CN115776193B - 一种磁悬浮飞轮电池 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种磁悬浮飞轮电池，涉及飞轮电池技术领域。磁悬浮飞轮电池包括壳体，壳体内形成一密闭飞轮腔室；壳体包括呈筒状的内壳部和外壳部，内壳部设置于外壳部内部；飞轮转子设置在飞轮腔室内，飞轮转子空心设置并套设在内壳部上；两个磁轴承组件套设在内壳部上，两个磁轴承组件关于飞轮转子径向方向的中心线对称设置；两个磁轴承组件用于维持飞轮转子的轴向平衡和径向平衡。本公开的磁悬浮飞轮电池通过将飞轮转子设置成空心的外转子以提升飞轮转子的转动惯量，以及通过设置磁轴承组件实现了飞轮转子的磁悬浮支撑以提升飞轮转子旋转的角转速，从而提升磁悬浮飞轮电池的储存能量，满足磁悬浮飞轮电池的高储能需求。

Description

一种磁悬浮飞轮电池

技术领域

本公开涉及飞轮电池技术领域，尤其涉及一种磁悬浮飞轮电池。

背景技术

飞轮电池是一种利用互逆式双向电机（电动/发电机）实现电能与机械能之间相互转换的功率型或能量型储能装置。相较于其他储能装置，飞轮电池具有效率高、功率密度高、充放电速度快、充放电次数无限制、储能与环境温度无关、运行过程中无有害物质产生、几乎不需要维护、可靠性高、寿命不受充放电深度的影响以及使用寿命长等优点。

飞轮电池广泛应用于新能源汽车、通信、风力发电、智能电网、航空航天等工程领域，可以对风电、太阳能电站并网困难问题提供解决办法，可使新能源电站有效发电时间延长，并且使新能源电站具备一定的调峰能力，提高电网的稳定性和可调度性，最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。

飞轮电池在飞轮转子旋转时的动能就是飞轮电池的储能，如何提升飞轮电池的储能是飞轮电池领域的技术难题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供了一种磁悬浮飞轮电池。

本公开提出了一种磁悬浮飞轮电池，所述磁悬浮飞轮电池包括：

壳体，所述壳体内形成一密闭飞轮腔室；所述壳体包括呈筒状的内壳部和外壳部，所述内壳部设置于所述外壳部内部；

飞轮转子，所述飞轮转子设置在所述飞轮腔室内，所述飞轮转子空心设置并套设在所述内壳部上；

两个磁轴承组件，两个所述磁轴承组件套设在所述内壳部上，两个所述磁轴承组件关于所述飞轮转子径向方向的中心线对称设置；两个所述磁轴承组件用于控制所述飞轮转子的轴向位移和径向位移；

所述磁轴承组件（3）包括套设在所述内壳部（12）上的定子铁心（31）和设置在所述定子铁心（31）外端面上的多个磁极（32）；

所述飞轮转子（2）与两个所述磁轴承组件（3）对应的位置分别设置倾斜部（23），多个所述磁极（32）靠近所述倾斜部（23）的一端分别设置配合部（321），所述倾斜部（23）与所述配合部（321）对应设置，所述倾斜部（23）与所述配合部（321）之间形成第一气隙（33）；

所述壳体（1）包括端壳部（13），所述端壳部（13）将所述内壳部（12）与所述外壳部（11）相对的侧边密封相连；所述飞轮转子（2）包括沿其轴向的第一端（21）和第二端（22）；

所述第一端（21）和所述第二端（22）上分别嵌设轴向永磁转子（5），所述端壳部（13）的与所述轴向永磁转子（5）对应的位置嵌设轴向永磁定子（6）；

所述轴向永磁转子（5）和与其对应的所述轴向永磁定子（6）的磁性相同；

所述轴向永磁转子（5）和与其对应的所述轴向永磁定子（6）之间形成第二气隙（51）；

所述内壳部包括第一内壳部（122）、第二内壳部（123）和电机壳体（121），所述电机壳体（121）位于所述第一内壳部（122）与所述第二内壳部（123）之间，所述第一内壳部（122）与所述第二内壳部（123）分别与所述端壳部（13）的两端相连；两个所述磁轴承组件（3）分别设置在所述第一内壳部（122）和所述第二内壳部（123）上；

