專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種帶有永磁軸承和止推 軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置。
背景技術(shù)：
飛輪儲(chǔ)能裝置具有電能轉(zhuǎn)換效率高、充放電快捷、不受地理環(huán)境的限制、不污染環(huán) 境、單位質(zhì)量?jī)?chǔ)能密度大等突出優(yōu)勢(shì)，可以用于電力調(diào)峰、電動(dòng)汽車(chē)飛輪電池、不間斷供電、 電磁炮、電化學(xué)炮和大功率電焊機(jī)等領(lǐng)域。目前飛輪技術(shù)正超著高速化、大功率方向發(fā)展。 立式永磁懸浮軸承和樞軸寶石軸承飛輪儲(chǔ)能裝置為一類(lèi)經(jīng)典結(jié)構(gòu)，倍受學(xué)術(shù)界關(guān)注。為抑 制轉(zhuǎn)子振動(dòng)，國(guó)內(nèi)外的飛輪儲(chǔ)能裝置多使用滑塊式阻尼器、懸吊式阻尼器或者擺動(dòng)式油膜 阻尼器，以便使轉(zhuǎn)子具有良好的動(dòng)態(tài)特性。但是，在軸系中引入油膜阻尼器，會(huì)導(dǎo)致飛輪結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、成本較高。大儲(chǔ)能量飛輪迫切需要提高永磁軸承的承載能力，這就迫使增大當(dāng)前廣 泛采用的永磁軸承的尺寸。但是，大尺寸單環(huán)永磁軸承，由于受稀土永磁材料的強(qiáng)度極限的 制約，難以在高速工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)型的高速樞軸寶石軸承，在較大承載力下易產(chǎn)生裂紋而 失效，這就迫切需要提出新型的低功耗軸向止推軸承。立式永磁懸浮軸承和樞軸寶石軸承 飛輪儲(chǔ)能裝置還存在一個(gè)固有技術(shù)缺陷通過(guò)低階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，容易發(fā)生大幅度振動(dòng)而失 穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種帶有永磁軸承和止推軸承的 飛輪儲(chǔ)能裝置，使得飛輪本體能夠順利地通過(guò)低階臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生大幅度振，使整個(gè)飛 輪儲(chǔ)能裝置具有良好的動(dòng)態(tài)特性。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，包括上軸、下軸、飛輪本體、由上 磁環(huán)和下磁環(huán)組成的永磁軸承、電機(jī)、軸承座、阻尼器和由機(jī)架構(gòu)成的容器，上軸、下軸、飛 輪本體、永磁軸承、電機(jī)、軸承座、阻尼器位于容器中；所述的飛輪本體的上部設(shè)有上軸， 下部設(shè)有下軸，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與上軸連接，電機(jī)的定子固定在機(jī)架上，下軸的底端設(shè)有球頭， 球頭位于軸承座頂端的凹槽中，并且軸承座浸沒(méi)在潤(rùn)滑油中；所述的飛輪本體的底面的圓 環(huán)槽中放置永磁軸承的上磁環(huán)，永磁軸承的下磁環(huán)位于機(jī)架上；所述的阻尼器為渦流阻尼 器，渦流阻尼器包括阻尼器定子和阻尼器轉(zhuǎn)子，阻尼器定子包括由外向內(nèi)依次貼合連接的 定子外絕磁環(huán)、定子外永磁環(huán)、定子中絕磁環(huán)、定子中永磁環(huán)、定子內(nèi)絕磁環(huán)和定子內(nèi)永磁 環(huán)，阻尼器定子嵌在上軟磁環(huán)的圓環(huán)槽中，上軟磁環(huán)固定在機(jī)架上；阻尼器轉(zhuǎn)子包括由外向 內(nèi)依次貼合連接的轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)、轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)、轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕 磁環(huán)，阻尼器轉(zhuǎn)子嵌在飛輪本體上部的圓環(huán)槽中，并且轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)的上端面與定子外永 磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)的上端面與定子中絕磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán) 的上端面與定子中永磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)的上端面與定子內(nèi)絕磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)的上端面與定子內(nèi)永磁環(huán)的下端面相對(duì)；所述的定子外永磁環(huán)、定子中 永磁環(huán)和轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)S極到N極的指向均為從上向下，或者均為從下向上；定子內(nèi)永磁環(huán) 和轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)S極到N極的指向均為從下向上，或者均為從上向下；定子內(nèi)永磁環(huán)S極到 N極的指向和定子外永磁環(huán)S極到N極的指向相反。