CN114257033A - 一种储能电机及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种储能电机及使用方法，该电机包括机壳，机壳内固定有定子铁芯和主轴，主轴上设置有传动配合的离合装置和变速装置，离合装置连接有飞轮转子，变速装置上传动配合有齿圈；离合装置包括第一联动状态和第二联动状态，在第一联动状态下，飞轮转子的旋转经所述离合装置、变速装置带动齿圈转动；在第二联动状态下，齿圈的转动经变速装置、离合装置带动所述飞轮转子旋转。本发明在能量回收过程是机械能到机械能的转变，且在驱动状态下飞轮转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，并从根源上解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题。

Description

一种储能电机及使用方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种基于飞轮转子的储能电机及该储能电机的驱动、储能方法。
背景技术
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，主要由定子和转子组成，利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。
电机是新能源电动车的核心部件之一，其驱动特性决定了电动车行驶的续航能力。为了提高电动车的续航能力，提出了能量回收系统。目前，电动车的能量回收系统是在电动车正常驾驶时，通过踩下加速踏板，电机正常工作输出动能，松开加速踏板后不会像燃油发动机那样有怠速转速，而是完全变成静止工作状态，当车辆惯性前行的动力开始发力，反向拖拽电机时，这时候电机将变成发电机工作原理，定子与转子旋转产生电能，经过控制器回充给动力电池，实现能量回收。
但是，由于传统的电动车能量回收系统的能量回收方式是由车辆惯性前行的动力反向拖拽电机时发电，由于电机是从电动机模式瞬间转换成发电机模式，电机的定子铁芯上的剩余磁场会延迟发电时间，电机不会在切换后立即发电，因此降低了能量回收的效率。同时，传统的能量回收方式是将机械能转化为电能后通过化学的方式储存再通过电能转化成机械能，能量转化过程中损耗大、效率低。因此，现有的电机在能量回收过程中产生的损耗使其仅能够回收8～15％的能量，无法满足电动车的能量回收要求，不能真正有效提升电动车续航能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于飞轮转子的储能电机，其采用飞轮转子作为电机的转子，将传统的能量回收方式由机械能转化为电能转变为由机械能转化为机械能，不仅克服了定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题，而且降低了能量转化所产生的损耗，实现高效能量回收，提高电动车的续航能力。
本发明通过下述技术方案实现：
一种储能电机，包括机壳，所述机壳内固定有定子铁芯和主轴，所述定子铁芯上设置有定子线圈，所述主轴上设置有传动配合的离合装置和变速装置，所述离合装置连接有旋转设置于主轴上的飞轮转子，所述变速装置上传动配合有用于连接轮轴的齿圈；所述离合装置包括第一联动状态和第二联动状态，在所述第一联动状态下，所述飞轮转子的旋转经所述离合装置、变速装置带动所述齿圈转动，所述电机进入驱动状态；在所述第二联动状态下，所述齿圈的转动经所述变速装置、离合装置带动所述飞轮转子旋转，所述电机进入储能状态。
本技术方案中，储能电机包括机壳，以及收容于机壳内部的飞轮转子、定子和主轴。其中，定子和主轴固定于机壳内，主轴的两端可以延伸至机壳外部，主轴上安装的飞轮转子能够围绕主轴旋转。在一个或多个实施例中，所述飞轮转子与主轴经转子轴承组件转动配合。
主轴上还设置有离合装置和变速装置。离合装置与飞轮转子连接，在驱动状态下，定子线圈通电促使飞轮转子旋转后，旋转的飞轮转子能够带动离合装置的部分部件，例如主动转子、第一从动转子等同步转动，转动的离合装置通过变速装置改变传动比后带动齿圈转动，齿圈进一步带动轮轴转动，满足不同行驶条件对牵引力的需要，此时离合装置处于第一联动状态。在储能状态下，离合装置由第一联动状态切换至第二联动状态，惯性驱动下继续旋转的齿圈经变速装置增高传动比放大转速后，将通过处于第二联动状态的离合装置带动飞轮转子高速旋转。
