CN103939523A - Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，由一组双Halbach阵列永久磁钢构成的吸力型轴向磁悬浮轴承提供立式转子系统的轴向支撑，同时与另外二组双Halbach阵列永久磁钢构成的斥力型径向轴承共同构成转子的径向支撑。二个径向轴承产生的轴向斥力利用其安装位置的初始偏移，构成二个与重力方向相反的向上浮力，与轴向永磁轴承的浮力组合可以稳定的维持转子的轴向浮起。本发明避免了电磁悬浮、超导磁悬浮转子在工作转速下出现紧急故障状态时必须使用着陆辅助机械轴承的问题，在降低转子轴承磨耗、提高运行安全性能方面提供了新的技术支持。本发明对转子系统尤其是储能飞轮的应用具有创新意义。

Description

Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统

技术领域

本发明属于一种磁悬浮轴承与转子支撑装置，具体涉及一种Halbach（海尔贝克）阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统。

背景技术

储能技术在供电系统的节能、稳定与供电品质方面的应用越来越重要，储能飞轮作为一项重要的储能技术，受到世界各国的重视。美国、欧洲及日本均从国家战略的角度出发，对储能飞轮的研发提供政策与资金的支持，并获得了长足的进步。我国在储能飞轮技术研发方面已与国外先进水平拉开了明显的差距。

由于储能飞轮的技术瓶颈之一在于维持自身存储能量时需要外部提供轴承磨耗、电力变换与气体摩擦造成的能量损失，在使用机械轴承时，其机械磨耗占据了将近总能量损失的一半。据此极力降低储能飞轮储能运行期间的轴承磨耗，成为各国储能飞轮工程师的重要任务。

以上各国储能飞轮的转子支撑技术研发路线以超导、电磁轴承为主，永磁轴承作为辅助手段。由于我国在超导块体材料的实用化应用方面尚需时日，储能飞轮走超导悬浮的技术路线很不现实。五自由度电磁轴承一般采取与永磁轴承相结合的方式，应用中技术复杂、成本高，还需要着陆辅助轴承进行保护，在市场的推进方面遇到较大的阻力。机械轴承由于损耗大，劣势明显，应用范围狭窄。

如此一来，永磁悬浮技术成为国内储能飞轮转子支撑技术研发的一条重要途径。

《机械设计与研究》第22卷第四期2006年8月钱坤喜文章《陀螺效应使永磁悬浮心脏泵稳定平衡》中研究了利用转子达到一定转速时的陀螺效应，实现了转子稳定的永磁悬浮。

《International Journal of Research in Mechanical Engineering and Technology》Vol.1，Issue 1，Oct 2011中钱坤喜文章《关于陀螺效应对永磁悬浮从静态到动态平衡稳定的Earnshaw理论拓展》再次论述了陀螺效应实现转子稳定永磁悬浮现象，认为是关于Earnshaw永磁悬浮理论的拓展。

目前，由于常规的永磁悬浮轴承采用简单的同极相斥或是异极相吸方式，浮力小，体积大，难于应用到大型转子结构上，限制了永磁悬浮轴承的应用范围。同时由于恩绍定理（Earnshaw’s Theorem）的强制性限制，轴向稳定的磁轴承组合在径向不稳定，反之亦然。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统。

本发明的技术方案是：

一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，包括飞轮轴，在飞轮轴上安装有盘式储能飞轮，在飞轮轴的上下两端分别安装有上部机械轴承和下部机械轴承，在上部机械轴承的外围安装有上部阻尼器，在下部机械轴承的外围安装有下部阻尼器，所述盘式储能飞轮与上部机械轴承之间的飞轮轴上安装有上部径向永磁轴承内环，盘式储能飞轮与下部机械轴承之间的飞轮轴上安装有下部径向永磁轴承内环，上部径向阻尼器和下部径向阻尼器分别固定于与上部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承内环相对应的真空容器内壁上，上部径向阻尼器和下部径向阻尼器内侧分别安装有上部径向永磁轴承外环和下部径向永磁轴承外环；盘式储能飞轮与下部径向永磁轴承内环之间的飞轮轴上安装有轴向永磁轴承内环，在真空容器内壁上对应轴向永磁轴承内环的位置设置有轴向永磁轴承外环；所述的上部径向永磁轴承内环、上部径向永磁轴承外环、轴向永磁轴承内环、轴向永磁轴承外环、下部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承外环均是由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列。

