H型单边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机的制作方法

本发明涉及一种动发一体机，尤其涉及一种H型单边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机。

背景技术：

飞轮储能系统用动发一体机主要电机结构有两类：一是传统电机结构，二是双转子电机结构。

文献1《基于多物理场方法的新型涡轮永磁发电机设计》提出了一种基于Halbach磁体的定子密封式涡轮永磁发电机，Halbach磁体的单边聚磁特性和较好的气隙磁密正弦度，可以有效地提高发电机功率密度，改善绕组反电势。

文献2《基于3D-FEM的新型横向磁通永磁电机的研究》提出了一种新颖横向磁通永磁电机(TFPM)结构，即采用单边结构、卷绕式定子铁心、内置式聚磁转子结构。并讨论电机结构尺寸变化对电机漏磁系数的影响。

文献3《Halbach阵列磁力联轴器传动转矩的数值计算》应用ANSYS软件对24极式Halbach型磁力联轴器的气隙磁场进行有限元分析，随着永磁体厚度的增大，其传动转矩值变化较大且在使用较大尺寸永磁体时更能充分体现Halbach阵列的单边聚磁特性；随着轭铁厚度的增大，传动转矩呈下降趋势但影响很小，因此，在设计Halbach型磁力联轴器时可以取消轭铁结构以降低转动惯量，从而增强联轴器的传动性能。

现有技术均无法实现结构热备份，且转矩密度和功率密度低。本发明提出一种具有H型铁心结构的动发一体机，H型铁心为内外双层结构，外层磁场为单边聚磁型。H型铁心上下也为双层结构，可实现热备份结构，具有容错功能，整机安全性得到大幅提高。由于采用H型铁心结构，通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度及单位质量密度，降低了飞轮储能系统的整体质量，提升储能密度。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种H型单边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机。

本发明的目的是这样实现的：包括电机外壁12、设置在电机外壁12两端的电机上端盖2和电机下端盖11、通过轴承5安装在电机上端盖2和电机下端盖11之间的轴4、H型内层铁心10、H型外层铁心6，H型内层铁心10与H型外层铁心6的竖直段均与轴4的轴线平行、连接竖直段的中间段与轴4的轴线垂直，H型内层铁心10通过内侧的竖直段设置在轴4上，H型内层铁心10的外侧竖直段与H型外层铁心6的内侧的竖直段通过连接件13连接，且连接件13所在的位置与两个铁心的中间段的位置对应，H型外层铁心6的内侧竖直段上设置有磁钢7，沿着电机上端盖2和电机下端盖11周向分别设置有绕组骨架8，绕组骨架8上设置有绕组9，且绕组9位于磁钢7与H型内层铁心10之间。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.磁钢7共有16块小磁钢组成、16块小磁钢以每极4块的数量进行空间交替排布，且相邻小磁钢的磁化方向相差90度。

2.绕组骨架8通过铆钉3安装在对应的电机端盖上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的磁钢所产生的磁力线绝大部分分布在其外侧，而内侧的漏磁场相对较小；H型内层铁心几乎不受外转子磁钢产生的磁场的影响，所以可以将厚度变薄，节省空间的同时降低铁心损耗；H型铁心为内外双层结构，磁场强度得到提升；H型铁心上下也为双层结构，可实现热备份结构，具有容错功能，整机安全性得到大幅提高；由于采用H型铁心结构，通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度及单位质量密度，降低了飞轮储能系统的整体质量，提升储能密度。采用H型单边聚磁型热备份结构代替传统电机结构，在储能飞轮系统运行中，实现冗余设计，系统运行可靠性显著提高。本发明采用热备份转子结构代替传统转子结构，实现容错设计，系统安全性得到提升。外转子磁钢7如图2所示排列后，可实现磁场的外封闭式运行。外转子磁钢采用粘结方式与外层铁心进行固定，在轴向两端安装端盖，可实现磁钢在径向、切向和轴向的限位，保证传动机构的可靠运行。本发明磁钢排布简单、可靠、工艺简单。

