CN115360853B - 储能飞轮、盘式电机组件及储能设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能飞轮、盘式电机组件及储能设备，所述储能飞轮包括壳体、飞轮转子和盘式电机组件，电机定子设于壳体内顶面和/或内底面上，电机转子嵌设在飞轮转子上，电机转子包括安装环板和多个磁钢，安装环板具有多个沿其周向间隔布置的磁槽，多个磁钢对应嵌设在多个磁槽内，相邻磁槽之间具有隔部，隔部具有沿安装环板的径向延伸并沿安装环板的轴向贯穿隔部的去应力槽，去应力槽的开口端位于安装环板的内周面上。本发明的储能飞轮采用盘式电机组件代替相关技术中的径向电机，且电机转子的安装环板上设有去应力槽，以防止局部应力集中导致安装环板疲劳断裂，实现了盘式电机组件应用在储能飞轮上的可行性，减小了储能飞轮的体积。

Description

储能飞轮、盘式电机组件及储能设备
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体地，涉及一种储能飞轮、盘式电机组件及储能设备。
背景技术
常见的储能飞轮包括电机和飞轮转子，电机和飞轮转子均布局在同一空间内，且电机转子套设在飞轮转子上，电机定子设于壳体上并轴向延伸，电机定子带动电机转子转动以实现飞轮转子的转动，但是，轴向设置的电机定子和电机转子空间占用大，储能飞轮体积大，装配不方便，而受材料强度与自身结构的限制，体积较小的盘式电机并不能直接使用在储能飞轮上。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种储能飞轮，所述储能飞轮的采用盘式电机组件代替相关技术中的径向电机，且电机转子的安装环板上设有去应力槽，以用于吸收内应力，防止局部应力集中导致疲劳断裂，解决盘式电机组件的电机转子应用到高速转动的飞轮转子上时，其结构强度无法满足抗扭矩需求的问题，实现了盘式电机组件应用在储能飞轮上的可行性，减小了储能飞轮的体积，降低了储能飞轮对外部装配环境的空间需求。
本发明的实施例还提出一种盘式电机组件。
本发明的实施例还提出一种储能设备。
本发明实施例的储能飞轮包括：壳体；飞轮转子和盘式电机组件，所述飞轮转子和所述盘式电机组件均设于所述壳体内，所述盘式电机组件包括电机转子和电机定子，所述电机定子设于所述壳体内顶面和/或内底面上，所述电机转子嵌设在所述飞轮转子朝向所述电机定子的端面上，所述电机转子包括安装环板和多个磁钢，所述安装环板具有多个沿其周向间隔布置的磁槽，多个所述磁钢对应嵌设在多个所述磁槽内，相邻所述磁槽之间具有隔部，所述隔部具有沿所述安装环板的径向延伸并沿所述安装环板的轴向贯穿所述隔部的去应力槽，所述去应力槽的开口端位于所述安装环板的内周面上。
根据本发明实施例的储能飞轮，飞轮转子和盘式电机组件均设于壳体内，盘式电机组件包括电机转子和电机定子，电机定子设于壳体内顶面和/或内底面上，电机转子嵌设在飞轮转子朝向电机定子的端面上，电机转子包括安装环板和多个磁钢，安装环板具有多个沿其周向间隔布置的磁槽，多个磁钢对应嵌设在多个磁槽内，相邻磁槽之间具有隔部，隔部具有沿安装环板的径向延伸并沿安装环板的轴向贯穿隔部的去应力槽，去应力槽的开口端位于安装环板的内周面上，由此本申请通过采用盘式电机组件代替传统的径向电机，盘式电机组件轴向空间占用小，储能飞轮整体体积小，降低了储能飞轮对外部装配环境的空间需求，且磁钢嵌设在磁槽内可提高磁钢的防脱性，磁槽之间的隔部设有去应力槽，则安装环板受到扭矩作用时，去应力槽可提供变形空间，有效吸收内应力，防止局部应力集中导致疲劳断裂，解决盘式电机组件的电机转子应用到高速转动的飞轮转子上时，其结构强度无法满足抗扭矩需求的问题，实现了盘式电机组件应用在储能飞轮上的可行性。
在一些实施例中，所述飞轮转子朝向所述电机定子的端面上具有环形安装槽，所述安装环板设于所述环形安装槽内且所述安装环板的外周面与所述环形安装槽的内周面过盈配合。
在一些实施例中，所述磁槽的至少一侧侧面具有压边，所述压边可止抵所述磁钢的顶面和/或底面。
在一些实施例中，所述压边包括在所述安装环板的轴向上间隔开的上压边和下压边，所述上压边可止抵所述磁钢的上端面，所述下压边和止抵所述磁钢的下端面。