所述第一内壳部（122）和所述第二内壳部（123）上分别设置着陆轴承（7），所述着陆轴承（7）与所述磁轴承组件（3）对应；

沿所述飞轮转子（2）的径向方向，所述着陆轴承（7）与所述飞轮转子（2）之间形成第三气隙（71），所述第三气隙（71）小于所述第一气隙（33）的沿所述径向方向的尺寸；

沿所述飞轮转子（2）的轴向方向，所述着陆轴承（7）与所述飞轮转子（2）之间形成第四气隙（72），所述第四气隙（72）小于所述第二气隙（51）。

本公开一些实施例中，多个所述磁极上分别绕设励磁线圈；

多个所述磁极用于在所述励磁线圈通电时经所述配合部对所述飞轮转子施加电磁力，所述倾斜部用于将所述电磁力分解为沿所述飞轮转子轴向方向的第一电磁力和沿所述飞轮转子径向方向的第二电磁力。

本公开一些实施例中，所述飞轮转子包括转子主体，所述倾斜部由所述转子主体的内壁面向远离所述转子主体的轴向方向的中心线的方向倾斜设置。

本公开一些实施例中，所述倾斜部包括内锥面，所述配合部包括外锥面，所述内锥面与所述外锥面平行。

本公开一些实施例中，所述磁悬浮飞轮电池还包括：

飞轮电机，所述飞轮电机包括电机转子和电机定子，所述电机转子嵌设在所述飞轮转子的内壁，所述电机定子套设在所述电机壳体的与所述电机转子对应的位置。

本公开一些实施例中，所述飞轮转子包括第一飞轮转子部和第二飞轮转子部，所述第一飞轮转子部设置在所述第二飞轮转子部的外壁；所述轴向永磁转子嵌设在所述第一飞轮转子部上；所述倾斜部设置在所述第二飞轮转子部上，所述电机转子嵌设在所述第二飞轮转子部的内壁；

所述第一飞轮转子部由复合材料制成，所述第二飞轮转子部由金属材料制成。

本公开一些实施例中，所述着陆轴承位于所述磁轴承组件的靠近所述电机定子的一侧，或者，所述着陆轴承设置在所述磁轴承组件的远离所述电机定子的一侧。

本公开一些实施例中，所述飞轮腔室为真空腔室。

本公开一些实施例中，其特征在于，所述内壳部上背离所述飞轮腔室的一侧还设置散热装置；

和/或，所述飞轮腔室内填充导热气体。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开的磁悬浮飞轮电池通过将飞轮转子设置成空心的外转子以提升飞轮转子的转动惯量，以及通过设置磁轴承组件实现了飞轮转子的磁悬浮支撑以提升飞轮转子旋转的角转速，从而提升磁悬浮飞轮电池的储存能量，满足磁悬浮飞轮电池的高储能需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的磁悬浮飞轮电池的部分结构剖面图。

图2是图1的A-A截面剖面图。

图3是图1的B-B截面剖面图。

图4是图1的C处放大图。

图5是根据另一示例性实施例示出的磁悬浮飞轮电池的部分结构剖面图。

其中：1-壳体；11-外壳部；12-内壳部；13-端壳部；14-飞轮腔室；121-电机壳体；122-第一内壳部；123-第二内壳部；2-飞轮转子；21-第一端；22-第二端；23-倾斜部；231-内锥面；24-转子主体；201-第一飞轮转子部；202-第二飞轮转子部；3-磁轴承组件；31-定子铁心；32-磁极；321-配合部；3211-外锥面；33-第一气隙；34-励磁线圈；4-飞轮电机；41-电机转子；42-电机定子；421-电枢；5-轴向永磁转子；6-轴向永磁定子；51-第二气隙；7-着陆轴承；71-第三气隙；72-第四气隙；8-位移传感器；9-垫块；10-散热装置；101-径向方向的中心线；102-轴向方向的中心线。