進(jìn)一步，所述的永磁軸承的上磁環(huán)S極到N極的指向?yàn)閺纳舷蛳拢蛘邚南孪蛏希?永磁軸承的下磁環(huán)S極到N極的指向與永磁軸承的上磁環(huán)S極到N極的指向相反。進(jìn)一步，所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，還包括碰摩保護(hù)裝置， 碰摩保護(hù)裝置包括青銅環(huán)和聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)，青銅環(huán)套裝在上軸的外側(cè)，聚四氟乙烯保 護(hù)環(huán)固定在機(jī)架上，并且聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)的內(nèi)壁和青銅環(huán)的外壁相對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步，所述的軸承座的凹槽的表面和球頭的表面分別設(shè)置有碳化鈦膜涂層、或 者氮化鈦膜涂層、或者鈦膜涂層、或者金剛石膜涂層。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本技術(shù)方案的有益效果是1.飛輪儲(chǔ)能裝置中 飛輪本體能夠順利地通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生大幅度振，使整個(gè)飛輪儲(chǔ)能裝置具有良好的 動(dòng)態(tài)特性。在本技術(shù)方案中，阻尼器為渦流阻尼器。渦流阻尼器包含阻尼器定子和阻尼器 轉(zhuǎn)子，阻尼器定子固定在軟磁環(huán)中，阻尼器轉(zhuǎn)子固定在飛輪本體的上表面。整個(gè)渦流阻尼 器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。當(dāng)飛輪本體做橫向振動(dòng)時(shí)，引起阻尼器定子和阻尼器轉(zhuǎn)子之間的軸向氣隙 中的磁感性強(qiáng)度發(fā)生變化，導(dǎo)電的磁絕緣環(huán)在交變的磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電渦流，對(duì)飛輪本體 起到阻尼減振作用。渦流阻尼器克服了傳統(tǒng)油膜阻尼器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造復(fù)雜、成本較高的 問(wèn)題。另外，本技術(shù)方案的支撐方式采用球頭位于軸承座頂端的凹槽中，軸承座浸沒(méi)在潤(rùn)滑 油中。這樣，球頭與軸承座的凹槽的接觸為點(diǎn)接觸，摩擦損耗很低。這一支撐方式對(duì)轉(zhuǎn)子還 具有一定的防傾覆能力，有助于減小下軸的直徑，有助于降低轉(zhuǎn)子支承裝置的一階臨界頻 率。這對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)飛輪的動(dòng)態(tài)特性是非常有利的，不僅可減小轉(zhuǎn)子通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng) 載荷，而且確保一階臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工作轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子的質(zhì)心和中心慣性主軸通過(guò)一 階臨界轉(zhuǎn)速后能“自動(dòng)對(duì)中”。因此，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的渦流阻尼器和利用軸承座支撐飛輪，飛 輪本體可以順利地通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，并具有良好的動(dòng)態(tài)特性。2.飛輪裝置通過(guò)低階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，不會(huì)發(fā)生大幅度振動(dòng)而失穩(wěn)。在本技術(shù)方案中， 永磁軸承的下磁環(huán)S極到N極的指向與永磁軸承的上磁環(huán)S極到N極的指向相反。本技術(shù) 方案中的永磁軸承為斥力永磁軸承。斥力永磁軸承可以起到軸向與徑向承載作用，可以卸 去飛輪本體的重量，減小飛輪本體下軸承的載荷，從而保證飛輪裝置通過(guò)低階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)， 不會(huì)發(fā)生大幅度振動(dòng)而失穩(wěn)。3.飛輪儲(chǔ)能裝置平穩(wěn)地通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，并對(duì)突加激勵(lì)具有防護(hù)作用。在本技術(shù)方 案中，飛輪儲(chǔ)能裝置還包括由青銅環(huán)和聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)組成的碰摩保護(hù)裝置。