁悬浮飞轮旋转励磁磁场间接作用的壳体及相应构件除电枢外采用固体材料制造，壳体耐冲击力最好与该系统飞轮碎片极限冲击力相适应，即大于飞轮碎片极限冲击力。如果设计系统属于中、低速工作，磁悬浮飞轮在保证转动部分在中速旋转时的机械强度和刚度的要求前提下，可以选择采用与其相适应的价廉物美的固体材料制造。如果设计系统工作于中、高速环境(1.5万转至20万转)，磁悬浮飞轮采用高强度的纤维缠绕而成纤维复合材料飞轮，以保证转动部分符合在高速旋转时的机械强度和刚度的要求，为了增加飞轮转动惯量，选择采用增加飞轮转动惯量的金属环包围于磁极22外圈，建议选择采用拉伸强度符合要求的钢材制造，这样对磁极22起到减少漏磁通，即成为导磁环，根据物理学中，磁力线从N极出发，回到S极形成闭合回路的原理，漏磁通也形成闭合回路。增加导磁环使漏磁通减少70％，同时提高磁导率，并且对磁极22外圈限向磁屏障，使壳体受到旋转励磁磁场强度大大降低，使壳体及相应构件可以选择采用价廉的钢材制造。
如图3所示新型磁悬浮飞轮包括有外层2-1及内层2-2，外层即轮辋，内层包括有轮毂及轮辐，外层2-1最好选择采用高强度的纤维依圆周方向缠绕而成，这样即使内层发生破碎，外层仍可将之禁闭，缓冲离心冲击力。内层2-2包括有飞轮的轮毂及轮辐，可选择采用高强度的高强度的纤维增强的复合材料构成，内层即可选择采用合金钢、合金材料等，例如采用许用应力为2400兆帕-2900兆帕的合金钢，由于合金钢具有导磁性，所以可以省略导磁限向磁屏障环，在新型磁悬浮飞轮的轴向和径向位置布置有磁极22，还可以根据设计需要在非轴向非径向位置(即与轴向或径向位置倾斜一定角度的位置)布置有磁极22，在非轴向非径向位置布置磁极22，通常是针对特形飞轮设计的，或者是为了更大的增加位置布置磁极22而设计的；特别的如技术方案8所述的在轴向位置的内外两侧面分别包含有一对或一对以上磁极，即是在原新型磁悬浮飞轮的外层2-1再布置一对或一对以上的磁级用于发电，即内外都有磁级。由于多个位置具有磁极磁场励磁工作空间，对应了两个或多个多功能电枢电动-发电工作，大大提高了发电效率，对应了技术方案7所述的一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮。新型磁悬浮飞轮还对应了技术方案4所述的单个新型磁悬浮飞轮，其包含有与高导磁心绕组相对应的电磁结构即磁极，在高导磁心绕组(包含有单相或多相绕组)的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，提高了磁心的磁感应强度，磁极22选择采用永磁块可以选择采用稀土永磁合金材料，如高磁能积的钐钴合金或钕铁硼永磁材料制成。这些永磁块最好具有利于与飞轮内层2-2紧密结合的形状或棱角，例如磁极底部呈燕尾状、梯形状、阶梯状、多棱角状、这些永磁块具有交替的磁极，即磁极N极和S极交替排列。为了安装方便磁极22还可以采用多磁极永磁环构成，考虑到当飞轮转速达到20万转/分钟时，强大的离心力可能会破坏位于飞轮最内侧的磁极22，这时可以采用多磁极永磁环构成，建议采用高强度的多磁极永磁钢环，这样机械强度增强。特别注明磁极22不仅包括有永磁块或永磁环，还可根据实际需要选择采用励磁绕组和磁极铁心作为磁极，相应的部件及装置也随之改变。与新型磁悬浮飞轮转子磁极22对应的定子高导磁心绕组10及电枢绕组37固定在电枢绕组固定支架38上，特别地在固定的高导磁心绕组两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极。高导磁心绕组10及电枢绕组37与密封电输入输出器20及散热装置21相连接，达到电能双向输入输出及散热的目的。技术方案1规定的在飞轮供能期能高效率输出必有功能是这样实现的采用两个相对独立的定子电枢绕组，使之发电功率两倍于单电枢绕组，根据设计需要可以输出单相或三相或多相电力，同时定子高导磁心绕组10也是保证条件。技术方案1规定的在飞轮储能期吸收耗散功率功能是这样实现的电枢绕组37最好采用弱磁材料做心或空气心，高导磁心绕组10由于产生磁滞损耗和涡流损耗极小，可任选弱磁材料或软磁材料做心，这样飞轮动能损耗极小，又能吸收飞轮耗散功率。散热装置21是这样实现散热的定子电枢绕组的散热可以向管状散热导线中通过气体或液体冷却来解决；另外新颖的方法是，采用独立散热管与绕组排列达到散热目的或采用通过电枢磁心密封空腔通入散热循环流动物质达到散热目的；管状散热导线或独立散热管或电枢磁心密封空腔散热管与密封于壳体的散热装置21相连。磁悬浮飞轮驱动运转即充电是这样实现的飞轮驱动运转可以采用同步电机或异步电机或开关磁阻电机，例如采用同步电机驱动时，稀土永磁同步电动飞轮系统的定子高导磁心绕组10为三相对称绕组，与三相异步电动机结构相同。转子上粘有钕铁硼(NdFeB)磁钢，因为需要高速旋转磁极22采用一对磁极，驱动器为交-直-交电压型逆变器，通过正弦波脉宽调制(SPWM)输出频率、电压可变的三相正弦波电压。三相正弦波电压在定子高导磁心绕组10的三相绕组中产生对称三相正弦波电流，并在气隙中产生旋转磁场。旋转磁场的角速度ω1＝2πf/p，其中p为电动机对数。这个旋转磁场与已充磁的磁极作用，带动转子与旋转磁场同步旋转并力图使定、转子磁场轴线对齐。当外加负载转矩以后，转子磁场轴线将落后定子磁场轴线一个θ功率角，负载愈大，θ也愈大，直到一个极限角度θm，电动机失步为止。由此可见同步电动机在运行中，要么转速与频率严格成比例旋转，否则就失步停转。所以，它的转速与旋转磁场同步。它的静态误差为零；在负载扰动下，只是功率角θ变化，而不引起转速变化，它的响应时间是实时的。这是其它调速系统做不到的。由于它只能在频率渐升情况下才能启动，所以也不适于快速启动，最好采用变频启动逐渐升高频率，使飞轮转子转速逐渐升高。当然也可以采用无刷直流自控式电动一发电机驱动，它们的特征都是不需要启动绕组。由于无刷电动－发电机的励磁来源于永磁体，所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高10％左右，一般来说无刷电动一发电机的力能指针(ηcosθ)比同容量三相异步电动机高12％-20％。中小容量的无刷电动－发电机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此稀土永磁无刷电动－发电机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个等级。