具体地，本技术方案中，电机在驱动状态下的工作原理为，踩下加速踏板后，电源向定子的定子线圈提供励磁电流，飞轮转子开始转动，并带动处于第一联动状态的离合装置旋转，离合装置的一个从动转子经变速装置的行星轮组减速后再传递给齿圈，增大输出转矩后传递给车轮，实现动力输出，驱动车辆前行。电机在储能状态下的工作原理为，当需要减速时，松开加速踏板，电源停止向定子线圈提供励磁电流，同时离合装置由第一联动状态切换至第二联动状态，车轮惯性动力能量通过齿圈、变速器的行星轮组将动力势能能量放大后传递给离合装置的另一个从动转子，再由另一个从动转子传递给主动转子后，带动飞轮转子高速旋转储能，当存储的能量超过飞轮转子的储能密度后，飞轮转子高速旋转，电机定子线圈产生高效电能经逆变器转变成直流电后回充给动力电池。
当车辆经历过至少一次储能状态后，再次由储能状态切换至驱动状态时，由于此时飞轮转子处于高速转动过程中，因此当离合装置由第二联动状态切换至第一联动状态时，高速旋转的飞轮能够有效地释放能量，经离合装置、变速装置向齿圈输出动能。
本技术方案中，将飞轮转子作为电机的转子，在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、变速装置、离合装置传递给飞轮转子，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下飞轮转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，并从根源上解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题；不仅如此，由储能状态切换到驱动状态时，由于飞轮转子仍处于高速转动的过程中，因而能够首先利用飞轮转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力。
作为本发明中离合装置的一种优选实施方式，本发明的离合装置为双作用离合器。具体地，所述离合装置包括从内至外依次套装在所述主轴上的第二定子绕组、第二从动转子、主动转子、第一定子绕组和第一从动转子，其中，所述主动转子与所述飞轮转子固定连接，所述第一定子绕组通入励磁电流时，所述第一从动转子能够与主动转子同步转动，所述离合装置进入第一联动状态；所述第二定子绕组通入励磁电流时，所述第二从动转子能够与主动转子同步转动，所述离合装置进入第二联动状态。
本技术方案中，当定子线圈通电驱动飞轮转子旋转时，第一定子绕组也通电，使得主动转子和第一从动转子吸合，由于主动转子与飞轮转子固定连接，因此在飞轮转子的旋转驱动下，第一从动转子随主动转子同步转动，而第二从动转子空转，此时离合装置处于第一联动状态，第一从动转子通过变速装置的行星齿轮组将驱动齿圈转动。当定子线圈不通电时，第一定子绕组断电，第二定子绕组通电，使得主动转子和第二从动转子吸合，惯性转动的齿圈将通过变速装置的星星齿轮组提高传动比后驱动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，而第一从动转子空转，此时离合装置处于第二联动状态。
本技术方案中，利用双作用离合器不仅能够在高速运行时快速实现两段机械轴的分离，而且配合变速装置将动力势能放大后，飞轮转子在首次驱动状态下旋转后，在行驶过程中，无论离合装置处于第一或是第二联动状态，飞轮转子始终保持高速旋转，直至能量释放为止，在此过程中即使车辆静止不动，仍然可持续发电，大幅地降低了能量损失。
进一步地，所述第一定子绕组包括安装于定子支架上的第一定子、以及缠绕于所述第一定子的铁芯齿部上的第一励磁线圈，所述第二定子绕组包括固定于所述主轴上的第二定子、以及缠绕于所述第二定子外壁上的第二励磁线圈，所述第一励磁线圈和第二励磁线圈在通电时产生的磁场方向不同。本技术方案中，第一从动转子和主动转子之间产生的磁场与第二从动转子和主动转子之间产生的磁场方向不同，一个为横向磁场，一个为纵向磁场，两个输出转子不会相互干扰，运行更加安全可靠。