在一些实施例中，磁槽在所述安装环板的径向上具有间隔开的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面具有朝向所述第二侧面延伸的所述压边，和/或所述第二侧面具有朝向所述第一侧面延伸的压边。
在一些实施例中，所述磁槽在所述安装环板的周向上具有相对的第三侧面和第四侧面，所述第三侧面与所述第一侧面的连接处和所述第三侧面与所述第二侧面的连接处中的至少一个具有过渡圆角，所述第四侧面与所述第一侧面的连接处和所述第四侧面与所述第二侧面的连接处中的至少一个具有所述过渡圆角。
在一些实施例中，所述盘式电机组件还包括电机转子轭部，所述电机转子轭部连接在安装环板板背离所述电机定子的侧面上并与所述磁钢胶粘连接。
在一些实施例中，所述安装环板背离所述电机定子的侧面具有环形配合槽，所述电机转子轭部配合在所述环形配合槽内。
本发明实施例的盘式电机组件包括电机定子和电机转子，所述电机转子包括安装环板和多个磁钢，所述安装环板具有多个沿其周向延伸的磁槽，多个所述磁钢对应嵌设在多个所述磁槽内，相邻所述磁槽之间具有隔部，所述隔部具有沿所述安装环板的径向延伸并沿所述安装环板的轴向贯穿所述隔部的去应力槽，所述去应力槽的开口端位于所述安装环板的内周面上。
根据本发明实施例的盘式电机组件，安装环板具有多个沿其周向延伸的磁槽，相邻磁槽之间的隔部具有沿安装环板的径向延伸并沿安装环板的轴向贯穿隔部的去应力槽，且去应力槽的开口端位于安装环板的内周面上，由此，安装环板受到扭矩作用时，去应力槽可提供变形空间，有效吸收内应力，防止局部应力集中导致疲劳断裂，使盘式电机组件且能够承受较大扭矩，满足在高速转动的设备上应用。
本发明实施例的储能设备包括上述实施例所述的储能飞轮或上述实施例所述的盘式电机组件。
根据本发明实施例的储能设备，通过采用上述实施例所述的储能飞轮或盘式电机组件，储能设备体积小且使用寿命长。
附图说明
图1是本发明实施例的储能飞轮的结构示意图。
图2是本发明实施例的储能飞轮的安装环板的正视图。
图3是本发明实施例的储能飞轮的磁槽的局部放大图。
图4是本发明实施例的储能飞轮的安装环板侧视图。
附图标记：
壳体10，飞轮转子20，电机定子1，电机转子2，安装环板21，磁槽211，第一侧面2111，第二侧面2112，第三侧面2113，第四侧面2114，隔部212，去应力槽213，压边214，过渡圆角215，磁钢22，电机转子轭部3。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，本发明实施例的储能飞轮包括壳体10、飞轮转子20和盘式电机组件。
具体地，飞轮转子20和盘式电机组件均设于壳体10内，盘式电机组件包括电机转子2和电机定子1，电机定子1设于壳体10内顶面和/或内底面上，电机转子2嵌设在飞轮转子20朝向电机定子1的端面上。
具体地，如图1所示，本申请的飞轮转子20的上下两侧均设有盘式电机组件，以加快飞轮转子20的转动速度，提高储能飞轮的工作效率，以设于上侧的盘式电机组件为例，电机定子1设于壳体10的顶板上，电机转子2设于飞轮转子20的上端面上，即电机定子1和电机转子2沿飞轮转子20的轴向布置（可参考盘式电机），相较于传统的沿飞轮转子的径向布置并沿其轴向延伸的电机定子和电机转子，盘式电机组件的轴向布局空间占用小，有利于减少储能飞轮的体积。
进一步地，电机转子2包括安装环板21和多个磁钢22，安装环板21具有多个沿其周向间隔布置的磁槽211，多个磁钢22对应嵌设在多个磁槽211内。需要说明的是，储能飞轮的飞轮转子往往需要具有极高的转速，相应地，飞轮转子也会高速旋转，而通过在安装环板上设置磁槽211，并将磁钢22嵌设在磁槽211内，可以防止磁钢22随安装环板21快速转动时发生脱落，保证盘式电机组件的结构稳定性。
进一步地，如图2所示，相邻磁槽211之间具有隔部212，隔部212具有沿安装环板21的径向延伸并沿安装环板21的轴向贯穿隔部212的去应力槽213，去应力槽213的开口端位于安装环板21的内周面上。