碰摩保護(hù) 裝置可以防止飛輪本體由于徑向失穩(wěn)而出現(xiàn)的災(zāi)難性事故。當(dāng)發(fā)生徑向失穩(wěn)時(shí)，青銅環(huán)和 聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)通過(guò)相互的碰撞來(lái)耗散能量，提高飛輪儲(chǔ)能裝置的動(dòng)態(tài)特性。因此，碰摩 保護(hù)裝置可以保證飛輪儲(chǔ)能裝置平穩(wěn)地通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，并對(duì)突加激勵(lì)具有防護(hù)作用。4.止推軸承的使用壽命長(zhǎng)。在技術(shù)方案中，在球頭和軸承座的凹槽的表面分別設(shè) 置有碳化鈦膜涂層、或者氮化鈦膜涂層、或者鈦膜涂層、或者金剛石膜涂層。這樣，由球頭和 軸承座組成的止推軸承具有高硬度、低摩擦系數(shù)、優(yōu)異耐磨性和良好抗粘著性能。止推軸承 的使用壽命得以大幅度延長(zhǎng)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2本發(fā)明中的渦流阻尼器的結(jié)構(gòu)剖視。圖3本發(fā)明中的永磁軸承的上磁環(huán)的一種結(jié)構(gòu)俯視圖。圖中有上軟磁環(huán)1、電機(jī)2、聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)3、青銅環(huán)4、上軸5、限位柱6、阻 尼器定子7、阻尼器轉(zhuǎn)子8、飛輪本體9、上磁環(huán)10、下磁環(huán)11、下軸12、球頭13、軸承座14、 潤(rùn)滑油15、下軟磁環(huán)16、容器17、半圓形環(huán)片101、定子外絕磁環(huán)701、定子外永磁環(huán)702、定 子中絕磁環(huán)703、定子中永磁環(huán)704、定子內(nèi)絕磁環(huán)705和定子內(nèi)永磁環(huán)706、轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán) 801、轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)802、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)803、轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804、轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)805。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，包括 上軸5、下軸12、飛輪本體9、由上磁環(huán)10和下磁環(huán)11組成的永磁軸承、電機(jī)2、軸承座14、 阻尼器和由機(jī)架構(gòu)成的容器17。上軸5、下軸12、飛輪本體9、永磁軸承、電機(jī)2、軸承座14、 阻尼器14位于容器17中。容器17優(yōu)選真空密封容器。這樣可以降低飛輪儲(chǔ)能裝置在運(yùn) 行過(guò)程中的風(fēng)損。飛輪本體9采用金屬制造。采用金屬制造飛輪本體9，具有成本低廉、單 位體積慣性大和出氣率低的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)飛輪儲(chǔ)能裝置采用立式結(jié)構(gòu)。為了安裝與調(diào)試的方 便，電機(jī)2安裝在飛輪本體9的上方。所述的飛輪本體9的上部設(shè)有上軸5，下部設(shè)有下軸 12。電機(jī)2的轉(zhuǎn)子與上軸5連接，電機(jī)2的定子固定在機(jī)架上，電機(jī)2的定子和電機(jī)2的轉(zhuǎn) 子相對(duì)應(yīng)。電機(jī)2的轉(zhuǎn)子可以與飛輪做成一體。這樣，電機(jī)2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、充放電同步快捷。 下軸12的底端設(shè)有球頭13，球頭13位于軸承座14頂端的凹槽中，并且軸承座14浸沒(méi)在潤(rùn) 滑油15中。這樣，球頭13與軸承座14的凹槽的接觸為點(diǎn)接觸，摩擦損耗很低。飛輪本體 9的底面的圓環(huán)槽中放置永磁軸承的上磁環(huán)10，永磁軸承的下磁環(huán)11位于機(jī)架上。永磁軸 承的上磁環(huán)10和永磁軸承的下磁環(huán)11相對(duì)應(yīng)。永磁軸承的下磁環(huán)11優(yōu)選通過(guò)下軟磁環(huán) 16設(shè)置在機(jī)架上。通過(guò)將永磁軸承的下磁環(huán)11設(shè)置在下軟磁環(huán)16上部的圓環(huán)槽中，下軟 磁環(huán)16位于機(jī)架上，來(lái)對(duì)永磁軸承的下磁環(huán)11進(jìn)行定位。阻尼器為渦流阻尼器。渦流阻 尼器包括阻尼器定子7和阻尼器轉(zhuǎn)子8。阻尼器定子7包括定子外絕磁環(huán)701、定子外永磁 環(huán)702、定子中絕磁環(huán)703、定子中永磁環(huán)704、定子內(nèi)絕磁環(huán)705和定子內(nèi)永磁環(huán)706。