CH716188B1 - Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung mit virtueller Welle für Elektrofahrzeuge. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung mit virtueller Welle für Elektrofahrzeuge, wobei der Schwungradrotor einen unteren Ringkörper, einen Hauptzylinder, einen oberen Ringkörper und ein radialverdrehtes Rotorjoch aufweist, die miteinander verbunden sind und einen identischen Außendurchmesser aufweisen, und wobei an die mittige obere Oberfläche des Hauptzylinders ein mittiger Zylinderkörper koaxial angeschlossen ist, und wobei an die Mitte der oberen Oberfläche des mittigen Zylinderkörpers ein längliches Zylinderoberteil koaxial angeschlossen ist, und wobei das obere Ende des länglichen Zylinderoberteils nach oben koaxial durch den stationären Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers geht; und wobei der untere Ringkörper und der mittige Zylinderkörper jeweils eine massive Scheibe sind, und wobei zwischen dem oberen Ringkörper und dem mittigen Zylinderkörper eine ringförmige Rille ausgebildet ist, und wobei in der ringförmigen Rille der rotierende Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlager koaxial eingebettet ist, und wobei zwischen dem Hauptzylinder und dem unteren Ringkörper eine zylindrische Aussparung ausgebildet ist, in der die Leitungsplatte koaxial eingebettet ist; dadurch kann der Kreiseleffekt besser unterdrückt werden, um eine gute Stabilität, einen hohen Integrationsgrad und eine gute Tragfähigkeit zu realisieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwungrad-Energiespeichervorrichtung, insbesondere eine fahrzeugseitig montierte Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung für Elektrofahrzeuge.

STAND DER TECHNIK

[0002] Als eine mechanische Energiespeichervorrichtung verfügt die Schwungrad-Energiespeichervorrichtung über die Vorteile einer hohen Lade- und Entladeeffizienz, einer hohen spezifischen Leistung, einer geringen Umweltverschmutzung und einer langen Lebensdauer und stellt eine ideale Hilfsantriebsbatterie für Elektrofahrzeuge dar. Gegenwärtig weisen die meisten Schwungrad-Energiespeichervorrichtungen eine topologische Struktur mit einer langen Hauptträgheitswelle auf. Wenn die Energiespeichervorrichtung durch die Außenumgebung gestört wird, tritt wahrscheinlich ein Kreiseleffekt auf, so dass sie nicht für die Anwendung auf eine fahrzeugseitige Energiespeichervorrichtung geeignet ist. Obwohl die mit einer sphärischen Oberfläche versehene Schwungrad-Energiespeichervorrichtung mit einer langen Hauptwelle den Kreiseleffekt bis zu einem gewissen Grad unterdrücken kann, tritt aufgrund der großen axialen Länge der Hauptwelle jedoch zwangsläufig eine Instabilität auf. Die scheibenartige Schwungrad-Energiespeichervorrichtung verfügt über eine kurze Hauptträgheitswelle und eine scheibenartige Schwungradstruktur und kann den Kreiseleffekt besser unterdrücken, allerdings treibt der Scheibenmotor immer noch durch die Motordrehwelle den Schwungradrotor an, deshalb gehört die „Kurzwellen“-Struktur immer noch zu den Strukturen „mit Wellen“, dabei wird immer noch ein bestimmter Kreiseleffekt auftreten, wodurch die Stabilität des Schwungradbatteriesystems beeinträchtigt wird. Darüber hinaus werden für das Aufhängungsstützsystem der scheibenartigen Schwungrad-Energiespeichervorrichtung ein Zweifreiheitsgrad-Magnetlager und ein Dreifreiheitsgrad-Magnetlager verwendet, die auf der oberen und unteren Seite der Achsrichtung des Schwungrades verteilt sind, um eine verteilte Steuerung zu erreichen, wodurch eine zu große axiale Länge der Energiespeichervorrichtung verursacht wird und ein hoher Integrationsgrad nicht realisiert werden kann.

[0003] Bei fahrzeugseitiger Schwungrad-Energiespeichervorrichtung wird der Schwungradrotor üblicherweise durch Magnetlager gestützt, insbesondere bei Metallschwungradrotoren mit Kostenvorteilen, wenn das Konstruktionsziel einer hohen Energiespeichermenge erreicht werden soll, werden das Gewicht und Volumen des Schwungrads groß, wodurch die Tragfähigkeit des Magnetlagers zur Aufnahme des Gewichts des Schwungradrotors ausreichend bemessen sein soll. Die Magnetlager werden in axialer Richtung üblicherweise um den Schwungradrotor herum symmetrisch verteilt. Um eine größere Schwerkraft des Rotors zu tragen, ist der Differenzwert zwischen den absoluten Werten der magnetischen Dichte des oberen und unteren axialen Luftspalts groß, wodurch der Strom der axialen Spule sehr groß gemacht wird, was wiederum zu einem höheren Stromverbrauch des Systems führt. Aufgrund dessen ist es besonders wichtig, ein Schwungradbatterieträgersystem mit großer Tragfähigkeit, geringem Stromverbrauch und hohem Integrationsgrad zu entwickeln. Darüber hinaus werden in der topologischen Struktur der meisten aktuellen Schwungrad-Energiespeichervorrichtungen die Schwungräder, Motoren und Magnetlager immer noch unabhängig voneinander angeordnet, selbst wenn in einigen topologischen Strukturen die Schwungräder und die Motoren integriert werden, handelt es sich dabei immer noch um eine Struktur mit einer Hauptträgheitswelle, deshalb besteht ein niedrigerer Integrationsgrad, was nicht förderlich für die Montage in kleinem Raum eines Elektrofahrzeugs ist. Daher ist es ein unvermeidlicher Trend für die Entwicklung von Schwungradbatterien, den Integrationsgrad des Gesamtsystems der Schwungradbatterie weiterhin zu erhöhen, d.h. die Motoren, die Schwungräder und das Magnetaufhängungsträgersystem weiter zu einem hohen Grad zu integrieren. Darüber hinaus sollen die Kosten der Schwungrad-Energiespeichervorrichtung weiterhin reduziert werden, um eine großtechnische Anwendung der fahrzeugseitigen Schwungrad-Energiespeichervorrichtung zu realisieren. Die meisten Schwungräder bestehen aus Hochfesten Verbundwerkstoffen, daher sind sie teuer und in großem Maßstab schwer zu verbreiten und anzuwenden. Obwohl das Schwungrad aus Metallmaterial den Vorteil geringer Kosten aufweist, erhöhen sich sein Gewicht und Volumen auf einer gleichen Energiespeichermenge mehrfach, was für die Fahrzeugumgebung nicht geeignet ist. Aufgrund dessen ist es von großer Bedeutung, auf einer befriedigenden Energiespeichermenge basierend eine neue fahrzeugseitige Schwungrad-Energiespeichervorrichtung mit hoher Stabilität, hohem Integrationsgrad, hoher Tragfähigkeit, geringem Energieverbrauch und niedrigen Kosten zu konstruieren.

INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

[0004] Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Raum der Fahrzeugschwungradbatterie zum höchsten Grad zu benutzen und die Stabilität zu verbessern sowie eine Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung mit virtuellen Wellen für Elektrofahrzeuge zur Verfügung zu stellen, wodurch in Hinsicht auf die Struktur eine hohe Stabilität, ein hoher Integrationsgrad, eine hohe Tragfähigkeit, niedrige Kosten und einen geringem Energieverbrauch usw. der fahrzeugseitigen Schwungrad-Energiespeichervorrichtung realisiert werden.

[0005] Die vorliegende Erfindung wird durch die technischen Merkmale des Anspruchs 1realisiert. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0006] Im Rahmen der Erfindung kann das äußerste Teil der Vorrichtung ein Gehäuse sein, wobei in dem Gehäusehohlraum ein Fünffreiheitsgrad-Magnetlager, ein Schwungradrotor und ein Induktionssensor koaxial angeordnet sind, und wobei das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager einen stationären Abschnitt und einen rotierenden Abschnitt umfasst, und wobei der Induktionssensor einen Motorstator und eine drehbare Motorleitungsplatte aufweist, die koaxial am Äußeren des Motorstators aufgesetzt ist, und wobei der Schwungradrotor, von unten nach oben, einen unteren Ringkörper, einen Hauptzylinder, einen oberen Ringkörper und ein radialverdrehtes Rotorjoch aufweist, die nacheinander fest verbunden sind und einen identischen Außendurchmesser aufweisen, und wobei an die mittlere obere Oberfläche des Hauptzylinders ein mittlerer Zylinderkörper koaxial fest angeschlossen ist, und wobei an die Mitte der oberen Oberfläche des mittleren Zylinderkörpers ein längliches Zylinderoberteil koaxial fest angeschlossen ist, und wobei das obere Ende des länglichen Zylinderoberteils nach oben koaxial durch den stationären Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers geht; und wobei der untere Ringkörper und der mittlere Zylinderkörper jeweils eine massive Scheibe sind, und wobei der Innendurchmesser des oberen Ringkörpers größer als der Innendurchmesser des unteren Ringkörpers ist, und wobei der Innendurchmesser des unteren Ringkörpers größer als der Außendurchmesser des mittleren Zylinderkörpers ist, und wobei zwischen dem oberen Ringkörper und dem mittleren Zylinderkörper eine ringförmige Rille ausgebildet ist, und wobei in der ringförmigen Rille ein rotierender Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlager koaxial eingebettet ist, und wobei zwischen dem Hauptzylinder und dem unteren Ringkörper eine zylindrische Aussparung ausgebildet ist, in der die Motorleiterplatte koaxial eingebettet ist.

