本发明涉及高强钢生产技术与磁滞电动机及飞轮储能的交叉学科，特别涉及一种磁滞储能电机。
背景技术：
1、能源资源与电力需求分布的不平衡状况，客观上要求对能源进行大范围内的优化配置及存储。大力发展风电、太阳能等绿色能源是大势所趋，但是这些可再生绿色能源的不稳定性，导致必须配套大规模储能设施来满足电力供应的问题。储能可以有效地解决电力在时间和空间上的不平衡。储能技术的应用贯穿于电力系统发电、输电、配电、用电等各个环节。
2、储能分为电化学储能、机械储能、电磁储能等，其中电化学储能和机械储能目前应用最广。机械储能是储能方法中能量转化效率最高的方法，机械储能中的抽水蓄能是我国主要的储能方式。飞轮储能系统中最主要的储能部件是超高速旋转的转子。转子的服役条件极其苛刻，这就要求转子材料具有足够高的力学性能以承受巨大的应力。飞轮储能是一种重要储能方式，飞轮储能密度与旋转的转子材料质量、强度及速度密切相关，具有响应速度快，输出功率高，转换效率高，使用寿命长等一系列优势。发展飞轮储能的关键在于生产出价格经济、质量可靠的高强度材料作为储能材料。
3、另一方面，我国钢铁产能处于顶峰阶段，每年产能高达10亿吨，钢铁产业的主要产能在面向建筑、钢结构等领域的低端产品中残酷地竞争，如何将庞大的钢铁产能转换为服务“双碳”战略目标的强大资源，是钢铁行业转型的重要课题及研究方向。飞轮储能发展所需的高强度材料是钢铁产品转型的一个重要方向。
4、目前常规的飞轮储能系统主要由飞轮、电机、轴承、密封腔、充放电控制器等组合而成，其作用是实现电能的输入、储存及输出。飞轮系统储能时，电能输入电机，此时电机作电动机运行，带动大直径高重量的高速分轮旋转，将电能转化为机械能储存起来；释能时，控制器调节飞轮电机转速降低，此时电机作为发电机运行，将飞轮动能转化为电能输出。实心飞轮转子的储能功率密度p1的计算公式如下：
5、
6、式中，m为飞轮的质量，v是分轮平均转速度，j为转动惯量，ω为飞轮角速度，ρ为转子材质的密度，l为转子的长度，r是转子的直径。λ为长径比，即l/r，飞轮储能密度提高与飞轮半径的3次方成正比，速度的平方成正比。提高储能密度依赖于转子半径及角速度ω(转速)的提高。但是，飞轮的转速受制于边部边缘高速度引起的巨大应力，飞轮边缘的速度为
7、
8、式中，σmax是材料经受的最大应力，[σ]是材料的安全许用应力。从公式中可以看出，飞轮的储能密度与其比强度呈正比，因而材料的比强度越高，转子的储能密度越高。
9、专利号cn 109639036a公开了一种储能飞轮装置，其包括壳体、设于壳体内腔下部的金属飞轮本体和设于壳体内腔上部的永磁高速电机，飞轮本体与电机可拆卸连接，同一个电机可以与不同型号的飞轮本体组装，与传统的飞轮与电机转子一体轴设计的方案相比，该方案大大降低了生产制造工艺难度、废品率以及运维成本；飞轮本体采用无轴设计，即飞轮本体与飞轮转轴是一体的，避免了飞轮本体与转子体之间的应力作用，从而提高了飞轮的使用寿命和安全性能。该专利仍然采用高速永磁电机带动飞轮转动，飞轮储能功率越大，需求的永磁电机的功率越大，发展储能需要大量昂贵的稀土永磁体材料。