进一步地，所述第一从动转子上设置有稀土磁铁。本技术方案中，在第一从动转子上设置的稀土磁铁使得在额定转速下离合装置的耦合力矩得到了更大的提高，具有足够的耦合力矩。此外，第一励磁线圈和第一从动转子、稀土磁铁在车辆减速时也具备发电功能，可实现电动车第二能量回收功能，进一步节能降耗、提高续航能力。
作为本发明中变速装置的一种优选实施方式，所述变速装置包括套设于所述主轴上的行星架，所述行星架上从内至外依次设置有第三行星轮组、第二行星轮组和第一行星轮组，所述第一行星轮组与所述齿圈和第二行星轮组啮合，所述第二行星轮组上设置有同步转动的太阳轮，所述太阳轮与所述第一从动转子上的齿圈啮合，所述第二行星轮组与第三行星轮组啮合，所述第三行星轮组与所述第二从动转子啮合。本技术方案中，变速装置包括三组行星轮组，三组行星轮组从内至外依次布置且相邻的两组行星轮组相互啮合。
在驱动状态下，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组转动，第二行星轮组传动至第一行星轮组，第一行星轮组带动齿圈转动，此时第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组带动第二从动转子空转。
在储能状态下，齿圈带动第一行星轮组转动，第一行星轮组带动第二行星轮组转动，第二行星轮组带动第三行星轮组转动，第三行星轮组通过第二从动转子上的齿圈带动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，此时，第二行星轮组传动至太阳齿轮，所述太阳齿轮带动第一从动转子空转。
本技术方案采用双向多级变速器组件，电机在驱动输出时改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，在能量回收时增加输入传动比以大幅提高飞轮转子的转速，提高能量回收效率；同时，该变速装置的调速范围宽，能够满足电动车快速启动、加速、负荷爬坡等要求，高速运行输出恒定功率，有较大的调速范围，满足平坦的路面、超车等高速行驶的要求。
进一步地，所述第一行星轮组包括与所述齿圈啮合的第一行星轮，所述第一行星轮上连接有第一转动轴，所述第一转动轴活动贯穿所述行星架且连接有第二行星轮；所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮啮合的第三行星轮，所述第三行星轮上连接有第二转动轴，所述第二转动轴活动贯穿所述行星架且连接有第四行星轮；所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮啮合的第五行星轮，所述第五行星轮上连接有第三转动轴，所述第三转动轴活动贯穿所述行星架且连接有第六行星轮，所述第六行星轮与所述第二从动转子啮合。
作为本发明的一个优选结构，所述飞轮转子与主轴经转子轴承组件转动配合，所述转子轴承组件包括磁悬浮轴承组件和锥度轴承组件，其中，所述磁悬浮轴承组件包括固定于所述主轴上的第二永磁铁、以及设置于飞轮转子内壁上的第一永磁铁，所述第一永磁铁面向第二永磁铁的一侧的磁极与所述第二永磁铁面向第一永磁铁的磁极相反；所述锥度轴承组件包括设置于飞轮转子内壁上的锥度轴承，以及固定于所述主轴上的驱动装置，所述驱动装置连接有移动件，所述移动件上设置有转动槽，所述转动槽内设置有滚珠；所述电机处于驱动状态时，所述驱动装置驱动所述移动件朝向锥度轴承移动，直至所述滚珠抵接所述锥度轴承、且所述滚珠与所述锥度轴承同步转动；所述电机处于储能状态时，所述驱动装置驱动所述移动件背向锥度轴承移动，直至所述滚珠不与所述锥度轴承接触。
本技术方案中，转子轴承组件包括两部分，一个是磁悬浮轴承组件，该组件包括设置于主轴上的第二永磁铁和设置于飞轮转子内壁上的第一永磁铁，第一永磁铁和第二永磁铁由于相对面的磁极相反而相斥，使得第一永磁体能够悬浮于所述第二永磁体上；另一个是锥度轴承组件，该组件包括设置于飞轮转子内壁上的锥度轴承，和安装在主轴上的驱动装置，驱动装置能够驱动移动件沿主轴的轴向方向移动，进而插入至锥度轴承中，或者从锥度轴承中移出。