[0007] Bevorzugt umfasst der stationäre Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers einen axialen Stator, einen radialverdrehten Stator und einen radialen Permanentmagneten, wobei das oberste Teil des axialen Stators eine obere feste Scheibe ist, und wobei die Unterseite der oberen festen Scheibe durch einen Verbindungszylinderring mit einem axialen Statorjoch verbunden ist, und wobei die radiale Innenseite der unteren Oberfläche des axialen Statorjochs mit einem axialen Innenring-Statorpol, die Mitte mit einem axialen Außenring-Statorpol und die Außenseite mit einem axialen Umfangsaufnahmepol verbunden ist, und wobei eine axiale Steuerspule an dem axialen Außenring-Statorpol gewickelt ist; und wobei an einer Außenwand des axialen Statorjochs und des axialen Umfangsaufnahmepols nacheinander ein ringförmiger radialer Aluminiummagnetisolierring, ein radialer innerer Statorring, ein radialer Permanentmagnet und der radialverdrehte Stator eng aufgesetzt sind, und wobei der radiale Permanentmagnet entlang der radialen Richtung von innen nach außen eine Magnetisierung aufweist; und wobei der radialverdrehte Stator durch ein radialverdrehtes Statorjoch, einen radialen Statorpol, einen verdrehten Statorpol und einen radialverdrehten Aufnahmepol ausgebildet ist, und wobei das radialverdrehte Statorjoch in Form eines Ringkörpers ausgebildet ist, und wobei sich von seiner oberer Endfläche entlang der radialen Richtung 3radiale Statorpole und 3verdrehte Unterpole nach außen erstrecken, und wobei die 3radialen Statorpole und die 3verdrehten Unterpole entlang der Umfangsrichtung versetzt mit einem Abstand zueinander gleichmäßig verteilt sind, und wobei sich von der unteren Endfläche des radialverdrehten Statorjochs entlang der radialen Richtung der radialverdrehte Aufnahmepol nach außen erstreckt, und wobei eine äußere Seitenfläche des radial verdrehten Aufnahmepols als eine entlang der radialen Richtung nach außen hervorstehende sphärische Oberfläche ausgebildet ist, und wobei an dem radialen Statorpol eine radiale Steuerspule gewickelt ist, während an dem verdrehten Statorpol eine verdrehte Steuerspule gewickelt ist.

[0008] Bevorzugt umfasst der rotierende Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers einen in der zwischen dem oberen Ringkörper und dem mittleren Zylinderkörper ausgebildeten ringförmigen Rille angeordneten axialen Rotor des Ringkörpers, wobei der axiale Rotor durch einen axialen Innenring-Rotorpol, einen axialen Außenring-Rotorpol und ein axiales Rotorjoch, die koaxial zueinander angeordnet sind, ausgebildet ist, und wobei die obere Oberfläche des axialen Rotorjochs jeweils mit den unteren Oberflächen des axialen Innenring-Rotorpols und des axialen Außenring-Rotorpols verbunden ist, und wobei zwischen dem axialen Innenring-Rotorpol und dem axialen Außenring-Rotorpol ein zweiter axialer Magnetisolieraluminiumring eingebettet ist; und wobei sich genau unterhalb des axialen Innenring-Statorpols ein an einer Außenwand des mittleren Zylinderkörpers fest aufgesetzter axialer Innenring-Permanentmagnet befindet, und wobei sich genau unterhalb des axialen Innenring-Statorpols der axiale Innenring-Rotorpol befindet, und wobei sich genau unterhalb des axialen Umfangsaufnahmepols der axiale Außenring-Rotorpol befindet, und wobei ein axialer Außenring-Permanentmagnet an die untere Oberfläche des axialen Rotorjochs fest angeschlossen ist, und wobei zwischen einer Innenwand des axialen Außenring-Permanentmagneten, einer Innenwand des axialen Rotors und einer Außenwand des axialen Innenring-Permanentmagneten ein erster axialer Aluminiummagnetisolierring fest eingebettet ist, und wobei zwischen eine Außenwand des axialen Außenring-Permanentmagneten und den axialen Rotor ein dritter axialer Aluminiummagnetisolierring fest eingebunden ist, und wobei der axiale Innenring-Permanentmagnet entlang der axialen Richtung nach oben eine Magnetisierung aufweist, während der axiale Außenring-Permanentmagnet entlang der axialen Richtung nach unten eine Magnetisierung aufweist.

[0009] Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile: 1. Das Trägersystem verwendet ein hochintegriertes Fünffreiheitsgrad-Magnetlager mit einseitiger Aufhängungsstützung, im Vergleich zu einer Trägerstruktur, in der die Schwungräder, Motoren und Magnetlager separat angeordnet sind und eine Hauptträgheitswelle vorgesehen ist, werden bei der vorliegenden Erfindung alle Magnetlager auf einer Seite sogar im Inneren des Schwungradrotors integriert, wodurch die axiale Größe und das Volumen verringert werden. Dabei wird ein axiales Magnetisierungsverfahren mit beiden Permanentmagneten verwendet, im Vergleich zur axialen Magnetisierung des einzelnen Permanentmagneten wird nicht nur der axiale Luftspaltmagnetfluss erhöht, während die Länge des axialen Permanentmagneten komprimiert wird, wodurch die axiale Tragfähigkeit verstärkt wird. Mit einem ausgereiften Wechselrichter wird die radiale Steuerspule angetrieben, wodurch der Energieverbrauch und die Kosten reduziert werden, so dass ein Fünffreiheitsgrad-Magnetlager mit einer guten Tragfähigkeit, einem geringen Leistungsverbrauch und einem kleinen Volumen realisiert wird. 2. Das obere Ende und das untere Ende des Schwungradrotors werden geschlitzt, bei der vorliegenden Erfindung wird ein separates Fünffreiheitsgrad-Magnetlager verwendet, wobei der axiale Permanentmagnet des Magnetlager in den Schwungradrotor eingelegt ist, während das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager im oberen Schlitz des Schwungradrotors eingebettet ist, und wobei die Leitungsplatte des Motors mit der Wand des unteren Schlitzes des Schwungradrotor eng verbunden ist, und wobei der Stator des Motors und die Spule im unteren Schlitz eingebettet sind, wodurch das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager, der Motor und das Schwungrad miteinander integriert sind, dadurch wird die Energiespeichermenge des Schwungrades nicht beeinträchtigt, während die axiale Länge erheblich verkleinert wird, so dass das Volumen der Schwungradbatterie verringert, der Integrationsgrad erhöht und der Kreiseleffekt unterdrückt wird. In der Mitte des oberen Schlitzes des Schwungradrotors befindet sich ein Säulenoberteilhilfsrotor in Form eines schmalen Zylinders, wobei der Säulenoberteilshilfrotor nicht durch den Schwungradrotor durchgeht, deshalb ist er nicht mit dem Motor verbunden und gehört vollständig zur inneren Struktur des Schwungradrotors, deshalb wird der schmale Säulenoberteilshilfrotor auch als „virtuelle Welle“ bezeichnet und dazu verwendet wird, ein Hilfslager und einen Sensor zu montieren. Da der Schwungradrotor beim Rotieren mit dem Motor ohne Hauptträgheitswelle verbunden ist, kann der Kreiseleffekt besser unterdrückt werden, um die Stabilität des Gesamtsystems zu verbessern. 3. Der Schwungradrotor ist in Form einer Säulenoberteilscheibe mit einer virtuellen Welle ausgebildet, wobei das zentrale Säulenoberteil und ein Hilfslager zusammenpassen, um einen Schutz für das Schwungrad und den unteren Motor zu realisieren. Die hauptsächliche Energiespeicherungsstelle des Schwungradrotor ist die zentrale massive Scheibe, im Vergleich zu einem mit einem Mittelloch versehenen Scheibenschwungrad gleicher Größe kann die Energiespeicherdichte des Schwungradrotors in Form einer massiven Scheibe verdoppelt sein. Das Schwungrad besteht aus Metallmaterialien, wodurch die Kosten reduziert werden, während ein gleicher Energiespeichereffekt realisiert wird. 4. Der entworfene Motor ist ein Induktionsmotor mit mehreren Bogen, wobei der Stator eines herkömmlichen Induktionsmotors durch eine Struktur eines Stators mit mehreren Bogen ersetzt wird. Dadurch wird ein Drehmoment in tangentialer Richtung zur Verfügung gestellt, wodurch der Schwungradrotor sich dreht, darüber hinaus kann auch eine Steuerkraft in normaler Richtung zur Verfügung gestellt werden, um eine Positionierungssteuerung und eine radiale Hilfssteuerung mit zwei Freiheitsgraden durchzuführen. Die Motorstruktur weist eine einfache Struktur und ist leicht zu warten und zu reparieren. 5. Die Außenfläche des unteren Aufnahmepols des radialverdrehten Statorpols ist als sphärische Fläche bearbeitet, wobei die Eigenschaft der sphärischen Form zum besseren Unterdrücken des Kreiseleffekts genutzt wird. 6. Am Oberteil des radial verdrehten Statorpols sind 6Magnetpole, 3radiale Statorpole und 3verdrehte Statorpole angeordnet, die versetzt mit einem Abstand zueinander verteilt sind, wobei die 3radialen Statorpole und die 3verdrehten Statorpole entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und um einen Winkel von 120Grad zueinander versetzt sind. Dadurch werden der radiale Stator und der verdrehte Stator geschickt an demselben Stator integriert, wodurch die Integrationsrate erhöht wird und das Volumen und die Kosten reduziert werden. 7. Die Montagehalterung der Sensoren sind jeweils am Oberteil eines Prototyps angeordnet, wobei der axiale Sensor und der radiale Sensor jeweils konzentriert an der Halterung installiert sind, wodurch die Montage und die Wartung erleichtert werden. 8. Bei der vorliegenden Erfindung werden das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager, das Schwungrad und der Motor in einem Vakuumgehäuse abgedichtet, wodurch der durch die Luftreibung bewirkte Verschleiß des Schwungrades beseitigt wird. An der Außenwand wird eine große Anzahl an Kühlrippen verwendet, wodurch das Temperaturproblem mit der Temperaturerhöhung des Schwungradrotors bei hoher Geschwindigkeit gelöst und der Energieverbrauch verringert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0010] Figur 1zeigt eine perspektivische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung. Figur 2zeigt eine Vorderansicht der inneren Struktur der vorliegenden Erfindung. Figur 3zeigt eine strukturelle Schnittansicht eines äußeren Gehäuses gemäß Figur 1. Figur 4zeigt eine vergrößerte perspektivische Schnittansicht eines Schwungradrotors gemäß Figur 1. Figur 5zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der dreidimensionalen Struktur eines axialen Stators des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers gemäß Figur 1. Figur 6zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der dreidimensionalen Struktur eines axialen Rotors des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers gemäß Figur 1. Figur 7zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der dreidimensionalen Struktur eines radialverdrehten Stators des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers gemäß Figur 1. Figur 8zeigt eine Schnittansicht der Montagestruktur eines Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers und eines Schwungradrotors gemäß Figur 1. Figur 9zeigt eine Schnittansicht der Montagestruktur eines axialen Stators und eines axialen Rotors und anderer Korrelationselemente des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers und eines Schwungradrotors in der axialen Richtung. Figur 10zeigt eine Schnittansicht der Montagestruktur eines radial/verdrehten Stators und anderer Korrelationselemente des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers und eines Schwungradrotors in der radialen Richtung. Figur 11zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Montagestruktur einer axialen und radialen Sensorhalterung gemäß Figur 1. Figur 12zeigt eine Schnittansicht einer dreidimensionalen Struktur einer radialen Sensorhalterung gemäß Figur 11. Figur 13zeigt eine Schnittansicht einer dreidimensionalen Struktur einer axialen Sensorhalterung gemäß Figur 11. Figur 14zeigt eine vergrößerte Vorderansicht der Montagestruktur eines Motors und eines Schwungradrotors gemäß Figur 1. Figur 15zeigt eine Draufsicht der Montagestruktur eines Motors und eines Schwungradrotors gemäß Figur 1. Figur 16zeigt eine vergrößerte Strukturansicht eines Motorstators gemäß Figur 14. Figur 17zeigt ein schematisches Diagramm in Betrieb der vorliegenden Erfindung, wobei das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager eine statische passive Aufhängung realisiert. Figur 18zeigt ein schematisches Diagramm in Betrieb der vorliegenden Erfindung, wobei eine radiale Zweifreiheitsgrad-Gleichgewichtssteuerung und eine verdrehte passende Steuerung realisiert werden. Figur 19zeigt ein schematisches Diagramm der vorliegenden Erfindung, wobei eine axiale Einzelfreiheitsgrad-Gleichgewichtssteuerung realisiert wird.