具体实施方式

这里将详细的对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

飞轮电池中飞轮转子旋转时的动能就是飞轮电池储存的能量。如何提升飞轮电池的储能是飞轮电池领域的技术难题。

为了解决以上技术问题，本公开提出了一种磁悬浮飞轮电池，本实施例的磁悬浮飞轮电池包括壳体，壳体内形成一密闭飞轮腔室。壳体包括内壳部和外壳部，内壳部设置于外壳部内，飞轮转子设置在飞轮腔室内，飞轮转子空心设置并套设在内壳部上。两个磁轴承组件套设在内壳部上，两个磁轴承组件关于飞轮转子径向方向的中心线对称设置。本公开的磁悬浮飞轮电池通过将飞轮转子设置成空心的外转子以提升飞轮转子的转动惯量，以及通过设置磁轴承组件实现了飞轮转子的磁悬浮支撑以提升飞轮转子旋转的角转速，从而提升磁悬浮飞轮电池的储存能量，满足磁悬浮飞轮电池的高储能需求。

以下结合附图对本实施例的技术方案进行详细阐述，在不冲突的情形下，以下实施例和实施方式可以相互结合。在此，需要说明的是，参照图1所示，图1中仅展示出了磁悬浮飞轮电池的半剖视图的第一部分结构，第二部分结构在图1中没有示出，第一部分结构和第二部分结构以图1中示出的轴向方向的中心线102为对称轴上下对称设置（以图1中示出的方位为准）。

根据一示例性实施例，如图1-图5所示，本实施例提出了一种磁悬浮飞轮电池，本实施例的磁悬浮飞轮电池可应用于新能源汽车、通信、风力发电、智能电网和航空航天等领域。磁悬浮飞轮电池包括壳体1，壳体1内形成一密闭的飞轮腔室14。壳体1包括呈筒状的内壳部12和外壳部11，内壳部12位于外壳部11内部，飞轮腔室14形成在内壳部12的外壁与外壳部11的内壁之间。

磁悬浮飞轮电池还包括飞轮转子2，飞轮转子2设置在飞轮腔室14内，飞轮转子2为空心设置，例如为空心圆柱，飞轮转子2套设在内壳部12上，且飞轮转子2的外壁沿其径向方向，向靠近外壳部11的方向延伸，飞轮转子2的外壁与外壳部11的内壁之间具有间隙，以避免飞轮转子2在飞轮腔室14内转动时与外壳部11发生碰撞。

根据飞轮电池的能量储存公式：，其中： E为飞轮电池的储存能量； J为飞轮转子2的转动惯量； ω为飞轮转子2的旋转角速度。可知，要想提升飞轮电池的储存能量需从增大飞轮转子2的旋转角速度和提升飞轮转子2的转动惯量入手。而飞轮转子2的转动惯量与飞轮转子2的形状和飞轮转子2的重量有关。飞轮转子2一般为圆柱，而实心圆柱的飞轮转子2和空心圆柱的飞轮转子2的转动惯量不同。

其中，实心圆柱的飞轮转子2的转动惯量为，其中： J _y 为实心圆柱的飞轮转子2在y轴（实心圆柱轴向方向）的转动惯量， m为实心圆柱的飞轮转子2的质量， R为实心圆柱的飞轮转子2的半径。实心圆柱的飞轮转子2的转动惯量 J与实心圆柱的飞轮转子2的质量 m成正比，与实心圆柱的飞轮转子2的半径 R的平方成正比。

其中，空心圆柱的飞轮转子2的转动惯量为，其中： J _y 为空心圆柱的飞轮转子2在y轴（空心圆柱轴向方向）的转动惯量， m为空心圆柱的飞轮转子2的质量， R为空心圆柱的飞轮转子2的外圆的半径， r为空心圆柱的飞轮转子2的内圆的半径。空心圆柱的飞轮转子2的转动惯量 J与空心圆柱的飞轮转子2的质量 m成正比，与空心圆柱的飞轮转子2的外圆半径 R与内圆半径 r的平方和成正比。因此，在质量一定的情况下，将飞轮转子2设置成空心圆柱的外转子的结构可增加飞轮转子2的转动惯量，从而提升磁悬浮飞轮电池的储存能量。