可以理解的是，由于盘式电机组件的电机转子2嵌设在飞轮转子20上，考虑到飞轮转子20的重量较大，储能飞轮启动的瞬间，电机转子2需要承受较大的扭矩，该扭矩会作用在安装环板21上，从而导致安装环板21的内应力集中至使疲劳断裂的出现，而针对上述问题，本申请通过在隔部212上设有去应力槽213，可以将安装环板21的内环边分隔成多个环段，且每个隔部212可被去应力槽213分隔成两个连接板，每个环段的两侧分别通过连接板与安装环板212的外环边连接，则安装环板212受到扭矩作用时，去应力槽213可提供变形空间，有效吸收内应力，防止疲劳断裂的问题，解决盘式电机组件的电机转子应用到高速转动的飞轮转子20上时，其结构强度无法满足抗扭矩需求的问题。
根据本发明实施例的储能飞轮，飞轮转子和盘式电机组件均设于壳体内，盘式电机组件包括电机转子和电机定子，电机定子设于壳体内顶面和/或内底面上，电机转子嵌设在飞轮转子朝向电机定子的端面上，电机转子包括安装环板和多个磁钢，安装环板具有多个沿其周向间隔布置的磁槽，多个磁钢对应嵌设在多个磁槽内，相邻磁槽之间具有隔部，隔部具有沿安装环板的径向延伸并沿安装环板的轴向贯穿隔部的去应力槽，去应力槽的开口端位于安装环板的内周面上，由此本申请通过采用盘式电机组件代替传统的径向电机，盘式电机组件轴向空间占用小，储能飞轮整体体积小，降低了储能飞轮对外部装配环境的空间需求，且磁钢嵌设在磁槽内可提高磁钢的防脱性，磁槽之间的隔部设有去应力槽，则安装环板受到扭矩作用时，去应力槽可提供变形空间，有效吸收内应力，防止局部应力集中导致疲劳断裂，解决盘式电机组件的电机转子应用到高速转动的飞轮转子上时，其结构强度无法满足抗扭矩需求的问题，实现了盘式电机组件应用在储能飞轮上的可行性。
进一步地，如图1所示，飞轮转子20朝向电机定子1的端面上具有环形安装槽，安装环板21设于环形安装槽内且安装环板21的外周面与环形安装槽的内周面过盈配合。
可以理解的是，飞轮转子20和电机转子2通过安装环板21和环形安装槽的嵌合结构相互连接，且环形安装槽的内壁可对安装环板21的外侧面施加一个预应力，以抵消一部分转速产生的应力。
进一步地，如图2和图4所示，磁槽211的至少一侧侧面具有压边214，压边214可止抵磁钢22的顶面和/或底面。由此，利用压边214可止挡磁钢22的顶面和/或底面，从而可防止磁钢22从磁槽211中甩出掉落。
优选地，压边214包括在安装环板21的轴向上间隔开的上压边和下压边，上压边可止抵磁钢22的上端面，下压边和止抵磁钢22的下端面，由此压边214可在上下方向上形成对磁钢22的限位结构，进一步增强磁钢22安装的稳固性。
优选地，如图2和图3所示，磁槽211在安装环板21的径向上具有间隔开的第一侧面2111和第二侧面2112，第一侧面2111具有朝向第二侧面2112延伸的压边214，和/或第二侧面2112具有朝向第一侧面2111延伸的压边214。
优选地，第一侧面2111的上下两端均具有压边214，第二侧面2112的上下两端也均具有压边。
进一步地，如图2和图3所示，磁槽211在安装环板21的周向上具有相对的第三侧面2113和第四侧面2114，第三侧面2113与第一侧面2111的连接处和第三侧面2113与第二侧面2112的连接处中的至少一个具有过渡圆角215，第四侧面2114与第一侧面2111的连接处和第四侧面2114与第二侧面2112的连接处中的至少一个具有过渡圆角215。
换言之，磁槽211在安装环板21上形成一个呈四边形的开口，在安装环板21径向方向上，磁槽211第一侧面2111和第二侧面2112相对，在安装环板21周向方向上，磁槽211的第三侧面2113和第四侧面2114相对。
可以理解的是，当磁槽211的各侧面的连接处为棱角状时，磁槽211的开口形状发生改变会出现各侧面连接处应力集中现象，导致安装环板21发生脆性破坏，影响安装环板21的使用寿命，而本申请将各侧面连接处设为圆弧段平滑过渡，有效防止该部位应力集中，延长安装环板21的使用寿命。
进一步地，如图1和图4所示，盘式电机组件还包括电机转子轭部3，电机转子轭部3连接在安装环板21板背离电机定子1的侧面上并与磁钢22胶粘连接。
可以理解的是，电机转子轭部3采用高导磁材料制作，安装环板21采用不导磁材料制作，电机转子轭部3可固定磁极并形成部分磁路，且可以为安装环板21分担部分扭矩。
进一步地，如图1和图4所示，安装环板21背离电机定子1的侧面具有环形配合槽，电机转子轭部3配合在环形配合槽内，即电机转子轭部3夹设于安装环板21和飞轮转子20之间，且电机转子轭部3嵌合在安装环板21的环形配合槽内，可利用环形配合槽对电机转子轭部3进行径向限位。