承子系统包括有磁悬浮轴承5和磁悬浮上轴承18和磁悬浮下轴承19。磁悬浮轴承可采用电磁式磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、永磁式磁悬浮轴承及技术方案8所述的一种具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承之一。为抑制飞轮扰动而安装有限位抗扰动轴承6，并设置有限位间隙7，在飞轮正常高速旋转时不与限位抗扰动轴承6接触，只是受外力干扰时才会与限位抗扰动轴承6接触。上述限位抗扰动轴承6等部件符合了技术方案2所述的F1项包含有能够抑制干扰性振动的装置、包含有能够控制磁悬浮飞轮振动的装置、包含有减振装置的特征之一。磁悬浮轴承的固定部分最好与壳体1固定接触利于散热。(第二个飞轮系统优选实施例选择材料原则及导磁环磁屏障原理，选择采用飞轮内外层材料及磁极22，选择采用实现技术方案7所述的一种扩大磁极励磁工作面积的新型磁悬浮飞轮，选择采用实现技术方案4所述的一种高导磁心绕组及与其相应的单个新型磁悬浮飞轮，实现技术方案1、2规定的在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能，及抑制飞轮扰动的方案，可以为以下各图实施例各部件及装置选择采用，同种类型不再详述)。
动力输入输出飞轮4与转轴23固定连接，可以单独或同时具有动力输入及输出功能，如附图3所示该系统只设置有动力输入输出飞轮4，即自由或可选的动力即在其系统只设动力输入或连接飞轮4装置，具体实施装置由其它外设设备决定。动力输入输出飞轮4的动力传动方式属于磁力传动方式，更具体的说是非接触式磁力传动方式。动力输入输出飞轮4上的磁极22选择采用永磁块可以选择采用稀土永磁合金材料，如高磁能积的钐钴合金或钕铁硼永磁材料制成。这些永磁块具有交替的磁极，即磁极N极和S极交替排列。为了安装方便磁极22还可以采用多磁极永磁环构成，这样机械强度增强。
(4)第三个飞轮系统优选实施例，对照附图4，该系统结构包括有一个壳体1、抽真空密封接头16、检测飞轮转速装置17-1、密封电输入输出器20、散热装置21、密封外盖24属于A项子系统；新型磁悬浮飞轮的外层2-1及内层2-2、磁悬浮轴承5、限位抗扰动轴承6、限位间隙7、磁悬浮上轴承18、磁悬浮下轴承19、磁极22、转轴23属于B项子系统；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37、电枢绕组固定支架38、电枢绕组可控移动支架38-1、电枢可控移动驱动装置59属于C项子系统；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37、电枢绕组固定支架38、电枢绕组可控移动支架38-1、电枢可控移动驱动装置59属于D项子系统。
第三个实施例选择材料原则及导磁环磁屏障原理，选择采用飞轮内外层材料及磁极22，实现技术方案1、2规定的在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能，飞轮驱动运转采用何种电机，及抑制飞轮扰动的方案，与第二个实施例所述类司。
电枢绕组可控移动支架38-1是连接控制(1)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组、(2)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组之一的，根据需要电枢可控移动驱动装置59还可以加设平衡驱动装置，使移动时稳定平衡，电枢可控移动驱动装置59包括有可控电枢移动电机驱动装置、可控电枢移动电磁离合器驱动装置、可控电枢移动液压驱动装置、可控电枢移动气压驱动装置、可控电枢移动链传动驱动装置、可控电枢移动磁传动驱动装置之一。以上驱动装置为中等技术人员所熟知，所以本说明书仅举典型例子，不再一一穷举。
(5)第四个飞轮系统优选实施例，对照附图5，该两个系统结构共同包括有密封外盖24、动能输出壳体31属于A项子系统；动力输入输出飞轮4、磁悬浮轴承5、限位抗扰动轴承6、限位间隙7、磁极22、转轴23属于B项子系统；动力输入输出飞轮4、动力输入输出转换及接收装置32、动力输入输出转轴33、控制动力输入输出转换及接收装置移动装置34、变速输入输出装置28、可控动能输入输出及离合过载保护装置30属于D项子系统；动力输入输出飞轮4、动力输入输出转换及接收装置32、动力输入输出转轴33、控制动力输入输出转换及接收及移动装置34、变速输入输出装置28、可控动能输入输出及离合过载保护装置30属于动力转换装置。对照附图6其各部件及装置序号各属于A、B、C、D四项子系统和动力转换装置符合技术方案1和技术方案10所述的技术特征要求。第四个实施例选择材料原则及导磁环磁屏障原理，选择采用飞轮内外层材料及磁极22，实现技术方案1、2规定的在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能，飞轮驱动运转采用何种电机的方案与第一个实施例所述类同。
考虑到飞轮的高速旋转的离心力，将动力输入输出飞轮加装新型磁悬浮飞轮2-1外层，也可以将动力输入输出飞轮也设计成类同于新型磁悬浮飞轮2-1外层结构，提高了动力输入输出双向转换的安全稳定性，即将动力输入输出飞轮设计成动力输入输出转换及接收装置32，两者结构导置。可控动能输入输出及离合过载保护装置30具有控制动力输入输出转换及接收装置32移动的功能，通过控制其的移动使之与动力输入输出飞轮4产生非接触式磁力传动，从而将飞轮动能高效率的传输出来，再通过离合过载保护及变速输出装置28驱动外设系统运转工作，而现有技术中磁悬浮飞轮储能、发电系统不能提供输出动能功能，更不能提供输出动能和电能可选择功能；须知输出动能转换效率高达90％以上，经变速装置后直接运用，不需变电、变频、电机驱动等耗能环节，成本极低。当不需要动能输出时可控动能输入输出及离合过载保护装置30控制动力输入输出转换及接收装置32离开动力输入输出飞轮4，此时动能输出停止并且不再吸收飞轮动能。当为符合特别的设计需要采用异步电机驱动飞轮旋转储能的另一种新方法，将动力输入输出飞轮4改装为笼形转子，动力输入输出转换及接收装置32改装为定子磁心绕组，三相电流通入其绕组产生旋转磁场，就可以驱动飞轮旋转储能了，同理也可以用于发电输出。对照附图6，动力转换装置包括有动力输入输出飞轮4和动力输入输出转换及接收装置32等构件，这只是其中一种动力转换装置，根据设计需要可以改变上述动力转换装置(如序号4、32、33、34、30、28)的结构，改换为其它机械或电力传动动力转换装置。所以它还可以包括有同轴传动方式的驱动装置、齿轮传动转换装置、链轮传动转换装置、带轮传动转换装置、联轴器传动转换装置、离合器传动转换装置等属于机械传动方式和电力传动方式范围的动力转换装置之一。它对应了技术方案2所述的D项子系统和技术方案10所述的动力转换装置技术特征要求。以上动力转换装置为中等技术人员所熟知，所以本说明书举其典型例子不再一一穷举。