本实施例的磁悬浮飞轮电池还包括两个磁轴承组件3，两个磁轴承组件3套设在内壳部12上，且两个磁轴承组件3关于飞轮转子2径向方向的中心线101对称设置。需要说明的是，飞轮转子2沿其轴线方向的长度线段具有中点，径向方向的中心线101是沿径向方向延伸且通过轴线方向的长度线段的中点。两个磁轴承组件3用于控制飞轮转子2的轴向位移和径向位移。本实施例通过两个磁轴承组件3对飞轮转子2进行径向定位和轴向定位，以实现飞轮转子2的磁悬浮支承，从而可以减小飞轮转子2转动过程中的摩擦力，提升飞轮转子2的旋转角速度，从而进一步提升磁悬浮飞轮电池的存储能量，满足磁悬浮飞轮电池的高储能需求。

在一些实施例中，如图4所示，磁轴承组件3包括定子铁心31和设置在定子铁心31外端面的多个磁极32，定子铁心31套设在内壳部12上。本实施例的定子铁心31和磁极32为一体结构，定子铁心31和磁极32的一体结构可以由多个定子叠片层叠设置，多个定子叠片之间有绝缘，降低了定子铁心31的涡流损耗。本实施例对定子铁心31上设置的磁极32的数量没有限定，定子铁心31上的磁极32一般成对出现，磁极32的数量应不少于四个，可根据所需要的磁轴承组件3的性能及生产成本方面综合考量后确定磁极32的数量。多个磁极32上分别绕设励磁线圈34，励磁线圈34通电的情况下会使对应磁极32产生磁性，磁极32产生磁性后会对飞轮转子2施加磁性力。

本实施例的飞轮转子2与两个磁轴承组件3对应的位置分别设置倾斜部23，且与两个磁轴承组件3分别对应的两个倾斜部23的倾斜方向相反。与两个磁轴承组件3对应的两个倾斜部23的倾斜角度和尺寸可以相同也可以不同。在一示例中，如图1和图5所示，与两个磁轴承组件3对应的两个倾斜部23关于飞轮转子2径向方向的中心线101对称设置。倾斜部23是独立于飞轮转子2设置，并与飞轮转子2相连。

多个磁极32靠近倾斜部23的一端分别设置配合部321，配合部321与磁极32一体成型设置，倾斜部23与配合部321对应设置，倾斜部23与配合部321之间形成第一气隙33，以使飞轮转子2相对磁轴承组件3无接触转动。多个磁极32用于在励磁线圈34通电时经配合部321对飞轮转子2施加电磁力，倾斜部23为磁极32产生的电磁力提供施力点，倾斜部23用于将电磁力分解为沿飞轮转子2轴向方向的第一电磁力和沿飞轮转子2径向方向的第二电磁力，第一电磁力用于维持飞轮转子2轴向方向的位移平衡，第二电磁力用于维持飞轮转子2径向方向的位移平衡。

本实施例的磁悬浮飞轮电池仅通过两个磁轴承组件3即可控制飞轮转子2的轴向和径向方向的位移平衡，一个磁轴承组件3与对应倾斜部23的配合可控制两个径向自由度和半个轴向自由度，则两个磁轴承组件3与对应倾斜部23的配合可控制飞轮转子2的五个自由度，与传统的控制飞轮转子2的磁悬浮支撑结构相比，省去了轴向磁轴承，有效缩短了飞轮转子2的轴向尺寸，减小了飞轮转子2在轴向方向所占用的飞轮腔室14的内部空间，从而缩小了磁悬浮飞轮电池的厚度，降低生产成本。

本实施例的倾斜部23的倾斜方向也没有限定，只要能对磁极32施加的电磁力分解为第一电磁力和第二电磁力即可。在一示例中，如图4所示，飞轮转子2包括转子主体24，倾斜部23由转子主体24的内壁面向远离转子主体24的轴向方向的中心线102的方向倾斜设置。也即，倾斜部23为飞轮转子2中径向尺寸渐缩的一段。当飞轮转子2设置在定子铁心31外部时，倾斜部23采用此种倾斜方式可以简化飞轮转子2结构，简化飞轮转子2生产工艺和生产成本。

