CN109417356A - 使用磁斥力的静电发电机系统 - Google Patents

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Abstract

描述了作为示例应用于储能飞轮的鲁棒的静电(ES)设备实施例，其在存在热和机械扰动以及地震事件的情况下提供可靠、高效的操作。静电发电机和马达在利用磁轴承、无源三维稳定技术和动态触底轴承而增强时，使得能够在面对这些环境问题时的鲁棒的性能，并在典型的操作顺序(包括起旋和稳态模式)期间的有效运行。

Description

使用磁斥力的静电发电机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月5日提交的U.S.S.N.15/202,446的优先权并要求其权益，其通过引用合并在本文中。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
美国政府根据美国能源部与劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司之间的针对劳伦斯利弗莫尔国家实验室的运作的编号为DE-AC52-07NA27344的合同，拥有本发明中的权利。
背景
【技术领域】
本技术涉及静电发电机，并且更具体地，其涉及用于维持静电发电机的飞轮转子的定子电极与旋转电极之间的间隙的系统。本技术涉及一种用于基于飞轮的储能模块的静电发电机电极定心和隔震系统。
【背景技术】
在基于飞轮的储能模块的设计中，存在必须考虑的关键机械和结构要求以实现面对环境问题的操作。环境问题的示例包括热和机械扰动，以及地震事件。因此，利用无源磁轴承和稳定技术而增强的鲁棒的设备设计对于成功实施下一代实用静电(ES)发电机和马达至关重要。
作为示例，大容量基于ES的储能系统可以受益于磁性轴承和悬浮技术的使用，在本文中描述了其实施例。这些马达和发电机必须在高旋转速度下运行，同时在系统的设置、初始起旋和稳态操作期间保持严格的尺寸容差。附加地，必须在存在环境扰动的情况下保持这些临界容差，包括冲击加速度，诸如由地震活动引起的冲击加速度。
如现有技术中所描述的静电(ES)发电机/马达可以采用发电机或马达模式而操作。这种设备在无数的商业和国防用途当中可应用于用于大容量储能的飞轮。一般地，静电发电机/马达牵涉使用旋转和静止元件的组件，这些元件一起包括容电器(或电容器)，其电容随着旋转元件相对于固定元件的运动而周期性地变化。
在图1A(顶视图)中和图1B(侧视图)中示出了现有技术中的ES设备的示例。在本发明人的发布的专利中描述了该现有技术(美国专利No.7,834,513B2，“Electrostaticgenerator/motor having rotors of varying thickness and a central statorelectrically connected together into two groups”)。
现在翻到图1A，描绘了扇形静止元件100的圆形阵列。在该静止元件阵列(称为“定子”)下方是类似的圆形元件阵列，其被允许围绕垂直轴线旋转(称为“转子”)。图1B示出了整个ES结构的横截面侧视图，其示出了由一组两个转子106组成的实施例，其中每个相应的转子还包括扇形元件的圆形阵列。每个相应的转子板通过相对的扇形元件的静止阵列而绑定在每个圆形表面上。在第一转子106的情况下，一对这样的定子盘100和104；以及在第二转子106的情况下，第二对定子盘104和102。允许转子板围绕与固定的板的平面正交定向的轴线旋转，如图1A中所示。