在驱动状态下，锥度轴承组件作为飞轮转子的主要轴承以提高飞轮转子旋转的稳定性，此时，驱动装置驱动所述移动件朝向锥度轴承内移动，直至滚珠与锥度轴承充分抵接后，两者能够同步转动。在储能状态下，磁悬浮轴承组件作为飞轮转子唯一的轴承，减少轴承带来的磨损，飞轮转子能够在变速装置、离合装置放大动能时产生更快速度的旋转，更快地超过其储能密度进行发电，显著地提到能量回收效率，此时，驱动装置驱动所述移动件移出锥度轴承内，直至滚珠与锥度轴承不再接触，飞轮转子失去滚珠支撑后，在第一永磁体、第二永磁体的作用下高速旋转。
进一步地，所述驱动装置包括安装于所述主轴上的电磁线圈，所述电磁线圈经弹簧连接至所述移动件，所述移动件上设置有电磁铁。电磁线圈通电后，吸引电磁铁，使得移动件克服弹簧的作用力而朝向电磁线圈的方向移动，移动件移出锥度轴承；相反地，电磁线圈断电后，电磁铁在弹簧的作用下朝向锥度轴承的方向移动，直至滚珠抵接至锥度轴承的内壁上。
进一步地，所述飞轮转子内设置有转子铁芯，所述转子铁芯靠近飞轮转子的外壁。转子铁芯靠近飞轮转子的外壁能够进一步提高飞轮转子的转动惯量。
本发明还提供前述任一种储能电机的使用方法，包括以下步骤：
第一励磁电流向所述定子线圈供电，飞轮转子旋转，第二励磁电流向所述离合装置供电，所述离合装置进入第一联动状态，飞轮转子的旋转经处于第一联动状态的离合装置、以及变速装置降低传动比后，带动所述齿圈转动，所述电机进入驱动状态；第一励磁电流、第二励磁电流停止供电，第三励磁电流向所述离合装置供电，所述离合装置进入第二联动状态，在惯性作用下转动的齿圈经变速装置增高传动比、以及处于第二联动状态的离合装置，带动所述飞轮转子旋转，所述电机进入储能状态。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明将飞轮转子作为电机的转子，在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、变速装置、离合装置传递给飞轮转子，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下飞轮转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，并从根源上解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题；
2、本发明由储能状态切换到驱动状态时，由于飞轮转子仍处于高速转动的过程中，因而能够首先利用飞轮转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力；
3、本发明利用双作用离合器不仅能够在高速运行时快速实现两段机械轴的分离，而且配合变速装置将动力势能放大后，飞轮转子在首次驱动状态下旋转后，在行驶过程中，无论离合装置处于第一或是第二联动状态，飞轮转子始终保持高速旋转，直至能量释放为止，在此过程中即使车辆静止不动，仍然可持续发电，大幅地降低了能量损失；
4、本发明在第一从动转子上设置的稀土磁铁使得在额定转速下离合装置的耦合力矩得到了更大的提高，具有足够的耦合力矩；
5、本发明采用双向多级变速器组件，电机在驱动输出时改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，在能量回收时增加输入传动比以大幅提高飞轮转子的转速，提高能量回收效率；同时，该变速装置的调速范围宽，能够满足电动车快速启动、加速、负荷爬坡等要求，高速运行输出恒定功率，有较大的调速范围，满足平坦的路面、超车等高速行驶的要求；
6、本发明采用的转子轴承组件在驱动状态下，由锥度轴承组件作为飞轮转子的主要轴承以提高飞轮转子旋转的稳定性，在储能状态下，由磁悬浮轴承组件作为飞轮转子唯一的轴承，减少轴承带来的磨损，飞轮转子能够在变速装置、离合装置放大动能时产生更快速度的旋转，更快地超过其储能密度进行发电，显著地提到能量回收效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例中储能电机的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中储能电机的离合器的结构示意图；