需要说明的是，本实施例所限定的转子主体24的内壁面为飞轮转子2靠近内壳部12的壁面，转子主体24的外壁面为背离内壳部12的壁面。参照图4中示出的方位，位于飞轮转子2右侧的倾斜部23由转子主体24的内壁面向右上方倾斜。

在一些实施例中，如图4所示，倾斜部23包括内锥面231，配合部321包括外锥面3211，内锥面231与外锥面3211平行。多个外锥面3211均位于内锥面231内，多个外锥面3211与内锥面231之间形成环形的第一气隙33。内锥面231与飞轮转子2轴向方向的中心线102之间的夹角与外锥面3211与飞轮转子2轴向方向的中心线102之间的夹角相等。需要说明的是，飞轮转子2沿径向方向的中心线101具有中点，轴向方向的中心线102是沿轴向方向延伸且通过径向方向的中心线101的中点。磁极32经外锥面3211向飞轮转子2施加电磁力，且施力方向垂直于内锥面231，内锥面231将电磁力分解成沿飞轮转子2轴向方向的第一电磁力和沿飞轮转子2径向方向的第二电磁力，以实现对飞轮转子2轴向方向和径向方向的定位。

需要说明的是，本实施例所限定的外锥面3211是指锥面凸设于其所设置的结构，内锥面231是指锥面凹设其所设置的结构。例如内锥面231是锥面凹设于倾斜部23，外锥面3211是锥面凸设于配合部321。

本实施例的飞轮转子2的磁悬浮支撑方案相较于超导轴承支撑方案配件成本、运行成本低；另外，超导轴承为被动轴承，不可控制，本实施例的两个磁轴承组件3为主动磁悬浮轴承，可实现五自由度控制，更适合于环境多变的工况。

在一些实施例中，如图1、图4和图5所示，磁轴承组件3还包括位移传感器8，位移传感器8通过垫块9与定子铁心31相连。位移传感器8用于检测飞轮转子2的径向位移和轴向位移，以便对飞轮转子2进行径向定位和轴向定位。

根据一示例性实施例，如图1和图5所示，本实施例的磁悬浮飞轮电池的壳体1包括端壳部13，端壳部13将内壳部12与外壳部11相对的侧边密封相连。参照图1所示出的方位，端壳部13包括右端壳和左端壳，右端壳将内壳部12的右侧边与外壳部11的右侧边相连，左端壳将内壳部12的左侧边与外壳部11的左侧边相连。内壳部12可以是独立于端壳部13设置，也可以将内壳部12的部分与端壳部13一体成型。在一示例中，如图1和图5所示，内壳部12包括第一内壳部122、第二内壳部123和电机壳体121，电机壳体121位于第一内壳部122和第二内壳部123之间。第一内壳部122和第二内壳部123分别与端壳部13的两侧相连。电机壳体121用于设置电机定子42，两个磁轴承组件3分别设置在第一内壳部122和第二内壳部123上。第一内壳部122和第二内壳部123与端壳部13的两端一体成型形成端壳，端壳与外壳部11、电机壳体121密封连接并围合成飞轮腔室14。在此对外壳部11、内壳部12和端壳部13的结构不作限定，可根据生产工艺难易程度、生产成本等方面综合考量后灵活设计外壳部11、内壳部12和端壳部13的结构。

本实施例的飞轮转子2包括沿其轴向的第一端21和第二端22，第一端21和第二端22上分别嵌设轴向永磁转子5，优选两个轴向永磁转子5关于飞轮转子2的径向方向的中心线101对称设置。端壳部13的与轴向永磁转子5对应的位置嵌设轴向永磁定子6，轴向永磁转子5和与其对应的轴向永磁定子6的磁极性相同，以使轴向永磁定子6与对应轴向永磁转子5磁力相斥，轴向永磁转子5和与其对应的轴向永磁定子6之间形成第二气隙51。