定 子外絕磁環(huán)701、定子中絕磁環(huán)703和定子內(nèi)絕磁環(huán)705均優(yōu)選由導(dǎo)電、絕磁的黃銅材料制 成。定子外絕磁環(huán)701、定子外永磁環(huán)702、定子中絕磁環(huán)703、定子中永磁環(huán)704、定子內(nèi)絕 磁環(huán)705和定子內(nèi)永磁環(huán)706由外向內(nèi)依次貼合連接，成為一個(gè)整體。阻尼器定子7嵌在 軟磁環(huán)1的圓環(huán)槽中中。上軟磁環(huán)1固定在機(jī)架上。阻尼器轉(zhuǎn)子8包括轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)801、 轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)802、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)803、轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)805。轉(zhuǎn)子外絕 磁環(huán)801、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)803和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)805均優(yōu)選由導(dǎo)電、絕磁的黃銅材料制成。轉(zhuǎn) 子外絕磁環(huán)801、轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)802、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)803、轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán) 805由外向內(nèi)依次貼合連接，成為一個(gè)整體。阻尼器轉(zhuǎn)子8嵌在飛輪本體9上部的圓環(huán)槽 中，并且轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)801的上端面與定子外永磁環(huán)702的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)802的上端面與定子中絕磁環(huán)703的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)803的上端面與定子中永磁環(huán) 704的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804的上端面與定子內(nèi)絕磁環(huán)705的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi) 絕磁環(huán)805的上端與定子內(nèi)永磁環(huán)706的下端相對(duì)。定子外永磁環(huán)702S極到N極的指向、 定子中永磁環(huán)704S極到N極的指向和轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804S極到N極的指向均為從上向下， 或者均為從下向上。定子內(nèi)永磁環(huán)706S極到N極的指向和轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)802S極到N極的 指向均為從下向上，或者均為從上向下。定子內(nèi)永磁環(huán)706S極到N極的指向和定子外永磁 環(huán)702S極到N極的指向相反。使用該結(jié)構(gòu)的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，飛輪儲(chǔ)能裝置中的阻尼 器為渦流阻尼器。渦流阻尼器中的磁絕緣環(huán)，即定子外絕磁環(huán)701、定子中絕磁環(huán)703、定子 內(nèi)絕磁環(huán)705、轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)801、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)803和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)805均由導(dǎo)電、絕磁材 料制成。當(dāng)飛輪本體9做橫向振動(dòng)時(shí)，引起阻尼器定子7和阻尼器轉(zhuǎn)子8之間的軸向氣隙 中的磁感性強(qiáng)度發(fā)生變化，導(dǎo)電的磁絕緣環(huán)在交變的磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電渦流，對(duì)飛輪本體9 起到阻尼減振作用。在飛輪本體9上端面設(shè)置渦流阻尼器，克服了傳統(tǒng)油膜阻尼器的結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、制造復(fù)雜、成本較高的問(wèn)題。另外，本技術(shù)方案的支撐方式采用下軸12的底端設(shè)有球 頭13，球頭13位于軸承座14頂端的凹槽中。軸承座14浸沒(méi)在潤(rùn)滑油15中。這樣，球頭 13與軸承座14的凹槽的接觸為點(diǎn)接觸，摩擦損耗很低。