如图1B所示，该设备结构中的转子106包括一组环形的扇形分段的元件，其中每个这样的元件的厚度大于盘的基本基板。一般地，转子的厚扇形部分元件可由金属(导电)材料、介电材料或其组合组成。包括相对的静止的板的每对固定的扇形元件形成固定间隙g的电容器，在固定间隙之间中每个相应的转子旋转。转子盘由交替的凸起和基线区域的分段的“平台”或“岛”组成。这些分段的岛的高度将造成跨相对的定子板对的电容上的伴随的变化。当转子盘绕其轴线旋转时，每对的相对的静止的板之间的电容将周期性地变化。取决于时间的电容由转子与定子盘之间的电容间隙尺寸上的不同而引起。
一般地，转子盘可以由金属和/或介电材料构成，造成在转子的每个扇形段在阵列中的每个相应的对的固定间隔的定子盘之间通过时的取决于时间的电容。我们注意到图1A和1B的基本配置可以归类为平面几何形状，因为有效电容器是经由基于盘的定子和转子的相对的平面表面而形成的。
在另一现有技术的ES设备实施例(未示出)中，定子和转子被配置为围绕公共轴线定向的圆柱形结构的整体。在该第二实施例中，一个(或多个)圆柱形结构围绕共同轴线(转子)旋转，而在不同的半径处的剩余的(多个)圆柱形结构保持静止(定子)。作为该实施例的一个示例，每个圆柱形结构可以由以环形圈布置的小直径轴向金属杆的整体而构成。在这种情况下，有效间隙g将是在整个结构中从一个(或多个)固定定子杆到一个(或多个)旋转转子杆的距离上的取决于时间的差的函数。
在大多数情况下，间隙g很小，典型地在毫米的范围内，从而使电容最大化。此外，在操作期间，间隙g上的改变可能因其总间距的很大一部分而变化。遵循该设计规则，因为ES发电机的存储的电场能量是操作期间最大电容与最小电容之比的函数。
因此，一般地，在系统的设置、初始起旋和稳态操作期间，ES发电机/马达的转子和定子电极之间的间距g必须保持在精密的容差内。进一步重要的是在存在包括冲击加速度的环境扰动的情况下保持这些容差，冲击加速度是诸如由地震活动引起的冲击加速度。
在操作期间，转子可以经历接近105cm/秒的旋转切向速度，同时保持2.5mm量级上的间隙间距g，后者必须保持在几分之一毫米内。本文中描述的本发明提供了能够使ES设备在这些严格的尺寸容差范围内执行的实施例，并且进一步能够在面对现实世界的环境扰动时保持这些关键的尺寸容差。
海尔贝克阵列(Halbach Array)在本领域中是公知的，并且由磁性元件的整体组成，这些磁性元件以线性或圆形阵列的形式布置。图3示出了现有技术的线性海尔贝克阵列300的示例，其由线性序列的磁性元件310组成。当元件310的整体被适当地配置时，得到的磁场分布在阵列的一个表面上方最大，同时在相对的表面上方最小。图4示出了阵列400的经计算的磁场分布，该阵列的配置对应于图3中所示的配置。如图4中所示，磁性元件的这种特定布置造成在一个表面上方增强的磁场强度410；并且伴随地，在相对表面上方减小的磁场强度420。
图5A中示出了现有技术的无源阵列稳定器的示例，其描绘了轴承元件，其中其轴线在垂直方向上。在本发明人的发布专利(美国专利No.5,847,480，“Passive MagneticBearing Element with Minimal Power Losses”)中描述了该现有技术。该子系统采用具有补偿力导数的无源元件，以便在运行期间最小的功率损耗的情况下实现稳定的悬浮。在该示例中，稳定器采用空间周期性磁场，诸如由空间周期性磁阵列(例如，海尔贝克阵列)与电感电路元件组合而产生的，以产生克服来自于其它元件的不稳定力导数的想要的稳定力导数。