10、专利号cn 112018946 a公开了及一种零待机功耗飞轮储能装置。本发明的零待机功耗飞轮储能装置，包括飞轮储能组件、电机组件以及磁耦合联轴器，所述飞轮储能组件包括具有第一容纳腔的第一壳体以及设于第一容纳腔内的飞轮旋转体，所述磁耦合联轴器包括设于飞轮储能组件中飞轮转轴的内传动件以及设于电机组件中驱动轴的外传动件，所述内传动件和所述外传动件形成磁耦合；通过上述方式，电机组件无需设置在第一容纳腔内，电机组件和飞轮储能组件分别独立设置，电机组件的驱动轴和飞轮储能组件的飞轮转轴通过磁耦合联轴器实现同步转动，增加了电机组件的散热效果，降低了飞轮储能组件的待机损耗。该专利仍然采用电机带动飞轮转动，但是电机与飞轮之间通过磁耦合联轴器进行传动，飞轮组件与电机分离，降低了飞轮储能组件的待机损耗。
11、专利号cn 217883068 u实用新型公开了一种飞轮储能装置的散热结构及飞轮储能装置，散热结构包括机座，所述的机座为双层结构，包括外壁和内壁，所述的外壁和内壁之间设置有流道，所述的内壁的内侧壁上设置有黑体辐射材料层，飞轮储能装置包括设置在机座内部的飞轮本体，所述的飞轮本体的上部两侧设置有与机座相连的上支架，所述的飞轮本体的下部设置有与机座相连的下支架，所述的上支架和下支架上均安装有定子，所述的定子上安装有冷却环管，所述的冷却环管内流动有冷却介质。本实用新型解决了电机定子和转子，磁悬浮轴承定子和转子的散热问题，降低了电机和磁轴承的温度，提高了飞轮储能装置的可靠性和寿命。该实用新型公开的飞轮储能系统电机转子与飞轮转子仍然是分体设计，仍然由电机带动飞轮转动。
12、专利号cn 218449750 u公开一种飞轮储能装置，包括飞轮储能转子、电机转子和轴承，还包括导热体和冷却管，飞轮储能转子内部设置有第一冷却孔，导热体安装于第一冷却孔内，导热体外壁和第一冷却孔内壁之间设置有第一间隙，且第一间隙内填充有导热介质，导热体内部设置有第二冷却孔，冷却管安装于第二冷却孔内，冷却管外壁和第二冷却孔内壁之间设置有第二间隙，冷却管内部及第二间隙内用于填充冷却液，导热体的一端设置有连通第二间隙的第一液流口，冷却管的一端设置有第二液流口。飞轮储能转子的热量通过导热介质传递给导热体，再由冷却液带走导热体的热量，提高了散热效果。本实用新型还公开一种包括上述飞轮储能装置的飞轮储能系统。该实用新型公开的飞轮储能系统电机转子与飞轮转子仍然是分体设计，由电机带动飞轮转动。
13、目前传统的飞轮储能结构设计都是通过额外的高速电机带动大直径的飞轮转动，这种结构设计存在一个难以协调的矛盾是飞轮要求的大直径和高速电机的小直径之间不可调和的矛盾。在电动机与飞轮角速度一致的情况下，飞轮储能密度与直径的5次方成正比，提高飞轮储能密度越大，必须采用更大直径的飞轮，大直径飞轮离心力巨大，对材料的制造工艺及强度要求更高。另一方面，飞轮储能的密度与转速的平方成正比，提高储能密度又必须提高电机的转速。高速电机的转子一般都是由强度极低的硅钢等软磁材料或脆性的永磁材料构成，高速转动产生的巨大离心力是这些材料难以承受，为了减少高速电机的离心力，高速电机一般都尽量缩小电机的直径。大质量、大直径的飞轮需要采用高功率高速电机驱动转动，直径较小的电机带动着直径和重量较大的飞轮转动，导致“小马拉大车”问题，转轴扭动质量巨大的飞轮，对转轴的质量要求极高。要改变这种受力状况，高速电机与飞轮的连接需要需要采用复杂形状的超高强度材料作为轮毂传递扭矩，实现轴和飞轮之间的大变形协调，并承担高速离心载荷，增加质量难度。这些复杂高速电机结构设计、飞轮结构及连接部件的设计导致飞轮储能设备制造的复杂化及大规模工业生产的难度。
14、铁磁材料根据矫顽力的大小可以分为软磁，半硬磁和硬磁(永磁材料)材料，磁滞合金是一种半硬磁材料，磁性介于软磁与永磁。矫顽力hc的大小是区分软磁、半硬磁、硬磁材料的指标，饱和磁化强度下矫顽力hc≤1000a/m的材料是软磁材料，矫顽力hc＞50000a/m的材料是硬磁材料，两者之间是半硬磁材料。硅钢、fe-ni合金等属于软磁材料，而永磁体如铷铁硼等材料属于硬磁材料，传统的fe-co-v、al-ni-co等材料属于半硬磁材料。
