专利名称：飞轮储能器本体结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于能量转换装 置，特别是涉及飞轮储能器本体结构。
背景技术：
现有飞轮储能系统的基本结构由以下组成部分构成1、飞轮；2、利用电磁轴承悬 浮飞轮并设置机械保护轴承；3、直流永磁无刷同步电动/发电互逆式电机；4、电机控制与 电力转换器；5、高真空及具有一定安全性能的保护罩。本发明仅涉及包括飞轮、电机、轴承 和壳体的储能器本体结构。就飞轮储能器本体结构而言，公告号CN2752099和CN201298770的实用新型反映 了基本结构的现有状况。公告号CN2752099的实用新型《电动汽车用飞轮储能器》，主要由安装于电动汽车 上的电机，置于电机转子内带飞轮的飞轮轴，置于飞轮轴两端带外壳的磁性悬浮轴承等构 成，飞轮与外壳之间构成飞轮腔，飞轮轴两端与磁性悬浮轴承为无接触支承。上述实用新型的磁悬浮轴承存在轴承本体及其测控系统较为复杂的技术问题。公告号CN201298770的实用新型《一种带复合支承结构的飞轮储能装置》，包括外 壳和设于外壳的空腔内的电机、飞轮和支承结构，所述空腔抽成真空；所述电机设于飞轮的 下方，飞轮的飞轮轴与电机的转子为一体；所述支承结构为枢轴止推轴承与永磁轴承混合 的支承结构。上述实用新型虽然以止推轴承与永磁轴承混合的支承结构取代了磁悬浮轴承，但 仍存在结构较为复杂的问题。
发明内容本实用新型是为了解决现有储能器本体结构中采用磁悬浮轴承或前述混合方式 的组合轴承分别存在结构较为复杂的技术问题，而公开一种飞轮储能器的本体结构。本实用新型为实现上述目的采取以下技术方案本飞轮储能器本体结构包括飞轮 和壳体，特征是，所述壳体内侧上下端面对称固定有由内、外环形永磁钢构成的定子，上下 定子各环形永磁钢相对的表面吸附固定有环形衔铁，各定子的内、外环形永磁钢之间设置 隔磁环，所述各定子内、外环形永磁钢的上下端面为磁极且极性相反，所述上下定子位置对 应的环形永磁钢的磁极极性对称，所述上下定子分别设有对称固定于飞轮上下端面且形状 相同的盘形转子，两盘形转子电连接并与飞轮之间设有绝缘垫层，所述各盘形转子的转子 轴分别支撑于壳体两端的高速轴承，所述上下定子与电连接的两盘形转子构成单极盘式直 流电机，所述高速轴承与壳体之间设有绝缘支撑，各高速轴承分别连接引线端子。本实用新型还可以采取以下技术措施所述各定子的外环形永磁钢与壳体之间设置隔磁环。所述两盘形转子周边均勻分布有使两盘形转子固定于飞轮并使两盘形转子电连 接的导条，导条与飞轮之间相绝缘。[0013]所述壳体两端分别设有对应各高速轴承并与壳体绝缘连接的端盖，端盖设有紧固引线端子的螺栓，螺栓底端设有与高速轴承外圈相接合的轴承压盖。本实用新型的有益效果和优点在于本飞轮储能器的本体结构将飞轮与电机结合 为一体，不仅便于本体各部质量平衡的结构设计，也使结构简化。在本体各部质量平衡的基 础上充分利用平衡磁场的“悬浮”作用使本飞轮储能器能够使用高速轴承。本实用新型采 用“中轴”引出、引出电流的方式，而避免了转子铁心每分钟10万转时无法使用电刷的根本 性问题。本实用新型采用弧形定子磁钢，有利于加强磁力线密度。
附图1是实施例结构剖面示意图。附图2是图1实施例环形永磁钢磁极极性示意图。图中标号1壳体，2内环形永磁钢，3环形衔铁，4隔磁环，5外环形永磁钢，6飞轮， 7导条绝缘垫圈，8盘形转子，8-1转子轴，9端盖，10绝缘支撑，11高速轴承，12轴承压盖，13 螺栓，14端盖绝缘垫，15引线端子，16导条，17转子绝缘垫，18螺钉。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本实用新型。如图1所示实施例，飞轮储能器的壳体1由上下两部分对接构成，壳体内侧上下端 面对称固定有由内环形永磁钢2、外环形永磁钢5构成的上下定子，上下定子的各环形永磁 钢相对的表面吸附固定环形衔铁3，上下定子的内、外环形永磁钢之间以及外环形永磁钢与 壳体之间设置隔磁环4。如图1所示，上下定子之间设置飞轮6，飞轮6的安装由分别对称固定其上下端面 且形状相同的盘形转子8实现，即两盘形转子8周边均勻分布有8根使两盘形转子固定于 飞轮并使两盘形转子电连接的导条16，两盘形转子8与飞轮6之间设有转子绝缘垫17，导 条两端与飞轮之间设置导条绝缘垫圈7。