现在翻到图5A，空间周期性磁阵列(例如，海尔贝克阵列)510和512通过轴514附接并位于平面电感电路阵列(例如，电感负载电路)516的上方和下方。阵列516由具有带有感应负载519的电路导体518的电感电路组成。一般地，阵列510固定到阵列512并与阵列512间隔开。图5B示出了图5的平面导体阵列516的顶视图和代表性的磁体段515，其中r1和r2对应于环形海尔贝克阵列磁体元件的相应的内半径和外半径。平面导体阵列516在轴向方向上可移动地位于固定阵列510与512之间。
在该系统中，当它们的对称平面对应于磁体之间的中间平面时，通过平面电路的轴向通量被消除，仅当磁体阵列相对于平面电路垂直移位时变为有限的。永磁体元件被布置以便与轴向位置处的外力(即，重力)达到力平衡，该轴向位置对应于其中(相对)旋转的空间上周期性磁体阵列对称地位于平面电路上方和下方(感应电流)的位置。因此该稳定器的电阻功耗将接近于零。
【发明内容】
概要
在下文中，我们通过三个相互关联的子系统的实施来描述能够满足静电发电机基于飞轮的储能模块的关键操作要求的实施例：(1)“间隙控制”子系统，其提供经由基于磁性定心的定子和转子元件的无源轴向定位；(2)“无源阵列稳定器”子系统，其经由海尔贝克磁阵列和感应技术提供无源三维稳定；以及(3)“触底轴承”子系统，其确保设备起旋期间的稳定操作，以及面对瞬态扰动时的不间断设备功能。在下面的示例性实施例中，一齐采用这些技术的ES设备将在现实世界条件下鲁棒地运行，同时在三维中保持严格的容差和稳定性。
【附图说明】
结合到本公开中并形成本公开的一部分的随附的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1A描绘了现有技术的多元件静电马达的顶视图，其由扇形平面电极组成。
图1B描绘了图1A的多元件静电马达的横截面侧视图。
图2示出了利用磁悬浮阵列和磁定心阵列而增强的ES设备的实施例。
图3示出了现有技术的线性海尔贝克磁阵列的示例。
图4示出了来自图3的海尔贝克阵列的得到的磁场分布的计算结果。
图5A描绘了现有技术的基于海尔贝克阵列的轴向稳定器的侧视图，其使用一对盘形海尔贝克阵列而配置，在该对盘形海尔贝克阵列之间是围绕公共轴同轴地配置的电感电路盘。
图5B描绘了图5A的电感电路盘部件的顶视图。
图6示出了利用基于海尔贝克的轴向稳定阵列而增强的图2的ES设备的实施例。
图7示出了触底轴承组件的实施例。
图8描绘了ES设备800的实施例，触底轴承集成到该ES设备800。
【具体实施方式】
图2中示出了本发明的示例性实施例，其描绘了基于飞轮的静电(ES)马达/发电机200。本发明的关键方面涉及在相对于定子电极的精密的容差内保持旋转电极(转子)的定心的方法。在不失一般性的情况下，该实施例中的旋转转子的标称半径大于固定定子的标称半径。在其它实施例中，转子的标称半径可以小于定子的标称半径，在这种情况下，如本文中所讨论的类似的设备增强同样适用。
现在翻到图2，示出了稳定的ES设备200的基本部件。该设备由飞轮转子组件220组成，飞轮转子组件220由多个转子电极元件225组成。另外，该设备由静止的定子组件230组成，静止的定子组件230由多个定子电极元件235组成。转子和定子元件被配置从而它们沿轴向方向彼此交替。
相应的转子和定子元件的径向对准由一对非接触的环形悬浮阵列240保持，其中阵列中的一个阵列固定到转子组件220，并且相对的阵列固定到上支撑结构210上。上悬浮阵列的相应的场磁极被定向从而所述一对环形磁性元件之间的力是吸引力。在这种配置中，径向对准是稳定的，而轴向对准是不稳定的。