Bezugszeichenliste

[0011] 11 Obere Endkappe 111 Obere Scheibe 112 Mittlerer Ringkörper 113 Unterer Ringkörper 114 Dritte Kühlrippe 115 Zweite Kühlrippe 12 Gehäusekörper 121 Erste Kühlrippe 122 Endkappen-Verbindungshalter 13 Untere Endkappe 21 Radiale Sensorhalterung 211 Oberer Ringkörper des radialen Sensors 212 Unterer Ringkörper des radialen Sensors 22 Axiale Sensorhalterung 221 Scheibe des axialen Sensors 222 Ringkörper des axialen Sensors 23 Befestigungsstück des Ringkörpers 31 Axialer Sensor 32 Radialer Sensor 4 Hilfslager 51 Axialer Stator 511 Obere feste Scheibe 512 Verbindungszylinderring 513 Axiales Statorjoch 514 Axialer Innenring-Statorpol 515 Axialer Außenring-Statorpol 516 Axialer Umfangsaufnahmepol 52 Axialer Innenring-Permanentmagnet 53 Axialer Außenring-Permanentmagnet 54 Axialer Rotor 541 Axialer Innenring-Rotorpol 542 Axiales Rotorjoch 543 Axialer Außenring-Rotorpol 55 Erster axialer Aluminiummagnetisolierring 56 Zweiter axialer Aluminiummagnetisolieming 57 Dritter axialer Aluminiummagnetisolierring 61 Radialverdrehter Stator 611 Radialer Statorpol 612 Radialverdrehtes Statorjoch 613 Verdrehter Statorpol 614 Radialverdrehter Aufnahmepol 62 Radialer innerer Statorring 63 Radialer Permanentmagnet 64 Radialer Aluminiummagnetisolierring 71 Axiale Steuerspule 72 Radiale Steuerspule 73 Verdrehte Steuerspule 8 Schwungradrotor 81 Längliches Zylinderoberteil (virtuelle Welle) 82 Hauptzylinder 83 Oberer radialverdrehter Rotorpol 84 Unterer radialverdrehter Rotorpol 85 Radialverdrehtes Rotorjoch 86 Obere Ringkörper 87 Mittiger Zylinderkörper 88 Unterer Ringkörper 91 Motorstator 911 Obere Scheibe 912 Zylindrischer Motorstatorpol 913 Untere Scheibe 914 Motorbolzenloch 92 Leitungsplatte 93 Motorspule

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

[0012] Wie in Figuren 1und 2dargestellt, ist das äußerste Teil der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse, das durch einen Gehäusekörper 12in Form eines hohlen Zylinders, eine obere Endkappe 11und eine untere Endkappe 13ausgebildet ist, wobei das obere Ende des Gehäusekörpers 12eng mit der oberen Endkappe 11fest verbunden ist, während das untere Ende des Gehäusekörpers 12eng mit der unteren Endkappe 13fest verbunden ist, und wobei der Gehäusekörper 12, die obere Endkappe 11und die untere Endkappe 13einen Gehäusehohlraum einschließen.

[0013] In dem Gehäusehohlraum sind ein Fünffreiheitsgrad-Magnetlager, ein Schwungradrotor 8und ein Induktionssensor mit mehreren Bogen koaxial verteilt. Das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager umfasst einen stationären Abschnitt und einen rotierenden Abschnitt, wobei der stationäre Abschnitt einen axialen Stator 51, einen radialverdrehten Stator 61und einen radialen Permanentmagneten 63usw. umfasst; und wobei der rotierende Abschnitt einen axialen Rotor 51, einen axialen Innenring-Permanentmagneten 52, einen axialen Außenring-Permanentmagneten 53und einen Fünffreiheitsgrad-Magnetlager usw. umfasst. Der rotierende Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers und der Induktionssensor mit mehreren Bogen sind jeweils im Oberteil und Unterteil des Schwungradrotors 8eingebettet. Das Gehäuse ist wie in Figur 3dargestellt, wobei die obere Endkappe 11und die untere Endkappe 13von außen betrachtend jeweils in Form einer zylindrischen Treppenstufe ausgebildet sind. In der Mitte der oberen Endkappe 11ist ein zylindrisches Loch vorgesehen, um die Montage des Hilfslagers 4zu erleichtern. An einer Außenseitenwand des Gehäusekörpers 12sind entlang der Umfangsrichtung 4Endkappen-Verbindungshalter 122mit einer gleichen Größe gleichmäßig verteilt, wobei am oberen und unteren Ende des Endkappen-Verbindungshalters 12jeweils ein Loch zum Gewindeschneiden vorgesehen ist, um die obere Endkappe 11und die untere Endkappe 13durch eine Schraube jeweils mit dem Gehäusekörper 12fest zu verbinden. Zwischen allen zwei Endkappe-Verbindungshaltern 122sind vier erste Kühlrippen 121mit gleicher Form gleichmäßig verteilt, wobei an einer Außenseitenwand des Gehäusekörpers 12zwischen allen zwei ersten Kühlrippen 121vier quadratische Wärmeableitungsschlitze gleichmäßig geschnitten sind, die in zwei Reihen und zwei Spalten verteilt sind und eine identische Form aufweisen. Die obere Endkappe 11ist derart ausgebildet, dass eine mit einem zentralen zylindrischen Loch versehene obere Scheibe 111, ein mittlerer Ring 112und ein unterer Ring 113hintereinander verbunden sind, wobei der Außendurchmesser des mittleren Rings 112identisch mit dem Außendurchmesser der oberen Scheibe 111ist, während der Innendurchmesser des mittleren Rings 112identisch mit dem Außendurchmesser des unteren Rings 111ist, und wobei der Außendurchmesser des mittleren Rings 112kleiner als der Außendurchmesser des unteren Rings 113ist, und wobei der Innendurchmesser des mittleren Rings 112viel größer als der Innendurchmesser der oberen Scheibe 111ist. Die obere und untere Endfläche des mittleren Rings 112sind jeweils mit der unteren Endfläche der oberen Scheibe 111und der oberen Endfläche der unteren Scheibe eng verbunden. Dadurch bilden die äußere Seitenfläche der oberen Scheibe 111, die äußere Seitenfläche des mittleren Rings 112und die obere Endfläche der unteren Scheibe 113eine treppenstufenförmige zylindrische Form aus. An der oberen Endfläche der unteren Scheibe 113sind entlang der Umfangsrichtung 24zweite Kühlrippen 115gleichmäßig verteilt, wobei die zweite Kühlrippe 115in Form eines dreieckigen Stücks ausgebildet ist, und wobei eine rechtwinkelige Unterseite der zweiten Kühlrippe 115mit der oberen Endfläche des unteren Rings 113verbunden ist, während eine andere rechtwinkelige Fläche der zweiten Kühlrippe 115mit einer äußeren Seitenfläche der oberen Scheibe 111und einer äußeren Seitenfläche des mittleren Rings 112verbunden ist. An der oberen Oberfläche der oberen Scheibe 111sind entlang der Umfangsrichtung 6quadratische dritte Kühlrippen 114mit gleicher Form gleichmäßig verteilt. In der oberen Scheibe 111ist eine ringförmige Rille dem Mittelloch zugewandt vorgesehen, wobei in dem Boden der ringförmigen Rille 4zylindrische Löcher entlang der Umfangsrichtung vorgesehen sind, und wobei ein Gewindeschneiden durchgeführt wird, um mit einer Schraube die axiale Sensorhalterung 22zu befestigen und zu montieren. In dem unteren Ring 113sind vier Endkappe-Verbindungslochpositionen entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, um mit den Lochpositionen des Endkappe-Verbindungshalters 122des Gehäusekörpers 12zusammenzupassen. Die obere Endkappe 11und die untere Endkappe 13sind bezüglich des Gehäusekörpers 12längslaufend symmetrisch angeordnet, wobei in der Mitte der unteren Endkappe 13kein zylindrisches Loch vorgesehen ist, und wobei die Endfläche des Bodens eine massive Scheibe ist, dabei ist die andere Struktur gleich wie die der oberen Endkappe 11und wird hier nicht näher erläutert. Mit der Anordnung einer großen Menge an Kühlrippen und Wärmeableitungsschlitzen kann die durch eine Rotation des Schwungradrotors 8bei hoher Geschwindigkeit generierte Wärme wirksam abgeleitet werden. Der Gehäusekörper 12, die obere Endkappe 11und die untere Endkappe 13sowie die axiale Sensorhalterung 22bilden eine geschlossene Vakuumkammer aus, wodurch der Luftreibungsverschleiß wirksam verringert wird.

