本发明涉及电机结构，具体地涉及混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构。
背景技术：
1、随着全球对能源经济化和可持续发展的需求日益增长，能量存储技术已成为各国竞相发展的战略性新兴产业。在众多储能方式中，飞轮储能技术作为一种创新的解决方案备受瞩目。其独特之处在于将电能转化为机械能形式进行高效储存。
2、在这其中永磁电机以其高效率和高功率因数的优势，成为飞轮储能系统的首选。但永磁电机成本非常昂贵；为了降低成本，现有技术通常采用可改变转子结构为交替极永磁电机来实现降低成本；
3、现有技术的交替极结构的缺陷在于：现有技术的交替极结构设计会造成气隙磁密不对称。
4、进一步来说，为了减少轴承摩擦带来的能量损耗，提升飞轮储能系统的整体性能，飞轮储能系统通常还需要磁轴承系统。在现有技术的磁轴承系统中，永磁轴承结构被广泛采用。
5、现有技术的磁轴承系统缺陷在于：由于现有技术的磁轴承系统的结构所产生的悬浮力是固定的，且主动控制系统的调节能力相对较差，从而无法灵活应对各种工况变化。
技术实现思路
1、本发明针对上述问题，提供混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其目的在于提高储能密度；大大节省永磁材料使用量，降低成本；得到理想对称的气隙磁密波形；减小系统空载损耗，提高效率；减小轴向、径向励磁电流，减小损耗；实现控制分别独立。
2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
3、一种混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，包含转轴、定子铁芯、偏置永磁体、电枢绕组、转子铁芯、护套、永磁极、轴承转子、上端盖、下端盖、机壳、上电励磁轴承单元、下电励磁轴承单元、径向同极性磁轴承单元；其中：
4、所述定子铁芯设置在所述转轴上；
5、所述偏置永磁体设置在所述转轴上；
6、所述转子铁芯设置在所述定子铁芯的外侧；
7、所述永磁极设置在所述定子铁芯的外侧；
8、所述护套设置在所述转子铁芯的外侧；
9、所述上端盖设置在所述转轴的上侧；所述下端盖设置在所述转轴的下侧；
10、所述机壳可拆卸安装在所述上端盖与所述下端盖之间，且环绕设置在所述护套的外侧；
11、所述上电励磁轴承单元设置在所述上端盖与所述转子铁芯之间，且可拆卸安装在所述上端盖上，且与所述转子铁芯的上表面形成轴向气隙；
12、所述下电励磁轴承单元设置在所述下端盖与所述转子铁芯之间，且可拆卸安装在所述下端盖上，且与所述轴承转子的下表面形成轴向气隙；
13、所述径向同极性磁轴承单元设置在所述偏置永磁体的下侧，且设置在所述转轴上，且与所述轴承转子形成径向气隙。
14、优选地，所述永磁极为弧形；
15、所述永磁极在所述转子铁芯的内侧等间距设置；
16、所述永磁极之间错开的机械角度按下式表达：
17、
18、其中：δα为所述永磁极之间错开的机械角度；m为所述永磁极的个数；所有所述永磁极的充磁方向相同。
19、优选地，所述电枢绕组为单套绕组结构，且贯穿所述定子铁芯。
20、优选地，所述上电励磁轴承单元包含上励磁绕组、上轴承铁轭组成；其中：
21、所述上电励磁轴承单元的设置在所述上端盖的所述上轴承铁轭的一侧与所述定子铁芯固定，另一侧的下表面与所述转子铁芯的上表面形成轴向气隙。
22、优选地，所述下电励磁轴承单元包含下励磁绕组、下轴承内侧铁轭、下轴承外侧铁轭组成；其中：
23、所述下轴承内侧铁轭与所述下端盖固定连接；
24、所述下轴承外侧铁轭与所述下端盖固定连接；所述下轴承外侧铁轭的上表面与所述轴承转子的下表面形成轴向气隙。
25、优选地，所述径向同极性磁轴承单元包含径向轴承励磁绕组、轴承定子、所述轴承转子；其中：
26、所述径向同极性磁轴承单元设置在所述转轴的外侧；
27、所述轴承转子的内表面与所述轴承定子的外表面形成径向气隙。
28、优选地，所述转子铁芯的下侧设有环形凹槽；
29、所述下端盖与所述转子铁芯的所述环形凹槽之间设有固定环；
30、所述固定环不与所述转子铁芯直接接触。
31、优选地，还包含上轴承座、下轴承座；其中：
32、所述上轴承座设置于所述上端盖的中心；所述上轴承座的内部设置有上轴承；