通过磁定心阵列250保持相应的转子和定子元件的轴向对准。该无源阵列提供定心力，该定心力作用在相应的支撑结构220与230之间。在该示例中，定心阵列250是以三个环形磁铁阵列的形式的，称为“三重阵列”。该阵列由环形磁体或相对的环形海尔贝克阵列组成，其周期性在径向方向上。包括三重阵列250的相应的元件的磁极被定向，从而在中心元件相对于整体的每个周围元件(即，上部和下部元件)之间形成排斥力。在这种配置中，轴向对准是稳定的，而径向对准是不稳定的。
返回到图2的实施例，包括三重定心阵列的上部和下部阵列从下方刚性地支撑在平面结构215上，平面结构215又由压缩弹簧260和265支撑。平台215还支撑定子组件230，相应的定子电极235附接到该定子组件230。另一方面，三重定心阵列250的中心元件刚性地附接到转子组件220，相应的转子电极235附接到转子组件220。
为了确保平面支撑平台215的运动被约束为纯垂直运动，它配备有一个或多个引导销是和引导套筒218，如图2中所示。基于本公开，用于约束支撑平台的替代部件对于本领域技术人员而言将是明显的。该实施例中还包括压缩弹簧定心元件260和265；以及地震隔离支撑结构205。压缩弹簧260和265的净刚度被选择为远小于定心三重磁体阵列250的有效刚度的净刚度。使用该设计规则，转子电极225和定子电极235的相对轴向定位将保持几乎恒定，即使对于支撑板215与飞轮模块的基板205之间的间隙上的大的(环境引起的)改变而言，也将保持几乎恒等。。
对于该系统而言，作为转子的垂直位置上的改变Δz的函数的定心三重磁体阵列250的间隙Δg(以及因此转子与定子电极之间的间隙)上的改变由等式(1)给出如下：
这里，有效刚度值K分别是组合的压缩弹簧Kspring的有效刚度值，以及下三重环形永磁体阵列Kbrg的有效刚度值。如从等式可以看出的，如果组合的压缩弹簧260和265的刚度远小于下三重磁体阵列250的刚度(即，比值，Kspring/Kbrg<<1)，则来自于三重250的中心磁体相对于上磁体和下磁体的定位的中心性的变量Δg将极大地减小。在这些条件下，E-S发电机转子与定子电极之间的垂直间距g将受到最小的影响，并且因此被更鲁棒性地保持。下面将描述针对整个无源轴承系统的元件的附加的刚度要求。
在图2中所示的类型的无源磁轴承系统的操作中，下磁性轴承组件和上磁性轴承组件的不同之处在于下组件250由三个排斥磁体阵列组成，而上组件240是纯吸引阵列。作为这种情况的结果，下三重轴承组件250在轴向方向上具有正刚度(因此针对轴向位移进行稳定)，并且在径向方向上具有负(不稳定)刚度。相反，上悬浮磁体阵列对240具有相反的特性。也就是说，磁轴承240在径向方向上具有正刚度(稳定)，而在轴向方向上具有负刚度(不稳定)。
取决于相应的上轴承刚度和下轴承刚度的相对幅度，每个相应的悬浮轴承系统将径向上稳定且轴向上不稳定，或反之亦然。这一事实源于所谓的基于恩绍(Earnshaw)定理的不稳定性。根据恩绍定理(当它应用于磁系统时)，任何磁悬浮元件，诸如利用静止与旋转部件之间的静磁力的磁性轴承，不能稳定地存在于抵抗外力的平衡状态中，该外力例如是重力。换句话说，如果这种轴承元件被设计成对径向指向的移位是稳定的，则它对轴向指向的移位是不稳定的，并且反之亦然。在恩绍定理的推导中隐含的假设是磁场本质上是静态的(即，它们来自固定电流或固定磁化的物体)并且排除了抗磁性体。
对由恩绍定理所施加的限制的几乎普遍的响应是如下的：磁性轴承元件被设计成沿至少一个轴线稳定，该轴线例如是它们的对称轴线，并且然后外部稳定部件被使用以确保沿其余轴线的稳定性。所提到的“部件”可以是机械的，即球轴承等，或者更常见的是电磁的。在后一种方法中，采用磁体线圈以通过电子伺服放大器和位置传感器来提供稳定力，其检测旋转元件的初期不稳定的运动并将其恢复到其力平衡的(否则是不稳定的)定位。在现有技术中还描述了无源稳定技术。