本实施例的轴向永磁定子6和轴向永磁转子5的结构没有限定，在一示例中，如图1、图2和图5所示，轴向永磁定子6和轴向永磁转子5均呈环状结构；在另一示例中（该示例图中未示出），轴向永磁定子6和轴向永磁转子5分别为一个连续的条状结构或者断续的条状结构。本实施例的两个轴向永磁转子5的承载力可依据飞轮转子2的质量及安装方式调节，以适应不同规格的飞轮转子2，便于飞轮转子2系列化。另外，轴向永磁转子5与轴向永磁定子6之间无热量产生，其工作温度较低，因此，轴向永磁转子5与轴向永磁定子6可以选用对工作温度要求低、性价比高的高性能磁性材料如钕铁硼永磁材料，降低成本。

本实施例通过设置轴向永磁转子5和轴向永磁定子6可以进一步维持飞轮转子2转动过程中轴向方向的平衡，以减轻磁轴承组件3的工作电流，降低磁轴承组件3的功耗。

根据一示例性实施例，如图1、图3和图5所示，本实施例的磁悬浮飞轮电池还包括飞轮电机4，本实施例的飞轮电机4为外转子电机，用于在飞轮转子2储能过程中驱动飞轮转子2转动。外转子电机例如可采用永磁同步电机、开关磁阻电机或开关同步电机。飞轮电机4包括电机转子41和电机定子42，电机转子呈筒状，电机转子41嵌设在飞轮转子2的内壁。电机定子呈筒状，电机定子42套设在内壳部12的与电机转子41对应的位置，电机定子42上设置电枢421。示例性的，如图1和图5所示，内壳部12包括第一内壳部122、第二内壳部123和电机壳体121，电机壳体121位于第一内壳部122和第二内壳部123之间，电机定子42套设在电机壳体121上，两个磁轴承组件3分别设置在第一内壳部122和第二内壳部123上。

在一些实施例中，针对能量储备要求高，比能量要求低的磁悬浮飞轮电池，飞轮转子2可以采用一种材质制成，如电力调节用磁悬浮飞轮电池，飞轮转子2采用全金属材质制成，例如为全钢材质制作，生产成本低。

在一些实施例中，针对能量储备要求低，比能量要求较高的磁悬浮飞轮电池，如车载能量回收型磁悬浮飞轮电池，飞轮转子2采用金属材料与复合材料的组合材料制成，以满足高转速需求。如图1-图3、图5所示，飞轮转子2包括第一飞轮转子部201和第二飞轮转子部202，第一飞轮转子部201设置在第二飞轮转子部202的外壁。轴向永磁转子5嵌设在第一飞轮转子部201上，倾斜部23设置在第二飞轮转子部202上，电机转子41嵌设在第二飞轮转子部202的内壁。其中第一飞轮转子部201为飞轮转子2的绝缘部。由于飞轮转子2外圆上任一点的离心力为，其中， F为飞轮转子2的离心力， ω为飞轮转子2的角速度， R为飞轮转子2外圆的半径， m为飞轮转子2的质量。在飞轮转子2的质量 m和飞轮转子2的外圆半径 R一定的情况下，飞轮转子2的角速度 ω越大，飞轮转子2的离心力 F越大，对飞轮转子2的材料强度要求越高。因此，比能量要求较高的磁悬浮飞轮电池，飞轮转子2的转速高，对飞轮转子2的强度要求高，将第一飞轮转子部201采用复合材料制成，复合材料例如为采用高强度的碳纤维材料，以使飞轮转子具有更高的强度，以满足飞轮转子的高转速需求。同时将第二飞轮转子部202采用金属材料制成，金属材料例如为钢，以对复合材料的第一飞轮转子部201提供刚性支撑。