可控动能输出及离合过载保护装置30还可以加设平衡移动装置，使移动时稳定平衡，可控动能输出及离合过载保护装置30包括有控制动力输入输出转换及接收装置32移动电机驱动装置、控制动力输入输出转换及接收装置32移动电磁离合器驱动装置、控制动力输入输出转换及接收装置32移动液压驱动装置、控制动力输入输出转换及接收装置32移动气压驱动装置控制动力输入输出转换及接收装置32移动链传动驱动装置、控制动力输入输出转换及接收装置32移动磁传动驱动装置(属于电磁离合器范围)、控制动力输入输出转换及接收装置32移动螺杆或传动杆传动驱动装置之一。以上驱动装置为中等技术人员所熟知，所以本说明书举其典型例子，不再一一穷举。
(6)第五个飞轮系统优选实施例，对照附图8和附图9，该系统结构如图8所示包括有一个壳体1、密封电输入输出器20、散热装置21、密封外盖24属于A项子系统；磁悬浮飞轮2、普通轴承8、偏心式环形磁悬浮轴承9、磁极22、转轴23、属于B项子系统；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组固定支撑座38-2属于C项子系统；三角带轮41、超越离合器42属于D项子系统。附图9是附图8的三角带轮41及超越离合器42的A-A局部剖视结构图，对照附图9超越离合器即三角带轮外棘圈50、棘爪51、弹性顶销52、超越离合器内轮53、转轴23、健槽及健25属于D项子系统。第七个实施例选择材料原则及导磁环磁屏障原理，选择采用飞轮材料及磁极22，实现技术方案1、2规定的在飞轮供能期输出效率至少大于75％、并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能，采用偏心式环形磁悬浮轴承9的方案与第一个和第五个实施例所述类同。
对照附图8和附图9由三角带轮41输入动力拖动磁悬浮飞轮2旋转工作，使高导磁心绕组10高效率的发电，根据设计需要可以输出单相或三相或多相电力，为了减小转轴23对普通轴承8的摩擦力，使用偏心式环形磁悬浮轴承9达到对转轴23磁悬浮和向心力的作用，使其减轻摩擦力及重力。使系统提高发电效率。该系统以高效率发电为主，输出效率至少大于75％，最高时可达85％以上。当然也可以在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能。三角带轮41也可以替换为齿轮、链轮、联轴器、离合器等机械传动装置之一。安装在三角带轮41内的超越离合器42的作用是当外来输入动力转速高于转轴23转速时，外来输入动力带动三角带轮41及转轴23和磁悬浮飞轮2旋转，当外来输入动力转速低于转轴23转速时，超越离合器42连带三角带轮41打滑空转，从而保持转轴23高转速。达到使高导磁心绕组10高效率的发电的目的。超越离合器有多种类型，为中等技术人员所熟知，所以本说明书举其典型例子，不再一一穷举。
第五个实施例选择材料原则及导磁环磁屏障原理，选择采用飞轮材料及磁极22，选择采用实现技术方案4所述的一种高导磁心绕组及与其相应的单个新型磁悬浮飞轮，实现技术方案1、2规定的在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能的方案，与第一个实施例所述类同。
(7)第六个飞轮系统优选实施例，对照附图10，该系统结构包括有一个壳体1、抽真空密封接头16、检测飞轮扰动及转速装置17、密封电输入输出器20、散热装置21、密封外盖24属于A项子系统；新型磁悬浮飞轮T的外层26及内层27、磁悬浮轴承5、磁悬浮装置V2 13、磁悬浮装置V1 12、主动抗扰动装置14、复位弹簧40、主动抗扰动轴承14-1、控制抗扰动轴承移动装置15、磁悬浮上轴承18、磁悬浮下轴承19、磁极22、转轴23属于B项子系统；磁悬浮高导磁心绕组11、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37属于C项子系统；高导磁心绕组10、密封电输入输出器20、散热装置21、电枢绕组37属于D项子系统。
第六个实施例选择材料原则及导磁环磁屏障原理，选择采用飞轮内外层材料及磁极22，实现技术方案1、2规定的在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能，飞轮驱动运转采用何种电机的方案，与第二个实施例所述类同，不再详述。
检测飞轮扰动及转速装置17包括有位置检测元件，如光电元件，检测飞轮转速装置例如安装一种测量固体表面速度变化的装置，其设置两条长短不同的光路系统，光源发出的光分别经过它们。以时间差τ值先后射到被测表面，当它们从表面返回干涉系统时，应用光的偏振特性，使之各自经过与入射光路长短相反的路径到达光电探测器，于是消除时间差τ而实现等光程干涉，干涉条纹的变化正比于表面速度的变化，测速变化范围3m/s-1000m/s。检测飞轮扰动装置例如在一端安装光发射管，在另一端安装光接受管，飞轮正常旋转时不阻碍光通过，飞轮发生足以干扰电枢工作的扰动时阻碍光通过，其扰动信号传输到外设控制系统，经识别后，外设控制系统通过控制抗扰动轴承移动装置15驱动主动抗扰动装置14与抗扰动限位块14-2接触，限制飞轮扰动，直到外设控制系统另外设置的振动检测装置发出解除限制扰动的信号时，即通过控制抗扰动轴承移动装置15解除限制扰动工作。
对照附图10，磁悬浮高导磁心绕组11是依靠磁悬浮装置V1 12磁悬浮于新型磁悬浮飞轮的内层27中的磁极22镶嵌的磁悬浮装置V2 13的磁极同极性相排斥的气隙中，这样磁悬浮高导磁心绕组11就能跟随新型磁悬浮飞轮的扰动位移，而同步位移，以防止飞轮与磁悬浮高导磁心绕组11发生碰撞。这样系统的安全稳定性得到大幅度提高。这样磁极22与磁悬浮高导磁心绕组11的气隙长度可以相对缩短。考虑到磁悬浮高导磁心绕组11的扰动位移，相应的密封电输入输出器20的连接电缆采用柔性连接，散热装置21的连接散热管采用柔性连接，宜采用通过电枢磁心密封空腔通入散热循环流动物质达到散热目的的多功能电枢和独立散热管与绕组排列达到散热目的的多功能电枢。
对照附图10控制抗扰动轴承移动装置15是控制抗扰动轴承移动电磁离合器驱动装置，当得到检测飞轮扰动及转速装置17发出的飞轮扰动信号时，外设系统使控制抗扰动轴承移动电磁离合器驱动装置生磁，磁吸引主动抗扰动装置14及主动抗扰动轴承14-1与转轴23接触，主动抗飞轮扰动。根据需要控制抗扰动轴承移动装置15还可以加设平衡驱动装置，使移动时稳定平衡，控制抗扰动轴承移动装置15包括有控制抗扰动轴承移动电机驱动装置、控制抗扰动轴承移动电磁离合器驱动装置、控制抗扰动轴承移动液压驱动装置、控制抗扰动轴承移动气压驱动装置、控制抗扰动轴承移动链传动驱动装置、控制抗扰动轴承移动磁传动驱动装置之一。以上驱动装置为中等技术人员所熟知，所以本说明书仅举典型例子，不再一一穷举。