這一支撐方式對(duì)轉(zhuǎn)子還具有一定的 防傾覆能力，有助于減小下軸12的直徑，降低轉(zhuǎn)子支承裝置的一階臨界頻率。這對(duì)于高速 旋轉(zhuǎn)飛輪的動(dòng)態(tài)特性是非常有利的，不僅可減小轉(zhuǎn)子通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)載荷，而且確保 一階臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工作轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子的質(zhì)心和中心慣性主軸通過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速后能 “自動(dòng)對(duì)中”。因此，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的渦流阻尼器和利用軸承座支撐飛輪，整個(gè)飛輪儲(chǔ)能裝置 可以順利地通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，并具有良好的動(dòng)態(tài)特性。進(jìn)一步，永磁軸承的上磁環(huán)10的S極到N極的指向?yàn)閺纳舷蛳拢蛘邚南孪蛏?，?磁軸承的下磁環(huán)11的S極到N極的指向與永磁軸承的上磁環(huán)10的S極到N極的指向相 反。在現(xiàn)有技術(shù)中，在飛輪本體上設(shè)置的永磁軸承為吸力永磁軸承，即永磁軸承的上磁環(huán)和 下磁環(huán)的S極到N極的指向相同。在本技術(shù)方案中，永磁軸承的上磁環(huán)10的S極到N極的 指向和永磁軸承的下磁環(huán)11的S極到N極的指向相反。這樣，本技術(shù)方案中的永磁軸承為 斥力永磁軸承。斥力永磁軸承可以起到軸向與徑向承載作用，可以卸去飛輪本體9的重量， 減小飛輪本體9下軸承的載荷，從而保證飛輪儲(chǔ)能裝置通過(guò)低階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，不會(huì)發(fā)生大 幅度振動(dòng)而失穩(wěn)。進(jìn)一步，所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，還包括碰摩保護(hù)裝置， 碰摩保護(hù)裝置包括青銅環(huán)4和聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)3，青銅環(huán)4套裝在上軸5的外側(cè)，聚四氟 乙烯保護(hù)環(huán)3固定在機(jī)架上，并且聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)3的內(nèi)壁和青銅環(huán)4的外壁相對(duì)應(yīng)。設(shè) 置碰摩保護(hù)裝置，一方面，可以防止飛輪本體9由于徑向失穩(wěn)而出現(xiàn)的災(zāi)難性事故，起到安 全保護(hù)的作用；另一方面，當(dāng)發(fā)生徑向失穩(wěn)時(shí)，青銅環(huán)4和聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)3通過(guò)相互的 碰撞來(lái)耗散能量，提高飛輪儲(chǔ)能裝置的動(dòng)態(tài)特性，起到阻尼的作用。因此，碰摩保護(hù)裝置可 以保證飛輪儲(chǔ)能裝置平穩(wěn)地通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，并對(duì)突加激勵(lì)具有防護(hù)作用。進(jìn)一步，所述的球頭13和軸承座14的凹槽的表面分別設(shè)置有碳化鈦膜涂層、或 者氮化鈦膜涂層、或者鈦膜涂層、或者金剛石膜涂層。利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在合金鋼 Crl2MoV的球頭13和軸承座14的表面進(jìn)行碳化鈦膜涂層、氮化鈦膜涂層、鈦膜涂層、或者金剛石膜涂層沉積。這樣，由球頭13和軸承座組成的止推軸承具有高硬度、低摩擦系數(shù)、優(yōu) 異耐磨性和良好抗粘著性能。涂層的硬度在HV1900—4500，而合金鋼Crl2MoV淬火硬度為 HV765。與現(xiàn)有的由中碳鋼材料制成的止推軸承相比，本技術(shù)方案大幅度延長(zhǎng)了止推軸承的 使用壽命。進(jìn)一步，如圖3所示，永磁軸承的上磁環(huán)10是由兩個(gè)磁極相同的半圓形環(huán)片101 組成的圓環(huán)，并且兩個(gè)半圓形環(huán)片101的S極到N極的指向均為從下向上，或者均為從上向 下。為了保證永磁軸承的上磁環(huán)10在高速下仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，永磁軸承的上磁環(huán)10采用由 兩個(gè)半圓形環(huán)片101組成的圓環(huán)。這樣可以降低永磁軸承的上磁環(huán)10在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的環(huán) 向拉應(yīng)力。