一种双飞轮结构的飞轮电池
专利汇可以提供一种双飞轮结构的飞轮电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种双 飞轮 结构的飞轮 电池 ， 转轴 的轴向正中间外有间隙地同轴套有轴向绕组结构，轴向绕组结构的左右侧各设置一个同轴固定套在转轴上的飞轮，两个飞轮相对于轴向绕组结构左右对称布置，在左侧飞轮的左侧、右侧飞轮的右侧各设置一个同轴固定套在转轴上的无 轴承 永磁 电机 ，两个无轴承永磁电机相对于轴向绕组结构左右对称布置；轴向绕组结构的圆盘 铁 芯的左右两侧的盘面上沿圆周方向上均匀开12个圆环槽，中央圆柱上都绕有轴向绕组线圈，飞轮一侧轮面上设有内、外圆环槽，圆环槽中嵌入环形 永磁体 ；采用一个轴向绕组结构限制转轴轴向移动，在同样半径条件下相比于单飞轮结构飞轮电池， 转动惯量 为单飞轮结构飞轮电池的两倍，储能更多。，下面是一种双飞轮结构的飞轮电池专利的具体信息内容。
1.一种双飞轮结构的飞轮电池，由外壳体（5）和端盖（1）围成一个真空腔室，其特征是：
真空腔室的内部正中间是转轴（3），转轴（3）的轴向正中间外有间隙地同轴套有轴向绕组结构（7），轴向绕组结构（7）的左右侧各设置一个同轴固定套在转轴（3）上的飞轮（6），两个飞轮（6）相对于轴向绕组结构（7）左右对称布置，在左侧飞轮（6）的左侧、右侧飞轮（6）的右侧各设置一个同轴固定套在转轴（3）上的无轴承永磁电机（4），两个无轴承永磁电机（4）相对于轴向绕组结构（7）左右对称布置；轴向绕组结构（7）径向最外部是轴向绕组壳体（10），轴向绕组壳体（10）的内壁同轴固定卡有一个圆盘铁芯（11），在圆盘铁芯（11）的左右两侧的盘面上沿圆周方向上均匀开12个圆环槽（14），左右两侧的圆环槽（14）左右对称，每个圆环槽（14）的正中间形成一个中央圆柱（15），中央圆柱（15）上都绕有轴向绕组线圈（13）；飞轮（6）的一侧轮面设有外圆环槽（21）和内圆环槽（22），外圆环槽（21）和内圆环槽（22）中各嵌入一个尺寸相配的环形永磁体，两个环形永磁体均面对着轴向绕组结构（7）；轴向绕组线圈（13）通入三相交流电，产生的磁场极性与环形永磁体产生的磁场极性相同或相反；具有充电、待机、放电三种工作模式，在充电模式中，两台无轴承永磁电机（4）分别为转轴（3）提供转矩以及X、Y方向的径向力，限制转轴（3）的X、Y轴方向移动自由度以及绕X、Y轴转动自由度，使转轴（3）带动飞轮（6）转动；在放电模式中，两台永磁同步电机（4）作发电机，将飞轮（6）的机械储能转化为电能，在待机模式中，两台无轴承永磁同步电机（4）仅提供X、Y的径向力。
2.根据权利要求1所述的一种双飞轮结构的飞轮电池，其特征是：轴向绕组结构（7）的外壁与外壳体（5）内侧壁径向固定连接，两个飞轮（6）的外径大于轴向绕组结构（7）的外径，两个无轴承永磁电机（4）的外壁与外壳体（5）内侧壁径向固定连接，两个无轴承永磁电机（4）的外径小于轴向绕组结构（7）的外径。
3.根据权利要求1所述的一种双飞轮结构的飞轮电池，其特征是：外圆环槽（21）和内圆环槽（22）的径向环宽相等；轴向槽深相等，两个环形永磁体的径向环宽相等、轴向厚度等于外圆环槽（21）和内圆环槽（22）的轴向槽深。
4.根据权利要求1所述的一种双飞轮结构的飞轮电池，其特征是：12个圆环槽（14）的中心在半径为2/3R的一个同心圆上，R为圆盘铁芯（11）的半径，圆环槽（14）的轴向槽深为圆盘铁芯（11）的轴向厚度的2/5。
5.根据权利要求1所述的一种双飞轮结构的飞轮电池，其特征是：12个圆环槽（14）具有一个直径是D1的公共内切圆和一个直径是D2的公共外切圆，内圆环槽（22）的内径是D1，外圆环槽（21）的外径是D2。
6.根据权利要求1所述的一种双飞轮结构的飞轮电池，其特征是：圆盘铁芯（11）的中心内孔处嵌有位置传感器（12）。
一种双飞轮结构的飞轮电池
技术领域
背景技术
浮飞轮电池大多采用单飞轮结构，利用两个径向磁轴承与一个轴向磁轴承提供悬浮力，充