[0014] Figur 3zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schwungradrotors 8; der Hauptkörper des Schwungradrotors 8ist durch einen Hauptzylinderkörper 82, einen oberen Ringkörper 86, einen unteren Ringkörper 8, einen mittigen Zylinderkörper 87, ein längliches Zylinderoberteil 81, ein radialverdrehtes Rotorjoch 85, einen oberen radialverdrehten Rotorpol 83und einen unteren radialverdrehten Rotorpol 84ausgebildet. Bei der Peripherie handelt es sich um eine zylindrische Struktur, wobei in der Mitte sich ein längliches Zylinderoberteil 81, welches eine virtuelle Welle bildet, befindet. Dabei weisen der untere Ringkörper 88, der Hauptzylinderkörper 82, der obere Ringkörper 86und das radialverdrehte Rotorjoch 85in der gesamten Peripheriestruktur einen identischen Außendurchmesser auf, wobei sie von unten nach oben nacheinander überlappt und eng miteinander fest verbunden sind, und wobei der Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gehäusekörpers 12ist. An die zentrale obere Oberfläche des Hauptzylinders 82ist ein mittiger Zylinderkörper 87fest angeschlossen ist, wobei an die Zentrale der oberen Oberfläche des mittigen Zylinderkörpers 87ein langes Zylinderoberteil 81fest angeschlossen ist, und wobei das obere Ende des länglichen Zylinderoberteils 81nach oben koaxial durch den stationären Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers geht und mit einem Spalt durch das mittlere Durchgangsloch des axialen Stators 51, des radialverdrehten Stators 61und des radialen Permanentmagneten 63geht. Der Außendurchmesser des langen Zylinderoberteils 81ist viel kleiner als der Außendurchmesser des mittigen Zylinderkörpers 87. Das radialverdrehte Rotorjoch 85ist in Form eines Ringkörpers ausgebildet, wobei das untere Ende seiner Innenseitenwand entlang der radialen Richtung nach innen mit dem unteren radialverdrehten Rotorpol 84verbunden ist, und wobei die untere Endfläche des unteren radialverdrehten Rotorpols 84bündig mit der unteren Endfläche des radialverdrehten Rotorjochs 85abschließt und mit der oberen Oberfläche des oberen Ringkörpers 86verbunden ist.

[0015] Das obere Ende der Innenseitenwand des radialverdrehten Rotorjochs 85ist entlang der radialen Richtung nach innen mit dem oberen radialverdrehten Rotorpol 83verbunden, wobei die obere Endfläche des oberen radialverdrehten Rotorpols 83bündig mit der oberen Endfläche des radialverdrehten Rotorjochs 85abschließt. Der Außendurchmesser des radial/verdrehten Rotorpols 83und der Außendurchmesser des unteren radialverdrehten Rotorpols 84sind identisch mit dem Innendurchmesser des oberen radialverdrehten Rotorjochs 85. Der obere radialverdrehte Rotorpol 83kommt nicht mit dem unteren radialverdrehten Rotorpol 84in Berührung, wobei zwischen den beiden ein Abstand vorgesehen ist. Der untere radialverdrehte Rotorpol 84ist in Form eines zyklischen Körpers ausgebildet, wobei die innere Oberfläche in Form einer nach außen konkaven sphärischen Fläche ausgebildet ist, und wobei die äußere Oberfläche eine zylindrische Fläche ist. Der Innendurchmesser des oberen radialverdrehten Rotorpols 83und des unteren radialverdrehten Rotorpols 84ist viel größer als der Innendurchmesser des oberen Ringkörpers 86.

[0016] Bei dem unteren Ringkörper 88und dem mittigen Zylinderkörper 87handelt es sich um eine massive Scheibe, wobei der Innendurchmesser des oberen Ringkörpers 86größer als der Innendurchmesser des unteren Ringkörpers 88ist, während der Innendurchmesser des unteren Ringkörpers 88größer als der Außendurchmesser des mittigen Zylinderkörpers 87ist. Zwischen dem oberen Ringkörper 86und dem mittigen Zylinderkörper 87ist ein Kreis von ringförmiger Rille ausgebildet, in der der rotierende Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers installiert ist, so dass der rotierende Abschnitt koaxial in der ringförmigen Rille eingebettet ist.

[0017] Figur 5zeigt eine dreidimensionale Strukturansicht eines axialen Stators 51des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers. Der axiale Stator 51ist durch eine obere feste Scheibe 511, einen Verbindungszylinderring 512, ein axiales Statorjoch 513, einen axialen Innenring-Statorpol 514, einen axialen Außenring-Statorpol 515und einen axialen Umfangsaufnahmepol 516ausgebildet, die koaxial zueinander angeordnet sind. Das oberste Teil ist die obere feste Scheibe 511, wobei die untere Oberfläche der oberen festen Scheibe 511mit der oberen Oberfläche des Verbindungszylinderrings 512verbunden ist, während die untere Oberfläche des Verbindungszylinderrings 512mit der oberen Oberfläche des axialen Statorjochs 513verbunden ist. Die untere Oberfläche des axialen Statorjochs 513ist jeweils mit dem axialen Innenring-Statorpol 514, dem axialen Außenring-Statorpol 515und dem axialen Umfangsaufnahmepol 516verbunden, wobei sich an der radialen Innenseite der axiale Innenring-Statorpol 514, in der Mitte der axiale Außenring-Statorpol 515und an der radialen Außenseite der axiale Umfangsaufnahmepol 516befindet, und wobei der axiale Innenring-Statorpol 514bündig mit der unteren Oberfläche, in deren Mitte sich der axiale Außenring-Statorpol 515befindet, abschließt, allerdings ist die untere Oberfläche des axialen Umfangsaufnahmepols 516etwa 1mm höher als der axiale Innenring-Statorpol 514und die untere Oberfläche, in deren Mitte sich der axiale Außenring-Statorpol 515befindet. Der Verbindungszylinderring 512, das axiale Statorjoch 513, der axiale Innenring-Statorpol 514, der axiale Außenring-Statorpol 515und der axiale Umfangsaufnahmepol 516sind jeweils in Form eines Ringkörpers ausgebildet. Die obere feste Scheibe 511, der Verbindungszylinderring 512, das axiale Statorjoch 513und der axiale Innenring-Statorpol 514weisen jeweils einen identischen Innendurchmesser auf, deshalb ist in der Mitte ein nach oben und unten durchgehendes mittleres Durchgangsloch ausgebildet. Der Außendurchmesser der oberen festen Scheibe 511ist größer als der Außendurchmesser des axialen Statorjochs 513, wobei der Außendurchmesser des axialen Statorjochs 513viel größer als der Außendurchmesser des Verbindungszylinderrings 512ist. Der Außendurchmesser des Verbindungszylinderrings 512ist identisch mit dem Außendurchmesser des axialen Innenring-Statorpols 514. Der Innendurchmesser des axialen Außenring-Statorpols 515ist größer als der Außendurchmesser des axialen Innenring-Statorpols 514, während der Außendurchmesser des axialen Außenring-Statorpols 515kleiner als der Innendurchmesser des axialen Umfangsaufnahmepols 516ist. Der Außendurchmesser des Umfangsaufnahmepols 516ist identisch mit dem Außendurchmesser des axialen Statorjochs 513.

[0018] Aufgrund dessen ist zwischen dem axialen Innenring-Statorpol 514und dem axialen Außenring-Statorpol 515sowie zwischen dem axialen Außenring-Statorpol 515und dem axialen Umfangsaufnahmepol 516eine axiale Statorrille ausgebildet, in der eine axiale Steuerspule 71angeordnet ist, wobei die axiale Steuerspule 71an dem axialen Außenring-Statorpol 515gewickelt ist.

[0019] Figur 6zeigt eine Schnittansicht der dreidimensionalen Struktur eines axialen Rotors 54des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers, wobei der axiale Rotor 54des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers in Struktur eines Ringkörpers ausgebildet und aus dem axialen Innenring-Rotorpol 541, dem axialen Außenring-Rotorpol 543und dem axialen Rotorjoch 542besteht, die koaxial zueinander angeordnet sind. Der axiale Innenring-Rotorpol 541, der axiale Außenring-Rotorpol 543und das axiale Rotorjoch 542sind jeweils in Form eines Ringkörpers ausgebildet, wobei die obere Oberfläche des axialen Rotorjochs 542jeweils mit der unteren Oberfläche des axialen Innenring-Rotorpols 541und des axialen Außenring-Rotorpols 543verbunden ist, und wobei die oberen Oberflächen des axialen Innenring-Rotorpols 541und des axialen Außenring-Rotorpols 543bündig abschließen. Der Innendurchmesser des axialen Rotorjochs 542ist identisch mit dem Innendurchmesser des axialen Innenring-Rotorpols 541, wobei der Außendurchmesser des axialen Rotorjochs 542identisch mit dem Außendurchmesser des axialen Außenring-Rotorpols 543ist. Der Innendurchmesser des axialen Außenring-Rotorpols 543ist größer als der Außendurchmesser des axialen Innenring-Rotorpols 541, wodurch zwischen dem axialen Innenring-Rotorpol 541und dem axialen Außenring-Rotorpols 543eine ringförmige Rille ausgebildet ist.

[0020] Bei der Montage des axialen Stators 51des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers gemäß Figur 5und des axialen Rotors 54gemäß Figur 6befindet sich der axiale Rotor 54unterhalb des axialen Stators 51, wobei die untere äußere Oberfläche des axialen Stators 51oben und unten bündig mit der äußeren Oberfläche des axialen Rotors 54abschließt. Genau unterhalb des axialen Umfangsaufnahmepols des Stators 516befindet sich ein axialer Außenring-Rotorpol des Rotors 543, wobei sich genau unterhalb des axialen Außenring-Statorpols des Stators 515ein axialer Innenring-Rotorpol des Rotors 541befindet.

[0021] Figur 7zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht eines radialverdrehten Stators 61des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers. Der radialverdrehte Stator 61ist durch ein radialverdrehtes Statorjoch 612, einen radialen Statorpol 611, einen verdrehten Statorpol 613und einen radialverdrehten Aufnahmepol 614ausgebildet. Das radialverdrehte Statorjoch 612ist in Form eines Ringkörpers ausgebildet, wobei sich von oberer Endfläche des radialverdrehten Statorjochs 612entlang der radialen Richtung 3radiale Statorpole 611und 3verdrehte Unterpole 613nach außen erstrecken, und wobei die 3radialen Statorpole 611und die 3verdrehten Unterpole entlang der Umfangsrichtung versetzt mit einem Abstand zueinander gleichmäßig verteilt sind und jeweils ein Magnetpol mit einem Polschuh am äußeren Ende sind. Die obere Oberfläche des radialen Statorpols 611und des verdrehten Statorpols 613schließen bündig mit der oberen Oberfläche des radialverdrehten Statorjochs 612ab. Von der unteren Endfläche des radialverdrehten Statorjochs 612erstreckt sich ein radialverdrehter Aufnahmepol 614entlang der radialen Richtung nach außen, wobei der radialverdrehte Aufnahmepol 614in Form eines zyklischen Körpers ausgebildet ist, und wobei seine Innenfläche eine zylindrische Fläche und seine äußere Seitenfläche eine entlang der radialen Richtung nach außen konvexe sphärische Fläche ist, und wobei seine untere Endfläche bündig mit der unteren Endfläche des radialverdrehten Statorjochs 612abschließt. Der Innendurchmesser des radialverdrehten Aufnahmepols 614ist identisch mit dem Außendurchmesser des radialverdrehten Statorjochs 612.