進(jìn)一步，所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804和轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)802均是由兩個(gè)半圓環(huán)形磁鋼 組成的圓環(huán)。為了保證在高速下仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，阻尼器中的轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804和轉(zhuǎn)子外永 磁環(huán)802均是由兩個(gè)半圓環(huán)形磁鋼組成的圓環(huán)。這樣可以降低轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)804和轉(zhuǎn)子外 永磁環(huán)802在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的環(huán)向拉應(yīng)力。進(jìn)一步，所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，還包括限位柱6。限位 柱6固定在機(jī)架上，并且位于上軸5的上方。為了防止在安裝和運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的突然的 軸向運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞永磁軸承，在上軸5的上方設(shè)置限位柱6。
權(quán)利要求
1.一種帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，該飛輪儲(chǔ)能裝置包 括上軸(5 )、下軸(12 )、飛輪本體(9 )、由上磁環(huán)(10 )和下磁環(huán)(11)組成的永磁軸承、電機(jī) (2)、軸承座(14)、阻尼器和由機(jī)架構(gòu)成的容器(17)，上軸(5)、下軸(12)、飛輪本體(9)、永 磁軸承、電機(jī)(2)、軸承座(14)、阻尼器(14)位于容器(17)中；所述的飛輪本體(9)的上部 設(shè)有上軸(5)，下部設(shè)有下軸(12)，電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子與上軸(5)連接，電機(jī)(2)的定子固定在 機(jī)架上，下軸(12)的底端設(shè)有球頭(13)，球頭(13)位于軸承座(14)頂端的凹槽中，并且軸 承座(14)浸沒(méi)在潤(rùn)滑油(15)中；所述的飛輪本體(9)的底面的圓環(huán)槽中放置永磁軸承的 上磁環(huán)(10)，永磁軸承的下磁環(huán)(11)位于機(jī)架上；所述的阻尼器為渦流阻尼器，渦流阻尼 器包括阻尼器定子(7 )和阻尼器轉(zhuǎn)子(8 )，阻尼器定子(7 )包括由外向內(nèi)依次貼合連接的定 子外絕磁環(huán)(701)、定子外永磁環(huán)(702)、定子中絕磁環(huán)(703)、定子中永磁環(huán)(704)、定子內(nèi) 絕磁環(huán)(705)和定子內(nèi)永磁環(huán)(706)，阻尼器定子(7)嵌在上軟磁環(huán)(1)的圓環(huán)槽中，上軟磁 環(huán)(1)固定在機(jī)架上；阻尼器轉(zhuǎn)子(8)包括由外向內(nèi)依次貼合連接的轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)(801)、 轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)(802)、轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)(803)、轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)(804)和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)(805)，阻 尼器轉(zhuǎn)子(8)嵌在飛輪本體(9)上部的圓環(huán)槽中，并且轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)(801)的上端面與定子 外永磁環(huán)(702)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)(802)的上端面與定子中絕磁環(huán)(703)的下 端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)(803)的上端面與定子中永磁環(huán)(704)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁 環(huán)(804)的上端面與定子內(nèi)絕磁環(huán)(705)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)(805)的上端面與定 子內(nèi)永磁環(huán)(706)的下端面相對(duì)；所述的定子外永磁環(huán)(702)、定子中永磁環(huán)(704)和轉(zhuǎn)子 內(nèi)永磁環(huán)(804) S極到N極的指向均為從上向下，或者均為從下向上；定子內(nèi)永磁環(huán)(706) 和轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)(802) S極到N極的指向均為從下向上，或者均為從上向下；定子內(nèi)永磁環(huán) (706) S極到N極的指向和定子外永磁環(huán)(702) S極到N極的指向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的永磁軸承的上磁環(huán)(10 極到N極的指向?yàn)閺纳舷蛳?