电放电由两台永磁同步电机来完成。由于飞轮电池较大的储能需求，导致飞轮需要较大的
半径来增加其转动惯量，进一步增大了飞轮电池的径向长度，同时两个径向磁轴承与一个
轴向磁轴承也占用了较大的轴向空间，致使飞轮电池体积难以缩减。
发明内容
右侧各设置一个同轴固定套在转轴上的飞轮，两个飞轮相对于轴向绕组结构左右对称布
置，在左侧飞轮的左侧、右侧飞轮的右侧各设置一个同轴固定套在转轴上的无轴承永磁电
机，两个无轴承永磁电机相对于轴向绕组结构左右对称布置；轴向绕组结构的径向最外部
是轴向绕组壳体，轴向绕组壳体的内壁同轴固定卡有一个圆盘铁芯，在圆盘铁芯的左右两
侧的盘面上沿圆周方向上均匀开12个圆环槽，左右两侧的圆环槽左右对称，每个圆环槽的
正中间形成一个中央圆柱，中央圆柱上都绕有轴向绕组线圈；飞轮的一侧轮面设有外圆环
槽和内圆环槽，外圆环槽和内圆环槽中各嵌入一个尺寸相配的环形永磁体，两个环形永磁
体均面对着轴向绕组结构；轴向绕组线圈通入三相交流电，产生的磁场极性与环形永磁体
产生的磁场极性相同或相反。
轮电池储能，又减小飞轮电池径向宽度，减小体积的效果。同时本发明在空间上满足轴向对
称，减少了转轴旋转时的不平衡扰动。
结构左右两端线圈可分别通电，根据转轴偏移情况，通入不同大小的电流，产生与飞轮同步
旋转的磁场，使转轴稳定回到平衡位置。
附图说明
芯；12.位置传感器；13.轴向绕组线圈；14.圆环槽；15.中央圆柱；16.转矩绕组；17.悬浮绕
组；18.电机转子；19.电机永磁体；20.电机定子；21.外圆环槽；22.内圆环槽，23.内环形永
磁体。
具体实施方式
体5和端盖1具有共同的中心轴，转轴3的中心轴O也是外壳体5和端盖1和中心轴，即整个飞
轮电池的中心轴。外壳体5为旋转对称结构，旋转对称轴即中心轴O，转轴3的轴向正中间的
轴向左右对称轴线为A，轴向左右对称轴线A和中心轴O在同一径向截面上垂直相交。
承2外，径向保护轴承2的外壁由端盖1固定，转轴3右端上套有轴向卸载轴承9，轴向卸载轴
承9的右端紧贴外壳体5。
在转轴3上，相对于轴向绕组结构7左右对称布置，即相对于轴向左右对称轴线A左右对称布
置。在左侧飞轮6的左侧，右侧飞轮6的右侧各设置一个无轴承永磁电机4，两个无轴承永磁
电机4均同轴固定套在转轴3上，并且相对于轴向绕组结构7左右对称布置。
轴承永磁电机4的外壁与外壳体5内侧壁径向固定连接，两个无轴承永磁电机4的外径小于
轴向绕组结构7的外径。
卡有一个圆盘铁芯11，圆盘铁芯11的中心处开有中心内孔，中心内孔直径稍大于转轴3的外
径，使转轴3与轴向绕组结构7不接触。圆盘铁芯11的中心内孔处嵌入位置传感器12，沿中心
内孔的径向钻有直径较小的螺纹孔，带有螺纹的位置传感器12通过螺纹连接安装在中心内
孔壁上，位置传感器12用于检测转轴3的轴向偏移位置。
个圆环槽14。圆盘铁芯11上的左右两侧的圆环槽14左右对称，如图3所示。圆环槽14的轴向
槽深为圆盘铁芯11轴向厚度H的2/5，即槽深为2/5H。每个圆环槽14的正中间形成一个中央
圆柱15，在每个中央圆柱15上都绕有轴向绕组线圈13，轴向绕组线圈13置放在圆环槽14中。
12个圆环槽14具有一个直径是D1的公共内切圆，12个圆环槽14具有一个直径是D2的公共外
切圆。
4’、7’、10’为A相，线圈2’、5’、8’、11’为B相，线圈3’、6’、9’、12’为C相。A相接线方式为电流从线圈7’流入，接至线圈4’流出，后流入线圈1’，接至线圈10’流出。B相接线方式为电流从线圈3’流入，接至线圈12’流出，后流入线圈9’，接至线圈6’流出，C相接线方式为电流从线圈5’流入，接至线圈2’流出，后流入线圈11’，接至线圈8’流出。线圈6’、8’、 10’出线端星形连接，接线图如图4所示。
20和电机永磁体19之间留有径向气隙。电机定子20外壁与外壳体5内壁在径向固定相连，电
机定子20上绕有转矩绕组16与悬浮绕组17。转矩绕组16极对数与电机永磁体19极对数相