对照附图10磁悬浮高导磁心绕组11可以选择采用位置检测元件，可以选择采用相位检测元件。因为系统中如果只有位置检测元件，如光电元件或霍尔元件，由于它们的滞后效应，无法准确确定高速旋转时电机转子相对于定子绕组的位置，以至高速时无法使电子驱动电路正常工作。在磁悬浮高导磁心绕组11之中装有相位检测元件，由于它可以准确地检测出定子绕组和转子之间的相位差值，从而通过它可以控制电子驱动线路，使之正常工作。这样，利用位置检测元件实现了电动机启动和低速(三万转/分以下)运转，而当转速升高后，自动转换为相位控制，从而保证了磁悬浮飞轮系统即无刷直流电动－发电机的高速运行。
(8)第七个飞轮系统优选实施例，对照附图11，该系统结构包括有受保护的飞轮发电、多能系统35、密封电输入输出器20、柔性密封电输入输出电缆57，A项子系统包括有使系统自动恢复到原状的圆弧轨道外壳54、万向防摆振阻尼滚轮55、使系统自动恢复到原状的圆弧轨道外盖56、位于圆弧空腔的防系统摆振阻尼的物质59、减振装置58。
对照附图11，受保护的飞轮发电、多能系统35是安装在使系统自动恢复到原状的圆弧轨道外壳体54和使系统自动恢复到原状的圆弧轨道外盖56构成的圆弧空腔里，原理是在系统35的底部安装有相应质量的配重物，使其底部质量重于中部和上部，即底部始终在万向防摆振阻尼滚轮55支撑转动下，底部自动找正朝向地平面即水平面。换而言之即是可以比作重心位于底部的不倒翁，无论被改变至任意位置，都可以自动恢复原状即底部自动找正朝向地平面即水平面。万向防摆振阻尼滚轮55应当具有摆振阻尼器，以阻尼方式防止受保护的飞轮发电、多能系统35，在底部自动找正朝向地平面即水平面的同时，发生摆振及振动或晃动。柔性密封电输入输出电缆57应当具有相应拉伸强度。
第七个飞轮系统优选实施例的技术特征对应了技术方案2的E1项所述的包含有在系统被改变有限角度或有限方位时，都能使磁悬浮飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置、包含有在系统被改变任意角度或任意方位时，都能使磁悬浮飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置、包含有减振装置的技术特征。
(9)第八个飞轮系统优选实施例，对照附图12，一种具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承结构如图12-A、图12-B、图12-C、所示，它包括有内环形磁体49-1、外环形磁体49-2、限向磁屏障层46、磁悬浮间隙47。
对照附图12-A、图12-B、图12-C内环形磁体49-1磁悬浮于外环形磁体49-2中间，其环形磁体的磁极呈由内圆心向外有角度径向辐射状或由环外侧向内圆心有角度径向辐射状，即其环形磁体的内侧有角度约束成一磁极而外侧有角度约束成另一磁极，使其具有二维或二维以上磁约束力。根据设计需要，附图12的一种具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承的环形磁体可以是永磁体、电磁体、超导电磁体。限向磁屏障层46是避免不必要的磁滞损耗及干扰。该磁悬浮轴承属于飞轮系统的重要构件。它对应了技术方案9所述的技术特征。
(10)第九个飞轮系统优选实施例，对照附图13，一种偏心式环形磁悬浮轴承结构如图13-A、图13-B所示，它包括有内环形磁体9-1、外环形磁体9-2、限向磁屏障层46、磁悬浮间隙47。它对应了技术方案9所述的技术特征。
对照附图13-A、图13-B外环形磁体49-2，即固定于机壳的磁悬浮轴承外环呈偏心式，外环内侧和外侧的圆心相偏离即偏心式，磁悬浮轴承外环接近地面即地心处最厚，越远离地面即地心处越薄，即磁悬浮轴承外环下方最厚上方薄，从而达到克服地心引力减小轴承摩擦力。内环形磁体9-1不呈偏心式，而呈对称圆环式。转动的内环形磁体磁悬浮于固定的外环形磁体中间，内、外环形磁体都属于环形磁体，环形磁体至少包括有下列5项之一(1)其磁极呈轴向分布的环形磁体、(2)其磁极呈径向分布的环形磁体、(3)其磁极呈有角度轴向分布的环形磁体、(4)其磁极呈由内圆心向外有角度径向辐射状的环形磁体、(5)由以上4项的两项或两项以上组合而成的环形磁体。偏心式环形磁悬浮轴承可以是永磁偏心式环形磁悬浮轴承、电磁偏心式环形磁悬浮轴承、超导电磁偏心式环形磁悬浮轴承。偏心式环形磁悬浮轴承主要用于电机转轴与水平面平行的系统，属于飞轮系统的重要构件。
(11)第十个飞轮系统的一种与高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组相对应的磁悬浮飞轮的电磁结构优选实施例，对照附图14包括有磁极22、高导磁心绕组10。对照附图15括有磁悬浮装置V2 13、磁悬浮装置V1 12、磁极22、磁悬浮高导磁心绕组11。对照附图16包括有磁极22、磁悬浮装置V2 13、磁悬浮装置V1 12、磁悬浮高导磁心绕组11。对照附图7包括有磁极22、新磁力线60、旧磁极22-1、圆壳体62、现有技术磁力线61。对照附图6包括有磁悬浮高导磁心绕组11、磁悬浮高导磁心绕组11-1结构、磁悬浮装置V1 12。附图6是磁悬浮高导磁心绕组11的立体轴测局部剖视结构图，便于进一步了解其结构。
针对技术方案4、5、6所述的一种与高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组相对应的磁悬浮飞轮的电磁结构其特征在于在高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，达到高导磁心绕组和磁悬浮高导磁心绕组设定的缩短磁路的长度，而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗的设计目的。将具体举例证明详述。对照附图7，计算新磁力线60、现有技术磁力线61的长度即磁路长度。由于新磁力线60是从磁极N到达磁极S的最短的直线距离，其长度为8X，现有技术磁力线61是半椭圆弧线，已知半径R为13X，根据圆周长公式为C＝2πR可作为近似公式计算，而半椭圆弧长度C＝πR，得出现有技术磁力线61的长度为40.8X。新磁力线60与现有技术磁力线61的比值为8X/40.8X，约为1/5。新磁力线60只是现有技术磁力线61磁路长度的五分之一。