本发明实施例的盘式电机组件包括电机定子1和电机转子2，电机转子2包括安装环板21和多个磁钢22，安装环板21具有多个沿其周向延伸的磁槽211，多个磁钢22对应嵌设在多个磁槽211内，相邻磁槽211之间具有隔部212，隔部212具有沿安装环板21的径向延伸并沿安装环板21的轴向贯穿隔部212的去应力槽213，去应力槽213的开口端位于安装环板21的内周面上。
根据本发明实施例的盘式电机组件，安装环板具有多个沿其周向延伸的磁槽，相邻磁槽之间的隔部具有沿安装环板的径向延伸并沿安装环板的轴向贯穿隔部的去应力槽，且去应力槽的开口端位于安装环板的内周面上，由此，安装环板受到扭矩作用时，去应力槽可提供变形空间，有效吸收内应力，防止局部应力集中导致疲劳断裂，使盘式电机组件且能够承受较大扭矩，满足在高速转动的设备上应用。
本发明实施例的储能设备包括上述实施例的储能飞轮或盘式电机组件。
根据本发明实施例的储能设备，通过采用上述实施例的储能飞轮或盘式电机组件，储能设备体积小且使用寿命长。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能飞轮，其特征在于，包括：
壳体；
飞轮转子和盘式电机组件，所述飞轮转子和所述盘式电机组件均设于所述壳体内，所述盘式电机组件包括电机转子和电机定子，所述电机定子设于所述壳体内顶面和/或内底面上，所述电机转子嵌设在所述飞轮转子朝向所述电机定子的端面上，所述电机转子包括安装环板和多个磁钢，所述安装环板具有多个沿其周向间隔布置的磁槽，多个所述磁钢对应嵌设在多个所述磁槽内，相邻所述磁槽之间具有隔部，所述隔部具有沿所述安装环板的径向延伸并沿所述安装环板的轴向贯穿所述隔部的去应力槽，所述去应力槽的开口端位于所述安装环板的内周面上；
所述去应力槽将安装环板的内环边分隔成多个环段，每个所述隔部可被去应力槽分隔成两个连接板，每个环段的两侧分别通过连接板与安装环板的外环边连接，使得安装环板受到扭矩作用时，去应力槽可提供变形空间。
2.根据权利要求1所述的储能飞轮，其特征在于，所述飞轮转子朝向所述电机定子的端面上具有环形安装槽，所述安装环板设于所述环形安装槽内且所述安装环板的外周面与所述环形安装槽的内周面过盈配合。
3.根据权利要求2所述的储能飞轮，其特征在于，所述磁槽的至少一侧侧面具有压边，所述压边可止抵所述磁钢的顶面和/或底面。
4.根据权利要求3所述的储能飞轮，其特征在于，所述压边包括在所述安装环板的轴向上间隔开的上压边和下压边，所述上压边可止抵所述磁钢的上端面，所述下压边和止抵所述磁钢的下端面。
5.根据权利要求3所述的储能飞轮，其特征在于，磁槽在所述安装环板的径向上具有间隔开的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面具有朝向所述第二侧面延伸的所述压边，和/或所述第二侧面具有朝向所述第一侧面延伸的压边。
6.根据权利要求5所述的储能飞轮，其特征在于，所述磁槽在所述安装环板的周向上具有相对的第三侧面和第四侧面，所述第三侧面与所述第一侧面的连接处和所述第三侧面与所述第二侧面的连接处中的至少一个具有过渡圆角，所述第四侧面与所述第一侧面的连接处和所述第四侧面与所述第二侧面的连接处中的至少一个具有所述过渡圆角。
7.根据权利要求2所述的储能飞轮，其特征在于，所述盘式电机组件还包括电机转子轭部，所述电机转子轭部连接在安装环板板背离所述电机定子的侧面上并与所述磁钢胶粘连接。
8.根据权利要求7所述的储能飞轮，其特征在于，所述安装环板背离所述电机定子的侧面具有环形配合槽，所述电机转子轭部配合在所述环形配合槽内。
9.一种盘式电机组件，其特征在于，包括电机定子和电机转子，所述电机转子包括安装环板和多个磁钢，所述安装环板具有多个沿其周向延伸的磁槽，多个所述磁钢对应嵌设在多个所述磁槽内，相邻所述磁槽之间具有隔部，所述隔部具有沿所述安装环板的径向延伸并沿所述安装环板的轴向贯穿所述隔部的去应力槽，所述去应力槽的开口端位于所述安装环板的内周面上。
10.一种储能设备，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的
储能飞轮或根据权利要求9所述的盘式电机组件。
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