CN219918610U - 飞轮马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞轮马达，其特征在于：包括马达定子(1)、飞轮转子(2)、马达端盖(3)、定子磁力线圈(1‑1)和转子磁力线圈(2‑1)、控制电路单元(4)和传感器检测单元(1‑2)、转子感应磁柱装置(2‑2)，所述的磁力线圈(2‑1)设置在储能飞轮转子(2)边缘上，控制电路单元(4)通过传感器检测单元(1‑2)和转子感应磁柱装置(2‑2)，检测转子磁力线圈(2‑1)所处位置，产生与定子磁力线圈(1‑1)相互作用的磁场，撬动飞轮转子旋转，组成一种飞轮马达。

Description

飞轮马达

技术领域

本申请的说明书涉及的是飞轮马达领域，尤其涉及一种磁力线圈飞轮马达。

背景技术

目前，储能飞轮转动由内部主轴施加外力驱动，使飞轮被动旋转，驱动马达消耗功率较大，难以实现飞轮省力驱动和降低马达功耗的要求。

发明内容

本实用新型的发明目的在于，提供一种飞轮马达以及马达定子、转子的磁场产生及控制方法，以达到飞轮省力驱动和降低马达功耗的目的，飞轮马达可作为动力使用或用于机组发电，也可作为光伏、风力发电功率平滑的物理储能设备，联合电网调频，均衡负载。

本实用新型的马达转子采用惯性储能飞轮，利用飞轮主轴和半径形成多组对称的等力臂杠杆，磁力线圈对称嵌入在飞轮边缘处，与定子磁力线圈相对应，形成杠杆着力点，使飞轮外部边缘受力。电路控制单元(4)通过传感器检测单元，检测转子磁力线圈所处位置，输出控制电源，产生定子、转子相互作用的磁场，在定子固定磁场作用下，利用杠杆原理，多组杠杆同时撬动飞轮边缘端部，使飞轮主动旋转。

利用飞轮转子的对称磁极同时作用与飞轮外部边缘，增加飞轮边缘杠杆平衡受力，消除马达主轴芯困。

电路控制单元输出反向电压，控制铁芯线圈产生斥力磁场，推动飞轮继续旋转，同时清除因正向电压引力磁场产生的剩磁，消除磁粘。

马达转子圆形电磁线圈牵引行程小于电磁线圈直径D，长方形电磁线圈小于电磁线圈长度L，飞轮转子牵引行程可以控制在1-100mm内，控制单元电路采用正负脉冲供电，磁场线圈周期内通电时间小于10mS，其中引力磁场通电时间小于5mS，磁场斥力导通时间小于0.5ms，可降低60％-90％的电能消耗。

马达启动时，控制单元电路调整磁力线圈输入电压和导通时间，控制飞轮马达的额定转速。电路控制单元(4)输出2倍的额定电压，飞轮马达30s内既可达到90％的额定转速，启动电压可以提高到额定的电压的3倍，使飞轮转子迅速达到额定转速。

为达到上述的发明目的，本实用新型提出以下技术方案：

一种飞轮马达，其特征在于：马达定子(1)，飞轮转子(2)，马达端盖(3)，磁力线圈(1-1)和(2-1)，控制电路单元(4)，传感器检测单元(1-2)和(2-2)，所述的磁力线圈(2-1)设置在储能飞轮转子边缘上，控制电路单元(4)通过传感器单元(1-2)和(2-2)，检测转子磁力线圈(2-1)所处位置，产生与定子磁力线圈(1-1)相互作用的磁场，撬动飞轮转子旋转，组成一种飞轮马达。