图6示出了ES设备600的实施例，其采用“无源阵列稳定器”子系统(类似于关于图5A和图5B描述的子系统)，使用海尔贝克阵列，以克服基于恩绍定理的不稳定性。除了稳定器之外，基本ES设备在其它方面与参照图2所讨论的ES设备相同。在图6的实施例中，无源稳定器被配置从而所述一对海尔贝克阵列610和612刚性地安装到转子组件220。另一方面，感应电路元件616刚性地安装到固定的定子盘215。回想一下，定子组件230和定心阵列250也刚性地附接到定子盘215。在相关实施例中，无源稳定器子系统可以被配置从而所述一对海尔贝克阵列610和612安装到固定的定子盘215，而电感电路616元件安装到转子组件220。在操作上，两个实施例相同地工作。本领域技术人员将理解，众所周知的工程考量将决定选择的方法。
一般地，无源阵列稳定器子系统可用于规避各种类型的不稳定性，无论它们是源自轴向还是径向。因此，本发明可以在这些情况中的任何一种情况下操作。如图6中描绘的，我们在此仅描述其在整个系统固有地径向稳定的情况下的操作(即，吸引轴承阵列对的正径向刚度大于三重阵列的负径向刚度)。对于这种情况，适当的海尔贝克阵列稳定器是“轴向稳定器”，即其中稳定器的绕组在上环形海尔贝克阵列与下环形海尔贝克阵列之间的中间的一个轴向稳定器，其中这些阵列的周期性处于方位角方向上，并且其中如图5A和图5B的现有技术实施例中描述的，在方位角上定向阵列使得它们的轴向场分量在中平面处抵消。
返回到图6，本发明在组件的初始对准中发挥如下作用：在设备的初始对准步骤中，需要调节上悬浮阵列240的操作间隙，使在重力情况下其组合的上悬浮轴承和下悬浮轴承在悬浮的质量(无源轴承系统的飞轮转子、静电发电机/马达和旋转元件)的力平衡位置处具有净正径向刚度。
一旦初始对准程序完成，然后轴向调节海尔贝克阵列稳定器阵列和/或稳定器绕组，从而阵列的零平面与稳定器绕组的中心平面并且与转子及其附件的力平衡轴向定位相重合。对于这种操作，包括允许定子电极跟随转子轴向运动的低刚度压缩弹簧260和265，既便于系统的安装并且另外还提供对地震活动的不敏感性。
图7示出了子系统700，称为“触底轴承”，并且在转子的轴向或径向移位时开始操作。在一实施例中，该轴承可以位于承载下悬浮无源轴承海尔贝克阵列的支撑板上方并由其支撑。轴承组件由附接到转子的环形锥形槽710加上由轴730支撑的球形“滚子”的阵列720组成，轴730依次连接到支撑板，无源轴承元件安装在该支撑板上。
图8描绘了ES设备800的实施例，其中集成了触底轴承700。触底轴承将执行如下两个功能：首先，并且对于我们在此描述的实施例而言，当转子处于静止状态时，其悬浮无源磁轴承阵列在轴向上不稳定的事实，意味着触底轴承将接合在其上锥形表面或下锥形表面上。当转子从静止旋转时，海尔贝克稳定器子系统将起作用并将转子拉到其力平衡轴向定位，与稳定器的零磁通定位一致。该动作因此将自动脱离触底轴承700。其次，一旦来自地震活动或任何轴向定向的地震活动的任何径向指向的加速度，未被压缩弹簧260和265充分吸收时，触底轴承700将起作用并防止转子以足以使ES发电机的转子电极225和定子电极235彼此接触的(轴向)量而移动。
总之，如本文中所讨论的，无源磁轴承和稳定子系统与触底轴承子系统一起共同执行如下关键的主要功能：(1)将飞轮转子稳定地悬浮在内表面上，内表面上安装有静电发电机的旋转电极；(2)保持转子电极相对于定子电极轴向地定心；以及(3)有助于保护转子和E-S发电机系统免受由地震活动造成的损坏。
已经出于说明和描述的目的提出了本发明的前述描述，并且并不意图穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，许多修改和变化都是可能的。所公开的实施例仅旨在解释本发明的原理及其实际应用，以由此使得本领域的其他技术人员能够在各种实施例中以及利用适合于预期的特定用途的各种修改来最好地使用本发明。本发明的范围将由以下权利要求限定。
