PL236813B1 - Konstrukcja zasobnika energii kinetycznej łożyskowanego magnetycznie - Google Patents

Abstract

Zasobnik energii kinetycznej, którego wszystkie elementy wirujące są zamknięte w obudowie próżniowej z dwuczęściowym stojanem silnika/generatora bezłożyskowego umiejscowiony na zewnątrz obudowy. Zasobnik energii kinetycznej ma konstrukcję modułową, składającą się z elementów umożliwiających ich zamianę na inne elementy o tych samych wymiarach geometrycznych, lecz o innych parametrach technicznych. Osie symetrii przechodzące prostopadle przez środki geometryczne każdego magnesu trwałego wirnika silnika/generatora ułożone są ukośnie względem osi obrotu wirnika, oddalone od siebie o odległość (h0), umożliwiając tym samym wymuszanie ruchu precesyjnego masy wirującej zasobnika. Obydwie części stojana (8) silnika/generatora przemieszczają się wzdłuż osi obrotu wirnika (3), oddalając się od magnesów trwałych (4) wirnika (3) na czas fazy przechowywania energii i zbliżając się na czas fazy ładowania i rozładowywania energią zasobnika.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja zasobnika energii kinetycznej łożyskowanego magnetycznie pasywnie, mająca zastosowanie do przechowywania energii elektrycznej w czasie.

Energia ta, na przykład, może być pobierana z niekonwencjonalnych źródeł, takich jak: ogniwa fotowoltaiczne lub turbiny wiatrowe. W ten sposób, energia elektryczna wyprodukowana z ogniw fotowoltaicznych (podczas dnia) lub z małej elektrowni wiatrowej może być przechowana i później wykorzystana w okresie, kiedy użytkownicy gospodarstwa domowego potrzebują jej najbardziej.

Znane są konstrukcje budowy zasobników energii kinetycznej łożyskowanych magnetycznie. Istniejące zasobniki energii kinetycznej pracujące w konfiguracji pionowej mają wirnik łożyskowany magnetycznie, gdzie łożysko osiowe podtrzymujące masę wirnika jest realizowane jako pasywne (zbudowane z magnesów trwałych), natomiast dwa łożyska promieniowe są wykonane jako aktywne (zbudowane z cewek elektromagnetycznych). Zastosowanie aktywnych łożysk magnetycznych jest przyczyną dużych strat energii elektrycznej pobieranej przez układ zasilania siłowników elektromagnetycznych łożysk magnetycznych przez wzmacniacze prądowe. Dodatkowo układy aktywnych łożysk magnetycznych wymagają zastosowania skomplikowanego układu sterowania, z czujnikami, przetwornikami i filtrami pracującymi w pętli sprzężenia zwrotnego, wzmacniaczami i sterownikami cyfrowymi lub sygnałowymi, które także zużywają energię elektryczną.

Znane są konstrukcje nie modułowe zasobników energii, które nie pozwalają na pełną rekonfigurację elementów składowych. Takie konstrukcje nie mają możliwości optymalizacji konstrukcji w stosunku do żądanych parametrów technicznych zasobnika energii. W wielu rozwiązaniach zasobników energii kinetycznej, części ruchome wyprowadzane są poza obudowę próżniową. Wadą tych konstrukcji jest to, że należy stosować systemy uszczelniania komory, które wprowadzają dodatkowe opory ruchu i straty energii.

Znane są konstrukcje zasobników energii, których stojan silnika/generatora umieszczony jest wewnątrz komory próżniowej. W istniejących rozwiązaniach umiejscowienie silnika/generatora w całości wewnątrz obudowy próżniowej, powoduje problemy związane z koniecznością odprowadzania wydzielanego ciepła i konieczność stosowania dodatkowego systemu chłodzenia. Dodatkowy system chłodzenia wymaga zasilania i pobiera energię co powoduje zmniejszenie wartości przechowywanej energii elektrycznej w zasobniku i obniżenie sprawności urządzenia. Istniejące silniki/generatory stosowane w zasobnikach energii kinetycznej nie umożliwiają wymuszania ruchu wirującego wirnika we wszystkich kierunkach. Znane są silniki/generatory, których blachy stojana są umieszczone w pakiecie wzdłuż promienia lub wzdłuż osi obrotu wirnika.