[0022] Wie in Figuren 1, 2, 3, 4, 5, 6und 8dargestellt, befindet sich der Schwungradrotor 8genau mitten in der Achsmitte im Inneren der geschlossenen Vakuumkammer des Gehäuses. Der axiale Stator 51des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers und der Schwungradrotor 8sind koaxial verteilt, wobei die obere Oberfläche der oberen festen Scheibe 511des axialen Stators 51eng mit der unteren Oberfläche der oberen Scheibe 111, deren obere Endkappe 11mit einem zentralen zylindrischen Loch versehen ist, fest verbunden ist. Genau unterhalb der unteren Oberfläche des axialen Stators 51ist eine durch den mittigen Zylinderkörper 87und den oberen Ringkörper 86des Schwungradrotors 8gemäß Figur 4ausgebildete ringförmige Rille, wobei die untere Oberfläche des axialen Stators 51und die obere Oberfläche der ringförmigen Rille bündig miteinander abschließen und einen identischen Außendurchmesser aufweisen, und wobei der Innen- und Außendurchmesser der unteren Oberfläche des axialen Stators 51jeweils entsprechend identisch mit dem Innen- und Außendurchmesser der ringförmigen Rille ist.

[0023] In der durch den mittigen Zylinderkörper 87und den oberen Ringkörper 86des Schwungradrotors 8ausgebildeten ringförmigen Rille sind der axiale Rotor 54, der axiale Innenring-Permanentmagnet 52und der axiale Außenring-Permanentmagnet 53platziert. Der axiale Innenring-Permanentmagnet 52und der axiale Außenring-Permanentmagnet 53sind jeweils in Form eines Ringkörpers ausgebildet. Dabei ist der axiale Außenring-Permanentmagnet 53fest mit der unteren Oberfläche des axialen Rotors 54, wobei der Innendurchmesser des axialen Außenring-Permanentmagneten 53identisch mit dem Innendurchmesser des axialen Rotors 54ist. Der axiale Innenring-Permanentmagnet 52befindet sich an der Innenseite des axialen Rotors 54und des axialen Außenring-Permanentmagneten 53. Der Innendurchmesser des axialen Innenring-Permanentmagneten 52ist identisch mit dem Außendurchmesser des mittigen Zylinderkörpers 87des Schwungradrotors 8, wobei der axiale Innenring-Permanentmagnet fest an einer Außenwand des mittigen Zylinderkörpers 87des Schwungradrotors 8gemäß Figur 4aufgesetzt ist und sich koaxial zu dem Schwungradrotor 8dreht. Die obere und untere Oberfläche des axialen Innenring-Permanentmagneten 52schließen jeweils bündig mit der entsprechenden oberen und untern Oberfläche des mittigen Zylinderkörpers 87ab.

[0024] Genau oberhalb des axialen Innenring-Permanentmagneten 52befindet sich der axiale Innenring-Statorpol 514des axialen Stators 51, nämlich entspricht der Innen- und Außendurchmesser des axialen Innenring-Permanentmagneten 52jeweils dem Innen- und Außendurchmesser des axialen Innenring-Statorpols 514. Der Innen- und Außendurchmesser des axialen Außenring-Permanentmagneten 53entspricht jeweils dem Innen- und Außendurchmesser des axialen Innenring-Statorpols 541des axialen Rotors 54 und des axialen Außenring-Statorpols 515des axialen Stators 51, wobei sich genau unterhalb des axialen Außenring-Statorpols 515des axialen Stators 51, ein axialer Innenring-Statorpol 514des axialen Rotors 54befindet, und wobei sich genau unterhalb des axialen Innenring-Statorpols 514, ein axialer Außenring-Permanentmagnet 53befindet, und wobei die drei von oben nach unten einander entsprechen. Genau unterhalb des axialen Innenring-Statorpols 514befindet sich ein axialer Innenring-Rotorpol 541, wobei sich genau unterhalb des axialen Umfangsaufnahmepols ein axialer Außenring-Rotorpol 543befindet.

[0025] Zwischen der Innenwand des axialen Außenring-Permanentmagneten 53, der Innenwand des axialen Rotors 54und der Außenwand des axialen Innenring-Permanentmagneten 52ist ein erster axialer Aluminiummagnetisolierring 55durch die Presspassung fest eingebettet. Zwischen der Außenwand des axialen Außenring-Permanentmagneten 53und dem axialen Rotor 54ist ein dritter axialer Aluminiummagnetisolierring 57fest angeklebt.

[0026] Der Innen- und Außendurchmesser des Innenring-Rotorpols 541des axialen Rotors 54entspricht jeweils dem Innen- und Außendurchmesser des axialen Außenring-Statorpols 515des axialen Statorpols 51, während der Innen- und Außendurchmesser des Außenring-Rotorpols 543des axialen Rotors 54jeweils dem Innen- und Außendurchmesser des axialen Umfangsaufnahmepols 516des axialen Statorpols 51entspricht.

[0027] In einer ringförmigen Rille zwischen dem axialen Innenring-Rotorpol 541und dem axialen Außenring-Rotorpol 543ist ein zweiter axialer Aluminiummagnetisolierring 56durch die Presspassung fest eingebettet.

[0028] Der Außendurchmesser des axialen Außenring-Rotorpols 543des axialen Rotors 54ist identisch mit dem Außendurchmesser des dritten axialen Aluminiummagnetisolierring 57und ist jeweils identisch dem Innendurchmesser des oberen Ringkörpers 86des Schwungradrotors 8sowie ist mit dem oberen Ringkörper 86fest verbunden. Die oberen Endflächen des axialen Innenring-Permanentmagneten 52, des ersten axialen Aluminiummagnetisolierring 55, des axialen Rotors 54, des zweiten axialen Aluminiummagnetisolierring 56, des oberen Ringkörpers 86des Schwungradrotors 8und des mittleren Zylinderkörpers 87schließen jeweils bündig miteinander ab.

[0029] Der axiale Innenring-Permanentmagnet 52, der axiale Außenring-Permanentmagnet 53, der axiale Rotor 54, der erste axiale Aluminiummagnetisolierring 55, der zweite axiale Aluminiummagnetisolierring 56, der dritte axiale Aluminiummagnetisolierring 57und der Schwungradrotor 8sind koaxial verteilt und stellen jeweils einen Ringkörper dar.

[0030] Die Höhe des axialen Innenring-Permanentmagneten 52ist größer als die des axialen Außenring-Permanentmagneten 53, wobei die Permanentmagneten jeweils aus einem Hochleistungs-Seltenerdmaterial - Neodym-Eisen-Bor - hergestellt sind. Der axiale Innenring-Permanentmagnet 52führt eine Magnetisierung entlang der axialen Richtung nach oben durch, während der axiale Außenring-Permanentmagnet 53eine Magnetisierung entlang der axialen Richtung nach unten durchführt, wobei die beiden entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Die obere Oberfläche des axialen Innenring-Permanentmagneten 52hat einen Abstand von 0,5mm zu der unteren Oberfläche des axialen Stators 51, nämlich hat einen Abstand von 0,5mm zu der unteren Oberfläche des axialen Innenring-Statorpols 514, um einen axialen Luftspalt auszubilden. Die unteren Oberflächen des Innenring-Rotorpols 541des axialen Rotors 54und des axialen Außenring-Statorpols 515haben zueinander einen Abstand von 0,5mm, um einen axialen Luftspalt auszubilden. Die untere Oberfläche des axialen Umfangsaufnahmepols 516und die obere Oberfläche des Außenring-Rotorpols 543haben zueinander einen Abstand von 1,5mm, um einen axialen Umfangsaufnahmeluftspalt auszubilden, wobei der axiale Umfangsaufnahmeluftspalt größer als der axiale Luftspalt ist.

[0031] Figur 10zeigt eine Schnittansicht der Montagestruktur eines radialen Magnetlagers des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers und eines Schwungradrotors 51. Wie in Figuren 1, 2, 3, 4, 6und 8dargestellt, ist an der Außenwand des axialen Statorjochs 513des axialen Stators 51und des axialen Umfangsaufnahmepols 516ein ringförmiger radialer Aluminiummagnetisolierring 64eng aufgesetzt, wobei an der Außenwand des radialen Aluminiummagnetisolierring 64ein radialer innerer Statorring 62eng aufgesetzt ist, und wobei der radiale Aluminiummagnetisolierring 64und der axiale Stator 51durch die Presspassung miteinander verbunden sind, und wobei die obere und untere Endfläche des radialen Aluminiummagnetisolierring 64jeweils entsprechend bündig mit der oberen Endfläche des axialen Statorjochs 513des axialen Stators 51und der unteren Oberfläche des axialen Außenring-Statorpols 515des axialen Stators 51abschließen. Die obere und untere Oberfläche des radialen inneren Statorrings 62schließen jeweils entsprechend bündig mit der oberen und unteren Oberfläche des radialen Aluminiummagnetisolierring 64ab. An der Außenwand de radialen inneren Statorrings 62ist ein ringförmiger radialer Permanentmagnet 63eng aufgesetzt, wobei an der Außenwand des radialen Permanentmagneten 63ein radialer verdrehter Stator 61aufgesetzt ist. Der Innen- und Außendurchmesser des ringförmigen radialen Permanentmagneten 63entspricht jeweils dem Außendurchmesser des radialen inneren Statorrings 62und dem Innendurchmesser des radialverdrehten Statorjochs 612des radialverdrehten Stators 61. Der ringförmige radiale Permanentmagnet 63ist durch einen Klebstoff eng an der Peripherie des radialen inneren Statorrings 62aufgesetzt, wobei der radialverdrehte Stator 61durch die Presspassung am Äußeren des ringförmigen radialen Permanentmagneten 63aufgesetzt ist. Die obere und untere Oberfläche des radialverdrehten Statorjochs 612schließen jeweils entsprechend bündig mit der oberen und unteren Oberfläche des radialen Permanentmagneten 63ab. Der radiale Permanentmagnet 63ist aus einem Hochleistungs-Seltenerdmaterial - Neodym-Eisen-Bor - hergestellt und führt eine Magnetisierung entlang der radialen Richtung von innen nach außen durch.