所述的上部机械轴承和下部机械轴承均为具有脱离功能的机械轴承；上部阻尼器、下部阻尼器、上部径向阻尼器和下部径向阻尼器均为挤压膜阻尼器。

所述的上部径向永磁轴承外环的上端面比上部径向永磁轴承内环的上端面低δmm、下部径向永磁轴承外环的上端面比下部径向永磁轴承内环的上端面低δmm。

一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，包括飞轮轴，在飞轮轴上安装有筒式储能飞轮，在飞轮轴的上下两端分别安装有上部机械轴承和下部机械轴承，在上部机械轴承的外围安装有上部阻尼器，在下部机械轴承的外围安装有下部阻尼器，所述飞轮轴的圆周外侧、筒式储能飞轮内设置有静止的支撑套筒，在支撑套筒的上下两端的环形槽内分别安装有上部径向阻尼器和下部径向阻尼器，在上部径向阻尼器的外围安装有上部径向永磁轴承内环，在下部径向阻尼器的外围安装有下部径向永磁轴承内环，在支撑套筒的外围、上部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承内环之间安装有轴向永磁轴承内环，在筒式储能飞轮内圆壁的上下两端、对应上部径向永磁轴承内环以及下部径向永磁轴承内环的位置分别设置有上部径向永磁轴承外环和下部径向永磁轴承外环，在筒式储能飞轮内圆壁的中部、对应轴向永磁轴承内环的位置设置有轴向永磁轴承外环；所述的上部径向永磁轴承内环、上部径向永磁轴承外环、轴向永磁轴承内环、轴向永磁轴承外环、下部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承外环均是由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列。

所述的筒式储能飞轮为上端封闭、下端开口的圆筒形。

所述的上部机械轴承和下部机械轴承均为具有脱离功能的机械轴承；上部阻尼器、下部阻尼器、上部径向阻尼器和下部径向阻尼器均为挤压膜阻尼器。

所述的上部径向永磁轴承外环的上端面比上部径向永磁轴承内环的上端面高δmm、下部径向永磁轴承外环的上端面比下部径向永磁轴承内环的上端面高δmm。

本发明的有益效果是：

本发明利用Halbach阵列永磁轴承的组合具有单向磁场加强，另一方向磁场趋近于零的特点解决了重型转子的轴向稳定浮起问题，利用具有脱离功能的机械轴承与转子动态稳定的特性，在无需主动磁轴承介入的条件下实现了转子在工作转速下无轴承磨耗的稳定运转。 另一方面，本发明中使用轴向永磁轴承与二个单一径向功能的主动磁轴承相结合，省去了五轴主动磁轴承的应用，构成了简化的转子支撑系统，大幅度的降低了支撑系统的成本。本发明避免了电磁悬浮、超导磁悬浮转子在工作转速下出现紧急故障状态时必须使用着陆辅助机械轴承的问题，在降低转子轴承磨耗、提高运行安全性能方面提供了新的技术支持。本发明对转子系统尤其是储能飞轮的应用具有创新意义。