同，悬浮绕组17极对数与永磁体19极对数相差1。
等，轴向槽深h相等。在每个圆环槽中嵌入一个尺寸相配的环形永磁体，两环形永磁体的径
向环宽S相等，轴向厚度等于轴向槽深h，即在外圆环槽21中嵌入外环形永磁体8，外环形永
磁体8的内外径与外圆环槽21的内外径对应相等，在内圆环槽22中嵌入内环形永磁体23，内
环形永磁体23的内外径与内圆环槽22的内外径对应相等。飞轮6的中心处开有中心通孔，中
心通孔直径与转轴3外径相同，两者过盈配合且通过焊接径向固定。内圆环槽22的内径与图
2中12个圆环槽14的公共内切圆的直径相同，是D1，外圆环槽21的外径与图2中12个圆环槽
14的公共外切圆的直径相同，是D2。两个飞轮6上的外环形永磁体8和内环形永磁体23均面
对着轴向绕组结构7，靠近轴向绕组结构7，并且两个飞轮6上的外环形永磁体8和内环形永
磁体23均相对轴向绕组结构7分别左右对称。
个环形永磁体产生的磁场左侧左侧为N极，右侧为S极，磁场也相对轴向绕组结构7左右对
称。外环形永磁体8和内环形永磁体23的磁极方向可随轴向绕组线圈13绕线方向改变而改
变，可改变为两飞轮6上的两个环形永磁体的左侧为S极，右侧为N极。
无轴承永磁电机4分别会对转轴3产生对Ｘ、Ｙ轴的径向力，限制转轴3的Ｘ，Ｙ方向上的两
个移动自由度；同时，两个Ｘ方向上的径向力，限制了转轴3绕Ｙ轴的转动自由度，两个Ｙ方
向上的径向力，限制了转轴3绕Ｘ轴的转动自由度。此外，位于双飞轮6中间位置的轴向绕组
通常不通电，并通过位置传感器12检测其所在位置。若其偏移原有中间位置，则通过所检测
偏移方向与距离计算绕组电流产生轴向磁场，与飞轮6上的环形永磁体相互作用，产生轴向
力，使其恢复到原有中间位置，以此达到Ｚ轴自由度的限制，转轴绕Ｚ轴转动的自由度不需
要限制。
X、Y方向的径向力，限制了转轴3的X、Y轴方向移动自由度以及绕X、Y轴转动自由度，同时使
转轴3带动飞轮6转动。如图8所示，外环形永磁体8和内环形永磁体23的左侧为N极，右侧为S
极，产生磁场磁感应线环外为顺时针方向，环内为逆时针方向，该磁场随飞轮6绕转轴3转
动。当轴向绕组结构7如图8所示向右偏离轴向左右对称轴线A时，位置传感器12检测出了偏
移距离X，计算出轴向绕组结构7中线与左侧的飞轮6右端面相距X1，轴向绕组结构7中线与
右侧的飞轮6的左端面相距X2，根据X1和X2的大小分别给轴向绕组结构7的圆盘铁芯11上的
左右两侧的轴向绕组线圈13的A、B、C三相分别通入对应的频率相同的三相交流电，B相电角
度落后A相120°，C相电角度超前A相120°，并根据飞轮6的转速n计算得电流频率f=2*n/60，
通入频率为f的三相电流后，根据安培定则，轴向绕组结构7左侧产生一个磁极与左飞轮6的
两个环形永磁体产生的磁极相同，是左侧为N极，右侧为S极，转速为n的旋转磁场，轴向绕组
结构7的右侧产生一个磁极与右飞轮6的两个环形永磁体产生的磁极相反，是左侧为S极，右
侧为N极，转速为n的旋转磁场，磁场方向如图8所示。左侧的飞轮6右侧磁极为S极，轴向绕组
结构7的左侧磁极为N极，磁极相互吸引，则对左侧的飞轮6产生向右的作用力；右侧飞轮6左
侧磁极为N极，轴向绕组结构7右侧磁极为N极，磁极相互排斥，侧对右侧的飞轮6产生向右的
作用力。因轴向绕组结构7与外壳体5径向固定连接不会受力位移，飞轮6受力带动转轴3回
至轴向左右对称轴线A，与轴向绕组结构7轴向对称线重合位置。因此，限制了转轴3轴向移
动的自由度，在模式下限制了转轴3除绕Z轴转动外5自由度。在放电模式中，转矩绕组16、悬
浮绕组17以及轴向绕组线圈13连接外电路，两台永磁同步电机4作发电机，将飞轮6的机械
储能转化为电能，自由度限制与充电模式一致。在待机模式中，悬浮绕组17以及轴向绕组线
圈13连接外电路，转矩绕组16不通电，两台无轴承永磁同步电机4仅提供X、Y的径向力，自由
度限制与充电模式一致。
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