根据磁阻公式磁路磁阻Rm＝磁路长度L/(磁导率μ×磁路截面积A)。对照附图7，在已知磁导率μ和磁路截面积A在相同的情况下，将新磁力线60和现有技术磁力线61的长度，分别代入磁阻公式计算，得出磁极22之间的磁路磁阻小于现有技术旧磁极22-1之间的磁路磁阻，只是其现有技术磁路磁阻的五分之一。同理磁极22之间的磁场强度明显大于现有技术旧磁极22-1之间的磁场强度。附图7的磁极22、新磁力线60是属于技术方案4、5、6所述的一种与高导磁心绕组、磁悬浮高导磁心绕组相对应的磁悬浮飞轮的电磁结构的典型例子之一。
对照附图14，其高导磁心绕组10对应于技术方案4所述的一种高导磁心绕组10其特征在于高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组，放置在绕组中的高导磁心主要是通过缩短磁路的长度，而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组(单相或多相绕组)应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度。
对照附图14，在高导磁心绕组10的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极22，如此安排不仅可以极大缩短磁极22之间的磁路长度，显著减小磁路磁阻，显著增强磁场。根据磁滞损耗公式磁滞损耗Ph＝σnfV(Bm)n；σn-与材料有关的系数；f-电源频率；Bm磁感应强度最大值；指数n的数值与Bm有关，n值约1.6-2.3。根据涡流损耗公式涡流损耗Pe＝σef2Δ2V(Bm)2；σe-与铁心电阻率有关的系数；Δ-叠片厚度。由于高导磁心绕组10先进的电磁结构特征，其磁心一般采用弱磁材料或空气做磁心时，就可以高效率发电了，此时磁滞损耗和涡流损耗约为零。根据设计需要，当使用软磁材料做铁心时，所用硅钢片量很少，对照附图14和15，其实心叠片和空心硅钢铁心体积约为现有技术铁心体积的1/5-1/30，例如采用通过电枢铁心密封空腔通入散热循环流动物质达到散热目的高导磁心绕组10，由于采用空心硅钢空腔，所用硅钢片量很少，约为现有技术铁心体积的1/30。将其代入磁滞损耗公式和涡流损耗公式计算，其磁滞损耗和涡流损耗只是现有技术铁心磁滞和涡流损耗的1/30。
附图14所述的高导磁心绕组10，具体应用可以参看飞轮系统优选实施例1、2、3、及附图2、3、4、6、8。
对照附图15和16，其磁悬浮高导磁心绕组11对应于技术方案5和6所述的一种磁悬浮高导磁心绕组11的特征磁悬浮高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组及相应的磁悬浮装置V1，放置在绕组(单相或多相绕组)中的高导磁心包含有主要是通过缩短磁路的长度；还包含有次要是通过缩短气隙的长度；而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度；并且其绕组和磁心的采用与附图14的高导磁心绕组10的采用选项类同。磁悬浮装置V2 13、磁悬浮装置V1 12、对应于技术方案6所述的相应的磁悬浮装置V1主要是使磁悬浮高导磁心绕组能主动或被动磁悬浮于与其相应的新型磁悬浮飞轮主磁极的励磁空间里。磁悬浮装置V2 13、磁悬浮装置V1 12实际是同性排斥的一对或一对以上的永磁环。分别安装在磁悬浮高导磁心绕组11和新型磁悬浮飞轮上，使磁悬浮高导磁心绕组11磁悬浮于新型磁悬浮飞轮磁约束的空间里，具体可以参看附图10。当然根据设计需要，磁悬浮装置V2 13、磁悬浮装置V1 12可以改变位置和采用励磁绕组实现磁悬浮。附图15和16所述的磁悬浮高导磁心绕组11同样具有高导磁心绕组10论证的高导磁心包括有主要是通过缩短磁路的长度；而使其磁心的磁阻和体积减小，显著减小磁路磁阻，显著增强磁场的特征；论证过程类同不再详述。附图15和16所述的磁悬浮高导磁心绕组11，具体应用可以参看第九飞轮系统实施例及附图10。
(12)第十一个飞轮系统的优选实施例，飞轮系统为一种模块式的组合系统，对照附图17包括有飞轮发电、多能系统；动力转换装置构成。其组合对应于技术方案11一种飞轮发电、多能系统所述的特征。而技术方案1所述的飞轮发电、多能系统包括有的D、动力和驱动子系统可以包含有动力转换装置，但这只是选择采用动力转换装置，即也可以不选择采用动力转换装置。即动力转换装置不是构成技术方案1所述的飞轮发电、多能系统的充分必要条件。但是动力转换装置却是技术方案11一种飞轮发电、多能系统构成的充分必要条件。即技术方案1加上动力转换装置等于技术方案11。对照附图17，飞轮系统为一种模块式的组合系统，其具体应用可以参看飞轮系统优选实施例2、4及附图3和5。(13)第十二个飞轮系统的优选实施例，飞轮系统为一种模块式的组合系统，对照附图18包括有储电池组；控制系统；飞轮转速检测装置；飞轮扰动检测装置；飞轮发电、多能系统；动力单向输出转换装置；可控动力输出离合及过载保护装置；动力输出可控变速、输出装置控制系统包括有飞轮转速检测装置、输出电流电压频率检测装置、工作选择开关、飞轮旋转工作状态传感及接收装置、飞轮转速及输入输出电流电压频率工作指令显示器、无刷电动机-发电机的电子驱动电路及控制器、系统输出富余电能吸收控制器、系统热量传感器、散热装置工作控制器。
飞轮转速检测装置包括有检测飞轮扰动及转速装置17或检测飞轮转速装置17-1，及计算分析输出频率显示转速器等。飞轮转速检测还可以通过输出电流电压频率检测装置检测转速，例如稀土永磁同步电动机－发电机的定子即模拟超导磁心绕组10为三相对称绕组，与三相异步电动机结构相似。飞轮转子上固定有钕铁硼(NdFeB)磁钢。驱动器为交-直-交电压型逆变器。根据三相同步电动机转速{no}r/min＝60(频率f}Hz/p磁极对数，得出只要计算分析输出频率就可以得到飞轮转速，这种计算分析输出频率显示转速器，成本低实用价值高。
储电池组是受控制系统包括的系统输出富余电能吸收控制器控制，当飞轮系统在供能期输出电能时，如果电能有所富余由储电池组充电吸收。在飞轮储能期吸收飞轮耗散功率功能的电能，也由储电池组(即可反复充放电储电池组)充电吸收。必要时储电池组也可经直－交电压型逆变向飞轮系统充电。储电池组包括有大容量电容储电池组、铅蓄电池组、镉镍蓄电池组、镍氢蓄电池组、锂蓄电池组、导电塑料蓄电池组、碱性蓄电池组、电化学蓄电池组之一。
