磁懸浮飛輪電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電機領域，尤其涉及一種磁懸浮飛輪電機。
【背景技術】
[0002]現有永磁飛輪電機，由永磁電機和飛輪體兩部分組成，其結構笨重。永磁電機驅動飛輪體旋轉產生動量J Ω，可用于儲能、穩定姿態或反作用控制，要求永磁飛輪電機的損耗小、旋轉平穩性、體積小、重量輕。然而，傳統永磁飛輪電機除了結構笨重，其定子開槽，存在齒槽定位力矩，定子鐵芯在電機高速時產生鐵耗和附加的渦流阻力矩，軸承的摩擦力矩和使用壽命都是制約飛輪電機性能的問題。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供體積小、結構輕的磁懸浮飛輪電機。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:磁懸浮飛輪電機，包括盤狀的飛輪盤體、設置在所述飛輪盤體內的轉子組件和定子組件，
[0005]所述定子組件包括固定在所述飛輪盤體上的呈盤狀的PCB印制繞組；
[0006]所述轉子組件包括設置在所述飛輪盤體中心位置的轉軸組件、與所述轉軸組件相連的至少一個磁懸浮組件、與所述磁懸浮組件相連的磁鋼組件；所述轉軸組件包括轉子軸和套設在所述轉子軸上的兩個徑向軸承；所述磁鋼組件包括位于所述PCB印制繞組上方與所述飛輪盤體之間的上部磁鋼單元、以及位于所述PCB印制繞組下方與所述飛輪盤體之間的下部磁鋼單元；所述上部磁鋼單元包括上轉子鐵芯和設置在所述上轉子鐵芯與所述PCB印制繞組相對的表面上的上轉子磁鋼片；所述下部磁鋼單元包括下轉子鐵芯和設置在所述下轉子鐵芯與所述PCB印制繞組相對的表面上的下轉子磁鋼片。
[0007]優選地，所述上轉子磁鋼片和所述下轉子磁鋼片均采取軸向充磁，磁極對數均為P，磁極數均為2P，且兩者在軸向對置的位置磁場方向相同，共同形成相吸磁場。
[0008]優選地，所述上轉子磁鋼片和所述下轉子磁鋼片采用厚度為0.5?5mm的環形塑料磁鋼片。
[0009]優選地，所述PCB印制繞組是整距繞組，均布Z = 2Pm個繞組，所述飛輪電機基本參數應滿足:3iD/2p ( 40mm，其中D是環形塑料磁鋼片的平均直徑，Z是所述飛輪電機的虛槽數，m是所述飛輪電機的相數。
[0010]優選地，所述飛輪電機Z = 2pm = 6P，m = 3為三相永磁電機；U、V、W三相繞組，形成三相獨立線圈繞組或中線相連成Y連接方式或中線連成三角形連接方式。
[0011]優選地，所述磁懸浮組件包括位于所述PCB印制繞組上方的上部磁懸浮單元和位于所述PCB印制繞組下方的下部磁懸浮單元，所述上部磁懸浮單元包括相對設置的轉動的上磁鋼片和靜止的上磁鋼片；所述下部磁懸浮單元包括相對設置的轉動的下磁鋼片和靜止的下磁鋼片；所述轉動的上磁鋼片與所述靜止的上磁鋼片相同極性對置；所述轉動的下磁鋼片與所述靜止的下磁鋼片相同極性對置。
[0012]優選地，所述轉動的上磁鋼片、靜止的上磁鋼片、轉動的下磁鋼片和靜止的下磁鋼片均采用厚度為0.5?5mm的環形塑料磁鋼片，磁鋼片的兩個面分別是N極或S極，環形塑料磁鋼片的內徑Dl與外徑D2的差Hl = (D2—Dl)取值為5?10mm。
[0013]優選地，所述磁懸浮組件設置兩個，所述兩個磁懸浮組件沿徑向布置，相距H2取值為2?4mm。