各盘形转子8的转子轴8-1分别支撑于壳体1两 端的高速轴承11，高速轴承11与壳体1之间设有绝缘支撑10。壳体两端在对应各高速轴承的部位分别设有端盖9，端盖9与壳体1之间设有端盖 绝缘垫14，紧固端盖9的螺钉18也设置使之与端盖绝缘的绝缘垫圈。各端盖9分别设有紧 固引线端子15的螺栓13，螺栓13底端设有与高速轴承外圈相接合的轴承压盖12。从图1可以看出，上下定子与电连接的两盘形转子构成了双定子盘式单极直流电 机。双定子盘式单极直流电机为电动机状态时，起动电流通过一引线端子15、螺栓13、轴承 压盖12、高速轴承11、盘形转子8、导条16和另一盘形转子8、高速轴承11、轴承压盖12、螺 栓13、引线端子15形成回路。双定子盘式单极直流电机为发电机状态时，盘式转子输出电流通过前述回路由两 引线端子15连接电力转换管理电路。如图2所示，上下定子的内环形永磁钢2、外环形永磁钢5的上下端面为磁极且极 性相反，并且上下定子位置对应的环形永磁钢的磁极极性对称。由于上述磁极极性设计，平 衡后的上下定子的磁场方向如ΦΙ、Φ 2箭头所示，使盘式转子上、下受力平衡，并且在圆周 上受力均勻，其结果是使盘式转子及飞轮处于”悬浮”状态，大大减轻了高速轴承的负荷。[0025]如图2所示，上下定子的内环形永磁钢2与外环形永磁钢5分别形成磁路，当两盘 式转子通以足够的直流电流时，根据左手定则两盘式转子将产生相同方向的旋转。图1实施例的飞轮采用碳纤维增强环氧树脂复合材料，直径为50cm，厚度为5cm， 每分钟10万转，它的质量为14. 73kg，惯性矩I为0. 46kg-m2，蓄能E为1. 01xl0"8kg-m2/ s2，即E=L 03xl0"7kg-m-s 或 E = 2861kg-m_h图1实施例的双定子盘式单极直流电机的工作电压U = 46. 6V，工作电流I = 220A 起动电流为400A。
权利要求一种飞轮储能器的本体结构，包括飞轮和壳体，其特征在于所述壳体内侧上下端面对称固定有由内、外环形永磁钢构成的定子，上下定子各环形永磁钢相对的表面吸附固定有环形衔铁，各定子的内、外环形永磁钢之间设置隔磁环，所述各定子内、外环形永磁钢的上下端面为磁极且极性相反，所述上下定子位置对应的环形永磁钢的磁极极性对称，所述上下定子分别设有对称固定于飞轮上下端面且形状相同的盘形转子，两盘形转子电连接并与飞轮之间设有绝缘垫层，所述各盘形转子的转子轴分别支撑于壳体两端的高速轴承，所述上下定子与电连接的两盘形转子构成单极盘式直流电机，所述高速轴承与壳体之间设有绝缘支撑，各高速轴承分别连接引线端子。
2.根据权利要求1所述的飞轮储能器的本体结构，其特征在于所述各定子的外环形 永磁钢与壳体之间设置隔磁环。
3.根据权利要求1所述的飞轮储能器的本体结构，其特征在于所述两盘形转子周边 均勻分布有使两盘形转子固定于飞轮并使两盘形转子电连接的导条，导条与飞轮之间相绝 缘。
4.根据权利要求1所述的飞轮储能器的本体结构，其特征在于所述壳体两端分别设 有对应各高速轴承并与壳体绝缘连接的端盖，端盖设有紧固引线端子的螺栓，螺栓底端设 有与高速轴承外圈相接合的轴承压盖。
专利摘要本实用新型是一种飞轮储能器本体结构，壳体内侧上下端面对称固定由内、外环形永磁钢构成的定子，各环形永磁钢的上下端面为磁极且极性相反，上下定子位置对应的环形永磁钢的磁极极性对称，飞轮上下端面固定盘形转子，两盘形转子电连接并与飞轮之间相绝缘，各转子轴分别支撑于高速轴承，高速轴承与壳体之间设有绝缘支撑，各高速轴承分别连接引线端子。本结构将飞轮与电机结合为一体，不仅便于本体各部质量平衡的结构设计，也使结构简化。在本体各部质量平衡的基础上充分利用平衡磁场的“悬浮”作用使本结构能够使用高速轴承。本结构采用“中轴”引出、引出电流的方式，而避免了转子铁心每分钟10万转时无法使用电刷的根本性问题。
文档编号H02K7/02GK201570937SQ20092025117
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者周伯飞, 庄朝荣, 李宗民, 董树东 申请人:天津荣亨集团股份有限公司