Znane są konstrukcje zasobników energii, których wirniki silnika/generatora mają kształt walca, na którym magnesy trwałe ułożone są równolegle względem osi obrotu wirnika. Taka konstrukcja silnika/generatora nie pozwala na szybkie zwiększanie szczeliny pomiędzy obwodem magnetycznym stojana a wirnika. Kontynuując, w istniejących rozwiązaniach zasobników energii kinetycznej pole magnetyczne wirnika silnika/generatora stale penetruje obwód stojana co powoduje straty energii wywoływane reluktancją strumienia magnetycznego w stojanie oraz prądami wirowymi i stratami histerezowymi w stojanie.

Z opisu patentowego WO201402050593 znany zasobnik energii w którym masa wirująca oraz silnik/generator znajdują się w rozdzielnych obudowach hermetycznych i sprzęganych ze sobą poprzez sprzęgło magnetyczne z polem przenikającym poprzez te obudowy. Zaproponowano oddalanie płyt magnetycznych sprzęgła od siebie na czas przechowywania energii mechanicznej. W proponowanym rozwiązaniu, stojan silnika/generatora znajduje się w obudowie hermetycznej co utrudnia chłodzenie stojana. Natomiast zastosowanie chłodzenia stojana poprzez dopuszczenie powietrza do wirnika powoduje zwiększenia strat energii w wyniku tarcia wirnika o powietrze. Zastosowanie sprzęgła magnetycznego uniemożliwia zastosowanie silnika/generatora napędowego do stabilizacji masy wirującej, magazynującej energię kinetyczną, znajdującej się w drugiej obudowie szczelnej we wszystkich sześciu stopniach swobody. Ponadto zastosowanie dodatkowego sprzęgła elektromagnetycznego wymusza podział całkowitej energii kinetycznej całej masy wirującej na energię kinetyczną koła zamachowego oraz na energię kinetyczną wirnika silnika/generator. W chwili zatrzymania silnika/generatora jego energia kinetyczna może zostać utracona. Straty energii wynikające z podziału masy wirującej mogą być tym większe im częstsze będzie przełączanie trybu pracy zasobnika z trybu ładowania/rozładowywania na tryb przechowywania energii. Tej wady nie wykazują zasobniki energii, w których nie zastosowano podziału masy wirującej.

PL 236 813 B1

Z opisu CN202856575 - znane jest wielowarstwowe i wielosilnikowe urządzenie magazynujące energię z kołem zamachowym typu tarczowego. Ciężar masy wirującej jest zawieszony na poduszce magnetycznej tworzonej wytwarzane przez magnesy trwałe umieszczone w dolnej pokrywie zasobnika energii. Wał jest utrzymywany w pionie za pomocą łożysk mechanicznych umieszczonych w górnej i dolnej pokrywie. W łożyskach powstają straty mechaniczne energii, co powoduje skrócenie czasu magazynowania energii. Uzwojenie stojana jest umieszczone na dysku twornika wykonanym z materiału izolacyjnego w celu zmniejszenia strat magnetycznych i uproszczenia produkcji. Uzwojenie stojana jest umieszczone wewnątrz obudowy próżniowej, co utrudnia rozpraszanie ciepła wytwarzanego przez uzwojenia.

Wyżej wymienione cechy potwierdzają, że istniejące rozwiązania budowy zasobników energii kinetycznej są nie optymalne pod względem konstrukcyjnym i energetycznym.

Istotą proponowanego rozwiązania kinetycznego zasobnika energii według wynalazku jest jego konstrukcja modułowa i cechy konstrukcyjne jego modułów charakteryzująca się tym, że diamagnetyczna bariera obudowy próżniowej zasobnika ma kształt wycinków powierzchni bocznych stożków bez wierzchołków i symetrycznych względem osi obrotu wirnika w miejscu odseparowania części silnika/generatora to jest wirnika, znajdującego się w próżni, od stojana, znajdującego się na zewnątrz obudowy, oraz tym, że stojan silnika/generatora bezłożyskowego jest dwuczęściowy i umiejscowiony na zewnątrz tej obudowy, blachy stojana silnika/generatora do pakietowania rdzenia magnetycznego stojana mają kształt niepełnego pierścienia z wycięciem kątowym i tworzą wycinek powierzchni bocznej stożka, którego proste należące do powierzchni przecinają pod kątem 45 stopni oś obrotu wirnika, obie części stojana silnika/generatora z mocowaniem rdzenia są połączone do korpusu za pomocą śruby napędzanej silnikiem elektrycznym z przekładnią.

