一种飞轮储能用新型同极式感应子电机的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，具体为一种飞轮储能用新型同极式感应子电机。


背景技术：

2.飞轮储能系统中高速电机作为能量转换最重要的一个环节，因此飞轮电机的性能对整个飞轮储能系统的性能具有较大的影响。飞轮电机必须满足飞轮储能系统的要求，如高转速、高效率、高可靠性等。目前，飞轮储能系统所采用的电机包括异步电机、同步电机、开关磁阻电机、感应子电机及其它结构的电机。其中，感应子电机以其转子结构简单、适合高速运行、空载损耗小等一系列优点，具有广泛的应用前景。
3.感应子电机结构简单可靠，转子为实心转子，能够承受很大的离心力，机械强度高，可以满足高速飞轮的运行。感应子电机的形式很多，根据磁路结构可分为同性极式和异性极式两大类。当励磁绕组位于有效层范围以外时，电机为同性极式，电机的磁通沿转子轴轴向流通；当励磁绕组位于有效层范围内时，电机为异性极式，此时磁通通过垂直转子轴的平面。异性极感应子电机转子采用硅钢片叠压而成，交变的磁场会增加铁耗；相比于异极性感应子电机，同性极感应子转子通常采用整段合金钢锻造而成，可以省去滑环和电刷，结构简单，强度高，能够承受更高的线速度，因此更适合应用于飞轮储能系统场合。根据励磁方式不同，感应子电机可以分为永磁式感应子电机或电励磁式感应子电机，在飞轮储能系统中，感应子电机通常采用电励磁形式，以便通过调节励磁电流的大小来调节气隙磁场，但是，由于励磁绕组的存在，当同性极式感应子电机在充放电运行时，需要在励磁绕组中通入励磁电流产生励磁磁场，导致该电机会产生较大的励磁铜耗，并且导致励磁绕组发热，真空条件下定子热量不易散出，从而降低了电机的运行效率，因此可采用永磁励磁来替代电励磁，利用永磁体环代替励磁绕组。但由于永磁体励磁，会带来一定的空载损耗，导致电机存在一定的自耗散率，对于大电量储能飞轮需要研究降低电机损耗，且性能更优的电机。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，包括转子、上定子铁心、下定子铁心、上导磁环、下导磁环、定子绕组和永磁体环，所述转子的外侧设置有定子，定子包括上定子铁心、下定子铁心、上导磁环、下导磁环、定子绕组和永磁体环。
6.优选的，所述转子为实心结构，利用储能飞轮转子作为感应子电机的转子，提高转子的机械强度，转子的上下轴向对称分别设置有两极凸出部分和两个凹槽，总体为四极凸极结构，每个凸极之间相互连接，剩余部分形成凹槽，转子上没有励磁绕组或永久磁铁等强度薄弱部件，采用实心的转子，能承受高速旋转产生的离心力，实现高速旋转。
7.优选的，所述转子的外侧设置有上定子铁心和下定子铁心，上定子铁心和下定子
铁心分别对应放置在转子的凸极外侧，上定子铁心和下定子铁心采用冷轧无取向硅钢片叠压制作而成，上定子铁心和下定子铁心皆为无齿槽结构，消除了由于铁心开槽而产生的空间谐波磁场，因而可大大减小转子的涡流损耗，上定子铁心和下定子铁心组成的圆环结构的中心线皆与转子的中心线重合，且上定子铁心位于下定子铁心的上方，上定子铁心的外侧套接有上导磁环，下定子铁心的外侧套接有下导磁环，且上导磁环与下导磁环之间安装有永磁体环，上导磁环和下导磁环皆采用电工纯铁材料制作，永磁体环所用材料为钕铁硼材料，永磁体环沿轴向充磁。
8.优选的，所述永磁体环的内外径尺寸与上导磁环和下导磁环的内外径尺寸皆相同。
9.优选的，所述定子绕组绕制在定子支架上，定子绕组和定子支架之间浇注用环氧树脂，定子支架由不导磁、不导电的材料制成，所述定子绕组和定子支架通过环氧树脂固定在上定子铁心和下定子铁心的内侧，定子绕组为三相对称绕组，定子绕组的绕组线规采用1200*0.1mm的利兹线。
10.优选的，所述定子支架的端部套接有绕组固定扣环，绕组固定扣环的内径与定子支架的外径相等，绕组固定扣环的侧面均匀安装有轴径向的螺栓，定子支架的端部通过轴向的螺栓安装有轴承支撑盘。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
12.1、采用新的电机工作原理和电机结构，电机既存在径向磁通也存在轴向磁通，采用永磁励磁方式，相比于电励磁同性极感应子电机，能够消除充电/放电运行时励磁铜耗，降低定子绕组温升，减轻散热压力，从而提高电机的运行效率；上定子铁心和下定子铁心采用无齿槽结构，消除了由于铁心开槽而产生的空间谐波磁场，因而可大大减小转子涡流损耗。