图3为本发明具体实施例中储能电机的变速器的结构示意图；
图4为本发明具体实施例中飞轮转子的剖面示意图；
图5为本发明具体实施例中转子轴承组件在电机处于驱动状态下的结构示意图；
图6为本发明具体实施例中转子轴承组件在电机处于储能状态下的结构示意图；
图7为本发明具体实施例中储能电机的驱动、储能方法的流程框图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-机壳，2-主轴，3-定子铁芯，4-定子线圈，51-飞轮转子，52-第一永磁铁，53-锥度轴承，54-转子铁芯，55-磁瓦，6-转子轴承组件，61-电磁线圈，62-移动件，63-弹簧，64-电磁铁，65-转动槽，66-滚珠，67-第二永磁铁，701-主动转子，702-第一从动转子，703-第二从动转子，704-稀土磁铁，705-第一定子，706-第一励磁线圈，707-第二定子，708-第二励磁线圈，709-第一轴承，710-第二轴承，711-定子支架，8-齿圈，901-太阳轮，902-第一行星轮，903-第六行星轮，904-第三行星轮，905-第二行星轮，906-第四行星轮，907-第五行星轮，908-第二转动轴，909-第五轴承，910-第一转动轴，911-第三轴承，912-第四轴承，914-第六轴承，915-第三转动轴，10-冷却件，11-行星架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
如图1至图6所示的一种储能电机，包括机壳1，所述机壳1固定有定子铁芯3和主轴2，所述定子铁芯3上设置有定子线圈4，所述主轴2上设置有传动配合的离合装置和变速装置，所述离合装置连接有旋转设置于主轴2上的飞轮转子51，所述变速装置上传动配合有用于连接轮轴的齿圈8；所述离合装置包括第一联动状态和第二联动状态，在所述第一联动状态下，所述飞轮转子51的旋转经所述离合装置、变速装置带动所述齿圈8转动，所述电机进入驱动状态；在所述第二联动状态下，所述齿圈8的转动经所述变速装置、离合装置带动所述飞轮转子51旋转，所述电机进入储能状态。
电机在驱动状态下的工作原理为，踩下加速踏板后，电源向定子的定子线圈提供励磁电流，飞轮转子开始转动，并带动处于第一联动状态的离合装置旋转，离合装置的一个从动转子经变速装置的行星轮组减速后再传递给齿圈，增大输出转矩后传递给车轮，实现动力输出，驱动车辆前行。电机在储能状态下的工作原理为，当需要减速时，松开加速踏板，电源停止向定子线圈提供励磁电流，同时离合装置由第一联动状态切换至第二联动状态，车轮惯性动力能量通过齿圈、变速器的行星轮组将动力势能能量放大后传递给离合装置的另一个从动转子，再由另一个从动转子传递给主动转子后，带动飞轮转子高速旋转储能，当存储的能量超过飞轮转子的储能密度后，飞轮转子高速旋转，电机定子线圈产生高效电能经逆变器转变成直流电后回充给动力电池。
本实施例中，通过将飞轮转子作为电机的转子，在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、变速装置、离合装置传递给飞轮转子，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下飞轮转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，并从根源上解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题。
不仅如此，由储能状态切换到驱动状态时，由于飞轮转子仍处于高速转动的过程中，因而能够首先利用飞轮转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图1和图2所示，所述离合装置包括从内至外依次套装在所述主轴2上的第二定子绕组、第二从动转子703、主动转子701、第一定子绕组和第一从动转子702，其中，所述主动转子701与所述飞轮转子51固定连接，所述第一定子绕组通入励磁电流时，所述第一从动转子702能够与主动转子701同步转动，所述离合装置进入第一联动状态；所述第二定子绕组通入励磁电流时，所述第二从动转子703能够与主动转子701同步转动，所述离合装置进入第二联动状态。