附图说明

图1是本发明的Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统的结构示意图；

图2是本发明的Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统另一种技术方案的结构示意图。

  其中：

     1   飞轮轴                  2   盘式储能飞轮

     3   上部机械轴承            4   下部机械轴承

     5   上部阻尼器              6   下部阻尼器

     7   支撑套筒                8   上部径向阻尼器

     9   下部径向阻尼器         10   上部径向永磁轴承内环

    11  上部径向永磁轴承外环    12   轴向永磁轴承内环

    13  轴向永磁轴承外环        14   下部径向永磁轴承内环

    15  下部径向永磁轴承外环     2’ 筒式储能飞轮。

具体实施方式

下面，结合附图及实施例对本发明的Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统进行详细说明：

如图1所示，一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，包括飞轮轴1，在飞轮轴1上安装有盘式储能飞轮2，在飞轮轴1的上下两端分别安装有上部机械轴承3和下部机械轴承4，在上部机械轴承3的外围安装有上部阻尼器5，在下部机械轴承4的外围安装有下部阻尼器6，所述盘式储能飞轮2与上部机械轴承3之间的飞轮轴1上安装有上部径向永磁轴承内环10，盘式储能飞轮2与下部机械轴承4之间的飞轮轴1上安装有下部径向永磁轴承内环14，上部径向阻尼器8和下部径向阻尼器9分别固定于与上部径向永磁轴承内环10和下部径向永磁轴承内环14相对应的真空容器（未图示）内壁上，上部径向阻尼器8和下部径向阻尼器9内侧分别安装有上部径向永磁轴承外环11和下部径向永磁轴承外环15；盘式储能飞轮2与下部径向永磁轴承内环14之间的飞轮轴1上安装有轴向永磁轴承内环12，在真空容器内壁上对应轴向永磁轴承内环12的位置设置有轴向永磁轴承外环13。

所述的盘式储能飞轮2为中心形成通孔的圆盘形。

所述的上部机械轴承3和下部机械轴承4均为具有脱离功能机械轴承、也称保护轴承或者辅助轴承，轴承与轴之间有间隙；上部阻尼器5、下部阻尼器6、上部径向阻尼器8和下部径向阻尼器9均为挤压膜阻尼器。

所述的上部径向永磁轴承外环11的上端面比上部径向永磁轴承内环10的上端面低δmm、下部径向永磁轴承外环15的上端面比下部径向永磁轴承内环14的上端面低δmm。

所述的上部径向永磁轴承内环10、上部径向永磁轴承外环11、轴向永磁轴承内环12、轴向永磁轴承外环13、下部径向永磁轴承内环14和下部径向永磁轴承外环15均是由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列。轴向永磁轴承为吸力型，径向永磁轴承为斥力型。

本发明的永磁内外环均是由五个永磁环构成，实际应用时可以使用多组Halbach阵列。

上部径向永磁轴承内环10、轴向永磁轴承内环12和下部径向永磁轴承内环14的充磁方向分别为向内、向下、向外、向上、向内；所述的上部径向永磁轴承外环11、下部径向永磁轴承外环15的充磁方向分别为向外、向下、向内、向上、向外；轴向永磁轴承外环13的充磁方向分别为向内、向上、向外、向下、向内；内外环充磁极性可以互换。图中箭头指向为永磁体的N极，另一端为S极，或者相反。

如图2所示，本发明的另一种技术方案是：一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，包括飞轮轴1，在飞轮轴1上安装有筒式储能飞轮2’， 筒式储能飞轮2’为上端封闭、下端开口的圆筒形。在飞轮轴1的上下两端分别安装有上部机械轴承3和下部机械轴承4，在上部机械轴承3的外围安装有上部阻尼器5，在下部机械轴承4的外围安装有下部阻尼器6，上部阻尼器5和下部阻尼器6分别固定于真空容器（未图示）内壁上。

在飞轮轴1的径向圆周外侧、筒式储能飞轮2’内设置有静止的支撑套筒7，在支撑套筒7的上下两端的环形槽内分别安装有上部径向阻尼器8和下部径向阻尼器9。

其中，上部机械轴承3和下部机械轴承4均为具有脱离功能机械轴承、也称保护轴承或者辅助轴承，轴承与轴之间有间隙；上部阻尼器5、下部阻尼器6、上部径向阻尼器8和下部径向阻尼器9均为挤压膜阻尼器。

在上部径向阻尼器8的外围安装有上部径向永磁轴承内环10，在下部径向阻尼器9的外围安装有下部径向永磁轴承内环14，在支撑套筒7的外围、上部径向永磁轴承内环10和下部径向永磁轴承内环14之间安装有轴向永磁轴承内环12。

在筒式储能飞轮2’内圆壁的上下两端、对应上部径向永磁轴承内环10和下部径向永磁内环14的位置分别设置有上部径向永磁轴承外环11和下部径向永磁轴承外环15，在筒式储能飞轮2’内圆壁的中部、对应轴向永磁轴承内环12的位置设置有轴向永磁轴承外环13。

