[0035] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处说明的具体实施只适用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036] 如图1所示，本发明的储能装置外部是一个由外壳1形成的空腔，外壳由上端盖11、外壳身12和下端盖13组成，外壳身12上端与上端盖11紧密固定连接，外壳身12下端与下端盖13紧密固定连接。上端盖11的正中央开设有中心孔111，分子泵通过该小孔将空腔内的空气抽走，使空腔内形成真空环境。外壳1由其下端的外壳支撑底座2所支撑，外壳支撑底座2由底座支架21和六个限位孔22组成，底座支架21的上端面与外壳下端盖13的下表面紧密固定连接。外壳支撑底座2的结构如图2所示，限位孔22用于将储能装置与其他部件固连。
[0037] 本发明的真空室是由卧式双转子复合真空泵3实现的，卧式双转子复合真空泵3是左右两边镜像对称的双转子结构，其左右两边均是前级为涡轮式、后级为牵引式的复合真空泵，由泵定子31、泵转子32和泵支撑架33组成，泵支撑架33位于泵定子31的下端，并与泵定子31连为一体，泵支撑架33的下表面与外壳上端盖11紧密连接，泵转子32位于泵定子31内部。参见图3，泵定子31由圆柱形的泵定子外壳311、左右出气口312、进气口313以及左右两边前级涡轮定叶片314组成，出气口312设在圆柱形的泵定子外壳311两侧的下端，进气口313位于泵定子外壳311底端，进气口313与上端盖的中心孔111同轴紧密连接，且二者同轴；
泵转子32由泵转子轴321、左右两边前级涡轮动叶片322以及左右两边后级牵引螺旋叶片
323组成，泵转子32的立体结构图如图4所示，泵转子轴321通过轴承与泵定子外壳311左右两侧固定连接，泵转子轴321为对称结构，一端为圆台状，靠近泵转子轴321中间部分对称设有前级涡轮动叶片322，泵转子轴321两端部对称设有后级牵引螺旋叶片323；前级涡轮定叶片314与前级涡轮动叶片322间隔排列，前级涡轮定叶片314固定在泵定子外壳311内表面上。
[0038] 上端盖11内表面固定托架4(图7)，托架4中心是中心圆盘44，以中心圆盘44的轴为中心，沿径向往外辐射延伸出三条间隔为120°的辐条41、42、43，辐条的末端是与中心圆盘44同轴的环形凸台，凸台的侧面与外壳身12紧密连接，上表面与上端盖11紧密连接。托架4的下表面与三自由度磁轴承5的上表面紧密连接，且辐条41、42、43分别与三自由度磁轴承铁芯L形凸台的开口错开60°，辐条的半径大于外侧轴向磁轴承控制线圈522的半径，如图5、图6所示。
[0039] 如图5所示，三自由度磁轴承5由径向磁轴承51、轴向磁轴承52和偏置永磁体53组成，三者同轴排列，且上表面为同一平面，整体为圆盘结构。图5、图6为三自由度磁轴承5的仰视图和剖视图，从圆心沿径向往外排列依次是径向磁轴承51、内侧偏置永磁体531，内侧轴向磁轴承、外侧偏置永磁体532、外侧轴向磁轴承。参见图5、图6，径向磁轴承51由径向磁轴承铁芯511和径向磁轴承控制线圈512组成，径向磁轴承铁芯511中间为圆桌状凸台，往外是截面为L形的凸台，L形凸台与圆桌状凸台之间设有间隙，且L形凸台每间隔120°开一个角度为10°的开口，三组径向磁轴承控制线圈512分别绕在三个L形凸台上。