当定子线圈通电驱动飞轮转子旋转时，第一定子绕组也通电，使得主动转子和第一从动转子吸合，由于主动转子与飞轮转子固定连接，因此在飞轮转子的旋转驱动下，第一从动转子随主动转子同步转动，而第二从动转子空转，此时离合装置处于第一联动状态，第一从动转子通过变速装置的行星齿轮组将驱动齿圈转动。当定子线圈不通电时，第一定子绕组断电，第二定子绕组通电，使得主动转子和第二从动转子吸合，惯性转动的齿圈将通过变速装置的星星齿轮组提高传动比后驱动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，而第一从动转子空转，此时离合装置处于第二联动状态。
在部分实施例中，如图2所示，所述第一定子绕组包括安装于定子支架711上的第一定子705、以及缠绕于所述第一定子705的铁芯齿部上的第一励磁线圈706，所述第二定子绕组包括固定于所述主轴2上的第二定子707、以及缠绕于所述第二定子707外壁上的第二励磁线圈708，所述第一励磁线圈706和第二励磁线圈708在通电时产生的磁场方向不同。
在一个或多个实施例中，所述第一从动转子702上设置有稀土磁铁704。在第一从动转子上设置的稀土磁铁使得在额定转速下离合装置的耦合力矩得到了更大的提高，具有足够的耦合力矩。在一个实施例中，所述第一定子上的铁芯齿部上设置有两个环形槽，第一励磁线圈包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈分别设置于两个环形槽内，第一线圈和第二线圈同时通电时，在第一从动转子和主动转子间产生纵向与稀土磁铁同级的磁场和转矩；而第一线圈和第二线圈延时通电时，在第一从动转子和主动转子间产生纵向与稀土磁铁同级的错位磁场和转矩。
实施例3：
在上述实施例的基础上，如图1和图3所示，所述变速装置包括套设于所述主轴2上的行星架11，所述行星架11上从内至外依次设置有第三行星轮组、第二行星轮组和第一行星轮组，所述第一行星轮组与所述齿圈8和第二行星轮组啮合，所述第二行星轮组上设置有同步转动的太阳轮901，所述太阳轮901与所述第一从动转子702啮合，所述第二行星轮组与第三行星轮组啮合，所述第三行星轮组与所述第二从动转子703啮合；所述第一行星轮组包括与所述齿圈8啮合的第一行星轮902，所述第一行星轮902上连接有第一转动轴910，所述第一转动轴910活动贯穿所述行星架11且连接有第二行星轮905；所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮905啮合的第三行星轮904，所述第三行星轮904上连接有第二转动轴908，所述第二转动轴908活动贯穿所述行星架11且连接有第四行星轮906；所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮906啮合的第五行星轮907，所述第五行星轮907上连接有第三转动轴915，所述第三转动轴915活动贯穿所述行星架11且连接有第六行星轮903，所述第六行星轮903与所述第二从动转子703啮合。
在一个或多个实施例中，如图3所示，所述第一行星轮的直径小于所述第二行星轮的直径，所述第三行星轮的直径小于所述第四行星轮的直径，所述第五行星轮的直径小于第六行星轮的直径，所述太阳轮的直径等于所述第三行星轮的直径，以更好地实现在驱动状态下降低传动比，而在储能状态下提高传动比。
实施例4：
如图5和图6所示，所述飞轮转子51与主轴2经转子轴承组件转动配合，所述转子轴承组件包括磁悬浮轴承组件和锥度轴承组件，其中，所述磁悬浮轴承组件包括固定于所述主轴2上的第二永磁铁67、以及设置于飞轮转子51内壁上的第一永磁铁52，所述第一永磁铁52面向第二永磁铁67的一侧的磁极与所述第二永磁铁67面向第一永磁铁52的磁极相反；所述锥度轴承组件包括设置于飞轮转子51内壁上的锥度轴承53，以及固定于所述主轴2上的驱动装置，所述驱动装置连接有移动件62，所述移动件62上设置有转动槽65，所述转动槽65内设置有滚珠66；
