CN109312779A - 旋转质量能量存储器 - Google Patents

Abstract

一种旋转质量能量存储器包括转子(10)，其包含导体(6)、(7)、(18)、(17)和磁体布置(11)。所述旋转质量关于旋转轴线对称且是中空的具有腔室(24)，其中电定子(12)位于所述腔室中。所述能量存储器的所有组件被封装在壳体(1)中，所述壳体(1)具有用于真空泵和/或密封件的配件/连接件(2)，以及用于使导电线穿过的线连接密封件(3)。所述转子(10)为轴向和径向永磁悬浮的。电能是作为动能在旋转质量(也称为所述转子(10))中进行交换和存储的。

Description

旋转质量能量存储器

技术领域

本发明涉及一种旋转质量能量存储器。

背景技术

能量需要进行存储，使得其能够在比即刻产生能量的时间更稍后的时间进行使用。能够以不同的方式存储能量。使用化学品来存储潜在能量的能量存储器在对其进行处理或回收时对环境有害。为了克服这个问题，本发明提出了在不使用化学品或危险材料的情况下的动能存储器。本发明借助于旋转质量(也称为转子)来在动力学上存储能量。

本发明消除了在现有旋转能量存储器设计中的一些组件，这减少了材料使用并增加了能量和功率密度。利用材料的自然特性来形成更有效且高效的能量存储器，其不会损害环境。

发明内容

根据本发明，提供了一种旋转能量存储器，其包括永磁悬浮转子。

在一个实施例中，永磁悬浮转子是集成马达-发电机单元的一部分。

在一个实施例中，永磁悬浮系统包括径向永磁轴承。

在一个实施例中，永磁悬浮系统包括轴向永磁轴承。

在一个实施例中，径向永磁轴承为电动轴承。

在一个实施例中，轴向永磁轴承使用海尔贝克阵列磁体布置以产生悬浮力。

在一个实施例中，转子在密封的壳体中。密封壳体可以具有连接的真空泵以形成用于使转子在其中旋转的真空环境。

在一个实施例中，壳体固定下列中的一个或多个(例如，两个或更多个或所有)：马达-发电机单元的定子；径向电动轴承的磁体；以及轴向永磁轴承。

在一个实施例中，定子位于两个轴向永磁轴承之间的等距离处。

在一个实施例中，转子为中空体(例如，中空的对称体)。

在一个实施例中，中空体在其壁内包含形成马达-发电机单元的一部分的嵌入磁体。

在一个实施例中，中空体包含形成完全径向电动轴承的一部分和/或完全轴向永磁轴承的一部分的嵌入导体。

在一个实施例中，嵌入转子中的磁体围绕定子旋转，且还位于两个轴向永磁轴承之间的等距离处。

在一个实施例中，用于径向电动轴承的导体定位成使得导体与径向轴承磁体相对齐(例如，因此在壁内的导体围绕由壳体固定的径向轴承磁体旋转)。

在一个实施例中，用于轴向永磁轴承的导体定位成使得导体在转子的开放端嵌入转子中，因此布置序列为具有嵌入导体的转子、间隙以及通过壳体固定在位的轴向永磁体布置。该序列可以改变方向，但保持与将在转子的两端的布置相同的顺序。

在一个实施例中，本发明的旋转能量存储器具有轴向和径向磁悬浮的转子。

转子可以具有轴向和径向对称的中空结构，其大部分质量位于其圆周上并在其壁内包含磁体和导体。在一个实施例中，在转子壁内的这些磁体为集成马达-发电机单元的一部分，其中转子由于感应而被迫使围绕电定子旋转。

在转子的壁内的磁体可以具有极化序列，其形成海尔贝克阵列，该阵列在定子所在的转子的内腔中产生增强磁场。集成马达-发电机单元表示马达-发电机不是与转子分离的部件，且转子用于作为马达-发电机单元的一部分。

在一个实施例中，转子由复合材料制成。

在一个实施例中，电定子为静态的。定子可以具有多个极，其是几何形状的延伸部分且是径向等间隔的。每个极可以持有线圈绕组。线圈绕组是导电线多次缠绕在极的主体周围处。每个线圈绕组具有“尾部”，其为线圈开始处且为线圈结束处。当电流通过线圈绕组的导线和通过感应进行传导时，转子被迫围绕定子旋转。根据电流的方向，转子将被迫相对于先前的运动来旋转得更快或相对于先前的运动来旋转得更慢。当电流从线圈模组线引出而离开能量存储器时，转子将减速。当电流被施加至线而进入能量存储器中时，转子将旋转得更快。

