CN103762803A - 一种以飞轮体为转子的平面电机 - Google Patents

Abstract

一种以飞轮体为转子的平面电机，其特征在于，所述的电机为双转子结构；所述的双转子由上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）同轴相对布置组成；上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）安装在合金钢制成的中心轴（8）上；上飞轮转子（2）由上飞轮体和镶嵌在上飞论体下端面的上永磁体组成；下飞轮转子（4）由下飞轮体和镶嵌在下飞轮体上端面的下永磁体组成；定子线圈（3）位于上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）之间，固定安装在电机外壳上。

Description

一种以飞轮体为转子的平面电机

技术领域

本发明涉及一种飞轮储能系统能量转换设备，具体涉及一种电动机和发电机二位一体的以飞轮体为转子的平面电机。

背景技术

中国专利201120119384.0公开的一种单定子平面电机和200910217417.2公开的平面电机，都是由单一转子和定子组成，只能实现单一的电动机功能；专利200610095669.9公开的飞轮发电机是由启动电动机转动的飞轮转轴通过与飞轮转轴耦合而转动的飞轮的发电机；而201110283965.2所公开的是一种柱式的同心永磁飞轮式发电机，虽然是以飞轮体作为电机的一部分，但不是平面式，其缺点是运行稳定性会受电机电流产生磁场的影响，且不能实现多个飞轮转子的串联。

发明内容

本发明的目的是克服传统的平面电机没有与飞轮制成一体的缺点，提出一种以飞轮体为电机转子的飞轮和电机一体的平面电机。

本发明以飞轮体为转子的平面电机为双转子结构，所述的双转子由上飞轮转子和下飞轮转子组成，上飞轮转子和下飞轮转子安装在合金钢制成的中心轴上；上飞轮转子由上飞轮体和镶嵌在上飞轮体下端面的转子永磁盘组成；下飞轮转子由下飞轮体及其镶嵌在下飞轮体上端面的转子永磁盘组成，转子永磁盘是由永磁体固定盘和永磁体构成，。上飞轮转子和下飞轮转子同轴相对布置，定子线圈位于上飞轮转子和下飞轮转子之间。

所述的上飞轮转子的下端面和下飞轮转子的上端面均镶嵌有永磁体。所述的永磁体环形分布在上飞轮转子的下端面和下飞轮转子的上端面上。上飞轮转子下端面的永磁体和下飞轮转子上端面的永磁体共同在上飞轮转子下端面和下飞轮转子上端面之间的区域形成一个强磁场。

所述的永磁体为扇形，安装在永磁体固定盘中，永磁体固定盘分别镶嵌在上飞轮转子的下端面和下飞轮转子的上端面上。上飞轮转子下端面的永磁体盘中的永磁体以相邻磁体为N-S-N-S…,的排列方式安装，由于永磁体是环形分布，与此相对应，下飞轮转子上端面的永磁体可以同上飞轮转子下端面的永磁体盘中的永磁体以相同方式排列安装，在同轴安装时根据磁极情况错开一个角度，便形成以相邻磁体为S-N-S-N…,的顺序排列结果；上飞轮转子下端面的永磁体也可以以相邻磁体为S-N-S-N…,的顺序排列安装，与此相对应，下飞轮转子上端面的永磁体也可形成以相邻磁体为N-S-N-S…,的顺序排列安装结果。

定子线圈的绕组固定在定子线圈固定架上。定子线圈处在两个飞轮转子之间的所述强磁场中。当定子线圈通入电流时，飞轮转子高速旋转，定子线圈与飞轮转子组成电动机；当需要发电时，定子线圈输出电流，飞轮转子减速，此时定子线圈与飞轮转子组成发电机。本发明还可由多个飞轮转子和多个定子线圈串联组成，这种结构可以增加功率，减少发热，提高效率。

本发明还包括卸荷装置，所述的卸荷装置是由两个相互吸引的环形组件组成。该环形组件相对应的环形面上装有多个产生磁场的NdFeB同心环，且相对应的同心环之间相互吸引。其中一个组件安装在电机外壳上，另一个组件安装在飞轮中心轴上的上部，以减轻双转子结构对于安装在电机外壳体下面的下轴承的压力。上轴承安装在卸荷装置的内环上，作为飞轮转子低速运行时的保护轴承。

本发明可由多个飞轮转子串装在平面电机的中心轴上组成，实现多层平面电机的并联，因而加大了电机的功率，减少电机的发热量。

本发明的飞轮转子、卸荷装置、上轴承和下轴承都安装在电机外壳内。电机壳是封闭的，其上装有抽真空的接口，可使腔内的组件处在真空环境之中。定子线圈安装在电机外壳上。飞轮转子均同轴垂直于水平面放置。

本发明可以在充电过程中将电能转化成飞轮转子的机械能，可以实现转动惯量的最大化，能量密度最高；在需要放电时永磁体切割线圈将机械能转化成所需的电能，实现了一机两用。这种电机结构利用电磁能产生平面运动，具有能量密度高、结构简单、耗材少和可靠性高等特点，且定子线圈夹于永磁体之间的结构方式可以实现推力大、效率高和响应速度快的综合性能。

附图说明

图1；本发明的结构示意图；

图2；转子永磁盘结构示意图；

图3；定子线圈结构示意图；

图中：1外壳，2上飞轮转子，3定子线圈，4下飞轮转子，5下轴承，6转子永磁盘，7卸荷装置，8中心轴，9上轴承，301线圈固定架，302线圈绕组，601永磁体固定盘，602永磁体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明飞轮平面电机为多转子结构，所述的多转子由上飞轮转子2和下飞轮转子4同轴相对布置形成。上飞轮转子2由上飞轮体和镶嵌在其上的转子永磁盘6构成，转子永磁盘6是由永磁体固定盘601和永磁体602组成；下飞轮转子4是由下飞轮体和镶嵌在其上的转子永磁盘6’构成，转子永磁盘6是由永磁体固定盘601和永磁体602组成。在安装上飞轮转子2和下飞轮转子4时，根据磁极情况相对错开一个角度使之上下相吸。