15、电动机原理从第一性原理角度来看，本质实际就是转子、定子分别组成的磁铁相互吸引着进行旋转，定子一般是利用电流励磁软磁材料产生旋转的磁场。目前电动机为了减少电机的离心力和缩小电机的体积，转子的励磁方法有两种，一种是通过励磁电流对软磁材料进行励磁的感应电机，转子用软磁材料。一种是采用永磁(硬磁)合金实现励磁的永磁电机，转子用硬磁材料。但是，不论硬磁材料还是软磁材料，都是强度(软磁)或者韧性较低(硬磁)的材料，高转速带来的巨大离心力是这些材料难以承受，因此高速电机转子励磁部件的外围一般需要用碳纤维、无磁钢等材料进行绑扎或固定，由此带来的密度不均匀、动平衡、噪音等一系列问题，这些的特点增加高速电机结构设计的难度。
16、磁滞电动机(hysteresis electric motors)是斯坦梅茨(c.p.steinmetz)德国出生的美国数学家和电机工程师在1891发明的，与特斯拉1887年发明的感应电动机处于同一时代。图1至图2显示了典型的磁滞电动机的结构示意图及扭转受力分析示意图。磁滞电动机是采用半硬磁的磁滞合金(传统是铁钴镍)制备的转子材料，这种电动机结构非常简单，结构就是定子和无刷的磁滞合金组成的转子组成，定子主要是绕组，转子上没有磁铁，没有线圈，也没有像感应电机那样的鼠笼，而是由内层转轴和外层的磁滞合金材料构成。转子的磁滞合金与转轴分层的原因并不是技术需要，而是传统磁滞合金由价格极高的fe-co-v合金制备而成。若不考虑磁滞合金价格问题，从设计制造的角度看，转子结构完全可以由磁滞合金做成一体的，不仅制造过程简单，而且在相同的外形尺寸下获得尽可能大的功率输出以及尽可能高的扭矩指标。
17、磁滞电机的工作原理是定子的旋转磁场(磁极)通过磁化转子，在转子中产生磁极，定子磁极和转子磁极之间相互吸引，产生转矩，于是转子跟随定子磁场旋转起来。定子产生旋转磁场，施加在转子铁磁材料上，于是转子被磁化并产生磁极，由于磁滞现象，转子材料中的磁通密度将滞后于旋转磁场。于是定子磁极吸引转子磁极，转子跟随定子磁场旋转起来。磁滞电机只需在定子励磁线圈中接入交流电流，就能够顺畅地启动/加速，即使负载变动较大，也能保持固定的加速度，直到达到同步速度。在磁滞电机中，驱动电机转动的力来源于电机边部均匀分布的磁力，磁力拖动电机中心轴转动，受力均匀，启动平稳、调速方便等优点。
18、磁滞电机中，转矩与铁磁性材料的磁滞损耗、体积、定子磁极对数成正比,磁滞电机产生的扭矩的计算公式如下：
19、
20、式中t为磁滞电机的产生的总扭矩,p表示定子磁极对数,v表示磁滞合金区域的体积,bm是产生感应磁场的强度，μr是材料的磁滞合金的相对磁导率，∮bdh表示磁滞回线包围的区域面积，常规钢的磁能积很少，一般小于0.5kj/m3，产生的扭矩很小，因此磁滞电机一般使半硬磁材料，增加磁滞回线包围的面积，从而提高转矩能力。磁滞合金的磁导率越低，磁感应强度bm越高，单位体积内磁滞合金产生的扭矩越高。
21、磁滞电机在正常的工作的转速下，定子电流的驱动磁滞电动机保持同步的最大功率的计算公式为：
22、
23、式中，ps为磁钢的比磁滞损耗，w/kg.hz，vh是磁滞合金的体积，f是电源频率，β为转子磁钢内外径的比值，转子全部磁滞合金制作而成，β＝0；λ为长径比，即l/r，r为转子磁钢的外径。磁滞电机的功率提高就是采用高比磁滞损耗的磁滞合金，同时增加磁滞合金的体积和直径。制备低成本的磁滞合金是发展磁滞电动机的关键。