其中，上部径向永磁轴承外环11的上端面比上部径向永磁轴承内环10的上端面高δmm、下部径向永磁轴承外环15的上端面比下部径向永磁轴承内环14的上端面高δmm。所述的上部径向永磁轴承内环10、上部径向永磁轴承外环11、轴向永磁轴承内环12、轴向永磁轴承外环13、下部径向永磁轴承内环14和下部径向永磁轴承外环15均由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列，本发明的永磁内外环均是由五个永磁环构成，轴向永磁轴承为吸力型，径向永磁轴承为斥力型。实际应用时可以使用多组Halbach阵列。

上部径向永磁轴承内环10、轴向永磁轴承内环12和下部径向永磁轴承内环14的充磁方向分别为向内、向下、向外、向上、向内；所述的上部径向永磁轴承外环11、下部径向永磁轴承外环15的充磁方向分别为向外、向下、向内、向上、向外；轴向永磁轴承外环13的充磁方向分别为向内、向上、向外、向下、向内；内外环充磁极性可以互换。图中箭头指向为永磁体的N极，另一端为S极，或者相反。

上部径向永磁轴承内环10的外圆周面、轴向永磁轴承内环12的外圆周面、下部径向永磁轴承内环14的外圆周面以及上部径向永磁轴承外环11、轴向永磁轴承外环13、下部径向永磁轴承外环15的内圆周面均为Halbach阵列的磁场加强面。而上部径向永磁轴承内环10的内圆周面、轴向永磁轴承内环12的内圆周面、下部径向永磁轴承内环14的内圆周面以及上部径向永磁轴承外环11的外圆周面、轴向永磁轴承外环13的外圆周面、下部径向永磁轴承外环15的的外圆周面均为Halbach阵列的磁场消弱面。

轴向永磁轴承内环12和轴向永磁轴承外环13的磁中心轴向位置靠近飞轮轴1的质心。

本发明一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，其本质是利用径向磁轴承的向上浮力与轴向磁轴承的吸力构成转子在轴向的稳定浮起，使得转子无论是在静止状态还是旋转状态均可以在轴向自由悬浮。机械轴承对转子的径向支撑在陀螺效应起主要作用后解除，形成了转子系统的动态全永磁悬浮运转。

本发明的工作原理及过程是：

上部径向永磁轴承内环和上部径向永磁轴承外环、下部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承外环构成具有径向对中能力的斥力型径向轴承，磁力在径向为正刚度。

径向永磁轴承的磁力大小根据永磁轴承设计方案适当选定，应满足永磁轴承形成垂直向上的浮力与轴向永磁轴承内环浮力一起使转子系统在轴向稳定浮起，并留有磁钢自然退磁的余量。储能飞轮在静止状态时，储能飞轮在径向的位置不稳定，由机械轴承将飞轮轴1定位到旋转中心轴线上， 但是飞轮轴与机械轴承的内环之间有配合间隙。当电机/发电机（未图示）拖动转子旋转时，飞轮轴带动机械轴承内套旋转。达到转子系统的临界转速时，与机械轴承相连接的挤压膜阻尼器发挥作用，保证储能飞轮穿越临界速度共振区。储能飞轮逐渐升速达到“陀螺效应接管区间”后，飞轮轴与机械轴承的内环脱离接触，形成完全由永磁轴承悬浮支撑的无轴承磨耗运行状态，直至转子的工作转速并投入储能运行。

当需要输出电能时，储能飞轮接入负载，电动机转变为发电机，储能飞轮向外输出能量。当储能飞轮的转速达到限定速度下限时，发电机转变为电动机拖动转子升速到工作转速。重复以上过程，实现储能飞轮的连续工作。

由于飞轮轴和储能飞轮加工精度与动平衡的原因，飞轮轴和储能飞轮的惯性主轴与轴承支撑系统的旋转轴线并不重合，由此偏心距形成了对飞轮轴和储能飞轮的干扰离心力，导致飞轮轴和储能飞轮出现进动。由于上、下径向永磁轴承内环和上、下径向永磁轴承外环构成的径向永磁轴承的径向恢复力是正刚度，其上、下径向永磁轴承磁阵列（图1为外环，图2为内环）与上、下挤压膜阻尼器相连接，设计匹配性能良好的阻尼器，能够抑制转子系统出现的进动现象，保持转子系统的稳定运转。