对照附图18，本实施例主要对应了技术方案1和11所述的技术特征。动力单向输出转换装置；可控动力输出离合及过载保护装置；动力输出可控变速、输出装置主要是在需要较大功率输出时发挥作用的，例如当多动力电动车在相对长时间匀速运动状态下，如行驶在高速公路或交通畅通的公路上。建议使用上述动力输出转换装置等装置，因为动力输出转换装置动能转换效率最高可达到95％以上，不经过电机驱动而直接驱动车轮运转。而采用电能输出，须知输出电能的转换效率明显低于动力输出转换输出效率，输出电能后还经蓄电池或变电、变频才能使用，而期间转换又有损耗，电机驱动又有损耗。附图18所示的动力输出转换装置结构可参看飞轮系统优选实施例2、4及附图3和5。
(14)第十三个飞轮系统的优选实施例，飞轮系统为另一种模块式的组合系统，对照附图18包括有储电池组；总控制系统；循环供电系统；飞轮发电、多能系统；一种飞轮发电、多能系统；飞轮发电、多能系统。总控制系统用于控制各系统及子系统及装置工作。控制系统及飞轮转速检测装置及储电池组功能与第十二个飞轮系统实施例所述类同，不再详述。需要声明的是，本发明所述的弱磁材料铁心可以包括有空气心在内。本发明是完全遵循能量转换和守恒定律设计和申请专利的。
上述对本发明优选实施例的说明仅仅是举例性的，本发明并不限于上述说明。根据上述说明，还可以对本发明作出种种改进。上述优选实施仅仅用于说明本发明的原理，即技术方案1-11所述的特征的详细举例说明，从而使得本技术领域里的普通技术人员能够将本发明运用于各种不同的实施例中，对于不同的应用场合可以对本发明作出不同的改进。本发明的保护范围由权利要求来界定。
权利要求
1.飞轮发电、多能系统其特征在于该系统至少包括有以下A、B、C、D、共四项子系统；A、壳体子系统；B、飞轮、轴承子系统；C、包含有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的多功能电枢的能量转换发电子系统；D、动力和驱动子系统；
2.如权利要求1所述的飞轮发电、多能系统其特征在于所述的A、B、C、D、共四项子系统的具体特征分别对应包含于以下A1项、B1项、B2项、C1项、D1项、D2项、E1项；A1、A项壳体子系统包括有的壳体及相应构件特征至少包含有下列4项的任意3项(1)在壳体子系统中受飞轮旋转励磁磁场直接作用的壳体及相应构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造、(2)在壳体子系统中受飞轮旋转励磁磁场间接作用的壳体及相应构件除电枢外采用固体材料制造、(3)壳体耐冲击力最好与该系统飞轮碎片极限冲击力相适应、(4)当系统还包括有动力转换装置时，并且动力输出部分包括有密封或真空磁传动装置时，受磁传动磁场直接作用的壳体及相应构件采用弱磁材料制造；B1、B项飞轮、轴承子系统包括有的飞轮至少包括有下列9项之一(1)一个在轴向位置或径向位置之一包含有一对或一对以上磁极的飞轮、(2)一个或一个以上的飞轮，并且在其轴向位置或径向位置和非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)二个或二个以上的复合飞轮至少包含有一对磁极、(4)专门针对“高导磁心绕组”设计的单个新型飞轮、(5)专门针对“磁悬浮高导磁心绕组”设计的新型飞轮、(6)包含有对磁极限向磁屏障的飞轮、(7)包含有磁极和导磁环的飞轮、(8)一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮、(9)一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮；B2、B项飞轮、轴承子系统包括有的轴承子系统至少包括有下列8项之一(1)磁悬浮轴承与非磁悬浮轴承组成的复合轴承子系统、(2)普通磁悬浮轴承子系统、(3)具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承子系统、(4)可控磁悬浮轴承子系统、(5)包含有偏心式环形磁悬浮轴承子系统、(6)包含有对磁悬浮轴承限向磁屏障的磁悬浮轴承子系统、(7)包含有超导磁悬浮轴承子系统、(8)滚动或滑动轴承子系统；C1、C项包含有在飞轮供能期输出效率至少大于75％，并且在飞轮储能期具有吸收飞轮耗散功率功能的多功能电枢的能量转换发电子系统包括有的多功能电枢至少包括有下列22项之一(1)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组的多功能电枢、(2)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组和用空气心或真空心做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(3)包含有用软磁材料做铁心的可控移动铁心的电枢绕组和用弱磁材料做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(4)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和用弱磁材料做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(5)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和用空气心或真空心做心的电枢绕组组合的多功能电枢、(6)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和“高导磁心绕组”相组合成的多功能电枢、(7)包含有对应于一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮工作的多功能电枢、(8)包含有对应于一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮工作的多功能电枢、(9)包含有用弱磁材料或空气做心的两个两个以上的多功能电枢、(10)上述1至9项所述的多功能电枢至少之一与“高导磁心绕组”多功能电枢相组合成的多功能电枢、(11)包含有用软磁材料做铁心的可控移动电枢绕组和“磁悬浮高导磁心绕组”相组合成的多功能电枢、(12)包含有超导材料构成绕组和用弱磁材料或空气做心的多功能电枢、(13)包含有“高导磁心绕组”的多功能电枢、(14)上述1至13项所述的多功能电枢至少之一与“磁悬浮高导磁心绕组”多功能电枢相组合成的多功能电枢、(15)包含有“磁悬浮高导磁心绕组，”的多功能电枢、(16)上述1至15至少之一项所述多功能电枢包含有的绕组更换为管状散热导线绕组新组合成的多功能电枢、(17)上述1至16项所述的多功能电枢至少之一与散热装置