优选地包括本文中描述的所有元件、部分和步骤。要理解的是，这些元件、部分和步骤中的任何一个可以由其它元件、部分和步骤代替，或者完全删除，这对于本领域技术人员来说将是显然的。
概括地说，本文至少公开以下内容：描述了作为示例应用于储能飞轮的鲁棒的静电(ES)设备实施例，其在热和机械扰动以及地震事件存在的情况下提供可靠、高效的操作。静电发电机和马达，当利用磁力轴承、无源三维稳定技术和触底轴承而增强时，使得能够在面对这些环境问题时的鲁棒的性能，以及在典型的操作顺序(包括起旋和稳态模式)期间的有效运行。
概念：
本文还至少提出了以下概念：
1、一种装置，包括：
开口圆柱形转子，其具有中心旋转轴线；
第一支撑结构，其相对于所述转子静止；
第一环形元件，其最外边缘附接到所述转子的内表面；
第二环形元件，其附接到所述第一支撑结构，其中所述第二环形元件定位在所述第一环形元件附近，其中所述第一环形元件和所述第二环形元件中的至少一个环形元件被配置成磁性地吸引所述第一环形元件和所述第二环形元件中的另一个环形元件；
第二支撑结构；
轴向稳定器，其选自由第一三重阵列和第二三重阵列组成的组，其中所述第一三重阵列包括：
第一磁环形元件，其附接到所述转子的内表面；
第二磁环形元件，其附接到所述第二支撑结构；以及
第三磁环形元件，其附接到所述第二支撑结构，其中所述第二磁环形元件和所述第三磁环形元件彼此定位在所述第一磁环形元件的相反侧上，并且两者磁性地排斥所述第一磁环形元件，并且其中所述第二三重阵列包括：
第一磁环形元件，其附接到所述第二结构；
第二磁环形元件，其附接到所述转子的内表面；以及
第三磁环形元件，其附接到所述转子的内表面，其中所述第二磁环形元件和所述第三磁环形元件定位在所述第一磁环形元件的相反侧上，并且两者磁性地排斥所述第一磁环形元件。
2、根据概念1、3至9和12中任一概念所述的装置，其中所述第一环形元件与所述第二环形元件一起包括选自由以下组成的组中的配置：(i)其中所述第一环形元件是铁磁材料，并且其中所述第二环形元件是磁体，(ii)其中所述第一环形元件是磁体，并且其中所述第二环形元件是铁磁材料，(iii)其中所述第一环形元件是铁磁材料，并且其中所述第二环形元件是海尔贝克阵列，(iv)其中所述第一环形元件是海尔贝克阵列，并且其中所述第二环形元件是铁磁材料，以及(v)其中所述第一环形元件是海尔贝克阵列，并且其中所述第二环形元件是海尔贝克阵列。
3、根据概念1或2、4至9和12中任一概念所述的装置，进一步包括至少一个压缩弹簧，所述压缩弹簧附接到所述第二支撑结构与基座之间，并且位于所述第二支撑结构与基座之间。
4、根据概念3所述的装置，其中所述第一磁环形元件、所述第二磁环形元件和所述第三磁环形元件共同称为定心三重磁体阵列，其中每个所述至少一个压缩弹簧的净刚度小于所述定心三重磁体阵列的有效刚度。
5、根据概念1至4、6至9和12中任一概念所述的装置，其中所述第二支撑结构包括与想要的系统轴线共线地定位的引导轴，其中所述基座包括被配置成接收所述引导轴的引导管。
6、根据概念1至5、8、9和12中任一概念所述的装置，进一步包括一对环形磁体元件，其最内边缘与所述转子的内表面接触，进一步包括位于所述一对环形磁体中的环形磁体之间的电感元件，并且其中所述电感元件附接到所述第二支撑结构。
7、根据概念1至5、8、9和12中任一概念所述的装置，进一步包括附接到所述支撑结构的一对环形磁体元件，进一步包括位于所述一对环形磁体中的环形磁体之间的电感元件，并且其中所述电感元件具有附接到所述转子的内表面的外边缘。