定子线圈3位于上飞轮转子2和下飞轮转子4之间，固定安装在其对应的电机外壳位置。

本发明同理可由多个多转子同轴串装在电机的中心轴上，多个定子线圈分别处于其对应的飞轮转子之间所形成的磁场中，且分别固定在相应的电机外壳处。

下面以双转子结构描述本发明的实施例。

所述的上飞轮转子2下面镶嵌有转子永磁盘6，下飞轮转子4的上端面也镶嵌有飞转子永磁盘6。在转子永磁盘6中的永磁体固定盘601上固定有永磁体602，所述的永磁体602在永磁体固定盘601内成环形分布，分别处在在上飞轮转子2的下端面和下飞轮转子4的上端面上的飞轮转子永磁部分6中。上飞轮转子下端面的永磁体602和下飞轮转子上端面的永磁体602共同在上飞轮转子下端面和下飞轮转子上端面之间的区域形成一个强磁场。

如图2所示，所述的永磁体为扇形，采用稀土钕铁硼制作，永磁体602安装在永磁体固定盘601中。上飞轮转子2下面的转子永磁盘6中的永磁体602以相邻为N-S-N-S…,的顺序排列安装，与此相对应，下飞轮转子上面的转子永磁盘6中的永磁体602也以相邻为N-S-N-S…,的顺序排列安装；在安装时根据磁极的情况错开一个角度使之相互成相吸的状态，在对应的空间内形成N-S、S-N…顺序排列的强磁场。

上飞轮转子2和下飞轮转子4安装在用合金钢制成的中心轴8上，在上飞轮转子2和下飞轮转子4之间的间隙形成一个N-S和S-N的循环的环形空间磁场。

如图3所示，三个线圈组成的线圈绕组302固定在线圈固定架301上，装有线圈绕组302的线圈固定架301镶嵌在定子线圈3上。将定子线圈3的导线引出。

本发明的飞轮转子既是能量输出输入的载体，又是电动机/发电机的转子，当通电时，电动/发电机驱动飞轮转子旋转，飞轮转子储存动能；当断电时，旋转的飞轮转子逐渐减速并驱动发电机，使其发电。这样，飞轮储存的动能就转换成了电能。

本发明也可以由多个上飞轮转子2和多个下飞轮转子4串联在中心轴8上组成。在下飞轮转子4的下方同轴方串联另一个飞轮转子时，下飞轮转子4的下面如同上飞轮转子2的下面一样，将上永磁体镶嵌安装在飞轮转子4的下端面。

本发明还设有卸荷装置7。所述的卸荷装置7是由两个相互吸引的环形组件组成。在每个环形组件相对应的环形面上装有多个产生磁场的NdFeB同心环，且相对应的同心环之间相互吸引。两个组件的其中一个安装在电机外壳上，另一个组件安装在飞轮中心轴的的上部，以减轻双转子结构对于安装在电机外壳体下面的下轴承5的压力。上轴承9安装在卸荷装置的内环上，作为飞轮转子低速运行时的保护轴承。

本发明的飞轮转子、卸荷装置7、上轴承5和下轴承9都处在具有真空环境的电机外壳1内，定子线圈3安装在外壳上，飞轮转子都同轴垂直于水平面放置。

Claims (6)

1.一种以飞轮体为转子的平面电机，其特征在于，所述的电机为双转子结构；所述的双转子由上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）同轴相对布置组成；上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）安装在合金钢制成的中心轴（8）上；上飞轮转子（2）由上飞轮体和镶嵌在上飞论体下端面的上永磁体（602）组成；下飞轮转子（4）由下飞轮体和镶嵌在下飞轮体上端面的下永磁体（602）组成；定子线圈（3）位于上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）之间，固定安装在电机外壳上。

2.按照权利要求1所述的平面电机，其特征在于，所述的永磁体（602）环形分布在上飞轮转子（2）的下端面和下飞轮转子（4）的上端面上；上飞轮转子下端面的永磁体（602）和下飞轮转子上端面的永磁体（602）在上飞轮转子下端面和下飞轮转子上端面之间的区域形成一个强磁场。

3.按照权利要求2所述的平面电机，其特征在于，所述的永磁体（602）为扇形，采用稀土钕铁硼制作，安装在永磁体固定盘（601）中。

4.按照权利要求1或2所述的平面电机，其特征在于，所述的上飞轮转子下端面的永磁体以相邻为N-S-N-S…,的顺序排列安装，与此相对应，下飞轮转子上端面的永磁体以相邻为S-N-S-N…,的顺序排列安装，在上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）之间的间隙形成一个N-S和S-N的循环的环形空间磁场。

5.按照权利要求1或2所述的平面电机，其特征在于，所述的上飞轮转子下端面的永磁体以相邻为S-N-S-N…,的顺序排列安装，与此相对应，下飞轮转子上端面的永磁体以相邻为N-S-N-S…,的顺序排列安装，在上飞轮转子（2）和下飞轮转子（4）之间的间隙形成一个N-S和S-N的循环的环形空间磁场。

6.按照权利要求1所述的平面电机，其特征在于，所述的电机还包括卸荷装置（7）；所述的卸荷装置（7）由两个相互吸引的环形组件组成；在每个环形组件相对应的环形面上装有多个产生磁场的NdFeB同心环，相对应的同心环之间相互吸引；两个组件中的一个安装在电机外壳上，另一个组件安装在飞轮中心轴的的上部。

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