13.2、解决了转子结构与强度的问题，飞轮高速旋转时会产生很大的离心力，对于传统的飞轮电机而言，转子上的永磁体环在高速旋转的离心力作用下容易存在脱落的危险，所以本技术采用感应子式实心转子结构，同时利用储能飞轮转子作为感应子电机的转子，转子上没有励磁绕组或永久磁铁等强度薄弱部件，能承受高速旋转产生的离心力，提高了转子的机械强度，从而可以实现高速旋转。
附图说明
14.图1为本发明的整体结构示意图；
15.图2为本发明的剖面结构示意图；
16.图3为本发明的转子结构示意图；
17.图4为本发明的单个定子绕组结构示意图；
18.图5为本发明的整体定子绕组结构示意图；
19.图6为本发明的定子绕组和定子支架组装结构示意图；
20.图7为本发明的主磁路结构示意图。
21.图中：1、转子；2、上定子铁心；3、下定子铁心；4、轴承支撑盘；5、上导磁环；6、下导磁环；7、定子绕组；8、永磁体环；9、绕组固定扣环；10、定子支架；11、螺栓。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1-7，本发明提供的一种实施例：一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，包括转子1、上定子铁心2、下定子铁心3、上导磁环5、下导磁环6、定子绕组7和永磁体环8，转子1的外侧设置有定子，定子包括上定子铁心2、下定子铁心3、上导磁环5、下导磁环6、定子绕组7和永磁体环8；
24.转子1为实心结构，利用储能飞轮转子作为感应子电机的转子1，提高转子的机械强度，转子1的上下轴向对称分别设置有两极凸出部分和两个凹槽，总体为四极凸极结构，每个凸极之间相互连接，剩余部分形成凹槽，转子1上没有励磁绕组或永久磁铁等强度薄弱部件，采用实心的转子1，能承受高速旋转产生的离心力，实现高速旋转；
25.转子1的外侧设置有上定子铁心2和下定子铁心3，上定子铁心2和下定子铁心3分别对应放置在转子1的凸极外侧，上定子铁心2和下定子铁心3采用冷轧无取向硅钢片叠压制作而成，上定子铁心2和下定子铁心3皆为无齿槽结构，消除了由于铁心开槽而产生的空间谐波磁场，因而可大大减小转子1的涡流损耗，上定子铁心2和下定子铁心3组成的圆环结构的中心线皆与转子1的中心线重合，且上定子铁心2位于下定子铁心3的上方，上定子铁心2的外侧套接有上导磁环5，下定子铁心3的外侧套接有下导磁环6，且上导磁环5与下导磁环6之间安装有永磁体环8，上导磁环5和下导磁环6皆采用电工纯铁材料制作，永磁体环8所用材料为钕铁硼材料，永磁体环8沿轴向充磁；
26.永磁体环8的内外径尺寸与上导磁环5和下导磁环6的内外径尺寸皆相同；
27.定子绕组7绕制在定子支架10上，定子绕组7和定子支架10之间浇注用环氧树脂，定子绕组7和定子支架10通过环氧树脂固定在上定子铁心2和下定子铁心3的内侧，定子绕组7为三相对称绕组，定子绕组7的绕组线规采用1200*0.1mm的利兹线；
28.定子支架10的端部套接有绕组固定扣环9，绕组固定扣环9的内径与定子支架10的外径相等，绕组固定扣环9的侧面均匀安装有轴径向的螺栓11，定子支架10的端部通过轴向的螺栓11安装有轴承支撑盘4。
29.本技术实施例在使用时，电机采用永磁体环8励磁，主磁路气隙包括上定子铁心2和下定子铁心3与定子绕组7之间的外气隙和定子绕组7与转子1之间的内气隙；磁通依次经过永磁体环8、上导磁环5、上定子铁心2、外气隙、定子绕组7、内气隙、转子1、内气隙、定子绕组7、外气隙、下定子铁心3、下导磁环6，最后回到原永磁体环8形成闭合回路，磁通既包含径向流通又包含轴向流通；
30.发电状态时高速旋转的飞轮驱动发电机发电经电力变换后供给负载，电动状态时控制电机带动飞轮运转，将电能转换成机械能储存；
31.当电机正常运行时，感应子电机的气隙磁场可看作是一恒定磁场和一交变磁场的叠加，对于交变磁场来说，它在转子1的齿上为一种极性，在转子1的槽上为另一种极性；因而，感应子电机转子1的齿和槽，对于气隙磁场基波可以看作不同极性的磁极，即感应子电机的齿槽数等于极对数；当电机带负载正常运行时可以看成是同步电机；在转子1运动时，由于转子1表面开有均匀分布的齿槽，导致通入定子绕组7中的磁通发生周期性变化，从而
在定子绕组7中感生出感应电动势。

