一種電動汽車用飛輪儲能電機的制作方法

本發明涉及飛輪電池以及電機技術領域，具體是用于電動汽車的無軸承飛輪儲能電機。

背景技術：

電動汽車所使用的化學電池壽命較低，且廢舊電池對環境有污染，飛輪電池在壽命與對環境的影響上都具有良好的性能。傳統飛輪電池內部的機械軸承在飛輪高速旋轉時存在磨損以及溫升的問題，并會降低飛輪電池的效率，因此采用無軸承電機替代傳統的機械軸承電機。無軸承電機是結合磁軸承與電機功能于一體的一種新型電機，傳統無軸承電機內部有兩套繞組，分別產生轉矩與懸浮力，通過調節兩套繞組內的電流的大小與相位可以控制轉矩的大小與懸浮力的大小，因此無軸承電機在正常工作時無需軸承支撐，非常適合用于高速場合如飛輪儲能、航空航天等領域。

傳統無軸承電機內部有轉矩繞組與懸浮繞組這兩套繞組，兩套繞組產生極對數相差一的磁場，分別用來產生轉矩與懸浮力。這種結構的無軸承電機存在以下幾個問題：無軸承電機內部有兩套繞組，且兩套繞組放置在同一組槽中，導致電機結構復雜。兩套繞組產生的磁場耦合復雜，且兩套繞組電流要滿足一定關系，不利于控制。

技術實現要素：

本發明的內容是為了解決現有飛輪電池無軸承電機存在的問題，提出一種結構簡單的只有一套繞組的電動汽車用飛輪儲能電機，沒有磁場耦合現象，結構和控制都簡單，能代替傳統無軸承電機。

本發明采用的技術方案是：本發明最外部是圓筒狀的定子殼體，定子殼體內表面上沿圓周方向均勻分布六個定子齒，六個定子齒同軸套有轉子；每個定子齒都由定子齒軛以及沿徑向凸出的一個中間齒與兩個相同的端齒組成，在每個定子齒的中間齒和端齒的相鄰的兩齒的正中間的定子齒軛上各嵌有一塊永磁體，一個定子齒上的兩塊永磁體均切向充磁，充磁方向相反且均指向中間齒，在每一個中間齒上都繞有繞組，相隔180°的兩組繞組同時通入電流或斷開電流；轉子上沿圓周方向均勻分布14個轉子齒，轉子齒的外表面和中間齒以及兩個端齒的內表面之間留有徑向氣隙。

進一步地，每個定子齒所占弧度為為40°，同一個定子齒的中間齒和端齒中的相鄰兩齒之間的夾角為20°。

本發明的有益效果是：

1、本發明中的定子帶有永磁體，永磁體產生的磁場與繞組產生的磁場相疊加，主要磁場由嵌入在定子齒上的永磁體產生，因此繞組內只要通入較小的電流就可以產生較大的轉矩，調節繞組內的電流可以調節懸浮力。

2、電機內部均勻分布六組線圈，每個齒上的線圈可通入不同大小的電流，但是相隔180°的兩組線圈通電開始時間與結束通電時間相同，懸浮力控制起來較為簡單。

3、本發明具有體積小、結構簡單、控制容易等優點，將本申請應用于飛輪電池中可以有效降低飛輪電池內部電機的控制難度，進一步加強了飛輪電池實用性。

附圖說明

圖1是本發明一種電動汽車用飛輪儲能電機的主視結構圖；

圖2是圖1中單個定子齒的結構放大圖；

圖3是圖1所示本發明的工作原理圖；

圖4是當圖1中的兩組繞組通電時，其他四個沒有通電繞組所在定子齒上永磁體產生磁拉力的分布圖；

圖中標號及名稱為：1.定子殼體；2.定子齒；3.永磁體；4.繞組；5.轉子；6.永磁體產生的磁場；7.繞組產生的磁場；8.永磁體產生的磁拉力；9.定子齒軛；10. 轉子齒。

