CN106230210A - H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机 - Google Patents

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张国胜
王超
吴迪
陈彥国
李琳
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Abstract

本发明提供一种H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，采用上下及内外均为双转子结构，其中内、外层转子均为单边聚磁型结构，外转子为外侧聚磁型结构，以保证外层永磁体磁场不影响内层铁心结构，内转子为内侧聚磁型结构，以保证内层永磁体磁场不影响外层铁心结构，由此内(外)层铁心并不需要为外(内)层永磁体磁场而增加厚度。本发明节省空间的同时又减小铁心损耗，提高系统效率。通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度。此外，上下双层结构可以实现电机结构热备份，具有容错能力。

Description

H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机
技术领域
本发明涉及一种动发一体机，尤其涉及一种H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机。
背景技术
飞轮储能系统用动发一体机主要电机结构有两类：一是传统电机结构，二是双转子电机结构。文献《一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究》首先分析了横向磁场电机实现转矩提升的基本原理，并在总结各种横向磁场电机拓扑结构特点的基础上，设计了一种新型组合定子双边聚磁式横向磁场永磁电机。介绍了样机的结构特点，采用三维等效磁网络法进行了样机磁场分析，并给出了样机气隙磁密的三维分布图以及电磁转矩计算结果等，样机试验与计算结果基本吻合。均无法实现结构热备份，且转矩密度和功率密度低。本发明提出一种具有H型铁心结构的动发一体机，H型铁心为内外双层结构，内、外侧磁场均为单边聚磁型。H型铁心上下也为双层结构，可实现热备份结构，具有容错功能，整机安全性得到大幅提高。由于采用H型铁心结构，通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度及单位质量密度，降低了飞轮储能系统的整体质量，提升储能密度。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，具有高可靠性，高储能密度，高转矩密度，具有容错能力的显著优点。采用H型铁心双侧单边聚磁型结构可大幅提升飞轮储能系统动发一体机的工作效率和可靠性。
本发明的目的是这样实现的：包括电机外壁2、设置在电机外壁2两端的电机上端盖3和电机下端盖8、通过轴承6安装在电机上端盖3和电机下端盖8之间的轴5、H型内层铁心12、H型外层铁心9，H型内层铁心12与H型外层铁心9的竖直段均与轴5的轴线平行、连接竖直段的中间段与轴5的轴线垂直，H型内层铁心12通过内侧的竖直段设置在轴5上，H型内层铁心12的外侧竖直段与H型外层铁心9的内侧的竖直段通过连接件连接，且连接件所在的位置与两个铁心的中间段的位置对应，H型内层铁心12的外侧竖直段上、H型外层铁心9的内侧竖直段上分别设置有内层磁钢11和外层磁钢10，沿着电机上端盖3和电机下端盖8周向分别设置有绕组骨架7，绕组骨架7上设置有绕组14，且绕组14位于内层磁钢11和外层磁钢10之间。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.内层磁钢11和外层磁钢10均由16块小磁钢组成，且16块小磁钢以每极4块的数量进行空间交替排布，且相邻小磁钢的磁化方向相差90度。
2.绕组骨架7通过铆钉4安装在对应的电机端盖上。
3.在内层磁钢11上还设置有磁钢保护套13。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明外转子磁钢所产生的磁力线绝大部分分布在其外侧，而内侧的漏磁场相对较小；外内转子铁心几乎不受内外转子磁钢产生的磁场的影响，所以不需要增加铁心厚度，节省空间的同时降低铁心损耗；H型铁心为内外双层结构，磁场强度得到提升；H型铁心上下也为双层结构，可实现热备份结构，具有容错功能，整机安全性得到大幅提高；由于采用H型铁心结构，通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度及单位质量密度，降低了飞轮储能系统的整体质量，提升储能密度。采用H型单边聚磁型热备份结构代替传统电机结构，在储能飞轮系统运行中，实现冗余设计，系统运行可靠性显著提高。
本发明采用热备份转子结构代替传统转子结构，实现容错设计，系统安全性得到提升。外层磁钢如图2所示排列后，可实现磁场的外封闭式运行。内层磁钢如图2排列后，可实现磁场的内封闭式运行。内层转子铁心与内转子磁钢通过粘结的方式固定，另外在内转子磁钢的外侧加不锈钢保护套，并且以过盈方式配合，以防止高速运行过程，内转子永磁体受离心力而外甩。外转子磁钢采用粘接方式与外层铁心进行固定，在轴向两端安装端盖，可实现磁钢在径向、切向和轴向的限位，保证传动机构的可靠运行。本发明的磁钢排布简单、可靠、工艺简单。
附图说明
图1是本发明主视方向结构示意图；
图2是本发明侧视方向结构示意图。
图中：1：端盖螺钉；2：电机外壁；3：电机上端盖；4：铆钉；5：轴；6：轴承；7：绕组骨架；8：电机下端盖；9：H型外层铁心；10：外层磁钢；11：内层磁钢；12：H型内层铁心；13：磁钢保护套；14：绕组。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明涉及一种新型H型双侧单边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机。该动发一体机采用上下及内外均为双转子结构，其中内、外层转子均为单边聚磁型结构，外转子为外侧聚磁型结构，以保证外层永磁体磁场不影响内层铁心结构，内转子为内侧聚磁型结构，以保证内层永磁体磁场不影响外层铁心结构，由此内(外)层铁心并不需要为外(内)层永磁体磁场而增加厚度。节省空间的同时又减小铁心损耗，提高系统效率。通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度。此外，上下双层结构可以实现电机结构热备份，具有容错能力。
结合图1和图2，本发明包括电机外壁2、设置在电机外壁2两端的电机上端盖3和电机下端盖8、通过轴承6安装在电机上端盖3和电机下端盖8之间的轴5、H型内层铁心12、H型外层铁心9，H型内层铁心12与H型外层铁心9的竖直段均与轴5的轴线平行、连接竖直段的中间段与轴5的轴线垂直，H型内层铁心12通过内侧的竖直段设置在轴5上，H型内层铁心12的外侧竖直段与H型外层铁心9的内侧的竖直段通过连接件连接，且连接件所在的位置与两个铁心的中间段的位置对应，H型内层铁心12的外侧竖直段上、H型外层铁心9的内侧竖直段上分别设置有内层磁钢11和外层磁钢10，沿着电机上端盖3和电机下端盖8周向分别设置有绕组骨架7，绕组骨架7上设置有绕组14，且绕组14位于内层磁钢11和外层磁钢10之间。内层磁钢11和外层磁钢10均由16块小磁钢组成，且16块小磁钢以每极4块的数量进行空间交替排布，且相邻小磁钢的磁化方向相差90度。绕组骨架7通过铆钉4安装在对应的电机端盖上。在内层磁钢11上还设置有磁钢保护套13。
电机外壁2与两个端盖3和8通过端盖螺钉1连接在一起。
H型内层铁心12采用不导磁结构钢材料。内层磁钢(内转子磁钢)11，每极分为4块，按照如图2所示充磁方向进行充磁，保证相邻磁钢的磁化方向相差90度。内转子磁钢通过粘结方式与内转子铁心紧密配合，另外在内转子磁钢的外侧加不锈钢保护套，并且以过盈方式配合，以防止高速运行过程，内转子永磁体受离心力而外甩。H型外层铁心9，采用耐腐蚀不导磁结构钢材料。外层磁钢(外转子磁钢)10，按照图2所示充磁方向进行充磁，保证相邻磁钢的磁化方向相差90度。外转子磁钢极弧系数为1，通过粘结方式可以与外转子铁心紧密配合，起到径向和切向限位作用。在外层磁钢10与H型外层铁心9通过粘结进行径向固定以后，可由两端的端盖固定，由此限制外层磁钢10的轴向位移。
其中内、外层铁心(转子)均为单边聚磁型结构，外转子为外侧聚磁型结构，以保证外层永磁体磁场不影响内层铁心结构，内转子为内侧聚磁型结构，以保证内层永磁体磁场不影响外层铁心结构，由此内(外)层铁心并不需要为外(内)层永磁体磁场而增加厚度。节省空间的同时又减小铁心损耗，提高系统效率。H型铁心上下也为双层结构，可实现热备份结构，具有容错功能，整机安全性得到大幅提高。由于采用H型铁心结构，通过提高定子绕组的利用率以节省空间，并大幅提升转矩密度及单位质量密度，降低了飞轮储能系统的整体质量，提升储能密度。
H型内层铁心12与内层磁钢通过粘结的方式固定，另外在内层磁钢的外侧加不锈钢保护套，并且以过盈方式配合，以防止高速运行过程，内转子永磁体受离心力而外甩。H型外层铁心9与外层永磁体之间通过粘结方式固定，外层磁钢以每极4块的数量进行空间排布，其排布规律如图2所示，通过上下端盖对外转子磁钢轴向进行固定。按照图2中的磁钢排布方式，可以实现外转子磁场的外封闭分布，其磁力线均分布在外转子的外侧，内转子磁场则内封闭分布，其磁力线均分布在内转子内侧，提高了转矩密度，并取消了传统轭部导磁回路，实现降低漏磁的目的。