24、磁滞电动机定子采用变频驱动进行调速，转子采用高强度大直径的高磁滞损耗的磁滞合金制造，这种电动机功率就可以无限提高，功率随着转速、直径和质量可以不受限制的提高，磁滞电机的加速是缓慢提高的，达到额定频率可以匀速运行，断电仍然可以依靠惯性运转的，直到能量耗尽。断电后的磁滞电机实际就是一个转动的飞轮。
25、磁滞电机上存储的总能量w由转动的惯性能量p1、磁滞电机定子电流的驱动功率p2和空气、轴承摩擦等造成损耗能量p3及发电机输出功率p4之和组成，即满足如下公式：
26、
27、当磁滞电机驱动功率p2大于摩擦损耗功率p3时，只要定子磁场旋转频率快于现有转速，就会驱动电机加速运行，小于电机的摩擦损耗功率p3时，就会自动减速。
28、磁滞电机的优点是它是无刷的，并且转子内部即没有绕组，也没有磁铁，所以转子结构非常简单，不存在动平衡等一系列问题，调速也非常方便。调速只需要提高磁滞电机定子磁场旋转频率即可，通过变频技术可以轻易实现。在转子材料强度允许的条件下，速度通过调频可以无限提高。另外，它运行安静，操作可靠，可自启动，同步平稳，在启动和运行过程中几乎恒定的电流。磁滞电动机转子与定子同步时，转子中是无涡流损耗，只需要维持定子旋转所需的恒定电流(抵抗摩擦力所需)。加速一定频率(转速)即使断电，依靠惯性也可一直一定的转动。
29、磁滞电动机的缺点是电机启动功率小，电机产生的扭矩低，加速缓慢，产生的扭矩的最大值由材料的磁滞回线包围面积决定，增大定子的电流对提高扭矩是无效的。同时，磁滞电机的最大加速功率由外层的磁滞材料的质量及磁滞性能决定，不考虑磁滞电动机成本的情况下，通过增加磁滞合金的体积，电动机的功率可以提高。但是常规钢的磁能积很小，即使采用半硬磁材料(磁能积在2～50kj/m3)，与稀土永磁材料的磁能积(250～500kj/m3)相比，要想达到与永磁材料的相同扭矩，往往磁滞电机直径或者体积的10～100倍，在空间有限的场合，其与常规的感应和永磁电机相比是没有优势的。目前半硬磁磁滞合金材料都含有大量的co、v、mo元素合金，co元素的价格极高，导致磁滞合金一直是生产成本极高的合金，高昂的制造成本也是磁滞电机一直没有大规模应用的原因之一。发展无co或者低co的低成本磁滞合金才是推动磁滞电机发展的关键因素。
30、在不考虑的磁滞合金成本条件下，磁滞电机大尺寸问题、低扭矩的缺点在储能领域都不是问题，这些场合没有电机空间尺寸空间限制。现有的飞轮储能结构中，如果把飞轮结构本身用磁滞合金制作，在飞轮外围加上硅钢制造的定子，用旋转的磁场直接驱动大直径的飞轮转动实现储能储能和充电，用飞轮带动不同功率的发电机实现发电和放电。采用这种结构设计时，驱动飞轮转动的力来源于飞轮边部均匀分布的磁力，磁力拖动飞轮中心轴转动，受力均匀，启动平稳、调速方便、转轴输出的扭矩根据发电机功率确定。困扰传统飞轮储能技术的复杂高速电机转子结构设计、提速、动平衡等问题也不存在，飞轮提速直接通过成熟的变频技术轻松实现，传统的飞轮传动轴扭矩过大的问题，可以通过控制输出发电机功率就可以得到解决。
31、采用上述所述的结构设计的储能装置，飞轮结构本身必须是磁滞合金，还必须承受高速旋转的离心力的作用，因此需要高强度和高韧性的半硬磁材料。飞轮储能装置面临的主要矛盾就简化成制造一种制备低成本、高强度、大直径、高磁能积(bh)m的半硬磁材料问题，这在钢铁材料领域是可以实现的设计目标。