优选地，所述的马达定子(1)、飞轮转子(2)和马达端盖(3)，外形尺寸相同，通过定位螺栓(1-3)、(1-4)固定在一起。

优选地，所述的马达飞轮转子(2)内嵌在马达定子(1)内，与马达定子(1)形成同一的平面。

优选地，所述的磁力线圈(1-1)和(2-1)，对称嵌装在马达定子(1)和飞轮转子(2)的凹槽卡台内，定子和转子磁力线圈数量相等。

优选地，所述的传传感器检测单元(1-2)设置在马达定子(1)，的内环边缘处，与转子感应磁柱装置(2-2)相对应。

优选地，所述的转子感应磁柱装置(2-2)，设置在飞轮转子(2)的外环边缘上，磁柱间距与单组转子磁力线圈(2-1)的行程相同。

优选地，所述的飞轮转子的磁力线圈(2-1)电源，由控制电路单元(4)，经过桥架和飞轮主轴滑环装置输入。

优选地，所述的马达增加输出功率，由定子(1)和飞轮转子(2)，多片复合叠加。

其中，所述的马达定子、转子的磁场产生及控制方法包括以下步骤：步骤1：安装定子磁力线圈(1-1)和(2-1)和于飞轮转子和定子凹槽卡台内；

步骤2：传感器检测单元(1-2)定位检测转子磁力线圈(2-2)处于马达启动位置；

步骤3：控制单元(4)输出正向-反向电压，产生引力磁场；

步骤4：转子磁力组件旋转到定子磁力组件垂直位置，关闭磁场电源；

步骤5：延时到设置的时间后，控制单元(4)输出正向-正向电压，产生斥力磁场。

优选地，所述的磁力线圈(1-1)和(2-1)，由控制单元(4)产生反向斥力磁场消除线圈铁芯磁粘。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请与现有技术相比，达到如下效果：

一：飞轮马达外形为扁平式结构，方便设备贴附安装。

二：控制电路单元采用传感器和智能芯片控制，马达转子自适应主动旋转。

三：利用线圈磁场引力和磁力，多组杠杆同时撬动飞轮主动旋转，高效省力，节约电能。

四：控制单元电路输出正负转换的脉冲电源，磁力线圈工作时间短，可降低60％-90％的电能消耗，磁力线圈温升低。

五：马达启动可采用2倍额定电压供电，30秒内可达到设置的额定转速。

六：马达启动和运行线圈电流平稳，对电网影响小。

七：控制电路单元使线圈产生斥力磁场，使铁芯产生反向剩磁，消除磁粘。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的所述飞轮马达结构示意图之一。

图2为本实用新型的所述飞轮马达结构示意图之二。

图3为本实用新型的所述飞轮马达结构示意图之三。

图4为本实用新型的所述飞轮马达定子与转子结构示意图。

图5为本实用新型的所述飞轮马达端盖结构示意图一。

图6为本实用新型的所述飞轮马达端盖结构示意图二。

图7为本实用新型的所述飞轮马达电源控制单元电路框图。

图8为本实用新型的所述飞轮马达磁力线圈控制电源波形图。

图9为本实用新型的所述飞轮马达定子和转子磁力线圈磁极转换时序图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些名称、词汇或术语来指称特定组件和电路构成,本领域技术人员应可理解，工程技术人员、硬件、软件、元器件制造商可能会用不同名词和词汇来称呼同一个组件和名称。为便于理解、描述和说明，技术人员也会使用相同的名称或术语描述组件、金属材料和单元电路构成的马达和电机，如本申请在通篇说明书及权利要求当中所提及的马达外壳，马达定子，电机定子、转子，金属飞轮转子，转子磁力线圈，磁力线圈组件，基座，磁力线圈组件，NS磁极、弧形磁场铁芯，霍尔传感器，感应磁柱，滑环组件，过桥装置，过桥架，转子线圈滑环装置，碳刷装置弧形盖板，，机械螺丝，铝材，控制电路板，控制单元，MOS管，电源电路，间歇式供电，感应信号输入、输出等，这些名称或词汇都以组件或电路单元的形式出现在本申请中。

本申请的说明书、说明书附图、说明书摘要、摘要附图和权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或马达设备形成的方式，而是以组件或马达设备形成在结构上、功能上、应用规则上、设计方法和使用构想上等、于本申请的技术方案方面存在的差异作为区分的准则。