在一个实施例中，定子由铁制成。在一个实施例中，导电线由铜制成。

在一个实施例中，壳体结构封装能量存储器的所有移动部件。壳体可以具有能够连接真空泵和/或真空系统和/或真空密封件的配件，以使得能够在壳体腔室内创建真空或低压环境。

壳体可以固定径向电动轴承的磁体和铁极靴以及轴向永磁轴承的磁体的位置，这可以借助于优选地由非传导材料制成的支架或类似的固定件来实现。

在一个实施例中，线圈绕组的尾部延伸至壳体并通过密封件，使得能够向和从能量存储器交换电流，而不发生空气泄露。

在一个实施例中，轴向和径向悬浮磁轴承都是永磁轴承。

在一个实施例中，径向磁轴承防止围绕旋转轴线的回旋以及能量存储器的固定部件和移动部件之间的接触。在一个实施例中，径向磁轴承是电动轴承，其包括交替的铁环和环形磁体的中空圆柱形堆叠，堆叠序列是以铁环开始和结束的，这些可称为铁极靴。铁极靴和环形磁体可以具有浅空心圆柱体的几何形状。

在一个实施例中，导体嵌入与电动轴承的位置相对齐的转子的壁内，这在导体本身和电动轴承之间产生排斥力，使得转子悬浮和稳定。由于电动轴承位于接近转子端部处，用于电动轴承的导体将位于转子的壁内，以使得其与电动轴承对齐。每个电动轴承可以具有至少一个导体，其嵌在转子的壁内。

在一个实施例中，轴向磁轴承防止转子的触地。触地发生在失去悬浮且转子下落(可能在旋转时的)并撞击能量存储器的静态部分的地方。在一个实施例上，轴向磁轴承为形成环形的永久极化磁体段的布置。极化磁体的序列可以是海尔贝克阵列的形式，其中增强场为转子所在的地方，其中导体嵌在转子壁内。在嵌在转子壁内的导体和极化磁体的布置之间产生排斥力。由于轴向磁轴承位于转子长度的末端，转子壁内的导体将位于接近转子端部处。导体能够采用圆环或线圈或两者的组合的形式，且导体能够由一个以上的片制成。

海尔贝克阵列是具有特定极化图案的一系列的磁体。该序列为横向和纵向交替极化的磁体的序列。然而，纵向极化的磁体交替地改变极性。横向极化的磁体也交替地改变极性。因此，基本序列为四个磁体长，且该序列重复。该序列能够形成为几何形状，但却保留了相对序列/图案。

具体实施方式

现在将仅作为实例的且参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了海尔贝克阵列序列，其中5是增强的磁场，2和4是在方向上交替的纵向极化磁体，且3和1是在方向上交替的横向极化磁体。磁体的尺寸相等。

图2示出了电动轴承的横截面，其提供了径向稳定性和悬浮性。其还示出了交互导体和固定轴/支架，如从其中心切成两半的一样。1为环形的铁极靴，2为环形磁体，3为附接至壳体或为壳体的一部分的固定轴，4为嵌在转子壁内的导体，5为转子。

图3A-3B示出了轴向永磁轴承，其中其交互导体和固定方法被示为像通过其中心切成两半的一样。在图3A中，示出了轴向永磁轴承和固定方法的横截面，其中5为用于包括小的环形磁体段的磁体环的横截面，6为部分包围包括磁体段的轴向永磁轴承的壳体的一部分，7为附接至致使固定其他组件的壳体或为壳体的一部分的轴，4为能够是滑梯或线圈形的圆环导体，且8为转子壁。壳体部分6具有部分地封装轴向永磁轴承5的几何形状，7为能够是致使固定电动轴承和定子的6的相同本体的一部分的截面。圆环导体4嵌在转子壁8内。包括嵌入的圆环导体4的转子8围绕通过6固定在位的轴向永磁轴承5悬浮。

图3B示出了(5，图3A)的轴向永磁轴承的俯视图。形成“环”的段被示为具有其极化方向。每个替代的磁体为切向极化的，且互为彼此的磁体向纸内或向纸外极化，其被分别标记为2和1。切向极化的磁体3在切线方向上交替。将极化方向为朝向纸内的磁体标记为2。将极化方向为朝向纸外的磁体标记为1。

图3C示出了圆环导体4的俯视图。

图4A表示具有其嵌入的磁体和导体的转子。圆环导体1和径向导体2嵌在转子壁3内，转子磁体4嵌在转子壁内靠近电定子将被定位的转子腔室5的内表面处。

图4B示出了转子磁体的俯视图及其极化方向。极化图案包括切向极化的磁体和径向极化的磁体。该图案在切向和径向极化的磁体之间交替，且这些磁体也交替。1和2均为径向极化的，但却在相反的方向上，其中1朝向环的圆周进行极化，且2朝向环的中心进行极化。3和4均为切向极化的磁体，但却在相反的方向上进行极化。基本序列包括1、2、3和4，其重复以形成该图案。磁体的极化图案在标记为5的环的内部创建增强磁体。