轴向磁轴承52由内侧、外侧轴向磁轴承铁芯521和内侧、外侧轴向磁轴承控制线圈522组成，内侧、外侧轴向磁轴承铁芯521的凸台每间隔120°开一个角度为10°的开口，内、外三组轴向磁轴承控制线圈522分别绕在内侧、外侧轴向磁轴承铁芯的三个凸台上。优选的，L形凸台之间的开口、内侧轴向磁轴承铁芯凸台之间的开口、外侧轴向磁轴承铁芯凸台之间的开口径向上位于同一条直线。内侧偏置永磁体531和外侧偏置永磁体532均为圆环结构，且均为径向充磁；内侧偏置永磁体531位于内侧轴向磁轴承铁芯与径向磁轴承铁芯511之间，外侧偏置永磁体532位于内侧轴向磁轴承铁芯与内侧轴向磁轴承铁芯之间。
[0040] 飞轮转子6位于三自由度磁轴承5下端，且两者之间设有间隙，飞轮转子6与外壳身12也设有间隙。
[0041] 图8所示为飞轮转子6的剖视图，飞轮盘61的上表面设有一同轴环形凸台62，凸台62和径向磁轴承51L形凸台与圆桌状凸台之间的间隙配合，实现飞轮的径向控制。飞轮盘61的下表面开有同轴环形槽63，用来装嵌单绕组外转子无轴承电机的转子71，环形槽63内表面半径比支架8内表面半径小，提供单绕组外转子无轴承电机转子71、单绕组外转子无轴承电机定子72、支架8之间的气隙，如图1。
[0042] 支架8的结构如图9所示，支架8为圆环状，且截面为L形，单绕组外转子无轴承电机定子72固定在支架8上。图10为单绕组外转子无轴承电机7的横截面俯视图，电机转子71的外侧面与环形槽63的外侧面紧密连接，电机定子72位于电机转子71内部，电机定子72绕有定子绕组73，当电机定子绕组73内通入三相交流电时，电机定子72和电机转子71之间的气隙内产生的磁场与电机转子71相互作用，产生径向的悬浮力和周向的旋转力矩，使电机转子71带动飞轮转子6旋转，实现储能。
[0043] 本发明工作时，能够实现飞轮转子6的单侧静态悬浮和五自由度平衡。在轴向控制方面，三自由度磁轴承5的内、外侧轴向磁轴承控制线圈522通以直流电，与内、外侧轴向磁轴承铁芯521组成电磁铁，通过改变控制直流电的大小和方向来改变飞轮转子6轴向受力的大小和方向，实现对飞轮转子轴向一个自由度的控制。在径向控制方面，三自由度磁轴承5的径向磁轴承控制线圈512通以直流电，与径向磁轴承铁芯511组成电磁铁，通过改变控制直流电的大小和方向来改变飞轮盘上端环形凸台62所受合力的大小和方向，实现飞轮转子上端的两个径向平动自由度的控制；飞轮盘下端为单绕组外转子无轴承电机7，通过控制通入定子绕组线圈73的三相交流电，既可以实现飞轮转子的轴向旋转，又可以实现飞轮转子下端的两个径向平动自由度的控制。最终，通过三自由度磁轴承5与单绕组外转子无轴承电机的配合实现飞轮转子6的五自由度平衡。飞轮转子6正常工作时，真空泵3的泵转子32高速旋转，气体分子与高速转动的前级涡轮动叶片322表面碰撞获得动量，并在前级涡轮动叶片322和前级涡轮定叶片314的相互作用下产生定向流动，向两边排向真空泵的后级牵引螺旋叶片323处。由于真空泵3中靠近中间的涡轮叶片较长，抽气面积较大，抽速高，从而能获得清洁的超高真空。由中间往两边涡轮动叶片322和涡轮定叶片314的长度逐渐减小，同时利用圆台形泵转子轴321半径逐渐增大的特点自然过渡，将气体分子排至牵引级。气体分子在泵转子轴321和后级牵引螺旋叶片323的作用下，沿着真空泵定子外壳311与泵转子轴321之间的螺旋槽通道压缩至泵转子的两端，由左右出气口312排向大气。由于螺旋槽槽深相对较浅，抽气面积较小，压缩比较大，且采用双转子进行抽真空，抽速可提高一倍。具体如下：