Zaletą konstrukcji kinetycznego zasobnika energii jest zmniejszenie strat energii elektrycznej w stanie ładowania rozładowywania a także przechowywania i wydłużenie samego czasu przechowywania energii oraz modułowość konstrukcji umożliwiająca dostosowanie urządzenia w zależności od żądanych jego parametrów technicznych i ceny. Pojawia się również możliwość wykorzystania silnika/generatora pozycjonowania w 6 stopniach swobody masy wirującej łożyskowanej magnetycznie we wszystkich kierunkach znajdującej się wewnątrz komory próżniowej zasobnika. Ułatwione jest także chłodzenie stojana silnika/generatora, który jest umieszczony w powietrzu, na zewnątrz obudowy hermetycznej w każdej fazie pracy zasobnika energii.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, gdzie fig. 1 - przekrój w postaci koncepcji budowy modułowej zasobnika energii kinetycznej, fig. 2 - widok przekroju silnika/generatora zasobnika energii kinetycznej, fig. 3a, fig. 3b, fig. 3c, fig. 3d - widoki ułożenia magnesów trwałych wirnika, fig. 4a, fig. 4b, fig. 4c - widoki ułożenia pakietu blach stojana, fig. 5 - widok kształtu pojedynczej blachy stojana, fig. 6 - przekrój poprzeczny obwodu magnetycznego stojana, fig. 7 - widok konstrukcji wirnika, fig. 8 - przekrój poprzeczny formy do pakietowania blach stojana.

Masa wirująca 1 zasobnika energii w postaci kół zamachowych jest dzielona proporcjonalnie na dwie części, pomiędzy którymi znajduje się bezłożyskowy silnik 2 z osiowo przesuwanym stojanem silnika/generatora 4. Koła zamachowe 1 osadzone jest na wirniku 3 i wykonane są z kompozytu warstwowego, w którego skład od strony zewnętrznej wchodzi: warstwa wykonana z włókna węglowego (jako materiał najbardziej odporny na przenoszenie naprężeń powodowanych siłami odśrodkowymi), następnie warstwa wykonana z włókna szklanego, warstwa wytrzymałego stopu aluminium, na której mogą być osadzone magnesy trwałe synchronicznego silnika/generatora 4. Wyważony dynamicznie wirnik 3 zasobnika posiada symetryczną i zwartą konstrukcję. Pasywne łożyska magnetyczne osiowe 5 i promieniowe 6 znajdują się na końcach wirnika, czyli tam gdzie maksymalna amplituda drgań jest największa. Pasywne łożyska magnetyczne są zbudowane z magnesów trwałych w konfiguracji Halbacha. Taka konfiguracja zwiększa koncentrację strumienia magnetycznego i tym samym zmniejsza straty energii generowanej przez strumień rozproszenia. Urządzenie jest przystosowane do pracy w pozycji pionowej i osadzone jest na wibroizolacyjnej podstawie 7. Silnik/generator 2 ma konstrukcję także modułową, w której część wirnika zbudowana jest z magnesów trwałych 4 osadzonych na wale zasobnika 3, natomiast niewirujący stator 8 jest dwuczęściowy i umieszczony na zewnątrz hermetycznej obudowy 9. Pomiędzy wirnikiem a statorem silnika zastosowano diamagnetyczną barierę 10. Wirnik urządzenia 3 cechuje się dużą sztywnością dzięki zastosowaniu wzmacniających żeber 11.

Modułowość konstrukcji wirnika polega na możliwości demontażu i montażu kół zamachowych 1 i tym samym możliwości wymiany ich na inne o tych samych wymiarach montażowych, lecz o innych parametrach technicznych, o innych momentach bezwładności i masie własnej. Możliwość wymiany

PL 236 813 B1 powstaje w wyniku zastosowania kół zamachowych 1, które mają w sobie otwór na wirnik 3. Zaletą zastosowania otworu osiowego w kołach zamachowych 1 jest to, że możliwe jest zdejmowanie ich z wirnika 3 i możliwe jest montowanie ich na wirniku 3 wielokrotnie, po zdehermetyzowaniu obudowy 9. Zaletą modułowości jest możliwość typoszeregowania zasobników o takich samych wymiarach lecz o różnej pojemności do przechowywania energii kinetycznej.