相组合成的多功能电枢、(18)包含有管状散热导线构成绕组及用弱磁材料做心的两个或两个以上的多功能电枢、(19)上述1至18至少之一项所述多功能电枢包含有的绕组再与独立散热管相排列达到散热目的的新多功能电枢、(20)上述1至19至少之一项所述多功能电枢包含有的铁心更换为通过电枢磁心密封空腔通入散热循环流动物质达到散热目的的散热磁心新组合成的多功能电枢、(21)上述1至20所述的多功能电枢至少之一与具有驱动飞轮及发电功能的装置相组合成的多功能电枢、(22)上述1至21所述的一个以上多功能电枢相互组合成的多功能电枢；上述22项所述的多功能电枢都至少具有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的功能；D1、D项动力和驱动子系统包括有的动力或动力装置至少包括有下列10项之一(1)外在自然动力、(2)外在非自然动力、(3)理想工作环境状态下内在循环提供动力、(4)非理想工作环境状态下内在循环提供动力、(5)自由或可选的动力即在其子系统只设动力输入或连接装置，动力由其它外设设备决定、(6)动力输入输出双向转换装置、(7)动力输出转换装置、(8)动力及电能输出转换装置、(9)动力及电能可选择输出转换装置、(10)动力及电能输入输出双向转换装置；D2、D项动力和驱动子系统包括有的驱动子系统至少包括有下列7项之一(1)包含有机械传动方式的驱动子系统、(2)包含有电力传动方式的驱动子系统、(3)包含有机械传动方式和电力传动方式的驱动子系统、(4)包含有属于机械或电力传动范围的同轴传动方式的驱动子系统、(5)包含有属于机械或电力传动范围的在传动部件加装超越离合器传动方式的驱动子系统、(6)包含有属于机械或电力传动范围的磁传动传动方式的驱动子系统、(7)包含有属于机械或电力传动范围的封闭式或真空封闭式磁传动传动方式的驱动子系统；E1、飞轮系统受外力干扰时，A项壳体子系统可以包括有下列8项之一，以及B项飞轮、轴承子系统可以包括有下列前6项之一(1)包含有磁悬浮轴承与非磁悬浮轴承组成的复合轴承子系统、(2)包含有能够抑制干扰性振动的装置、(3)包含有能够控制飞轮振动的装置、(4)包含有减振装置、(5)包含有磁悬浮减振装置、(6)包含有滚动或滑动轴承子系统、(7)包含有在系统被改变有限角度或有限方位时，都能使飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置、(8)包含有在系统被改变任意角度或任意方位时，都能使飞轮轴线自动恢复到原设计角度或方位的装置。
3.一种飞轮发电、多能系统的制造方法，其特征在于在系统中受飞轮旋转励磁磁场直接作用的构件除电枢外一般采用固体材料制造，最好采用弱磁材料制造，受飞轮旋转励磁磁场间接作用的构件除电枢外采用固体材料制造；采用具有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的多功能电枢制造成系统包括有的能量转换发电子系统。
4.一种高导磁心绕组及与其相应的单个新型飞轮其特征在于高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组，放置在绕组中的高导磁心主要是通过缩短磁路的长度，而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度；单个新型飞轮包含有与高导磁心绕组相对应的电磁结构即磁极，在高导磁心绕组的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，并且单个即一个新型飞轮的磁极励磁磁场空间至少可以独立容纳高导磁心绕组独立工作；高导磁心至少包括有以下4.1项的5项之一，绕组至少包括有以下4.2项的5项之一；单个新型飞轮至少包括有以下4.3项的4项之一；4.1项、高导磁心至少包括有下列5项之一(1)包含有弱磁材料的高导磁心、(2)包含有软磁材料的高导磁心、(3)包含有由弱磁材料和软磁材料复合的高导磁心、(4)高导空气磁心、(5)可通入散热循环流动物质的密封空腔作为高导磁心；4.2项、绕组至少包括有下列5项之一(1)包含有普通导线的绕组、(2)包含有带型或扁型导线的绕组、(3)包含有制冷或散热装置的绕组、(4)包含有超导材料导线的绕组、(5)包含有管状导线的绕组。4.3、单个新型飞轮是专门针对“高导磁心绕组”设计的飞轮，它至少包括有下列4项之一(1)一个在轴向位置或径向位置之一包含有一对或一对以上磁极的单个飞轮、(2)一个在其轴向位置或径向位置和非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极的单个新型飞轮(3)包含有对磁极限向磁屏障的单个新型飞轮、(4)包含有磁极和导磁环的单个新型飞轮；以上4项单个新型飞轮的磁极励磁磁场空间至少可以独立容纳一个高导磁心绕组独立工作。
5.一种磁悬浮高导磁心绕组及与其相应的新型飞轮其特征在于磁悬浮高导磁心绕组至少包括有高导磁心和绕组及相应的磁悬浮装置V1，放置在绕组中的高导磁心包含有主要是通过缩短磁路的长度；还包含有次要是通过缩短气隙的长度；而使其磁心的磁阻和体积减小，提高了磁心的磁感应强度并降低了磁滞损耗和涡流损耗，其绕组应当与高导磁心相配合有效缩短磁路的长度；新型飞轮至少包括有飞轮T和与磁悬浮高导磁心绕组的磁悬浮装置V1相互关联的磁悬浮装置V2。
6.如权利要求5所述的一种磁悬浮高导磁心绕组及与其相应的新型飞轮其特征在于磁悬浮高导磁心绕组至少包括有的高导磁心和绕组及相应的磁悬浮装置V1的具体特征分别对应包含于以下6.1项的5项之一、6.2项的5项之一、6.3项的2项之一，新型飞轮至少包括有的飞轮T和与磁悬浮高导磁心绕组的磁悬浮装置V1相互关联的磁悬浮装置V2的具体特征分别对应包含于以下6.4项的5项之一、6.5项的2项之一；6.1项、高导磁心至少包括有下列5项之一(1)包含有弱磁材料的高导磁心、(2)包含有软磁材料的高导磁心、(3)包含有由弱磁材料和软磁材料复合的高导磁心、(4)高导空气磁心、(5)可通入散热循环流动物质的密封空腔作为高导磁心；6.2项、绕组至少包括有下列5项之一(1)包含有普通导线的绕组、(2)包含有带型或扁型导线的绕组、(3)包含有冷却或散热装置的绕组、(4)包含有超导材料导线的绕组、(5)包含有管状导线的绕组；6.3项、相应的磁悬浮装置V1安装在磁悬浮高导磁心绕组中，相应的磁悬浮装置V1主要是使磁悬浮高导磁心绕组能主动或被动磁悬浮于与其相应的新型飞轮磁极的励磁空间里，相应的磁悬浮装置V1至少包括有下列2项之一(1)包含具有一种自由度约束力的相应的磁悬浮装置V1、(2)包含具有一种以上自由度约束力的相应的磁悬浮装置V1；6.4项、飞轮T是专门针对“磁悬浮高导磁心绕组”设计的飞轮，飞轮T包含有与磁悬浮高导磁心绕组相对应的电磁结构即磁极，在磁悬浮高导磁心绕组的两端仅隔气隙距离处布置有一对或一对以上磁极，飞轮T至少包括有下列5项之一(1)一个在轴向位置或径向位置之一包含有一对或一对以上磁极的飞轮T、(2)一个或一个以上的飞轮T，并且在其轴向位置或径向位置和非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)二个或二个以上的复合飞轮T至少包含有一对磁极、(4)包含有对磁极限向磁屏障的飞轮T、(5)包含有磁极和导磁环的飞轮T；6.5项、磁悬浮装置V2安装在飞轮T的磁极附近位置，磁悬浮装置V2是与磁悬浮装置V1对应匹配的，磁悬浮装置V2至少包括有下列2项之一(1)包含具有一种自由度约束力的相应的磁悬浮装置V2、(2)包含具有一种以上自由度约束力的相应的磁悬浮装置V2。