说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

参见图1至图9为本申请所述一种飞轮马达的具体实施例。

如图1-9所示：

1：一种飞轮马达，其特征在于：

马达定子1，为正方形，飞轮转子2，内嵌在定子内，马达端盖3，位于马达上下两侧，由螺栓1-3、1-4、3-3、3-4等固定在一起，结构简单，利于设备贴附安装。线圈电源线由3-2输入，主轴轴承安装在3-1处，用于固定转子主轴2-5，2-3、2-4为飞轮转子固定螺丝。定子磁力线圈1-1，嵌装在内边缘处，与转子线圈2-1在同一平面内对应，定子和转子间隙小于1mm，转子线圈2-1使飞轮形成等力臂杠杆着力点，在定子磁力线圈1-1处受力，多组杠杆同时撬动飞轮主动旋转，高效省力。控制电路单元4，输出正负变化的电源，输入到磁力线圈中，产生磁场力，磁力线圈通电时间在10ms内，工作时间短，可降低10％-90％的电能消耗，有效降低磁力线圈的温升。霍尔传感器检测单元1-2，设置在定子环形内边缘处，与转子感应磁柱板2-2相对应，转子每组磁力线圈配置一组感应磁柱板，定子上的霍尔传感器检测转子上感应磁柱的位置，通过转子线圈2-1，控制飞轮的旋转行程。控制电路单元4输出电源，产生与定子磁力线圈1-1相互作用吸引和排斥的磁场，使多组飞轮杠杆力臂两端同时受力，撬动飞轮转子旋转，形成一种惯性储能的飞轮马达。

本实用新型飞轮转子马达具有以下特点：

马达定子1、飞轮转子2和马达端盖3，外形尺寸相同，通过定位螺栓固定在一起，结构简单，易于组装使用。

马达飞轮转子2内嵌在马达定子1内，与马达定子1形成同一的平面，使对应的磁力线圈形成飞轮杠杆两端着力点，由控制单元4产生相互作用的磁场电源，撬动飞轮主动旋转。

定子磁力线圈1-1嵌装在定子的凹槽卡台内，转子的磁力线圈2-1，对称安装在飞轮的外边缘处，定子和转子磁力线圈数量相等，使飞轮转子形成多组等力臂杠杆着力点，利用线圈产生的吸引和排斥的磁场力，撬动飞轮，以达到省力的目的。马达启动时，可采用2倍额定电压供电，使飞轮在30秒内可达到设置的额定转速，在启动和运转的过程中，线圈通电时间小于10ms,功耗较低，磁力线圈电流平稳，对电网影响小。

传传感器检测单元1-2设置在马达定子1的内环边缘处，与转子感应磁柱装置2-2相对应，以检测转子线圈位置，由控制单元4提供线圈需要的磁场电源，转子圆形线圈通电时间小于线圈直径D，长方形电磁线圈通电时间小于线圈长度L时，控制单元电路4输出小于10ms的控制电源，使线圈产生磁场力，作用于飞轮等力臂杠杆的外沿端部，以达到省力、节约电能和降低马达功耗的目的。

转子感应磁柱装置2-2设置在飞轮转子2的外环边缘上，与霍尔传感器检测单元1-2电路组件对应，转子每组磁力线圈配置一组感应磁柱装置2-2，与检测单元形成感应组件，磁柱间距与单组转子磁力线圈2-1的行程相同，线圈导通时间与磁柱间距相同。为产生较大的杠杆动力，定子和转子磁力线圈同时导通，不同转速导通时间发生改变，每组线圈顺序导通一次，转子飞轮旋转一周，飞轮依靠储能惯性，主动持续旋转。

飞轮转子的磁力线圈2-1电源，由控制电路单元4，经过桥架的碳刷装置和飞轮主轴滑环装置输入，电源线由端盖3-2引出，为飞轮转子磁力线圈提供控制电源。

马达定子和转子结构尺寸相同，可以根据使用需要，增加马达的输出功率，由定子1和飞轮转子2，多片复合叠加，每叠加一片，输出功率提高一倍。以简单的方法，满足不同的功率需求。

马达定子、转子的磁场产生及控制方法包括以下步骤：

步骤1：安装定子磁力线圈1-1和2-1和于飞轮转子和定子凹槽卡台内，形成飞轮转子杠杆端部着力点；

步骤2：传感器检测单元1-2的感应器件采用具有锁存功能的霍尔传感器和控制智能芯片，检测定位转子磁柱所处位置，确定转子磁力线圈2-2所处的位置，当马达转子线圈处于启动位置时，控制单元4输出磁场电源，使磁力线圈导通，产生撬动飞轮旋转的磁场力，使转子飞轮自适应主动旋转。