图1与图2技术方案的特点说明：

图1技术方案的飞轮加工工艺简单，机械制造成本低，且磁钢的安装较为容易。但是由于高速旋转形成的离心力作用在磁钢内环上，有可能导致磁钢内环破碎，在实际应用中需要对内环磁钢加装强度足够的保护套。由于保护套的厚度增大了磁轴承的间隙，导致磁轴承间隙中的磁场强度下降，降低了磁钢的利用率。

图2的技术方案则利用飞轮本体材料为磁轴承的旋转部件提供强度保护，免去了保护套的设置。与图1方案相比减小了磁轴承的间隙，提高了磁钢的利用率，对重型转子的浮起较为有利。但是增加了静止套筒支撑件，并且飞轮结构与图1方案相比变得复杂，增加了制造成本。

本发明具有以下特点：

（i）设置具有脱离功能的径向机械定位轴承

本发明的上部机械轴承和下部机械轴承具有径向定位作用，与常规的着陆保护轴承具有本质上的区别，上部机械轴承和下部机械轴承只是保证转子系统在静态和启动时将飞轮轴定位在几何中心旋转轴线上，使转子系统持续升速，直至飞轮轴越过低频临界转速。由于飞轮轴在磁轴承的磁中心线上受力甚微，上部机械轴承和下部机械轴承的载荷微小，对其载荷要求也就很小。这与在工作转速下遇到突发事故，转子系统需要紧急着陆的超高速、耐高温、耐冲击、高可靠性的、轴向和径向组合功能着陆轴承相比，只需使用低速径向轴承即可，大大降低了对机械轴承的要求，也降低了成本。使用径向低速机械轴承也为储能飞轮的研发提供了可靠的途径。由于机械轴承与挤压膜阻尼器相连接，设计匹配性能优良的挤压膜阻尼器可以保证转子系统的稳定升速，直至转子的陀螺效应克服了径向不稳定因素，开始主导转子系统的稳定作用并逐渐脱离机械轴承的支撑。径向磁轴承不能实现转子的径向稳定，但是其提供的径向恢复力，有助于陀螺效应提前接管稳定主导作用。转子的转速达到陀螺效应起主导作用的区域后，机械轴承不再参与运行，实现了无接触旋转，可稳定升速到工作转速。转子系统在投入储能应用后，也就实现了轴承零磨耗运行。由于是全磁悬浮运行，轴承系统无需维护，极大地提升了储能飞轮的效率与寿命。

但是在另一个方面，由于机械轴承的限制，转子系统在投入储能应用时，其降速区间不可低于陀螺效应起稳定主导作用的“接管速度区间”。

（ⅱ）引入单一径向功能的电磁轴承

轴向永磁稳定浮起的转子系统不需要重载轴向浮起功能的电磁轴承，简化了电磁轴承的要求，只需引入单一径向功能的电磁轴承。径向电磁轴承保持转子在静态与升速区间的径向稳定，当转子速度达到工作转速后可以实现零功率运行，降低了电磁轴承的运行功耗。单一径向功能电磁轴承的应用也降低了电磁轴承的成本与复杂程度，提升了电磁悬浮储能飞轮的市场竞争力。

（ⅲ）Halbach阵列永磁轴承的组合

本发明利用Halbach阵列永磁轴承的组合解决了重型转子的轴向稳定浮起问题， Halbach 阵列具有单向磁场加强，另一方向磁场趋近于零的特点在转子系统有限的空间内构建了双Halbach 阵列磁轴承，根据排列方式的不同，二个独立的磁场加强面相对时可以产生强大的斥力、吸力或是剪切力。与常规简单的两极相对磁钢相比，一个五单元双Halbach 阵列的单位体积磁钢可以提供大于其3倍的磁力。

Claims (7)