Modułowość stojana silnika/generatora przejawia się możliwością jego demontażu i jego wymiany na inny o takich samych wymiarach lecz o innej mocy, napięciu, prądzie.

Na rysunku fig. 2 przedstawiono widok przekroju silnika/generatora zasobnika energii kinetycznej. Wirnik 4a umiejscowiony jest w komorze próżniowej o przegrodzie 10 celem zmniejszenia oporów aerodynamicznych wirnika i tym samym strat energii. Do przetwarzania energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie zastosowano silnik/generator w postaci maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi i wirnikiem wykonanym z materiału przewodzącego strumień magnetyczny generowany przez magnesy trwałe osadzone na wirniku. W magnesie trwałym wyróżniono biegun północny 4b i biegun południowy 4c. Magnesy wirnika ułożone ukośnie względem osi obrotu wirnika są skonfigurowane z biegunami naprzemiennie tak, że materiał wirnika 4a stanowi fragment drogi strumienia magnetycznego zamykającego się w obwodzie, którego elementami są: wirnik 4a, magnes 4b, rdzeń stojana 8b. W zasobniku zastosowano silnik/generator synchroniczny dwufazowy, którego uzwojenia stojana 8a umieszczone są pod kątem 90 stopni względem siebie. Obie części stojana silnika/generatora 8b z mocowaniem rdzenia 8c są połączone do korpusu 8e za pomocą śruby 8d napędzanej silnikiem elektrycznym 8f z przekładnią. Obie części stojana 8b z mocowaniem 8c są przemieszczane pionowo w górę lub w dół wzdłuż osi obrotu wirnika zasobnika energii kinetycznej względem korpusu 8e za pomocą śruby 8d napędzanej silnikiem elektrycznym 8f z przekładnią. Wirnik 4a silnika/generatora znajduje się w komorze próżni przedzieloną od stojana barierą 10. Diamagnetyczna bariera 10 w miejscu odseparowania ma kształt dwóch wycinków powierzchni bocznych stożków bez wierzchołków, i symetrycznych względem osi obrotu wirnika, tak jak to przedstawiono na rysunkach fig. 1 oraz fig. 2.

Przemieszczanie osiowe statora silnika jest stosowane w zależności od fazy pracy zasobnika, celem minimalizacji strat energii. Rozróżnia się trzy fazy pracy zasobnika: fazę rozładowywania energii (silnik pracuje jako generator), fazę ładowania energii (silnik rozpędza masę wirującą zasobnika) oraz fazę przechowywania energii (silnik jest nie aktywny). Podczas faz ładowania lub rozładowywania energii kinetycznej, stojan silnika przemieszczony jest jak najbliżej wirnika. W fazie przechowywania energii stojan jest oddalony od wirnika (przemieszczony osiowo względem wirnika) celem zmniejszenia strat energii elektrycznej wywoływanych momentem reluktacyjnym oraz strat energii wywołanej przez prądy wirowe i histerezę rdzenia.

Zaletą tak skonstruowanego silnika/generatora, ponad możliwość przetwarzania energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie (ładowanie/rozładowywanie zasobnika), jest możliwość tłumienia drgań wirującego wirnika zasobnika i sterowanie przemieszczeniem promieniowym, osiowym i kątowym. Wyżej wymieniona stabilizacja masy wirnika jest szczególnie istotna podczas faz ładowania i rozładowywania energii elektrycznej, w której to na wirnik będą oddziaływać relatywnie wysokie momenty dynamiczne. Wirnik silnika/generatora jest skonstruowany tak, że magnesy trwałe wirnika są umieszczone na płaszczyznach przeciwnie skośnych do osi obrotu wirnika silnika/generatora co stwarza możliwość wymuszania sił (F) i wymuszanie ruchu wirnika z prędkością (v) w kierunku osiowym pionowym w górę lub w dół tak jak to przedstawiono na fig. 3a. Osie symetrii przechodzące prostopadle przez środki geometryczne magnesów trwałych wirnika silnika/generatora są ułożone ukośnie względem osi obrotu wirnika i są oddalone od siebie o odległość h0, tak jak to przedstawiono na fig. 3b. Tak jak to pokazano na fig. 3b oddalenie osi symetrii od odległość h0 umożliwia uzyskanie nowej zalety i nowej cechy osobliwej tak skonstruowanego silnika/generatora jest możliwość wymuszania dodatkowych momentów względem osi poprzecznej wirnika względem do podstawowej osi wzdłużnej wirnika, co umożliwia przemieszczanie kątowe osi obrotu wirnika i sterowanie drugą (kątową) postacią drgań wirnika. Dodatkowo, dzięki temu, że magnesy trwałe wirnika silnika/generatora są umieszczone na powierzchniach przeciwnie skośnych do osi obrotu wirnika, silnik/generator ma możliwość wymuszania sił (F) i ruchu wirnika w kierunku promieniowym z prędkością (v), tak jak to przedstawiono na fig. 3c.