本实施例的飞轮转子2的材质类型并不限于上述示例，可根据应用场景、生产工艺难易程度、生产成本等方面综合考量后灵活确定飞轮转子2的材质。

根据一示例性实施例，如图1、图4和图5所示，本实施例的磁悬浮飞轮电池的内壳部12上设置两个着陆轴承7，着陆轴承7套设在内壳部12上，两个着陆轴承7与两个磁轴承组件3对应。在一示例中，如图1和图5所示，内壳部12包括第一内壳部122、第二内壳部123和电机壳体121，第一内壳部122和第二内壳部123分别与端壳部13一体成型形成端壳。两个着陆轴承7分别设置在第一内壳部122和第二内壳部123上。

在一些实施例中，如图1所示，着陆轴承7位于磁轴承组件3的靠近电机定子42的一侧。在另一些实施例中，如图5所示，着陆轴承7位于磁轴承组件3的远离电机定子42的一侧。沿飞轮转子2的径向方向，着陆轴承7与飞轮转子2之间形成第三气隙71，第三气隙71小于第一气隙33沿飞轮转子2径向方向的尺寸。沿飞轮转子2的轴向方向，着陆轴承7与飞轮转子2之间形成第四气隙72，第四气隙72小于第二气隙51。

本实施例通过设置着陆轴承7以在磁悬浮飞轮电池停机或断电的情况下，飞轮转子2从无机械接触的平衡状态变化到有机械接触的状态。由于飞轮转子2通常情况下高速旋转，在飞轮转子2着陆过程中有可能导致磁轴承组件3损坏，因此通过设置着陆轴承7来对飞轮转子2着陆提供机械支撑以避免飞轮转子2着陆过程中损坏磁轴承组件3。并且，着陆轴承7与飞轮转子2之间的第三气隙71小于第一气隙33在飞轮转子2径向方向的尺寸，可避免飞轮转子2着陆在着陆轴承7上时，在径向方向与磁轴承组件3发生碰撞。同时，着陆轴承7沿飞轮转子2轴向方向的第四气隙72小于第二气隙51，可避免飞轮转子2着陆在着陆轴承7上时，在轴向方向与轴向永磁定子6发生碰撞。示例性的，第三气隙71为第一气隙33在径向方向尺寸的一半，第四气隙72为第二气隙51轴向方向尺寸的一半。

本实施例的磁悬浮飞轮电池优选设置成对称结构，以减少工件数量，降低生产成本。

在一些实施例中，飞轮腔室14为真空腔室，以降低飞轮转子2的风阻，并且本实施例的磁悬浮飞轮电池的结构简单，真空密封难度低。

根据一示例性实施例，内壳部12上背离飞轮腔室14的一侧还设置散热装置10，以降低磁悬浮飞轮电池的工作温度。在一示例中，如图2和图3所示，散热装置10为设置在内壳部12上背离飞轮腔室14一侧的多个散热翅片。另一示例中，磁悬浮飞轮电池的飞轮腔室14内填充导热性能良好的气体，例如氦气。本实施例可选用上述示例中的一种来降低磁悬浮飞轮电池的工作温度，也可以将上述示例结合来共同降低磁悬浮飞轮电池的工作温度。可根据所需的磁悬浮飞轮电池的温度、生产成本等方面综合考量后来灵活设计磁悬浮飞轮电池的降温方式。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述磁悬浮飞轮电池包括：

壳体（1），所述壳体（1）内形成一密闭飞轮腔室（14）；所述壳体（1）包括呈筒状的内壳部（12）和外壳部（11），所述内壳部（12）设置于所述外壳部（11）内部；

飞轮转子（2），所述飞轮转子（2）设置在所述飞轮腔室（14）内，所述飞轮转子（2）空心设置并套设在所述内壳部（12）上；

两个磁轴承组件（3），两个所述磁轴承组件（3）套设在所述内壳部（12）上，两个所述磁轴承组件（3）关于所述飞轮转子（2）径向方向的中心线（101）对称设置；两个所述磁轴承组件（3）用于控制所述飞轮转子（2）的轴向位移和径向位移；