技术特征：
1.一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，其特征在于：包括转子(1)、上定子铁心(2)、下定子铁心(3)、上导磁环(5)、下导磁环(6)、定子绕组(7)和永磁体环(8)，所述转子(1)的外侧设置有定子，定子包括上定子铁心(2)、下定子铁心(3)、上导磁环(5)、下导磁环(6)、定子绕组(7)和永磁体环(8)。2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，其特征在于：所述转子(1)为实心结构，转子(1)的上下轴向对称分别设置有两极凸出部分和两个凹槽，总体为四极凸极结构，每个凸极之间相互连接，剩余部分形成凹槽。3.根据权利要求1所述的一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，其特征在于：所述转子(1)的外侧设置有上定子铁心(2)和下定子铁心(3)，上定子铁心(2)和下定子铁心(3)组成的圆环结构的中心线皆与转子(1)的中心线重合，且上定子铁心(2)位于下定子铁心(3)的上方，上定子铁心(2)的外侧套接有上导磁环(5)，下定子铁心(3)的外侧套接有下导磁环(6)，且上导磁环(5)与下导磁环(6)之间安装有永磁体环(8)。4.根据权利要求1所述的一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，其特征在于：所述永磁体环(8)的内外径尺寸与上导磁环(5)和下导磁环(6)的内外径尺寸皆相同。5.根据权利要求1所述的一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，其特征在于：所述定子绕组(7)绕制在定子支架(10)上，定子绕组(7)和定子支架(10)之间浇注用环氧树脂，所述定子绕组(7)和定子支架(10)通过环氧树脂固定在上定子铁心(2)和下定子铁心(3)的内侧。6.根据权利要求5所述的一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，其特征在于：所述定子支架(10)的端部套接有绕组固定扣环(9)，绕组固定扣环(9)的内径与定子支架(10)的外径相等，绕组固定扣环(9)的侧面均匀安装有轴径向的螺栓(11)，定子支架(10)的端部通过轴向的螺栓(11)安装有轴承支撑盘(4)。

技术总结
本发明公开了一种飞轮储能用新型同极式感应子电机，包括转子、上定子铁心、下定子铁心、上导磁环、下导磁环、定子绕组和永磁体环，所述转子的外侧设置有定子，定子包括上定子铁心、下定子铁心、上导磁环、下导磁环、定子绕组和永磁体环。本发明采用新的电机工作原理和电机结构，电机既存在径向磁通也存在轴向磁通，采用永磁励磁方式，相比于电励磁同性极感应子电机，能够消除充电/放电运行时励磁铜耗，降低定子绕组温升，减轻散热压力，从而提高电机的运行效率；上定子铁心和下定子铁心采用无齿槽结构，消除了由于铁心开槽而产生的空间谐波磁场，因而可大大减小转子涡流损耗。因而可大大减小转子涡流损耗。因而可大大减小转子涡流损耗。


技术研发人员：于飞 冯开杰 徐衍亮 于大勇 王月川 卢楠 顾强 张俊杰 于双嘉 卞敬业
受保护的技术使用者：文登奥文电机有限公司
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/3/8