，或者從下向上，永磁軸承的下磁 環(huán)(11) S極到N極的指向與永磁軸承的上磁環(huán)(10) S極到N極的指向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于， 還包括碰摩保護(hù)裝置，碰摩保護(hù)裝置包括青銅環(huán)(4)和聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)(3)，青銅環(huán)(4) 套裝在上軸(5)的外側(cè)，聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)(3)固定在機(jī)架上，并且聚四氟乙烯保護(hù)環(huán)(3) 的內(nèi)壁和青銅環(huán)(4)的外壁相對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的軸承座(14)的凹槽的表面和球頭(13)的表面分別設(shè)置有碳化鈦膜涂層、或者氮化鈦 膜涂層、或者鈦膜涂層、或者金剛石膜涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的永磁軸承的上磁環(huán)(10)是由兩個(gè)半圓形環(huán)片(101)組成的圓環(huán)，并且兩個(gè)半圓形環(huán)片 (101) S極到N極的指向均為從下向上，或者均為從上向下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)(804)和轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)(802)分別由兩個(gè)半圓環(huán)形磁鋼組成的圓環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的永磁軸承的下磁環(huán)(11)設(shè)置在下軟磁環(huán)(16)上部的圓環(huán)槽中，下軟磁環(huán)(16)位于機(jī)架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，還 包括限位柱(6)，限位柱(6)固定在機(jī)架上，并且位于上軸(5)的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的容器(17)是真空密封容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所 述的定子外絕磁環(huán)(701)、定子中絕磁環(huán)(703 )、定子內(nèi)絕磁環(huán)(705 )、轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)(801)、 轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)(803 )和轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)(805 )均由黃銅材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶有永磁軸承和止推軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置，包括上軸、下軸、飛輪本體、永磁軸承、電機(jī)、軸承座、阻尼器和容器，下軸的底端設(shè)有球頭，球頭位于軸承座頂端的凹槽中，阻尼器定子嵌在上軟磁環(huán)的圓環(huán)槽中；阻尼器轉(zhuǎn)子嵌在飛輪本體上部的圓環(huán)槽中，并且轉(zhuǎn)子外絕磁環(huán)的上端面與定子外永磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子外永磁環(huán)的上端面與定子中絕磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子中絕磁環(huán)的上端面與定子中永磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁環(huán)的上端面與定子內(nèi)絕磁環(huán)的下端面相對(duì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)絕磁環(huán)的上端面與定子內(nèi)永磁環(huán)的下端面相對(duì)。該結(jié)構(gòu)的飛輪儲(chǔ)能裝置，可以使飛輪本體能夠順利通過(guò)低階臨界轉(zhuǎn)速，整個(gè)飛輪儲(chǔ)能裝置具有良好的動(dòng)態(tài)特性。
文檔編號(hào)H02K7/02GK102082483SQ20111003854
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者王洪昌, 蔣書(shū)運(yùn) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)