[0014]優選地，所述轉動的上磁鋼片和靜止的上磁鋼片之間的軸向工作間隙δ在(0.15?5)mm之間，所述轉動的下磁鋼片和靜止的下磁鋼片之間的軸向工作間隙δ在(0.15 ?5) mm 之間。
[0015]優選地，所述飛輪盤體包括盤體上端蓋和盤體下端蓋，所述PCB印制繞組設置在所述盤體上端蓋和所述盤體下端蓋之間，所述盤體上端蓋上設有第一背鐵，所述盤體下端蓋上設有第二背鐵；
[0016]所述轉動的上磁鋼片固定在所述上轉子鐵芯上，所述轉動的下磁鋼片固定在所述下轉子鐵芯上；所述靜止的上磁鋼片固定在所述第一背鐵上；所述靜止的下磁鋼片固定在所述第二背鐵上。
[0017]本發明與現有技術相比具有如下優點:本發明所提供的磁懸浮飛輪電機，將飛輪盤體和永磁電機一體化設計，永磁電機包括定子組件和轉子組件；該轉子組件包括轉軸組件、磁懸浮組件和磁鋼組件，具有體積小、重量輕等優點；磁懸浮組件的設計，可極大地減小機械摩擦，摩擦力矩小且使用壽命長；該定子組件采用PCB印制繞組，無定子鐵芯的結構，可消除傳統永磁電機中存在的齒槽定位力矩和定子鐵芯損耗等問題；綜上，該磁懸浮飛輪電機全面優化傳統性能。
【附圖說明】
[0018]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0019]圖1是本發明一實施例中磁懸浮飛輪電機的結構示意圖。
[0020]圖2是本發明一實施例中磁懸浮組件的結構示意圖和磁力線示意圖。
[0021]圖3是本發明一實施例中磁懸浮飛輪電機的PCB印制繞組的示意圖，圖3中三相繞組沿圓周按120°電角度均勻分布。
[0022]圖中:100、飛輪盤體；110、盤體上端蓋；111、第一背鐵；120、盤體下端蓋；121、第二背鐵；200、轉子組件；210、轉軸組件；211、轉子軸；212、徑向軸承；213、軸承端蓋；220、磁懸浮組件；221、上部磁懸浮單元；2211、轉動的上磁鋼片；2212、靜止的上磁鋼片；222、下部磁懸浮單元；2221、轉動的下磁鋼片；2222、靜止的下磁鋼片；230、磁鋼組件；231、上部磁鋼單元；2311、上轉子鐵芯；2312、上轉子磁鋼片；232、下部磁鋼單元；2321、下轉子鐵芯；2322、下轉子磁鋼片；300、定子組件。
【具體實施方式】
[0023]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0024]圖1示出本實施例中的磁懸浮飛輪電機局部的截面圖結構，其右側的虛線即為中心線，其截面圖為左右對稱結構。該磁懸浮飛輪電機包括盤狀的飛輪盤體100、設置在飛輪盤體100內的轉子組件200和定子組件300。可以理解地，飛輪盤體100和永磁電機的轉子組件200和定子組件300 —體化設計，具有體積小、重量輕的顯著優點。飛輪盤體100呈盤狀，則設置在飛輪盤體100內的轉子組件200也呈盤狀設計，以便提供最大化的轉動慣量。
[0025]定子組件300包括固定在飛輪盤體100上的呈盤狀的PCB印制繞組。具體地，飛輪盤體100包括盤體上端蓋110和盤體下端蓋120，PCB印制繞組固定設置在盤體上端蓋110和所述盤體下端蓋120之間，安裝簡單方便。可以理解地，該磁懸浮飛輪電機的定子組件300采用PCB印制繞組，無定子鐵芯的結構，無需在定子開槽，可消除傳統永磁電機中存在的齒槽定位力矩和定子鐵芯損耗的問題。