具體實施方式

參見圖1，本發明最外部是定子殼體1，定子殼體1是內部空心的圓筒狀，定子殼體1的材料為非導磁的鋁。在定子殼體1內表面上沿圓周方向均勻分布六個E形的定子齒2，六個定子齒2同軸套有轉子5，轉子5與定子殼體1具有相同的中心軸，轉子5和定子齒2之間留有徑向氣隙。

參見圖2，每一個定子齒2都由定子齒軛9和沿徑向朝中心軸方向凸出的三個齒組成，這三個齒分別是一個中間齒K2和兩個相同的端齒K1、K3，端齒K1、K3在E形結構的兩端。即位于定子齒軛9的兩端，中間齒K2位于兩個端齒K1、K3的正中間。中間齒K2和兩個端齒K1、K3的內徑相等。

每個定子齒2所占弧度為為40°，即定子齒軛9的跨度為40°。每個定子齒軛9的厚度w為6~10mm。在中間齒K2和兩個端齒K1、K3中，相鄰的兩個齒之間的夾角α為20°，其中，中間齒K2的齒寬w₁為8~12mm，兩個端齒K1、K3的寬度相等，均為w₂，w₂為w₁的二分之一。中間齒K2和兩個端齒K1、K3的每個齒的徑向高度都相等，高度h為14~10mm。定子齒2的材料為導磁的硅鋼片疊壓而成，在每一個定子齒2中，在中間齒K2和兩個端齒K1、K3的任意相鄰的兩個齒的正中間的定子齒軛9上各嵌有一塊永磁體3，因此，一個定子齒2上嵌有兩塊永磁體3，這兩塊永磁體3均切向充磁，充磁方向相反，且均指向中間齒K2。每塊永磁體3的切向寬度w₃均為1.5~2.5mm，永磁體3的徑向高度等于定子齒軛9的徑向厚度w，每塊永磁體3的內外徑與定子齒軛9的內外徑對應相等。

在每一個定子齒2的中間齒K2上都繞有繞組4，每個中間齒K2上的繞組4的電流大小可以單獨調節，但是相隔180°的兩組繞組4要同時通入電流或斷開電流。

轉子5的材料為導磁的硅鋼片，由硅鋼片疊壓而成。轉子5上沿圓周方向均勻分布14個轉子齒10，每個轉子齒10的徑向高度為6~10mm，每個轉子齒10的齒寬與定子齒2中的中間齒K₂的齒寬相等，等于w₁。轉子齒10的外表面和中間齒K2、兩個端齒K1、K3的內表面之間是留有的徑向氣隙。

參見圖3，繞組4中的線圈A1、A2位置對應，彼此面對面，通電時，永磁體4產生磁場6，繞組4產生磁場7。同一個定子齒2上的兩塊永磁體4產生的磁場路徑依次為第一個永磁體4、中間齒K2、轉子齒10、端齒K1、K3、第二塊永磁體4，繞組4產生的磁路與永磁體4產生的磁路相同。其中永磁體4產生主要磁場，線圈A1、A2同時通入電流，當線圈A1、A2通入的電流相等時，此時不產生懸浮力；當線圈A1通入的電流大于線圈A2內的電流時，此時產生向上的懸浮力；當線圈A1通入的電流小于線圈A2內的電流時，產生向下的懸浮力。同理，可以通過控制彼此面對面的線圈B1、B2以及面對面的線圈C1、C2內的電流大小來調節沿x軸上的懸浮力。

參見圖4，當線圈A1、A2通電時，其他四組線圈B1、B2、C1、C2沒有通電時，線圈B1、C1所在的定子齒2上的永磁體4產生的磁拉力沿豎直方向即y軸方向相互抵消，兩者產生一個沿水平向左即x軸負方向上的合力，線圈B2、C2所在的定子齒2上的永磁體4產生的磁拉力沿y軸方向相互抵消，兩者產生一個沿x軸方向上的合力，因此總的合力為零。

根據以上所述，便可以實現本發明。對本領域的技術人員在不背離本發明的精神和保護范圍的情況下做出的其它的變化和修改，仍包括在本發明保護范圍之內。