附图说明

图1是本发明主视方向的示意图；

图2是本发明侧视方向的示意图。

图中：1：端盖螺钉；2：电机上端盖；3：铆钉；4：轴；5：轴承；6：H型外层铁心；7：磁钢；8：绕组骨架；9：绕组；10：H型内层铁心；11：电机下端盖；12：电机外壁，13：连接件。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的目的是提出一种具有上下及内外均为双转子，并且为单边聚磁型热备份结构的飞轮储能动发一体机，该动发一体机结构具有高可靠性，高储能密度，高转矩密度，具有容错能力的显著优点。采用H型铁心单边聚磁型结构可大幅提升飞轮储能系统动发一体机的工作效率和可靠性。

结合图1和图2，本发明包括电机外壁12、设置在电机外壁12两端的电机上端盖2和电机下端盖11、通过轴承5安装在电机上端盖2和电机下端盖11之间的轴4、H型内层铁心10、H型外层铁心6，H型内层铁心10与H型外层铁心6的竖直段均与轴4的轴线平行、连接竖直段的中间段与轴4的轴线垂直，H型内层铁心10通过内侧的竖直段设置在轴4上，H型内层铁心10的外侧竖直段与H型外层铁心6的内侧的竖直段通过连接件13连接，且连接件13所在的位置与两个铁心的中间段的位置对应，H型外层铁心6的内侧竖直段上设置有磁钢7，沿着电机上端盖2和电机下端盖11周向分别设置有绕组骨架8，绕组骨架8上设置有绕组9，且绕组9位于磁钢7与H型内层铁心10之间。磁钢7共有16块小磁钢组成、16块小磁钢以每极4块的数量进行空间交替排布。绕组骨架8通过铆钉3安装在对应的电机端盖上。电机外壁12与两个端盖通过端盖螺钉1连接在一起。

H型内层铁心10采用导磁金属材料。H型外层铁心6，采用耐腐蚀不导磁结构钢材料。外转子磁钢7，按照图2所示充磁方向进行平行充磁，保证相邻磁钢的磁化方向相差90度。外转子磁钢极弧系数为1，通过粘结方式可以与外转子铁心紧密配合，起到径向和切向限位作用。在外转子磁钢7与H型外层铁心6通过粘结进行径向固定以后，可由两端的端盖固定，由此限制外转子磁钢7的轴向位移。

本发明涉及一种新型H型单边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机。该动发一体机采用上下及内外均为双转子结构，其中外层转子为单边聚磁型结构，外转子为外层聚磁型结构，以保证外层永磁体磁场不影响内层铁心结构，由此内层铁心厚度可以很薄，节省空间的同时又减小铁心损耗，提高系统效率。通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度。此外，上下双层结构可以实现电机结构热备份，具有容错能力。

H型外层铁心6为单边聚磁型结构，H型外层铁心6(外转子)采用外层聚磁型结构，以保证外层永磁体磁场不影响内层铁心结构，因此H型内层铁心10厚度变薄，减小铁心损耗，磁场强度得到大幅提升，系统效率得到提升。H型铁心上下也为双层结构，可实现热备份结构，具有容错功能，整机安全性得到大幅提高。由于采用H型铁心结构，通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度及单位质量密度，降低了飞轮储能系统的整体质量，提升储能密度。

H型内层铁心10采用导磁材料。H型外层铁心6与磁钢7(永磁体组成)之间通过粘结方式固定，外转子磁钢以每极4块的数量进行空间排布，其排布规律如图2所示，通过上下端盖对外转子磁钢轴向进行固定。按照图2中的磁钢排布方式，可以实现外转子磁场的外封闭分布，其磁力线均分布在外转子的外侧，提高了转矩密度，并取消了传统轭部导磁回路，实现降低漏磁的目的。