[0026]轉子組件200包括設置在飛輪盤體100中心位置的轉軸組件210、與轉軸組件210相連的用于支撐該磁懸浮飛輪電機軸向的至少一個磁懸浮組件220、與磁懸浮組件220相連的磁鋼組件230，磁懸浮組件220和磁鋼組件230繞轉軸組件210旋轉；可以理解地，轉軸組件210、磁懸浮組件220和磁鋼組件230通過飛輪盤體100形成一整體，具有體積小、重量輕的特點。
[0027]具體地，轉軸組件210包括轉子軸211和套設在轉子軸211上的兩個徑向軸承212，可以理解地，兩個徑向軸承212起支撐并約束其徑向的作用，可以理解地，轉軸組件210還包括用于固定并支承兩個徑向軸承212的軸承端蓋213。
[0028]可以理解地，磁鋼組件230設置在轉子組件200的最外沿，其安裝過程更簡單方便。具體地，磁鋼組件230包括位于PCB印制繞組上方與飛輪盤體100的盤體上端蓋110之間的上部磁鋼單元231、以及位于PCB印制繞組下方與飛輪盤體100的盤體下端蓋120之間的下部磁鋼單元232。上部磁鋼單元231包括上轉子鐵芯2311和設置在上轉子鐵芯2311與PCB印制繞組相對的表面上的上轉子磁鋼片2312 ;下部磁鋼單元232包括下轉子鐵芯2321和設置在下轉子鐵芯2321與PCB印制繞組相對的表面上的下轉子磁鋼片2322。可以理解地，該定子組件300和轉子組件200形成單定子、雙轉子電機，充分利用了磁懸浮飛輪電機的飛輪盤體100的全部空間。而且轉子組件200結構對稱、表面平整光滑，在該磁懸浮飛輪電機的飛輪盤體100腔內，回轉過程空氣阻力小。
[0029]具體地，上轉子磁鋼片2312和下轉子磁鋼片2322均采取軸向充磁，磁極對數均為P，磁極數均為2P，且兩者在軸向對置的位置磁場方向相同，共同形成相吸磁場，以使上轉子磁鋼片2312和下轉子磁鋼片2322無需采用齒槽定位結構固定在定子組件300上，消除齒槽定位力矩。上轉子磁鋼片2312和所述下轉子磁鋼片2322采用厚度為0.5?5mm的環形塑料磁鋼片，具有體積小、重量輕的特點。
[0030]具體地，PCB印制繞組是整距繞組，均布Z = 2Pm個繞組，飛輪電機基本參數應滿足:D/2p ( 40mm，其中D是環形塑料磁鋼片的平均直徑，Z是飛輪電機的虛槽數，m是飛輪電機的相數。
[0031]具體地，飛輪電機Z = 2pm = 6P，m = 3為三相永磁電機；U、V、W三相繞組，形成三相獨立線圈繞組或中線相連成Y連接方式或中線連成三角形連接方式。如圖3所示，本實施例中的磁懸浮飛輪電機的三相繞組U、V、W沿圓周按120°電角度均勻分布；共有6個出線端:U+、U-、V+、V-、W+、W-;可以形成三相獨立線圈繞組、中線相連成Y連接方式或中線連成三角形連接方式。
[0032]具體地，磁懸浮組件220包括位于PCB印制繞組上方的上部磁懸浮單元221和位于PCB印制繞組下方的下部磁懸浮單元222，上部磁懸浮單元221包括相對設置的轉動的上磁鋼片2211和靜止的上磁鋼片2212 ;下部磁懸浮單元222包括相對設置的轉動的下磁鋼片2221和靜止的下磁鋼片2222 ;轉動的上磁鋼片2211與靜止的上磁鋼片2212相同極性對置，呈現斥力；轉動的下磁鋼片2221與靜止的下磁鋼片2222相同極性對置，呈現斥力。可以理解地，磁懸浮組件220的設置，可極大地減小了機械摩擦，使轉軸組件210的兩個徑向軸承212處