8、根据概念1至7、9和12中任一概念所述的装置，其中所述装置是基于飞轮的静电(ES)马达/发电机。
9、根据概念1至8和12中任一概念所述的装置，其中所述第一HB阵列环和所述第二HB环阵列一起被配置为保持转子与所述想要的系统轴线的径向对准。
10、一种装置，包括：
垂直定向的开口圆柱形转子，其具有中心旋转轴线；
支撑的第一结构，其相对于所述转子静止，其中所述第一结构位于所述转子上方；
环形磁性第一元件，其最外边缘附接到所述转子的上内表面；
环形磁性第二元件，其附接到所述第一支撑结构，其中所述第二元件定位在所述第一元件上方并与所述第一元件通过间隙而分开，其中所述第一元件和所述第二元件彼此磁性地吸引；
支撑的第二结构；
环形磁性第三元件，其最外边缘附接到所述转子的下内表面；
环形磁性第四元件，其附接到所述第二结构；以及
环形磁性第五元件，其附接到所述第二结构，其中所述第四元件和所述第五元件定位在所述第三元件的相反侧上并磁性地排斥所述第三元件。
11、一种装置，包括：
垂直定向的开口圆柱形转子，其具有中心旋转轴线；
支撑的第一结构，其相对于所述转子静止，其中所述第一结构位于所述转子上方；
环形磁性第一元件，其最外边缘附接到所述转子的上内表面；
环形磁性第二元件，其附接到所述第一支撑结构，其中所述第二元件定位在所述第一元件上方并与所述第一元件通过间隙而分开，其中所述第一元件和所述第二元件彼此磁性地吸引；
支撑的第二结构；
环形磁性第三元件，其附接到所述第二结构；
环形磁性第四元件，其最外边缘附接到所述转子的内表面；以及
环形磁性第五元件，其最外边缘附接到所述转子的内表面，其中所述第四元件和所述第五元件定位在所述第三元件的相反侧上，并磁性地排斥所述第三元件。
12、根据概念1至9中任一概念所述的装置，其中所述第一环形元件与所述第一磁环形元件相比更靠近所述第一支撑结构而定位。

Claims (12)

1.一种装置，包括：
开口圆柱形转子，其具有中心旋转轴线；
第一支撑结构，其相对于所述转子静止；
第一环形元件，其最外边缘附接到所述转子的内表面；
第二环形元件，其附接到所述第一支撑结构，其中所述第二环形元件定位在所述第一环形元件附近，其中所述第一环形元件和所述第二环形元件中的至少一个环形元件被配置成磁性地吸引所述第一环形元件和所述第二环形元件中的另一个环形元件；
第二支撑结构；
轴向稳定器，其选自由第一三重阵列和第二三重阵列组成的组，其中所述第一三重阵列包括：
第一磁环形元件，其附接到所述转子的内表面；
第二磁环形元件，其附接到所述第二支撑结构；以及
第三磁环形元件，其附接到所述第二支撑结构，其中所述第二磁环形元件和所述第三磁环形元件彼此定位在所述第一磁环形元件的相反侧上，并且两者磁性地排斥所述第一磁环形元件，并且其中所述第二三重阵列包括：
第一磁环形元件，其附接到所述第二结构；
第二磁环形元件，其附接到所述转子的内表面；以及
第三磁环形元件，其附接到所述转子的内表面，其中所述第二磁环形元件和所述第三磁环形元件定位在所述第一磁环形元件的相反侧上，并且两者磁性地排斥所述第一磁环形元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一环形元件与所述第二环形元件一起包括选自由以下组成的组中的配置：(i)其中所述第一环形元件是铁磁材料，并且其中所述第二环形元件是磁体，(ii)其中所述第一环形元件是磁体，并且其中所述第二环形元件是铁磁材料，(iii)其中所述第一环形元件是铁磁材料，并且其中所述第二环形元件是海尔贝克阵列，(iv)其中所述第一环形元件是海尔贝克阵列，并且其中所述第二环形元件是铁磁材料，以及(v)其中所述第一环形元件是海尔贝克阵列，并且其中所述第二环形元件是海尔贝克阵列。