所述电机处于驱动状态时，所述驱动装置驱动所述移动件62朝向锥度轴承53移动，直至所述滚珠66抵接所述锥度轴承53、且所述滚珠66与所述锥度轴承53同步转动；所述电机处于储能状态时，所述驱动装置驱动所述移动件62背向锥度轴承53移动，直至所述滚珠66不与所述锥度轴承53接触。
在驱动状态下，锥度轴承组件作为飞轮转子的主要轴承以提高飞轮转子旋转的稳定性，此时，驱动装置驱动所述移动件朝向锥度轴承内移动，直至滚珠与锥度轴承充分抵接后，两者能够同步转动。在储能状态下，磁悬浮轴承组件作为飞轮转子唯一的轴承，减少轴承带来的磨损，飞轮转子能够在变速装置、离合装置放大动能时产生更快速度的旋转，更快地超过其储能密度进行发电，显著地提到能量回收效率，此时，驱动装置驱动所述移动件移出锥度轴承内，直至滚珠与锥度轴承不再接触，飞轮转子失去滚珠支撑后，在第一永磁体、第二永磁体的作用下高速旋转。
在部分实施例中，所述驱动装置包括安装于所述主轴2上的电磁线圈61，所述电磁线圈61经弹簧63连接至所述移动件62，所述移动件62上设置有电磁铁。如图6所示，电磁线圈通电后，吸引电磁铁，使得移动件克服弹簧的作用力而朝向电磁线圈的方向移动，移动件移出锥度轴承；相反地，电磁线圈断电后，如图5所示，电磁铁在弹簧的作用下朝向锥度轴承的方向移动，直至滚珠抵接至锥度轴承的内壁上。
实施例5：
在上述实施例的基础上，如图4所示，所述飞轮转子51内设置有转子铁芯54，所述转子铁芯54靠近飞轮转子51的外壁。转子铁芯靠近飞轮转子的外壁能够进一步提高飞轮转子的转动惯量。
在部分实施例中，飞轮转子采用碳纤维飞轮转子，不仅具有重量轻、瞬时功率大、过载能力强的特点，而且结合布置在外壁附近的转子铁芯，使得飞轮转子的临界转速高、动平衡好、振动小、转子动力学特性好。
实施例6：
如图7所示的上述实施例中任一种储能电机的使用方法，包括以下步骤：
第一励磁电流向所述定子线圈4供电，飞轮转子51旋转，第二励磁电流向所述离合装置供电，所述离合装置进入第一联动状态，飞轮转子51的旋转经处于第一联动状态的离合装置、以及变速装置降低传动比后，带动所述齿圈8转动，所述电机进入驱动状态；
第一励磁电流、第二励磁电流停止供电，第三励磁电流向所述离合装置供电，所述离合装置进入第二联动状态，在惯性作用下转动的齿圈8经变速装置增高传动比、以及处于第二联动状态的离合装置，带动所述飞轮转子51旋转，所述电机进入储能状态。
本文中所使用的“第一”、“第二”、“第三”等(例如第一定子、第二定子，第一轴承、第二轴承、第三轴承等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电机，包括机壳(1)，所述机壳(1)内固定有定子铁芯(3)和主轴(2)，所述定子铁芯(3)上设置有定子线圈(4)，其特征在于，所述主轴(2)上设置有传动配合的离合装置和变速装置，所述离合装置连接有旋转设置于主轴(2)上的飞轮转子(51)，所述变速装置上传动配合有用于连接轮轴的齿圈(8)；
所述离合装置包括第一联动状态和第二联动状态，在所述第一联动状态下，所述飞轮转子(51)的旋转经所述离合装置、变速装置带动所述齿圈(8)转动，所述电机进入驱动状态；在所述第二联动状态下，所述齿圈(8)的转动经所述变速装置、离合装置带动所述飞轮转子(51)旋转，所述电机进入储能状态。
2.根据权利要求1所述的一种储能电机，其特征在于，所述离合装置包括从内至外依次套装在所述主轴(2)上的第二定子绕组、第二从动转子(703)、主动转子(701)、第一定子绕组和第一从动转子(702)，其中，所述主动转子(701)与所述飞轮转子(51)固定连接，所述第一定子绕组通入励磁电流时，所述第一从动转子(702)能够与主动转子(701)同步转动，所述离合装置进入第一联动状态；所述第二定子绕组通入励磁电流时，所述第二从动转子(703)能够与主动转子(701)同步转动，所述离合装置进入第二联动状态。
3.根据权利要求2所述的一种储能电机，其特征在于，所述第一定子绕组包括安装于定子支架(711)上的第一定子(705)、以及缠绕于所述第一定子(705)的铁芯齿部上的第一励磁线圈(706)，所述第二定子绕组包括固定于所述主轴(2)上的第二定子(707)、以及缠绕于所述第二定子(707)外壁上的第二励磁线圈(708)，所述第一励磁线圈(706)和第二励磁线圈(708)在通电时产生的磁场方向不同。