32、铁磁材料的磁能积(bh)m是退磁曲线中磁感应强度b与对应磁场强度h乘积的最大值，磁极，一般采用mgoe或者kj/m3进行表示，1mgoe等于7.96kj/m3。一般矫顽力hc和饱和磁感应强度bs越高，磁能积(bh)m越大。磁能积(bh)m的计算公式如下：
33、
34、式中，bs是材料的饱和磁化强度，γ为充盈系数，与剩磁比密切相关的参数，磁滞回线越方，即剩磁比越高，γ的理论取值范围在0.25～1.0之间，实际取值在0.30～0.70之间。b为剩磁比，一般取值在0.25～1.0之间，hc为矫顽力。bs是材料的元素含量及微观组织决定的，在钢中取决于铁磁性相的比例。根据铁磁学理论，矫顽力hc与初始磁导率μ0、饱和磁化磁感应强度bs之间满足如下关系：
35、
36、式中，c为可逆磁化比例。从上式可以看出，提高矫顽力hc，可以从提高可逆磁化比c,降低磁导率，提高饱和磁化强度is等方法入手。在饱和磁化强度is一样的情况下，低磁导率钢往往也意味着高矫顽力，低磁导率的材料往往都是半硬磁或者硬磁材料，高磁导率的钢一般都是软磁材料。例如铷铁硼永磁(硬磁)材料的相对磁导率在1.5～20之间，半硬磁材料的fe-co-v磁滞合金的相对磁导率在5～50之间波动，硅钢的磁导率在400～80000之间波动。由此可见，低磁导率往往意味着高矫顽力，提高矫顽力必须降低磁导率。
37、但是，从公式7中可以看出，降低材料饱和磁化强度bs，也可以降低初始磁导率μ0，并提高矫顽力hc，钢中提高奥氏体比例就可以实现降低磁导率。例如奥氏体钢的磁导率很低，双相奥氏体钢的磁导率也很低，矫顽力比较高，属于半硬磁材料，但是通过降低饱和磁化强度bs，并不会提高磁能积(bh)m。矫顽力hc是钉住不可逆磁化的能量，其近似计算公式如下：
38、
39、其中，n为钉住位点的数量密度，<επ>为180°畴壁的平均钉住能量，m为典型单位面积磁畴的磁矩的大小。提高矫顽力hc的措施就是提高钉住位点的密度和提高钉住位点抵抗磁化所需的能量，析出物及无磁性组织都可以作为钉住位点，组织材料的磁化，提高钉住位点(析出物)的强度就可以提高盯住点的能量。提高矫顽力hc和高强度钢的弥散析出是一致的微观组织控制目标，因此获得高磁能积(bh)m和获得高强度钢在材料学理论上并不矛盾。
40、传统钢的最大磁能积(bh)m一般都小于0.5kj/m3,用于磁滞电机产生的扭矩微乎其微。根据我国gb/t 14988-2008《磁滞合金》国家标准，是磁滞电机使用功率下的磁滞性能进行表征的，分别采用最大磁导率对磁场强度hμ、最大磁场hμ对应的磁感应强度bμ，最大磁导率磁场强度的比磁滞损耗的指标进行表征。比磁滞损耗pμ是最大磁导率磁场强度下，在一个磁化周期内所包围的磁滞回线面积，与最大磁能积(bh)m是不同的表示方法，比磁滞损耗pμ一般是最大磁能积(bh)m的6-12倍之间。最大磁能积增大，比磁滞损耗pμ也是随着增大的，两者存在的明显的对应关系。
41、目前常用的fe-co-v(fe-40～50％co-3～10％v)半硬磁合金的最大磁导率的比磁滞损耗一般在15～45kj/m3,磁滞合金极高的co、v合金成本限制了磁滞电机的应用。国家标准中也有一种合金2j53合金，采用fe-mn-ni-mo合金制备一类的磁滞合金，比磁滞损耗≥10kj/m3，这也说明可发fe-mn的磁滞合金在方法上可行的，国家标准中并没有对强度、韧性等标准要求，不能直接用于飞轮制造。