1.一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，包括飞轮轴（1），在飞轮轴（1）上安装有盘式储能飞轮（2），在飞轮轴（1）的上下两端分别安装有上部机械轴承（3）和下部机械轴承（4），在上部机械轴承（3）的外围安装有上部阻尼器（5），在下部机械轴承（4）的外围安装有下部阻尼器（6），其特征在于：所述盘式储能飞轮（2）与上部机械轴承（3）之间的飞轮轴（1）上安装有上部径向永磁轴承内环（10），盘式储能飞轮（2）与下部机械轴承（4）之间的飞轮轴（1）上安装有下部径向永磁轴承内环（14），上部径向阻尼器（8）和下部径向阻尼器（9）分别固定于与上部径向永磁轴承内环（10）和下部径向永磁轴承内环（14）相对应的真空容器内壁上，上部径向阻尼器（8）和下部径向阻尼器（9）内侧分别安装有上部径向永磁轴承外环（11）和下部径向永磁轴承外环（15）；盘式储能飞轮（2）与下部径向永磁轴承内环（14）之间的飞轮轴（1）上安装有轴向永磁轴承内环（12），在真空容器内壁上对应轴向永磁轴承内环（12）的位置设置有轴向永磁轴承外环（13）；所述的上部径向永磁轴承内环（10）、上部径向永磁轴承外环（11）、轴向永磁轴承内环（12）、轴向永磁轴承外环（13）、下部径向永磁轴承内环（14）和下部径向永磁轴承外环（15）均是由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列。

2.根据权利要求1所述的一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，其特征在于：所述的上部机械轴承（3）和下部机械轴承（4）均为具有脱离功能的机械轴承；上部阻尼器（5）、下部阻尼器（6）、上部径向阻尼器（8）和下部径向阻尼器（9）均为挤压膜阻尼器。

3.根据权利要求1所述的一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，其特征在于：所述的上部径向永磁轴承外环（11）的上端面比上部径向永磁轴承内环（10）的上端面低δmm、下部径向永磁轴承外环（15）的上端面比下部径向永磁轴承内环（14）的上端面低δmm。

4.一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，包括飞轮轴（1），在飞轮轴（1）上安装有筒式储能飞轮（2’），在飞轮轴（1）的上下两端分别安装有上部机械轴承（3）和下部机械轴承（4），在上部机械轴承（3）的外围安装有上部阻尼器（5），在下部机械轴承（4）的外围安装有下部阻尼器（6），其特征在于：所述飞轮轴（1）的圆周外侧、筒式储能飞轮（2’）内设置有静止的支撑套筒（7），在支撑套筒（7）的上下两端的环形槽内分别安装有上部径向阻尼器（8）和下部径向阻尼器（9），在上部径向阻尼器（8）的外围安装有上部径向永磁轴承内环（10），在下部径向阻尼器（9）的外围安装有下部径向永磁轴承内环（14），在支撑套筒（7）的外围、上部径向永磁轴承内环（10）和下部径向永磁轴承内环（14）之间安装有轴向永磁轴承内环（12），在筒式储能飞轮（2’）内圆壁的上下两端、对应上部径向永磁轴承内环（10）以及下部径向永磁轴承内环（14）的位置分别设置有上部径向永磁轴承外环（11）和下部径向永磁轴承外环（15），在筒式储能飞轮（2’）内圆壁的中部、对应轴向永磁轴承内环（12）的位置设置有轴向永磁轴承外环（13）；所述的上部径向永磁轴承内环（10）、上部径向永磁轴承外环（11）、轴向永磁轴承内环（12）、轴向永磁轴承外环（13）、下部径向永磁轴承内环（14）和下部径向永磁轴承外环（15）均是由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列。

5.根据权利要求4所述的一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，其特征在于：所述的筒式储能飞轮（2’）为上端封闭、下端开口的圆筒形。

6.根据权利要求4所述的一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，其特征在于：所述的上部机械轴承（3）和下部机械轴承（4）均为具有脱离功能的机械轴承；上部阻尼器（5）、下部阻尼器（6）、上部径向阻尼器（8）和下部径向阻尼器（9）均为挤压膜阻尼器。

7.根据权利要求4所述的一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统，其特征在于：所述的上部径向永磁轴承外环（11）的上端面比上部径向永磁轴承内环（10）的上端面高δmm、下部径向永磁轴承外环（15）的上端面比下部径向永磁轴承内环（14）的上端面高δmm。