[0032] An dem radialen Statorpol 611ist eine radiale Steuerspule 72gewickelt, wobei an dem verdrehten Statorpol 613eine verdrehte Steuerspule 73gewickelt ist.

[0033] Wie in Figuren 7und 4dargestellt, liegen der radiale Statorpol 611des radialverdrehten Stators 61und der obere radiale verdrehte Rotorpol 83des Schwungradrotors 8genau zueinander in der radialen Richtung, wobei der radialverdrehte Aufnahmepol 614und der untere radialverdrehte Rotorpol 84genau zueinander in der radialen Richtung liegen. Die äußere Oberfläche des radialen Statorpols 611und die innere Oberfläche des oberen radialverdrehten Rotorpols 83haben zueinander einen Abstand von 0,5mm, wobei zwischen den beiden ein radialer Luftspalt vorgesehen ist. Die äußere Oberfläche des radialverdrehten Aufnahmepols 614und die innere Oberfläche des unteren radialverdrehten Rotorpols 84haben zueinander einen Abstand von 0,5mm, wobei zwischen den beiden ein radialer Luftspalt vorgesehen ist.

[0034] Figur 11zeigt eine Schnittansicht der Montagestruktur einer radialen Sensorhalterung 21und einer axialen Sensorhalterung 22. Das Hilfslager 4ist in dem Mittelloch der gebohrten oberen Endkappe 11eingepasst. Die obere und untere Endfläche des Hilfslagers 4schließen bündig mit der oberen und unteren Endfläche der Mittellochrille der oberen Endkappe 11ab. Das längliche Zylinderoberteil 81des Schwungradrotors 8wird aus dem Innenloch des Hilfslagers 4herausgeführt und sein Durchmesser ist 0,5mm kleiner als der Durchmesser des Innenlochs des Hilfslagers, wobei die beiden mit einem Spalt zusammenpassen. Oberhalb des Hilfslagers 4sind eine radiale Sensorhalterung 21und eine axiale Sensorhalterung 22angeordnet.

[0035] Figur 12zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht einer radialen Sensorhalterung 21, wobei die radiale Sensorhalterung 21dadurch ausgebildet ist, dass der oben befindliche obere Ringkörper 211des radialen Sensors und der unten befindliche untere Ringkörper 212des radialen Sensors miteinander verbunden sind. An der oberen Endfläche des unteren Ringkörpers 212des radialen Sensors sind entlang der Umfangsrichtung 4axiale Bolzenlöcher gleichmäßig vorgesehen, wobei die untere Oberfläche des unteren Ringkörpers des radialen Sensors 212bündig mit der oberen Oberfläche der mittleren kreisförmigen Rille der oberen Endkappe 11abschließt, wie in Figur 11dargestellt, liegt die untere Oberfläche des Mittellochs der oberen Endkappe 11eng an dem Befestigungsstück des Ringkörpers 23an. An der Endfläche des Befestigungsstücks 23sind 4axiale Bolzenlöcher entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig vorgesehen. Die vier Bolzenlöcher am unteren Ringkörper 212des radialen Sensors 212passen in die vier Bolzenlöcher an der mittleren kreisförmigen Rille der oberen Endkappe 11und die vier Bolzenlöcher des Befestigungsstücks 23, durch die Bolzen wird die radiale Sensorhalterung 21mit dem Befestigungsstück 23befestigt, so dass das Hilfslager 4mit der radialen Sensorhalterung 21befestigt ist. An der Zylinderwand des oberen Ringkörpers 211des radialen Sensors sind entlang der Umfangsrichtung vier radiale Durchgangslöcher gleichmäßig vorgesehen, um eine radiale Sensorsonde 32zu installieren, wobei die radiale Sensorsonde 32auf die Seitenwand des langen Zylinderoberteils 81hin gerichtet ist.

[0036] Figur 13zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht einer axialen Sensorhalterung 22, die derart ausgebildet ist, dass eine obere Scheibe des axialen Sensors 211und ein unterer Ringkörper des axialen Sensors 22miteinander verbunden sind. Die Mitte der Scheibe des axialen Sensors 221ist entlang der axialen Richtung gebohrt, um die axiale Sensorsonde 31zu installieren, die auf das Zentrum der oberen Endfläche des langen Zylinderoberteils 81hin gerichtet ist. Die untere Oberfläche der Scheibe des axialen Sensors 221kommt in enger Berührung mit der oberen Oberfläche des oberen Ringkörpers des radialen Sensors 211. An einer Seitenwand des Ringkörpers des axialen Sensors 22ist entlang der radialen Richtung ein Bolzenloch vorgesehen, wobei ein Bolzen mit dem Ringkörper 211der radialen Sensorhalterung 21passt, um die axiale Sensorhalterung 22zu befestigen.

[0037] Wie in Figuren 1, 2, 14und 15dargestellt, ist ein Induktionssensor genau unterhalb des Schwungradrotors 8installiert, wobei zwischen dem Hauptzylinderkörper 82des Schwungradrotors 8und dem unteren Ringkörper 88eine zylindrische Aussparung ausgebildet ist. Der Induktionssensor umfasst einen festen Motorstator 9, eine feste Motorspule 93sowie eine drehbare Motorleiterplatte 92, wobei die Motorleiterplatte 92koaxial am Äußeren des Motorstators 91aufgesetzt ist, um den Motorstator 91, die Leitungsplatte 92und die Motorspule 93in der zylindrischen Aussparung einzubetten. Die ringförmige Leitungsplatte 92ist ein drehbarer Rotorabschnitt und ihre Außenwand liegt eng an der Innenwand des unteren Ringkörpers 88an, wobei die obere Endfläche der Leitungsplatte 92eng mit der unteren Endfläche des Hauptzylinderkörpers 82des Schwungradrotors 8verbunden ist, und wobei die untere Endfläche der Leitungsplatte 92bündig mit der unteren Endfläche des unteren Ringkörpers 88des Schwungradrotors 8abschließt.

[0038] Wie in Figur 16dargestellt, ist der Motorstator 91durch eine obere Scheibe 911, einen massiven Zylinder 915und eine untere Scheibe 913ausgebildet. An der oberen Scheibe 911sind entlang der Umfangsrichtung 6fächerförmige Statoren mit gleicher Form gleichmäßig geschnitten, wobei am äußeren Rand jedes fächerförmigen Stators entlang der Umfangsrichtung 6zylindrische Statorpole 912gleichmäßig geschnitten sind, und wobei die 6zylindrische Motorstatorpole 912zueinander einen Abstand von 5Grad haben. Die obere und untere Endfläche des massiven Zylinders 915sind jeweils mit der unteren Endfläche der oberen Scheibe 911und der oberen Endfläche der unteren Scheibe 913eng verbunden, wobei der massive Zylinder 915, die obere Scheibe 911und die untere Scheibe 913koaxial konfiguriert sind. Am Rand der unteren Scheibe 913sind entlang der Umfangsrichtung 8Motorbolzenlöcher 914gleichmäßig verteilt, um ein Passen ins Bolzenloch der unteren Endkappe 13zu realisieren, wobei durch eine Montage des Bolzens die untere Endfläche der unteren Scheibe 913und die obere Endfläche des unteren Endkappe eng miteinander fest verbunden sind. Zwischen der bogenförmigen Außenwand des Motorstatorpols 912und der Innenwand der Leitungsplatte 92ist ein Luftspalt von 0,5mm vorgesehen, wobei zwischen der oberen Endfläche des Motorstatorpols 912und der unteren Endfläche des Hauptzylinderkörpers 8des Schwungradrotors 8ein Spalt vorgesehen ist, um die Spule zu installieren, und wobei die untere Endfläche des Motorstatorpols 912bündig mit der unteren Endfläche der Leitungsplatte 92abschließt. Die Motorspule 93ist an jedem Motorstatorpol 912gewickelt. Der Schwungradrotor 8, der Motorstator 91, die Leitungsplatte 92und die untere Endkappe 13sind jeweils koaxial montiert. Zwischen dem Motorstator 91und der unteren Rillenwand des Schwungradrotors ist ein Spalt vorgesehen, um die Spule zu installieren, wobei die Motorspule 93und der Schwungradrotor 8nicht in Berührung miteinander kommen.

[0039] Durch den Dreiphasenwechselstrom generiert die Motorspule 93ein Rotationsmagnetfeld in dem Luftspalt, wobei unter Wirkung des Rotationsmagnetfeldes ein Induktionsstrom in der Leitungsplatte 92erfasst wird, und wobei die Leitungsplatte 92sich dreht, und wobei der Induktionsstrom und das Rotationsmagnetfeld gegenseitig wirken, um eine elektromagnetische Schubkraft Fl zu erzeugen, so dass der Schwungradrotor 8sich entlang der tangentialen Richtung des bogenförmigen Luftspalts bewegt, da der Schwungradrotor 8mit der Leitungsplatte 92fest verbunden ist, wird der Schwungradrotor 8zur gemeinsamen Drehung angetrieben. Wenn der Schwungradrotor 8eine geringe Störung hat und von der Mitte abweicht, wird der Spulenstrom geändert, um an einer entsprechenden Bogenfläche der Leitungsplatte eine Normalkraft zu erzeugen, so dass der Schwungradrotor 8zurück zu der Kreismittelpunkt kehrt.