Claims (5)

1.H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，其特征在于：包括电机外壁(2)、设置在电机外壁(2)两端的电机上端盖(3)和电机下端盖(8)、通过轴承(6)安装在电机上端盖(3)和电机下端盖(8)之间的轴(5)、H型内层铁心(12)、H型外层铁心(9)，H型内层铁心(12)与H型外层铁心(9)的竖直段均与轴(5)的轴线平行、连接竖直段的中间段与轴(5)的轴线垂直，H型内层铁心(12)通过内侧的竖直段设置在轴(5)上，H型内层铁心(12)的外侧竖直段与H型外层铁心(9)的内侧的竖直段通过连接件连接，且连接件所在的位置与两个铁心的中间段的位置对应，H型内层铁心(12)的外侧竖直段上、H型外层铁心(9)的内侧竖直段上分别设置有内层磁钢(11)和外层磁钢(10)，沿着电机上端盖(3)和电机下端盖(8)周向分别设置有绕组骨架(7)，绕组骨架(7)上设置有绕组(14)，且绕组(14)位于内层磁钢(11)和外层磁钢(10)之间。
2.根据权利要求1所述的H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，其特征在于：内层磁钢(11)和外层磁钢(10)均由16块小磁钢组成，且16块小磁钢以每极4块的数量进行空间交替排布，且相邻小磁钢的磁化方向相差90度。
3.根据权利要求1或2所述的H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，其特征在于：绕组骨架(7)通过铆钉(4)安装在对应的电机端盖上。
4.根据权利要求1或2所述的H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，其特征在于：在内层磁钢(11)上还设置有磁钢保护套(13)。
5.根据权利要求3所述的H型双边聚磁型热备份飞轮储能用动发一体机，其特征在于：在内层磁钢(11)上还设置有磁钢保护套(13)。
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