一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机

本发明涉及精密电机和机械储能，更具体地说是一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机。

背景技术：

1、飞轮储能通过高速旋转的飞轮进行能量的存储，实现电能和动能的循环转换。它是一种纯物理的储能方式。

2、飞轮储能的最新技术发展方向是采用磁悬浮技术，让飞轮转子在真空环境下处于完全磁悬浮状态进行旋转，可以最大限度地减小摩擦损耗，提高储能密度和能量转换效率，延长使用寿命。和其他储能技术相比，磁悬浮飞轮储能技术具有安全可靠性高、使用寿命长、能量密度高、放电响应速度快、能量转换效率高、建设周期短、不受建设地点制约、运维成本低、全生命周期绿色无污染等优势，应用领域广泛，市场潜力巨大，是储能领域的一个重要的技术发展方向。

3、飞轮储能系统储能密度大，功率密度高，对环境的要求低，可模块化，其充放电的时间可以达到分钟级，而且容易检测放电深度，可以应用的场合广泛，同时飞轮储能的使用寿命长，维护简单，大大降低了电能储备成本。

4、随着电力电子技术、磁悬浮技术、新材料开发研究等技术的不断发展，飞轮储能技术变得越来越完善，应用的范围也遍及交通、分布式能源系统、供电、军工、航空航天、医疗、农业等领域，成为目前最具有开发前途的储能技术之一。

5、在飞轮储能系统中，轴系是动力传递的重要装置，也是飞轮能量自损耗的主要部位，影响着飞轮系统的稳定性、效率及寿命。

6、飞轮的轴承系统可分为机械轴承、接触式磁力提升机械轴承和无接触磁悬浮轴承几种类型。传统的机械轴承在运转过程中摩擦损耗比较大，采用机械轴承的飞轮储能系统，充放电过程的能量损失会很大，转速也比较低。接触式磁力提升机械轴承主要采用磁悬浮技术对飞轮本体进行提升，减轻机械轴承的承重力，从而提高飞轮转速和延长轴承的使用寿命。接触式磁力提升机械轴承虽然也采用了磁悬浮技术，但是并不能够做到真正的无接触磁悬浮状态，本质上仍然是机械轴承，在运转过程中机械轴承仍要承重。因此，采用接触式磁力提升机械轴承的飞轮产品，其转速较低，通常小于8000rpm，仍属于“低速”飞轮。更严重的是，其轴承通常3至4年需要更换，日常也需要定期更换润滑油，不仅增加设备更换和人工费用，而且现场更换轴承会面临一系列的问题，例如受现场空间限制、对周围运行设备的影响、拆卸安装和检测所需要的配套设备多等。另外，飞轮必须完全静止下来才能进行轴承更换操作，飞轮系统的停止、启动和抽真空都需要花数小时的时间，这些额外的停运时间会给用户造成很大的损失。

7、然而，让电机转子悬浮起来的代价很高，通常磁悬浮电机中，磁悬浮轴承的体积占60％，而且磁悬浮轴承的控制器成本高又复杂。磁悬浮电机是成本高昂的奢侈品，磁悬浮电机遥不可及。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，可以可以通过径向主动磁悬浮和轴向被动磁悬浮，使得转子完全悬浮。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，包括壳体，所述壳体内设置有定子，定子包括分为多段的定子铁心，定子的每相绕组沿圆周180°对称分布，产生180°对称的力偶力矩，定子的绕组槽数和电机的相数之比z/m为偶数，定子内设置有转子，转子内嵌分段设置的永磁体；

4、所述定子上设置的绕组槽数zd＝72，极对数p＝12，电机的相数m＝3；

5、所述电机的每相上均设置有z/m＝72/3＝24个元件，每相采用6条支路，三相上的多个绕组可以从18个方向对转子的径向偏移产生恢复力；

6、每相上绕组的极距τ＝6个槽距；

7、每相首端产生abc三相绕组的端口，每相尾端产生abc三相绕组的中点o，构成三相绕组的a、b、c三相端口和一个三相绕组的中点，形成特殊的180°对称并联的并联支路三相绕组，每相绕组，都有3对180°对称的并联支路；

8、所述壳体内部为真空；

9、所述转子外表具有鼠笼结构，转子内嵌p＝12对永磁体；

10、所述转子通过辅助轴承连接在壳体上，辅助轴承的外部套接有弹性胶环；

11、所述定子铁心分成三段或三段以上，永磁体分成三段或三段以上；

12、所述定子铁心的分段间隙λd＝δ，其中δ为电机的电磁气隙，永磁体的分段间隙λr＝λd，转子轴向两端的永磁体分段间隙为：λrd＝λr＝λd。

13、本发明的有益效果为：

14、通过径向主动磁悬浮和轴向被动磁悬浮，只要电机转子旋转，就能将转子完整的自然悬浮起来，具有天然、自然的高可靠性和简单性；

15、不需要额外附件任何传感器和控制器，具有天然、自然的高可靠性和简单性，由于不需要磁悬浮传感器，得到大幅度简化，强化控制性能和智能诊断等功能。

技术特征：

1.一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内设置有定子(2)，定子(2)包括分为多段的定子铁心，定子(2)的每相绕组(4)沿圆周180°对称分布，产生180°对称的力偶力矩，定子(2)的绕组槽数和电机的相数之比z/m为偶数，定子(2)内设置有转子(3)，转子(3)内嵌分段设置的永磁体(6)。

2.根据权利要求1所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述定子(2)上设置的绕组槽数zd＝72，极对数p＝12，电机的相数m＝3。

3.根据权利要求2所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述电机的每相上均设置有z/m＝72/3＝24个元件，每相采用6条支路，三相上的多个绕组(4)可以从18个方向对转子(3)的径向偏移产生恢复力。

4.根据权利要求3所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：每相上绕组(4)的极距τ＝6个槽距。

5.根据权利要求3所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：每相首端产生abc三相绕组的端口，每相尾端产生abc三相绕组的中点o，构成三相绕组的a、b、c三相端口和一个三相绕组的中点，形成特殊的180°对称并联的并联支路三相绕组，每相绕组，都有3对180°对称的并联支路。

6.根据权利要求1所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述壳体(1)内部为真空。

7.根据权利要求1所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述转子(3)外表具有鼠笼结构，转子(3)内嵌p＝12对永磁体(6)。

8.根据权利要求1所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述转子(3)通过辅助轴承(5)连接在壳体(1)上，辅助轴承(5)的外部套接有弹性胶环。

9.根据权利要求1所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述定子铁心分成三段或三段以上，永磁体(6)分成三段或三段以上。

10.根据权利要求9所述的一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，其特征在于：所述定子铁心的分段间隙λd＝(1～2)δ，其中δ为电机的电磁气隙，永磁体(6)的分段间隙λr＝λd，转子(3)轴向两端的永磁体(6)分段间隙为：λrd＝(1.5～2)λr＝(1.5～2)λd。

技术总结
本发明涉及精密电机和机械储能技术领域，更具体的说是一种自然电磁磁悬浮储能飞轮三相感应电机，包括壳体，所述壳体内设置有定子，定子包括分为多段的定子铁心，定子的每相绕组沿圆周180°对称分布，产生180°对称的力偶力矩，定子的绕组槽数和电机的相数之比Z/m为偶数，定子内设置有转子，转子内嵌分段设置的永磁体；通过径向主动磁悬浮和轴向被动磁悬浮，只要电机转子旋转，就能将转子完整的自然悬浮起来，具有天然、自然的高可靠性和简单性。

技术研发人员：杜建军,李长林,雷中舵,李洁,李铁才
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13