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括至少一个压缩弹簧，所述压缩弹簧附接到所述第二支撑结构与基座之间，并且位于所述第二支撑结构与基座之间。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一磁环形元件、所述第二磁环形元件和所述第三磁环形元件共同称为定心三重磁体阵列，其中每个所述至少一个压缩弹簧的净刚度小于所述定心三重磁体阵列的有效刚度。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二支撑结构包括与想要的系统轴线共线地定位的引导轴，其中所述基座包括被配置成接收所述引导轴的引导管。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括一对环形磁体元件，其最内边缘与所述转子的内表面接触，进一步包括位于所述一对环形磁体中的环形磁体之间的电感元件，并且其中所述电感元件附接到所述第二支撑结构。
7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括附接到所述支撑结构的一对环形磁体元件，进一步包括位于所述一对环形磁体中的环形磁体之间的电感元件，并且其中所述电感元件具有附接到所述转子的内表面的外边缘。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是基于飞轮的静电(ES)马达/发电机。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一HB阵列环和所述第二HB环阵列一起被配置为保持转子与所述想要的系统轴线的径向对准。
10.一种装置，包括：
垂直定向的开口圆柱形转子，其具有中心旋转轴线；
支撑的第一结构，其相对于所述转子静止，其中所述第一结构位于所述转子上方；
环形磁性第一元件，其最外边缘附接到所述转子的上内表面；
环形磁性第二元件，其附接到所述第一支撑结构，其中所述第二元件定位在所述第一元件上方并与所述第一元件通过间隙而分开，其中所述第一元件和所述第二元件彼此磁性地吸引；
支撑的第二结构；
环形磁性第三元件，其最外边缘附接到所述转子的下内表面；
环形磁性第四元件，其附接到所述第二结构；以及
环形磁性第五元件，其附接到所述第二结构，其中所述第四元件和所述第五元件定位在所述第三元件的相反侧上并磁性地排斥所述第三元件。
11.一种装置，包括：
垂直定向的开口圆柱形转子，其具有中心旋转轴线；
支撑的第一结构，其相对于所述转子静止，其中所述第一结构位于所述转子上方；
环形磁性第一元件，其最外边缘附接到所述转子的上内表面；
环形磁性第二元件，其附接到所述第一支撑结构，其中所述第二元件定位在所述第一元件上方并与所述第一元件通过间隙而分开，其中所述第一元件和所述第二元件彼此磁性地吸引；
支撑的第二结构；
环形磁性第三元件，其附接到所述第二结构；
环形磁性第四元件，其最外边缘附接到所述转子的内表面；以及
环形磁性第五元件，其最外边缘附接到所述转子的内表面，其中所述第四元件和所述第五元件定位在所述第三元件的相反侧上，并磁性地排斥所述第三元件。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一环形元件与所述第一磁环形元件相比更靠近所述第一支撑结构而定位。
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