Reasumując, silnik/generator wspomaga pasywne łożyska magnetyczne w funkcji tłumienia drgań wirnika i jego stabilizacji dla wszystkich sześciu stopni swobody.

Podstawową cechą silnika jest możliwość wytwarzania pola magnetycznego wirującego, które generuje główny moment obrotowy wirnika wzdłuż jego osi, tak jak to przedstawiono na fig. 3d. Ruch

PL 236 813 Β1 obrotowy jest możliwy dzięki umieszczeniu uzwojeń stojana 8a pod kątem 90 stopni, tak jak to przedstawiono na fig. 4.

Sposób umiejscowienia blach stojana i rozmieszczenie dwóch faz uzwojeń 8a stojana silnika dwufazowego przedstawiono na fig. 4. Blachy do pakietowania rdzenia magnetycznego stojana (8b) mają kształt niepełnego pierścienia z wycięciem kątowym i tworzą wycinek powierzchni bocznej stożka, którego proste należące do powierzchni przecinają pod kątem 45 stopni oś obrotu wirnika (4a). Blachy stojana ułożone są prostopadle do magnesów trwałych, tak jak to przedstawiono na fig. 6 i fig. 2, i podłużnie do strumienia magnetycznego od magnesów tak jak to przedstawiono na fig. 4. Blachy obwodu magnetycznego stojana 8b zostały ukształtowane w kształcie ściany bocznej stożków bez ściętego czubka. Każda blacha rdzenia magnetycznego stojana ma inne wymiary. Cały stojan pakietowany z blach nie przekracza okręgu o promieniu (r1), tak jak to przedstawiono na fig. 4b. Blachy rdzenia magnetycznego są pakietowane naprzemiennie, tak aby nie powstała jawna szczelina powietrzna w obwodzie magnetycznym, tak jak to przedstawiono na fig. 4c i w powiększeniu na fig. 4d. Jawna szczelina powietrzna nie występuje na całym przekroju rdzenia magnetycznego, lecz jawna szczelina powietrzna (p1) występuje jedynie na przekroju blach i to tylko co czwartą blachę rdzenia magnetycznego. Rdzeń magnetyczny został pakietowany z blach o kształcie, którego widok przedstawiono na fig. 5. Każda blacha rdzenia magnetycznego jest wycięta z blachy transformatorowej w kształcie niepełnego pierścienia z wycięciem kątowym. Szerokość wycięcia została zdefiniowana kątem (k1). Pierścień ma promień wewnętrzny (r4) oraz promień zewnętrzny (r5). W procesie pakietowania rdzenia magnetycznego każda blacha o kształcie jak na fig. 5, jest zaginana do wewnątrz tak, że krawędź (p1) dotyka do krawędzi (p2). Każda blacha rdzenia ma wycięcia o szerokości (v4), które po pakietowaniu będą tworzyły żłobek, w który potem zostanie włożona izolacja i zostanie wszyte (włożone) uzwojenie stojana. Każda blacha ma cztery wycięcia na żłobki, ponieważ w zasobniku energii kinetycznej zastosowano dwufazowy silnik/generator. Wycięcia żłobkowe na uzwojenia są rozłożone względem bazy (p1) umiejscowione odpowiednio o kąty (k2), (k3), (k4) i (k5). Jako daną konstrukcyjną w obliczeniach inżynieryjnych przyjmuje się promień wewnętrzny (r4), dany na podstawie wymiaru przegrody komory próżniowej w pobliżu wirnika oraz promień (r5) zewnętrzny rdzenia stojana. W przykładzie wykonania przyjęto kąt (k6) o wartości 45 stopni. Przyjęte założenie prowadzi do tego, że proste należące do wycinka powierzchni bocznej stożka utworzonego z powierzchni bocznej blachy transformatorowej przetną oś obrotu wirnika (4a) pod kątem 45 stopni. Przy kącie (k6) równym 45 stopni, promień zewnętrzny blachy (r5) można obliczyć z zależności:

r5 = V2-r1-r4(V2-l)