步骤3：控制单元4输出正向-反向电压，产生引力磁场，吸引飞轮杠杆端部线圈2-1，使转子线圈旋转到定子线圈1-1的垂直位置。

步骤4：当传感器检测单元1-2检测到转子磁力线圈旋转到定子磁力线圈垂直位置时，关闭磁场电源，以防止定子和转子线圈铁芯吸合，飞轮转子依靠本体惯性，持续旋转。

步骤5：控制单元4延时到设置的时间后，飞轮线圈铁芯旋转越过定子线圈铁芯的垂直位置后，控制单元(4)输出正向-正向电压，产生斥力磁场，推动飞轮继续旋转。

当马达飞轮磁力线圈1-1依靠引力磁场旋转到2-1垂直位置时，由于线圈通电，铁芯剩磁产生粘性，阻碍飞轮旋转，因此由控制单元4输出反向电压，电源波形和磁场时序如图8、图9所示，定子转子磁力线圈产生斥力磁场，排斥飞轮线圈铁芯，推动飞轮继续旋转，消除线圈铁芯磁粘，使飞轮转子高效平滑持续旋转。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

一：飞轮马达外形为扁平式结构，方便设备贴附安装。

二：控制电路单元采用传感器和智能芯片控制，马达转子自适应主动旋转。

三：利用线圈磁场引力和磁力，多组杠杆同时撬动飞轮主动旋转，高效省力，节约电能。

四：控制单元电路输出正负转换的脉冲电源，磁力线圈工作时间短，可降低60％-90％的电能消耗，磁力线圈温升低。

五：马达启动可采用2倍额定电压供电，30秒内可达到设置的额定转速。

六：马达启动和运行线圈电流平稳，对电网影响小。

七：控制电路单元使线圈产生斥力磁场，使铁芯产生反向剩磁，消除磁粘。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种飞轮马达，其特征在于：包括马达定子(1)、飞轮转子(2)、马达端盖(3)、定子磁力线圈(1-1)和转子磁力线圈(2-1)、控制电路单元(4)和传感器检测单元(1-2)、转子感应磁柱装置(2-2)，所述的磁力线圈(2-1)设置在储能飞轮转子(2)边缘上，控制电路单元(4)通过传感器检测单元(1-2)和转子感应磁柱装置(2-2)，检测转子磁力线圈(2-1)所处位置，产生与定子磁力线圈(1-1)相互作用的磁场，撬动飞轮转子旋转，组成一种飞轮马达。

2.根据权利要求1所述的飞轮马达，其特征在于：所述的马达定子(1)、飞轮转子(2)和马达端盖(3)，外形尺寸相同，通过第一定位螺栓(1-3)和第二定位螺栓(1-4)固定在一起。

3.根据权利要求1所述的轮马达，其特征在于：所述的马达飞轮转子(2)内嵌在马达定子(1)内，与马达定子(1)形成同一的平面。

4.根据权利要求1所述的飞轮马达，其特征在于：所述的定子磁力线圈(1-1)和转子磁力线圈(2-1)，对称嵌装在马达定子(1)和飞轮转子(2)的凹槽卡台内，定子和转子磁力线圈数量相等。

5.根据权利要求1所述的飞轮马达，其特征在于：所述的传感器检测单元(1-2)设置在马达定子(1)的内环边缘处，与转子感应磁柱装置(2-2)相对应。

6.根据权利要求1或5所述的飞轮马达，其特征在于：所述的转子感应磁柱装置(2-2)设置在飞轮转子(2)的外环边缘上，磁柱间距与单组转子磁力线圈(2-1)的行程相同。

7.根据权利要求1所述的飞轮马达，其特征在于：所述的飞轮转子的磁力线圈(2-1)电源，由控制电路单元(4)，经过桥架和飞轮主轴滑环装置输入。

8.根据权利要求1所述的飞轮马达，其特征在于：所述的马达增加输出功率，由马达定子(1)和飞轮转子(2)，多片复合叠加。

9.根据权利要求1所述的飞轮马达，其特征在于：所述的定子磁力线圈(1-1)和转子磁力线圈(2-1)，由控制电路单元(4)产生反向斥力磁场消除线圈铁芯磁粘。