[0044] 单侧静态悬浮平衡的实现：参见图11，内侧偏置永磁体531和外侧偏置永磁体532产生的偏置磁通如图中虚线及箭头所示，内侧偏置永磁体531产生的磁通从内侧偏置永磁体531的内侧表面N极开始，一部分经过径向磁轴承铁芯511的外侧L形凸台，再经过飞轮盘上端环形凸台62的外侧径向气隙，然后是凸台62、飞轮盘61、轴向气隙、内侧轴向磁轴承铁芯，最后回到内侧偏置永磁体531的外侧表面S极；另一部分经过径向磁轴承铁芯511的中间凸台，再经过飞轮盘上端环形凸台62的内侧径向气隙，然后是凸台62、飞轮盘61、轴向气隙、内侧轴向磁轴承铁芯，最后回到内侧偏置永磁体531的S极。外侧偏置永磁体532产生的偏置磁通从外侧偏置永磁体532的N极开始，依次经过外侧轴向磁轴承铁芯、轴向气隙、飞轮盘61、轴向气隙、内侧轴向磁轴承铁芯，最后回到外侧偏置永磁体532的S极。当飞轮转子6没有受到扰动时，内、外侧轴向磁轴承铁芯521与飞轮盘61之间的轴向气隙磁通产生对飞轮转子
6向上的吸引力与飞轮转子6所受的重力平衡，飞轮盘上端环形凸台62内侧和外侧径向气隙磁通产生的力也平衡，飞轮转子6和三自由度磁轴承5的中心轴重合，所以实现了飞轮转子的单侧静态悬浮平衡。
[0045] 轴向一个自由度平衡的实现：参见图12，当飞轮转子受到轴向扰动向下偏移时，对轴向磁轴承控制线圈522通电，产生的磁通如图12中实线及箭头所示，该磁通与内侧、外侧轴向磁轴承铁芯与飞轮盘61之间的轴向气隙磁通叠加，使轴向磁轴承52对飞轮转子6向上的吸引力增大，进而使飞轮转子6向上移动，回到平衡位置。相反，当飞轮转子6受到向上的扰动时，则轴向气隙磁通被抵消，轴向磁轴承52对飞轮转子6向上的吸引力减小，飞轮转子6向下移动并回到平衡位置。
[0046] 磁轴承径向二自由度：参见图13，在径向平面建立A、B、C三个方向的坐标系，当飞轮转子6受到径向扰动向B方向偏移时，对径向磁轴承控制线圈512通电，产生的磁通如图13中实线及箭头所示，该磁通与飞轮盘上端凸台62外侧的径向气隙磁通叠加，与凸台62内侧的径向气隙磁通抵消，致使凸台62所受合力指向径向往里的方向，即B的反方向，从而使飞轮转子6往B的反方向移动并回到平衡位置。同理，当受到A方向、C方向的扰动时，径向磁轴承51同样能使飞轮转子6回到平衡位置。
[0047] 单绕组外转子无轴承电机径向二自由度平衡的实现：参见图14，在单绕组外转子无轴承电机7的定子齿极上添加一套绕组73，每个齿极绕组电流均单独控制。在径向平面建立α、β两个方向的坐标系，以A相为例，图14中A1、A2、A3、A4分别表示A相四个齿极上的绕组。当飞轮转子6受到径向扰动向α方向偏移时，对A1和A3绕组中的电流进行控制，即增大A1中的电流，减小A3中的电流，则单绕组外转子无轴承电机转子71受到的合力指向α的反方向，电机转子71带动飞轮往α的反方向移动并回到平衡位置，β方向的扰动也类似。另外的B相和C相原理与A相的控制方式类似，采用三相轮流导通的模式，通过建立数学模型，实时跟踪各相绕组中的电流，通过调节电流的相对大小，即可改变作用于转子上的合成磁拉力的幅值和方向，实现电机径向二自由度的平衡。
[0048] 根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。