Kąt (k1) wycięcia można obliczyć z zależności:

k1 = 2Il(r5-rl)/r1

Pozostałe kąty (k2), (k3), (k4) i (k5) można obliczyć z zależności:

k2 = (360 - k1)/8 k3 = (360 - k1 )-3/8 k4 = (360- k1 )-5/8 k5 = (360- k1 )-7/8

Wysokość rdzenia magnetycznego pakietowanego ma wysokość (h1). Część czynna, która oddziałuje na magnes trwały, ma szerokość (v1). Szerokość (v1) jest wielokrotnością grubości (v3) blachy transformatorowej. Pierwsza blacha pakietowana ma szerokość (v2), którą można obliczyć jako różnicę promieni (r5) i (r4), zgodnie z zależnością:

v2 = r5-r4

W zaproponowanej metodzie wytwarzania rdzenia magnetycznego, każda n-ta blacha rdzenia magnetycznego stojana silnika/generatora ma inny wymiar (r4(n>), tak jak to pokazano na fig. 6 przedstawiającym przekrój poprzeczny obwodu magnetycznego stojana. Kolejna druga blacha z powodu grubości (v3) poprzedniej ma mniejszy promień wewnętrzny (r4<2>), tak jak to uzależniono wzorem:

PL 236 813 Β1

V2 γ4(₂₎ = r4- — ·ν3

Promień zewnętrzny (r5) z fig. 5 pozostaje bez zmian w obszarze (8b2) z fig. 6. Kolejna trzecia blacha rdzenia magnetycznego ma jeszcze mniejszą średnice od drugiej, tak jak to uzależniono wzorem:

V2 r4(3) = r4-2 — - v3

Promień wewnętrzny kolejnej n-tej blachy w obszarze (8b2) z fig. 6 można obliczyć wykorzystując zależność:

r4(n) =r4-(n-1)·—-v3

Wysokość h3 obszaru (8b2) z fig. 6 jest konsekwencją wielokrotności „n” użytych blach i można ją obliczyć z zależności:

h3 = n· — -v3

W obszarze (8b1) zaznaczonym na fig. 6 długość obydwu promieni (r4) oraz (r5) z fig. 5 jest inna dla każdego innego wycinka blachy rdzenia stojana. Długość promienia (r4) dla m-tej blachy można obliczyć z zależności:

r4(m) = r4-(n + m-1)· — -v3, gdzie: n - liczba wycinków blachy w obszarze (8b2) z fig. 6. Natomiast długość promienia (r5) tego samego wycinka blachy rdzenia można obliczyć z zależności:

r5(m) = r5-(m-1)- —-v3,

Blachy rdzenia magnetycznego wycina się na maszynie numerycznie CNC według programu odwzorowującej kształt z fig. 5, którego wymiary geometryczne zostały zdefiniowane zależnościami matematycznymi (1) - (13) dla każdej poszczególnej blachy. Następnie na płaszczyzny styku blach między sobą należy nanieść żywicę utwardzającą się, ułożyć w formie o kształcie przedstawionym na fig. 8 i następnie pozostawić do utwardzenia. Widok konstrukcji wirnika przedstawiono na fig. 7, przekrój w osiowy fig. 7a, przekrój promieniowy fig. 7b oraz trzy widoki jednego magnesu wirnika na fig. 7c. Wirnik silnika ma magnesy trwałe, które stanowią wycinki kątowe ściany bocznej stożka bez wierzchołka o promieniu podstawy (r7) oraz promieniu górnym (r6). Korzyścią techniczną wnoszoną przez modularność budowy zasobnika energii silnika/generatora jest większa elastyczność konfiguracji - optymalizacji ceny do uzyskiwanych parametrów technicznych. Konstrukcja zasobnika pozwala na rekonfigurację jego elementów na inne o takich samych wymiarach geometrycznych, czyli zamianę np. koła zamachowego (1) o innej bezwładności lub wymianę silnika/generatora (2) na inny o innych parametrach elektrycznych celem uzyskania żądanej mocy urządzenia w zależności od zapotrzebowania na energię.