[0040] In Betrieb der vorliegenden Erfindung können eine statische passive Aufhängung, ein radiales Zweifreiheitsgrad-Gleichgewicht, ein radiales Torsions-Zweifreiheitsgrad-Gleichgewicht und ein axiales Einzelfreiheitsgrad-Gleichgewicht des Schwungradrotors 8realisiert werden. Wenn der Schwungradrotor 8sich bei hoher Geschwindigkeit wird bezüglich der axialen Steuerung die axiale Steuerspule 71mit Gleichstrom angeschaltet, so dass sie mit dem axialen Stator 51einen Elektromagneten ausbilden, durch die Variierung und die Steuerung der Größe und Richtung des Gleichstroms werden die Größe und Richtung der Kraftwirkung auf den Schwungradrotor 8in der axialen Richtung geändert, um eine axiale Einzelfreiheitsgrad-Steuerung zu realisieren. Bezüglich der radialen Steuerung werden drei Sätze von den radialen Steuerspulen 72mit Dreiphasenwechselstrom angeschaltet, durch eine Variierung der Größe des Stroms der Steuerspule 72wird eine genaue Freizeitgrads-Steuerung in der radialen Richtung realisiert. Bezüglich der verdrehten Steuerung werden drei Sätze von den verdrehten Steuerspulen 73mit Gleichstrom angeschaltet, durch eine Variierung der Größe und der Richtung des Gleichstroms wird eine verdrehte Steuerung realisiert. Details sind wie folgt:

[0041] Die Realisierung der statischen passiven Aufhängung: siehe Figur 17, der durch den radialen Permanentmagneten 63generierte Vorspannungsmagnetfluss ist wie punktierte Linie und Pfeil gemäß Figur 17dargestellt, der durch den radialen Permanentmagneten 63generierte Vorspannungsmagnetfluss geht von dem N-Pol des radialen Permanentmagneten 63durch das radialverdrehte Statorjoch 613, geht jeweils durch den radialen Statorpol 611, den radialen Luftspalt, den oberen radialverdrehten Rotorpol 83und den radialverdrehten Aufnahmepol 614, den radialen Luftspalt und den unteren radialverdrehten Rotorpol 84und fließt in dem radialverdrehten Rotorjoch 85des Schwungradrotors 8zusammen, geht durch den oberen Ringkörper 86, den axialen Luftspalt und den radialen Statorring 62und kehrt am Ende zu dem S-Pol des radialen Permanentmagneten 63zurück. Der axiale Innenring-Permanentmagnet 52führt entlang der axialen Richtung nach oben eine Magnetisierung durch, während der axiale Außenring-Permanentmagnet 53entlang der axialen Richtung nach unten eine Magnetisierung durchführt, der durch den axialen Innenring-Permanentmagneten 52und den axialen Außenring-Permanentmagneten 53generierte Vorspannungsmagnetfluss sind wie punktierte Linie und Pfeil gemäß Figur 17dargestellt. Der durch den axialen Innenring-Permanentmagneten 52generierte Vorspannungsmagnetfluss geht von dem N-Pol des axialen Innenring-Permanentmagneten 52nacheinander durch den axialen Luftspalt, den axialen Innenring-Statorpol 514, das axiale Statorjoch 513, den axialen Außenring-Statorpol 515, den axialen Luftspalt und den axialen Innenring-Rotorpol 541des axialen Rotors 54(da die untere Oberfläche des axialen Umfangsaufnahmepols 516einen Abstand von 1,5mm zu der oberen Oberfläche des Außenring-Rotorpols 543hat und der Abstand größer als der Abstand des axialen Luftspalts von 0,5mm ist, geht der Vorspannungsmagnetfluss nur durch den axialen Luftspalt und den axialen Innenring-Rotorpol 541) und erreicht am Ende den S-Pol des axialen Außenring-Permanentmagneten 53. Wenn der Schwungradrotor 8sich an der mittleren Gleichgewichtsposition befindet, überlappt die Mittelwelle des Schwungradrotors 8mit der axialen Mittelwelle des Magnetlagers und der axialen Mittelwelle des Motorstators. In der radialen Richtung sind die Luftspaltmagnetflüsse des oberen radialverdrehten Rotorpols 83, des unteren radialverdrehten Rotorpols 84der sphärischen Fläche und des radialen Statorpols 611, des radialverdrehten Aufnahmepols 614der sphärischen Fläche des Schwungradrotors 8völlig miteinander identisch, deshalb wirkt sich eine elektromagnetische Kraft balanciert auf den Schwungradrotor 7in der radialen Richtung, um eine radiale stabile Aufhängung des Schwungradrotors 7zu realisieren. In der axialen Richtung sind die axialen Luftspaltmagnetflüsse zwischen dem axialen Innenring-Statorpol 514, dem axialen Außenring-Statorpol 515und dem axialen Innenring-Permanentmagneten 52und dem axialen Innenring-Rotorpol 541des axialen Rotors 54völlig miteinander identisch, deshalb wirkt sich eine elektromagnetische Kraft balanciert auf den Schwungradrotor 8in der axialen Richtung, wodurch eine axiale stabile Aufhängung des Schwungradrotors 8realisiert wird.

[0042] Die Realisierung des radialen Zweifreiheitsgrad-Gleichgewichts: siehe Figur 18, wird in einer radialen Ebene ein Koordinatensystem in drei Richtungen A, B und C errichtet, wenn der Schwungradrotor 8im radialen Zweifreiheitsgrad eine Störung erhält und in Richtung A abweicht, werden die drei radialen Steuerspulen 72gleichzeitig angeschaltet, und die in Richtungen A, B und C generierten steuermagnetkreise sind wie fette durchgezogene Linien und Pfeil gemäß Figur 15dargestellt. Die radialen Steuerspulen in der vorliegenden Erfindung sind durch einen Dreiphasen-Wechselrichter angetrieben, wobei die punktierten Linien und der Pfeil für die Richtung des Vorspannungsmagnetflusses stehen, und wobei die fetten durchgezogenen Linien und der Pfeil für die Richtung des radialen Steuermagnetflusses stehen. Wenn die punktierten Linien und die fetten durchgezogenen Linien gleich Richtungen aufweisen, zeigt es an, dass die Magnetflüsse überlagert sind, wenn die Richtungen entgegengesetzt sind, zeigt es an, dass die Magnetflüsse ausgeglichen werden. Deshalb werden die zusammengesetzten Magnetflüsse in der negativen Richtung überlappt, nämlich wird in der negativen Richtung eine zusammengesetzte magnetische Zugkraft generiert, so dass der Schwungradrotor 8zu der radialen Gewichtsposition zurückkehrt. Das Arbeitsprinzip der Generierung in Richtungen B und C ist ähnlich wie das Vorstehende.

[0043] Die Realisierung des Gleichgewichts des verdrehten Zweifreiheitsgrades: siehe Figur 18, wenn der Schwungradrotor gestört wird und eine nach unten gerichtete verdrehte Abweichung in Richtung A auftritt, wird sich der axiale Luftspalt in Richtung A vergrößern, während sich der axiale Luftspalt in negativen Richtung A verkleinert. Die verdrehte Spule 73wird angeschaltet, so dass die Magnetflüsse in Richtung A überlappen und sich verstärken und der Magnetfluss-Ausgleich in negativer Richtung A sich verringert, wodurch sich in Richtung A eine nach oben gerichtete magnetische Zugkraft auf den Schwungradrotor wirkt und in negativer Richtung A eine nach unten gerichtete magnetische Zugkraft auf den Schwungradrotor wirkt, wodurch der axiale Luftspalt in Richtung A sich verkleinert und der axiale Luftspalt in negativer Richtung von A sich vergrößert, am Ende kehrt der Schwungradrotor 8zu dem Gleichgewichtsposition.

[0044] Die Realisierung des Gleichgewichts des axialen Einzelfreiheitsgrades: siehe Figur 19, wenn der Schwungradrotor 8im axialen einzelnen Freiheitsgrad gestört und sich nach unten abweicht, vergrößert sich der axiale Luftspalt, die axiale Steuerspule 71wird mit Gleichstrom angeschaltet, der durch die axiale Steuerspule 71generierte Magnetkreis ist wie fette durchgezogene Linien und Pfeil gemäß Figur 19dargestellt. Dabei stehen die punktierte Linie und der Pfeil für die Richtung des Vorspannungsmagnetflusses, während die fette durchgezogene Linie und der Pfeil für die Richtung des axialen Steuermagnetflusses steht, wenn die punktierten Linien und die fetten durchgezogenen Linien gleich Richtungen aufweisen, zeigt es an, dass die Magnetflüsse überlagert sind, wenn die Richtungen entgegengesetzt sind, zeigt es an, dass die Magnetflüsse ausgeglichen werden. Daraus kann es herausgefunden werden, dass der gesamte Magnetfluss in axialer Richtung zunimmt, wodurch an dem Schwungradrotor 8eine nach oben gerichtet synthetisierte magnetische Zugkraft generiert wird, so dass der axiale Luftspalt sich verringert, am Ende zehrt der Schwungradrotor 8zur axialen Gleichgewichtsposition zurück.

[0045] Mit dem vorstehenden Inhalt kann die vorliegende Erfindung realisiert werden. Änderungen und Modifikationen, die durch den Fachmann auf diesem Gebiet ohne Abweichung vom Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, sollen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.

Claims (10)

1. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung mit virtueller Welle für Elektrofahrzeuge, wobei ein äußerstes Teil der Vorrichtung ein Gehäuse ist, und wobei in dessen Gehäusehohlraum ein Fünffreiheitsgrad-Magnetlager, ein Schwungradrotor (8) und ein Induktionsmotor koaxial angeordnet sind, und wobei das Fünffreiheitsgrad-Magnetlager einen stationären Abschnitt und einen rotierenden Abschnitt umfasst, und wobei der Induktionsmotor einen Motorstator (91) und eine rotierbare Leiterplatte (92) aufweist, die koaxial am äußeren Umfang des Motorstators (91) aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass, von unten nach oben, der Schwungradrotor (8) einen unteren Ringkörper (88), einen Hauptzylinder (82), einen oberen Ringkörper (86) und ein radialverdrehtes Rotorjoch (85) aufweist, die nacheinander miteinander verbunden sind und einen identischen Außendurchmesser aufweisen, und wobei an die mittige obere Oberfläche des Hauptzylinders (82) ein mittiger Zylinderkörper (87) koaxial angeschlossen ist, und wobei an die Mitte der oberen Oberfläche des mittigen Zylinderkörpers (87) ein längliches Zylinderoberteil (81) koaxial angeschlossen ist, und wobei das obere Ende des länglichen Zylinderoberteils (81) nach oben koaxial durch einen stationären Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers geht; und wobei der untere Ringkörper (88) und der mittige Zylinderkörper (87) jeweils eine massive Scheibe sind, und wobei der Innendurchmesser des oberen Ringkörpers (86) größer als der Innendurchmesser des unteren Ringkörpers (88) ist, und wobei der Innendurchmesser des unteren Ringkörpers (88) größer als der Außendurchmesser des mittigen Zylinderkörpers (87) ist, und wobei zwischen dem oberen Ringkörper (86) und dem mittleren Zylinderkörper (87) eine ringförmige Rille ausgebildet ist, und wobei in der ringförmigen Rille ein rotierender Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlager koaxial eingebettet ist, und wobei zwischen dem Hauptzylinder (82) und dem unteren Ringkörper (88) eine zylindrische Aussparung ausgebildet ist, in der die Leiterplatte (92) koaxial eingebettet ist.

2. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers einen axialen Stator (51), einen radialverdrehten Stator (61) und einen radialen Permanentmagneten (63) umfasst, wobei das oberste Teil des axialen Stators (51) eine obere feste Scheibe (511) bildet, und wobei eine Unterseite der oberen festen Scheibe (511) durch einen Verbindungszylinderring (512) mit einem axialen Statorjoch (513) verbunden ist, und wobei die eine radiale Innenseite der unteren Oberfläche des axialen Statorjochs (513) mit einem axialen Innenring-Statorpol (514), die Mitte der unteren Oberfläche mit einem axialen Außenring-Statorpol (515) und eine Außenseite der unteren Oberfläche mit einem axialen Umfangsaufnahmepol (516) verbunden ist, und wobei eine axiale Steuerspule (71) an dem axialen Außenring-Statorpol (515) gewickelt ist; und wobei an einer Außenseite des axialen Statorjochs (513) und des axialen Umfangsaufnahmepols (516) nacheinander ein ringförmiger radialer Aluminiummagnetisolierring (64), ein radialer innerer Statorring (62), ein radialer Permanentmagnet (63) und der radialverdrehte Stator (61) aufgesetzt sind, und wobei der radiale Permanentmagnet (63) in radialer Richtung von innen nach außen eine Magnetisierung aufweist; und wobei der radialverdrehte Stator (61) durch ein radialverdrehtes Statorjoch (612), wenigstens einen radialen Statorpol (611), wenigstens einen verdrehten Statorpol (613) und einen radialverdrehten Aufnahmepol (614) ausgebildet ist, und wobei das radialverdrehte Statorjoch (612) in Form eines Ringkörpers ausgebildet ist von dessen oberer Endfläche entlang der radialen Richtung 3radiale Statorpole (611) und 3verdrehte Statorpole (613) nach außen erstrecken, und wobei die 3radialen Statorpole (611) und die 3verdrehten Statorpole (613) entlang der Umfangsrichtung versetzt mit einem Abstand zueinander gleichmäßig verteilt sind, und wobei sich von der unteren Endfläche des radialverdrehten Statorjochs (612) entlang der radialen Richtung der radialverdrehte Aufnahmepol (614) nach außen erstreckt, und wobei eine äußere Seitenfläche des radialverdrehten Aufnahmepols (614) als eine entlang der radialen Richtung nach außen hervorstehende sphärische Oberfläche ausgebildet ist, und wobei an den radialen Statorpolen (611) eine radiale Steuerspule (72) gewickelt ist, während an den verdrehten Statorpolen (613) eine verdrehte Steuerspule (73) gewickelt ist.

3. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende der Innenseitenwand des radialverdrehten Rotorjochs (85) entlang der radialen Richtung nach innen mit einem oberen radialverdrehten Rotorpol (83) verbunden ist, wobei das untere Ende der Innenseitenwand entlang der radialen Richtung nach innen mit einem unteren radialverdrehten Rotorpol (84) verbunden ist, und wobei die innere Oberfläche des unteren radialverdrehten Rotorpols (84) in Form einer nach außen konkaven sphärischen Fläche ausgebildet ist. und wobei der radiale Statorpol (611) und der obere radiale verdrehte Rotorpol (83genau zueinander in der radialen Richtung liegen und zwischen den beiden ein radialer Luftspalt vorgesehen ist, und wobei der radialverdrehte Aufnahmepol (614) und der untere radialverdrehte Rotorpol (84) genau zueinander in der radialen Richtung liegen und zwischen den beiden ein Luftspalt vorgesehen ist.

4. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Abschnitt des Fünffreiheitsgrad-Magnetlagers einen in der zwischen dem oberen Ringkörper (86) und dem mittigen Zylinderkörper (87) ausgebildeten ringförmigen Rille angeordneten axialen Rotor (54) des Ringkörpers aufweist, wobei der axiale Rotor (54) durch einen axialen Innenring-Rotorpol (541), einen axialen Außenring-Rotorpol (543) und ein axiales Rotorjoch (542), die koaxial zueinander angeordnet sind, ausgebildet ist, und wobei die obere Oberfläche des axialen Rotorjochs (542) jeweils mit den unteren Oberflächen des axialen Innenring-Rotorpols (541) und des axialen Außenring-Rotorpols (543) verbunden ist, und wobei zwischen dem axialen Innenring-Rotorpol (541) und dem axialen Außenring-Rotorpol (543) ein zweiter axialer Aluminiummagnetisolierring (56) eingebettet ist; und wobei sich genau unterhalb des axialen Innenring-Statorpols (514) ein an einer Außenwand des mittigen Zylinderkörpers (87) aufgesetzter axialer Innenring-Permanentmagnet (52) befindet, und wobei sich genau unterhalb des axialen Innenring-Statorpols (514) der axiale Innenring-Rotorpol (541) befindet, und wobei sich genau unterhalb des axialen Umfangsaufnahmepols (516) der axiale Außenring-Rotorpol (543) befindet, und wobei ein axialer Außenring-Permanentmagnet (53) an die untere Oberfläche des axialen Rotorjochs (542) angeschlossen ist, und wobei zwischen einer Innenwand des axialen Außenring-Permanentmagneten (53), einer Innenwand des axialen Rotors (54) und einer Außenwand des axialen Innenring-Permanentmagneten (52) ein erster axialer Aluminiummagnetisolierring (55) eingebettet ist, und wobei zwischen eine Außenwand des axialen Außenring-Permanentmagneten (53) und den axialen Rotor (54) ein dritter axialer Aluminiummagnetisolierring (57) geschaltet ist, und wobei der axiale Innenring-Permanentmagnet (52) entlang der axialen Richtung nach oben eine Magnetisierung durchführt, während der axiale Außenring-Permanentmagnet (53) entlang der axialen Richtung nach unten eine Magnetisierung durchführt.

5. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem axialen Innenring-Permanentmagneten (52) und dem axialen Innenring-Statorpol (514) ein axialer Luftspalt vorgesehen ist, wobei zwischen dem axialen Innenring-Rotorpol (541) und dem axialen Außenring-Statorpol (515) ein axialer Luftspalt vorgesehen ist, und wobei zwischen der unteren Oberfläche des axialen Umfangsaufnahmepols (516) und dem Außenring-Rotorpol (543) ein axialer Umfangsaufnahmeluftspalt ausgebildet ist, und wobei der axiale Umfangsaufnahmeluftspalt größer als der axiale Luftspalt ist.

6. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse derart ausgebildet ist, dass ein Gehäusekörper (12) in Form eines hohlen Zylinders, eine obere Endkappe (11) und eine untere Endkappe (13) miteinander verbunden sind, wobei die obere feste Scheibe (511) des axialen Stators (51) mit der oberen Endkappe (11) verbunden ist, während das untere Ende des Motorstators (91) mit der unteren Endkappe (13) fest verbunden ist; und wobei in der Mitte der oberen Endkappe (11) ein zylindrisches Loch, in dem ein Hilfslager (4) eingepasst ist, angeordnet ist, wobei das längliche Zylinderoberteil (81) aus dem Innenloch des Hilfslagers 4mit einem Spalt herausgeführt ist, und wobei oberhalb des Hilfslagers (4) eine radiale Sensorhalterung (21) und eine axiale Sensorhalterung (22) angeordnet sind.

7. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseitenwand des Gehäusekörpers (12) entlang der Umfangsrichtung Endkappen-Verbindungshalter (122) mit einer gleichen Größe gleichmäßig verteilt sind, wobei zwischen jeweils zwei Endkappen-Verbindungshaltern (122) erste Kühlrippen (121) mit einer gleichen Form gleichmäßig angeordnet sind, und wobei an der Außenseitenwand des Gehäusekörpers (12) zwischen jeweils zwei ersten Kühlrippen (121) vier rechteckige Wärmeableitungsschlitze gleichmäßig geschnitten sind, die in zwei Reihen und zwei Spalten verteilt sind und eine identische Form aufweisen; und wobei die obere Endkappe (11) derart ausgebildet ist, dass eine mit einem zentralen zylindrischen Loch versehene obere Scheibe (111), ein mittlerer Ring (112) und ein unterer Ring (113) hintereinander verbunden sind; und wobei an der oberen Endfläche der unteren Scheibe (113) entlang der Umfangsrichtung zweite Kühlrippen (115) gleichmäßig verteilt sind; und wobei an der oberen Oberfläche der oberen Scheibe (111) entlang der Umfangsrichtung dritte Kühlrippen (114) gleichmäßig verteilt sind; und wobei in der Mitte der unteren Endkappe (13) kein zylindrisches Loch vorgesehen ist.

8. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Innenring-Statorpol (514) bündig mit der unteren Oberfläche des axialen Stators (51), in deren Mitte sich der axiale Außenring-Statorpol (515) befindet, abschließt, wobei die untere Oberfläche des axialen Umfangsaufnahmepols (516) sich höher als die unteren Oberflächen des axialen Innenring-Statorpols (514), und des axialen Außenring-Statorpols (515) befindet, und wobei die obere feste Scheibe (511), der Verbindungszylinderring (512), das axiale Statorjoch (513) und der axiale Innenring-Statorpol (514) jeweils einen identischen Innendurchmesser aufweisen, und wobei der Außendurchmesser der oberen festen Scheibe (511) größer als der Außendurchmesser des axialen Statorjochs (513) ist, und wobei der Außendurchmesser des axialen Statorjochs (513) größer als der Außendurchmesser des Verbindungszylinderrings (512) ist, und wobei der Außendurchmesser des Verbindungszylinderrings (512) gleich dem Außendurchmesser des axialen Innenring-Statorpols (514) ist, und wobei der Außendurchmesser des Umfangsaufnahmepols (516) gleich mit dem Außendurchmesser des axialen Statorjochs (513) ist.

9. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Oberflächen des axialen Innenring-Rotorpols (541) und des axialen Außenring-Rotorpols (543) bündig miteinander abschließen, wobei der Innendurchmesser des axialen Rotorjochs (542) gleich dem Innendurchmesser des axialen Innenring-Rotorpols (541) ist, wobei der Außendurchmesser des axialen Rotorjochs (542) gleich dem Außendurchmesser des axialen Außenring-Rotorpols (543) ist.

10. Magnetaufhängungs-Schwungrad-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Steuerspule (71) mit Gleichstrom geschaltet ist, wobei die radiale Steuerspule (72) mit Dreiphasenwechselstrom geschaltet ist, und wobei die verdrehte Steuerspule (73) mit Gleichstrom geschaltet ist.