7.一种扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮其特征在于在扩大磁极励磁工作面积的新型飞轮的轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，在这三种位置或至少任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，从而达到扩大磁极励磁工作面积，其磁极所在的具体位置至少对应包含于以下5项之一；(1)在轴向位置和径向位置分别包含有一对或一对以上磁极、(2)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，在这三种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(4)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作、(5)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与磁悬浮高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作。
8.一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮其特征在于在飞轮的轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置及在飞轮的轴向位置的内外两侧面和径向位置的两侧面，在至少任意两种位置或者至少任意一种位置的两侧面分别包含有一对或一对以上磁极，从而达到扩大磁极励磁工作面积，并且由两个或两个以上飞轮构成复合飞轮，其磁极所在的具体位置至少对应包含于以下8项之一；(1)在轴向位置和径向位置分别包含有一对或一对以上磁极、(2)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(3)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，在这三种位置分别包含有一对或一对以上磁极、(4)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作、(5)在轴向位置和径向位置及非轴向非径向位置，至少在上述任意两种位置分别包含有一对或一对以上磁极，并且至少在其中一个位置的磁极应当与磁悬浮高导磁心绕组的电磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作、(6)在轴向位置的内外两侧面分别包含有一对或一对以上磁极、(7)在径向位置的两侧面分别包含有一对或一对以上磁极、(8)在轴向位置的内外两侧面和径向位置的两侧表面，至少在上述任意一种位置的两侧面应当与高导磁心绕组或磁悬浮高导磁心绕组的磁结构相应，使其在该位置的磁极磁场里工作。
9.一种具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承其特征在于该环形磁悬浮轴承的内磁环磁悬浮于外磁环中间，内、外磁环都属于环形磁体，其环形磁体磁极由内圆心向外有角度径向辐射状或由其环形磁体外侧向内圆心有角度径向辐射状，即其环形磁体的内侧有角度约束成一磁极而其环形磁体外侧有角度约束成另一磁极，使其具有二维或二维以上磁约束力。
10.一种偏心式环形磁悬浮轴承其特征在于磁悬浮轴承内磁环呈同心圆环式，固定于机壳或机座的磁悬浮轴承外磁环呈偏心环式，转动的内磁环磁悬浮于固定的外磁环中间，磁悬浮轴承外磁环接近地面即地心处最厚，越远离地面即地心处越薄，即其外磁环下方最厚上方薄，从而达到克服地心引力减小轴承摩擦力；内、外磁环都属于环形磁体，环形磁体的类型至少包括有下列5项之一(1)其磁极呈轴向分布的环形磁体、(2)其磁极呈径向分布的环形磁体、(3)其磁极呈有角度轴向分布的环形磁体、(4)其磁极呈由内圆心向外有角度径向辐射状的环形磁体、(5)由以上4项的两项或两项以上组合而成的环形磁体。
11.一种飞轮发电、多能系统包括有如权利要求1所述的特征，其特征在于还至少包括有下列11.1项动力转换装置5项之一11.1项、动力转换装置至少包含有下列5项之一(1)动力输入输出双向转换装置、(2)动力输出转换装置、(3)动力及电能输出转换装置、(4)动力及电能可选择输出转换装置、(5)动力及电能输入输出双向转换装置。
全文摘要
飞轮发电、多能系统包括有A 壳体子系统；B 飞轮、轴承子系统；C 包含有在飞轮发电期输出效率至少大于75％的多功能电枢的能量转换发电子系统；D 动力和驱动子系统。其系统选择采用动力转换装置、一种飞轮的轴向和径向位置各包含有一对以上磁极、一种扩大磁极励磁工作面积的复合飞轮、具有二维以上约束力的环形磁悬浮轴承、偏心式环形磁悬浮轴承、包含有模拟超导磁心绕组或磁悬浮模拟超导磁心绕组的多功能电枢及相应新型飞轮(发电效率最高可达到85％以上)、用弱磁材料做电枢铁心的两个以上的多功能电枢、用软磁材料做铁心的可控移动铁心电枢绕组和“模拟超导磁心绕组”相组合成的多功能电枢等部件至少之一。飞轮在高速旋转时动能损耗很小，可以长时间保存飞轮的动能。动力转换装置输出效率，最高可达到95％以上。该系统在制氢氧器、飞轮电池、机动车、机动船、航空飞行器中的应用。
文档编号H02K7/02GK1467901SQ0314316
公开日2004年1月14日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者吴震宇 申请人:吴震宇