Korzyścią techniczną wnoszoną przez zastosowanie bezłożyskowego silnika/generatora, którego stojan jest dwuczęściowy i umiejscowiony na zewnątrz obudowy 10 jest polepszenie warunków chłodzenia uzwojeń i rdzenia tego stojana. Polepszenie warunków chłodzenia uzwojeń umożliwia uzyskanie niższej temperatury uzwojeń, mniejszej ich rezystywności i mniejszych strat energii, niż w przypadku gdyby stojan znajdował się w próżni.

Korzyścią techniczną uzyskaną w wyniku zastosowania stojana dzielonego (dwuczęściowego) oraz oddalenia środków geometrycznych od siebie magnesów trwałych wirnika silnika/generatora zasobnika energii i ich ułożenia ukośnego względem osi obrotu wirnika, silnik/generator jest możliwość tworzenia sił do wspomagania stabilizacji położenia wirnika dla 6-u stopni swobody oraz możliwość

PL 236 813 B1 zwiększania odległości pomiędzy rdzeniem magnetycznym stojana a magnesami trwałymi wirnika i zmniejszania strat energii w fazie magazynowania.

Korzyścią techniczną uzyskaną w wyniku zastosowania kształtu niepełnego pierścienia bez wycinka kątowego blachy do pakietowania rdzenia magnetycznego stojana i ułożenia skośnego blach stojana w przekroju poprzecznym pakietu blach rdzenia stojana względem osi obrotu wirnika, jest możliwość uzyskania ułożenia skośnego magnesów trwałych względem osi obrotu wirnika i wzajemnego oddalenia ich środków geometrycznych od siebie, i uzyskania w rezultacie możliwości sterowania ruchem wirnika w płaszczyźnie silnika/generatora, w kierunku osiowym wirnika oraz możliwość wymuszania ruchu precesyjnego wirnika celem napędzania/hamowania oraz stabilizacji położenia masy wirującej wewnątrz komory zasobnika energii w 6-u stopniach swobody.

Korzyścią techniczną wnoszoną przez zastosowanie obu części stojana silnika/generatora 8b z mocowaniem rdzenia 8c są połączone do korpusu 8e za pomocą śruby 8d napędzanej silnikiem elektrycznym 8f z przekładnią jest możliwość przemieszczania obu części stojana wzdłuż osi obrotu wirnika, także oddalanie stojana od magnesów wirnika i uzyskanie zmniejszenia strat energii wywołanych momentem reluktacyjnym (zaczepowym) i zmniejszenie strat wiroprądowych i histerezowych, co przekłada się na zmniejszenie strat energii zasobnika pracującego w fazie magazynowania.

Korzyścią techniczną wnoszoną przez zastosowanie diamagnetycznej bariery 10, która w miejscu odseparowania wirnika i stojana ma kształt dwóch wycinków powierzchni bocznych stożków bez wierzchołków, i symetrycznych względem osi obrotu wirnika jest możliwość natychmiastowego oddalania się stojana od wirnika i uzyskanie zmniejszenia strat energii wywołanych momentem reluktacyjnym (zaczepowym) i zmniejszenie strat wiroprądowych i histerezowych w rdzeniu stojana, co przekłada się na zmniejszenie strat energii zasobnika pracującego w fazie magazynowania. Zmniejszenie strat energii stwarza sprawia, że zasobnik zawiera w sobie określoną energię przez dłuższy czas, albo w tym samym czasie jest w stanie przechowywać większą energię.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Konstrukcja zasobnika energii kinetycznej łożyskowanego magnetycznie, którego diamagnetyczna bariera obudowy próżniowej zasobnika ma kształt dwóch wycinków powierzchni bocznych stożków bez wierzchołków, i symetrycznych względem osi obrotu wirnika w miejscu odseparowania części silnika/generatora to jest wirnika, znajdującego się w próżni, od stojana, znajdującego się na zewnątrz obudowy, znamienna tym, że blachy do pakietowania rdzenia magnetycznego stojana (8b) mają kształt niepełnego pierścienia z wycięciem kątowym i tworzą wycinek powierzchni bocznej stożka, którego proste należące do powierzchni przecinają pod kątem 45 stopni oś obrotu wirnika (4a).