图5A示出了电定子的俯视图。1为极头，2为导电线，3为极片，且4为定子芯。定子具有一个以上的极，通常为五个或六个。极为围绕定子芯4等间隔的。每个极片3具有极头1，导线2在极片3的周围缠绕至少一个完整的圈，但却能够具有多圈。

图5B示出了导线(图5A的2)是如何围绕极片(图5A的3)进行缠绕的。在图5B中，1为极头，4为极片，且2和3示出线圈的“尾部”。线圈尾部2和3为导线的延伸部，其从线圈开始以及线圈结束处延伸，换句话说，从线圈通往线圈并离开极片处延伸。

图5C示出了极片(图5A的3)以及导线(图5A的2)是如何围绕其缠绕的。在图5C中，1为极头，4为极片，且2和3为线圈的“尾部”。导线围绕极片4缠绕两个完整的圈并以线圈尾部的延伸部3离开极片。

图6示出了具有其组件中的大部分的旋转能量存储器。

1为壳体，其能够具有能够与真空泵和/或能够在壳体14的腔室内创建真空环境的密封件连接的配件或连接件2。

壳体1还具有至少一个密封件，其使线通过壳体且不允许至或从能量存储器发生空气泄露。该图示出了具有两个线密封件3和15的壳体。

壳体1具有腔室14，其中组件中的大部分在其中且在其中创建了真空环境。

壳体1具有带有通道4的通过其中心的轴22，且两个线密封件3和15位于轴的任一端。

轴22具有额外的小通道13和21，其允许(图5B的2和3)的线圈尾部从定子12的极穿过至轴22的中心通道4，且至线密封件3和15，其随后离开能量存储器以进行能量交换。

轴22将定子12固定在位。

定子12位于壳体1内的轴22上，以使得其位于与任一轴向磁轴承等距处。

壳体1借助于壳体的几何形状来固定轴向磁体轴承环5和16的位置。

转子1在轴向磁体5和16之间且围绕电动轴承地围绕轴22悬浮在壳体腔室14内，该转子10包括多个铁极靴8和19以及多个环形磁体9和20，其交替地堆叠且在图2中已进行了说明。电动轴承在轴22上被固定在位。

转子10具有嵌在其壁内的组件。转子10具有“开放”端部，以使得其能够围绕由轴固定的电动轴承旋转。两个圆环导体6和17在转子10末端嵌在转子壁内。两个导体7和18嵌在转子壁内以用于每个径向电动轴承，且嵌入以使得其与电动轴承相对齐。转子10还具有在接近转子腔室24的内表面处嵌在其主体内的磁体11。转子磁体11被定位成使得其与定子12相对齐以便进行交互。

Claims (11)

1.一种旋转能量存储器，其至少包括永磁悬浮转子。

2.根据权利要求1所述的旋转能量存储器，其中所述永磁悬浮转子是集成马达-发电机单元的一部分。

3.根据权利要求2所述的旋转能量存储器，其中所述永磁悬浮系统包括径向永磁轴承和轴向永磁轴承。

4.根据权利要求3所述的旋转能量存储器，其中所述径向永磁轴承为电动轴承，且所述轴向永磁轴承使用海尔贝克阵列磁体布置以产生悬浮力。

5.根据权利要求4所述的旋转能量存储器，其中所述转子处于密封壳体中，其能够具有连接的真空泵来形成用于使所述转子在其中旋转的真空环境。

6.根据权利要求5所述的旋转能量存储器，其中所述壳体固定所述马达-发电机单元的定子以及所述径向电动轴承和所述轴向永磁轴承的磁体。

7.根据权利要求6所述的旋转能量存储器，其中所述定子位于两个轴向永磁轴承之间的等距离处。

8.根据权利要求7所述的旋转能量存储器，其中所述转子为中空的对称体，其在其壁内包含形成所述马达-发电机单元的一部分的嵌入磁体，且还包含形成完全径向电动轴承的一部分和完全轴向永磁轴承的一部分的嵌入导体。

9.根据权利要求8所述的旋转能量存储器，其中嵌入所述转子中的所述磁体围绕所述定子旋转，且还位于两个轴向永磁轴承之间的等距离处。

10.根据权利要求9所述的旋转能量存储器，其中用于所述径向电动轴承的所述导体定位成使得所述导体与所述径向轴承磁体相对齐，因此在所述壁内的所述导体围绕由所述壳体固定的所述径向轴承磁体旋转。

11.根据权利要求10所述的旋转能量存储器，其中用于所述轴向永磁轴承的所述导体定位成使得所述导体在所述转子的开放端处嵌入所述转子中，因此所述布置序列为具有嵌入导体的转子、间隙以及通过所述壳体固定在位的所述轴向永磁体布置。