33、所述下轴承座设置于所述下端盖的中心；所述下轴承座的内部设置有下轴承。
34、优选地，所述定子铁芯与所述转轴固定连接；
35、所述偏置永磁体与所述转轴固定连接；
36、所述轴承定子与所述转轴固定连接；
37、所述护套与所述转子铁芯过盈配合连接。
38、优选地，所述转轴、所述固定环、所述轴承座、所述上端盖均为非铁磁材料构成；
39、所述机壳、所述下端盖为铁磁材料构成；
40、所述转子铁芯为高强度合金钢构成；
41、所述护套为碳纤维复合材料构成；
42、所述轴承定子、所述轴承转子为硅钢片叠压而成。
43、本发明与现有技术对比，具有以下优点：
44、1.由于本发明的电机为内定子外转子结构，且电机直径大于轴向长度，转子铁芯设置为高强度合金钢，从而可以提高储能密度；
45、2.由于本发明的电机采用混合励磁结构，转子采用交替极结构，从而能够在保证电机一定性能的前提下，大大节省永磁材料的使用量，降低电机的设计成本；
46、3.由于本发明的电机由励磁绕组、偏置永磁体、转子永磁体作为磁势源，通过改变励磁电流的大小与方向，可以改变气隙磁密的分布，从而得到较理想对称的气隙磁密波形；
47、4.由于本发明的上励磁绕组在电机不同工况具有双重作用：电动/发电运行时，励磁电流起增磁作用，实现电机的能量转换，轴向气隙磁通方向向上，轴向悬浮力减小；而空载运行时，励磁电流反向，起弱磁作用，从而减小了系统空载损耗，提高效率，轴向气隙磁通方向向下，从而轴向悬浮力增大，通过调节下励磁绕组电流，重新达到轴向平衡；
48、5.由于本发明偏置永磁体既能作为电机的磁势源，也可以提供轴向磁轴承磁场以及径向同极性磁轴承的偏置磁场，从而可以减小轴向、径向励磁电流，进而减小损耗；
49、6.由于本发明上下两端轴向励磁绕组与径向励磁绕组磁路几乎没有耦合，从而实现了控制分别独立。
1.一种混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：包含转轴(1)、定子铁芯(2)、偏置永磁体(3)、电枢绕组(4)、转子铁芯(5)、护套(6)、永磁极(7)、轴承转子(12)、上端盖(16a)、下端盖(16b)、机壳(17)、上电励磁轴承单元、下电励磁轴承单元、径向同极性磁轴承单元；其中：
2.根据权利要求1所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述永磁极(7)为弧形；
3.根据权利要求2所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述电枢绕组(4)为单套绕组结构，且贯穿所述定子铁芯(2)。
4.根据权利要求3所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述上电励磁轴承单元包含上励磁绕组(9a)、上轴承铁轭(8a)组成；其中：
5.根据权利要求4所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述下电励磁轴承单元包含下励磁绕组(9b)、下轴承内侧铁轭(8b)、下轴承外侧铁轭(8c)组成；其中：
6.根据权利要求5所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述径向同极性磁轴承单元包含径向轴承励磁绕组(11)、轴承定子(10)、所述轴承转子(12)；其中：
7.根据权利要求6所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述转子铁芯(5)的下侧设有环形凹槽；
8.根据权利要求7所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：还包含上轴承座(15a)、下轴承座(15b)；其中：
9.根据权利要求8所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述定子铁芯(2)与所述转轴(1)固定连接；
10.根据权利要求9所述的混合励磁交替极永磁电机与同性极磁轴承一体化结构，其特征在于：所述转轴(1)、所述固定环(13)、所述轴承座(15)、所述上端盖(16a)均为非铁磁材料构成；