所述磁轴承组件（3）包括套设在所述内壳部（12）上的定子铁心（31）和设置在所述定子铁心（31）外端面上的多个磁极（32）；

所述飞轮转子（2）与两个所述磁轴承组件（3）对应的位置分别设置倾斜部（23），多个所述磁极（32）靠近所述倾斜部（23）的一端分别设置配合部（321），所述倾斜部（23）与所述配合部（321）对应设置，所述倾斜部（23）与所述配合部（321）之间形成第一气隙（33）；

所述壳体（1）包括端壳部（13），所述端壳部（13）将所述内壳部（12）与所述外壳部（11）相对的侧边密封相连；所述飞轮转子（2）包括沿其轴向的第一端（21）和第二端（22）；

所述第一端（21）和所述第二端（22）上分别嵌设轴向永磁转子（5），所述端壳部（13）的与所述轴向永磁转子（5）对应的位置嵌设轴向永磁定子（6）；

所述轴向永磁转子（5）和与其对应的所述轴向永磁定子（6）的磁性相同；

所述轴向永磁转子（5）和与其对应的所述轴向永磁定子（6）之间形成第二气隙（51）；

所述内壳部包括第一内壳部（122）、第二内壳部（123）和电机壳体（121），所述电机壳体（121）位于所述第一内壳部（122）与所述第二内壳部（123）之间，所述第一内壳部（122）与所述第二内壳部（123）分别与所述端壳部（13）的两端相连；两个所述磁轴承组件（3）分别设置在所述第一内壳部（122）和所述第二内壳部（123）上；

所述第一内壳部（122）和所述第二内壳部（123）上分别设置着陆轴承（7），所述着陆轴承（7）与所述磁轴承组件（3）对应；

沿所述飞轮转子（2）的径向方向，所述着陆轴承（7）与所述飞轮转子（2）之间形成第三气隙（71），所述第三气隙（71）小于所述第一气隙（33）的沿所述径向方向的尺寸；

沿所述飞轮转子（2）的轴向方向，所述着陆轴承（7）与所述飞轮转子（2）之间形成第四气隙（72），所述第四气隙（72）小于所述第二气隙（51）。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，多个所述磁极（32）上分别绕设励磁线圈（34）；

多个所述磁极（32）用于在所述励磁线圈（34）通电时经所述配合部（321）对所述飞轮转子（2）施加电磁力，所述倾斜部（23）用于将所述电磁力分解为沿所述飞轮转子（2）轴向方向的第一电磁力和沿所述飞轮转子（2）径向方向的第二电磁力。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述飞轮转子（2）包括转子主体（24），所述倾斜部（23）由所述转子主体（24）的内壁面向远离所述转子主体（24）的轴向方向的中心线（102）的方向倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述倾斜部（23）包括内锥面（231），所述配合部（321）包括外锥面（3211），所述内锥面（231）与所述外锥面（3211）平行。

5.根据权利要求2所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述磁悬浮飞轮电池还包括：

飞轮电机（4），所述飞轮电机（4）包括电机转子（41）和电机定子（42），所述电机转子（41）嵌设在所述飞轮转子（2）的内壁，所述电机定子（42）套设在所述电机壳体（121）的与所述电机转子（41）对应的位置。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述飞轮转子（2）包括第一飞轮转子部（201）和第二飞轮转子部（202），所述第一飞轮转子部（201）设置在所述第二飞轮转子部（202）的外壁；所述轴向永磁转子（5）嵌设在所述第一飞轮转子部（201）上；所述倾斜部（23）设置在所述第二飞轮转子部（202）上，所述电机转子（41）嵌设在所述第二飞轮转子部（202）的内壁；

所述第一飞轮转子部（201）由复合材料制成，所述第二飞轮转子部（202）由金属材料制成。

7.根据权利要求5所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述着陆轴承（7）位于所述磁轴承组件（3）的靠近所述电机定子（42）的一侧，或者，所述着陆轴承（7）设置在所述磁轴承组件（3）的远离所述电机定子（42）的一侧。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述飞轮腔室（14）为真空腔室。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的磁悬浮飞轮电池，其特征在于，所述内壳部（12）上背离所述飞轮腔室（14）的一侧还设置散热装置（10）；

和/或，所述飞轮腔室（14）内填充导热气体。

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