4.根据权利要求2所述的一种储能电机，其特征在于，所述第一从动转子(702)上设置有稀土磁铁(704)。
5.根据权利要求2所述的一种储能电机，其特征在于，所述变速装置包括套设于所述主轴(2)上的行星架(11)，所述行星架(11)上从内至外依次设置有第三行星轮组、第二行星轮组和第一行星轮组，所述第一行星轮组与所述齿圈(8)和第二行星轮组啮合，所述第二行星轮组上设置有同步转动的太阳轮(901)，所述太阳轮(901)与所述第一从动转子(702)啮合，所述第二行星轮组与第三行星轮组啮合，所述第三行星轮组与所述第二从动转子(703)啮合。
6.根据权利要求5所述的一种储能电机，其特征在于，所述第一行星轮组包括与所述齿圈(8)啮合的第一行星轮(902)，所述第一行星轮(902)上连接有第一转动轴(910)，所述第一转动轴(910)活动贯穿所述行星架(11)且连接有第二行星轮(905)；
所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮(905)啮合的第三行星轮(904)，所述第三行星轮(904)上连接有第二转动轴(908)，所述第二转动轴(908)活动贯穿所述行星架(11)且连接有第四行星轮(906)；
所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮(906)啮合的第五行星轮(907)，所述第五行星轮(907)上连接有第三转动轴(915)，所述第三转动轴(915)活动贯穿所述行星架(11)且连接有第六行星轮(903)，所述第六行星轮(903)与所述第二从动转子(703)啮合。
7.根据权利要求1所述的一种储能电机，其特征在于，所述飞轮转子(51)与主轴(2)经转子轴承组件转动配合，所述转子轴承组件包括磁悬浮轴承组件和锥度轴承组件，其中，所述磁悬浮轴承组件包括固定于所述主轴(2)上的第二永磁铁(67)、以及设置于飞轮转子(51)内壁上的第一永磁铁(52)，所述第一永磁铁(52)面向第二永磁铁(67)的一侧的磁极与所述第二永磁铁(67)面向第一永磁铁(52)的磁极相反；所述锥度轴承组件包括设置于飞轮转子(51)内壁上的锥度轴承(53)，以及固定于所述主轴(2)上的驱动装置，所述驱动装置连接有移动件(62)，所述移动件(62)上设置有转动槽(65)，所述转动槽(65)内设置有滚珠(66)；
所述电机处于驱动状态时，所述驱动装置驱动所述移动件(62)朝向锥度轴承(53)移动，直至所述滚珠(66)抵接所述锥度轴承(53)、且所述滚珠(66)与所述锥度轴承(53)同步转动；所述电机处于储能状态时，所述驱动装置驱动所述移动件(62)背向锥度轴承(53)移动，直至所述滚珠(66)不与所述锥度轴承(53)接触。
8.根据权利要求7所述的一种储能电机，其特征在于，所述驱动装置包括安装于所述主轴(2)上的电磁线圈(61)，所述电磁线圈(61)经弹簧(63)连接至所述移动件(62)，所述移动件(62)上设置有电磁铁。
9.根据权利要求1所述的一种储能电机，其特征在于，所述飞轮转子(51)内设置有转子铁芯(54)，所述转子铁芯(54)靠近飞轮转子(51)的外壁。
10.如权利要求1～9中任一项所述的储能电机的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一励磁电流向所述定子线圈(4)供电，飞轮转子(51)旋转，第二励磁电流向所述离合装置供电，所述离合装置进入第一联动状态，飞轮转子(51)的旋转经处于第一联动状态的离合装置、以及变速装置降低传动比后，带动所述齿圈(8)转动，所述电机进入驱动状态；
第一励磁电流、第二励磁电流停止供电，第三励磁电流向所述离合装置供电，所述离合装置进入第二联动状态，在惯性作用下转动的齿圈(8)经变速装置增高传动比、以及处于第二联动状态的离合装置，带动所述飞轮转子(51)旋转，所述电机进入储能状态。
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