42、美国贝尔实验室的s.jin和t.h.tiefel在1980年研究了fe-mn和fe-ni合金通过两次冷轧和临界退火后获得优异的磁滞性能，研究结果表明，与fe-mn合金相比，fe-ni合金表现出较低的矫顽力,fe-8wt％mn合金的磁滞性能非常优异，br为18000gs,冷轧+临界退火后的剩磁比br/bs达到0.96,矫顽力hc达到28oe，与簧片开关中使用的高钴磁滞合金(remendur)相当，但是不含钴等战略元素，并且具有很好的延展性，便于冶金加工，并指出fe-mn合金具有成为永磁合金的潜力。这些国内外的研究都初步表明发展fe-mn作为低成本永磁合金在理论上是可行的。
43、磁滞电机具有结构简单、自行起动、转矩恒定、运行可靠和几乎无噪音(特别是配上磁悬浮轴承后)等优点，因而在录音机、录像机、留声机、电影机等同步电机和火箭、航天飞机的导航用陀螺电机上均得以应用。这些磁滞电机应用场景均是空间有效的场合，为了缩小电机尺寸，必须对磁滞合金的磁能积有更高的要求。储能电机对空间尺寸要求低，可以在定子上放置更多的磁极对数，扭矩可以通过加大磁滞合金的体积及半径实现扭矩的提升。
44、磁滞电机的结构简单、可以自启动、启动电流低、运行稳定可靠、低噪音等一系列优点在要求高速的飞轮储能领域具有巨大的优势。磁滞电机转子就是一块具有高强度和优异磁滞性能的实心钢，既不需要电流励磁，也不需要装永磁体，传统高速电机的高速旋转产生巨大离心力和动平衡问题都能避免，用于飞轮储能可以解决传统飞轮储能面临的一系列难点。在核工业上转速可达几万到几十万转每分钟的高速离心机，就采用具有一定的磁滞性能高强度马氏体时效钢作为电机转子，这也说明磁滞合金作为电机转子使用的可行性。制造大功率的磁滞储能电机的关键在于制造出一种高强度、高韧性、高磁能积、耐疲劳、成本等指标平衡匹配的低成本高强度磁滞合金。
45、本发明的目的是提供一种新型的磁滞储能电机并实现机械储能的目的，并提供一种制造电机的转子用低成本高强度中锰磁滞合金材料。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁滞储能电机，对空间尺寸要求低并且维护及保养非常方便，可以进行储能，对充电电源的稳定性要求低，启动电流小，启动平稳，受力均匀。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
3、一种磁滞储能电机，包括壳体、磁滞电机转子、磁滞电机定子、发电机转子和发电机定子，壳体内部从上至下设置若干数量的轴承，轴承中心安装传动轴，下层轴承间壳体内固定磁滞电机定子，磁滞电机转子固定在磁滞电机定子间的转轴上，上层轴承间壳体内固定发电机定子，发电机转子固定在发电机定子间的轴承上。
4、进一步的，所述的磁滞电机转子由高强度中锰磁滞合金制备而成，所述的高强度中锰磁滞合金化学组分及质量百分比为:c：0.02～0.30％；si：0.10～1.0％；mn：4.0～10.0％；p≤0.020％；s≤0.010％；als：0.015～1％；cr+ni+mo+v+cu+co+re≤5％，余量为fe和不可避免的杂质，高强度中锰磁滞合金强度范围为屈服强度可达700～2000mpa，抗拉强度在1200～2300mpa,均匀延伸率在3-20％之间，具有较高的强度及韧性。
5、进一步的，所述的磁滞电机定子包括硅钢片和线圈绕组，若干个磁极对数的硅钢片堆叠在一起，线圈绕组缠绕在硅钢片外侧，线圈绕组中通入交流电。
6、进一步的，所述的磁滞电机转子与传动轴为高强度中锰磁滞合金制造而成的一体化结构，或磁滞电机转子为高强度中锰磁滞合金制造的薄叠片结构装配在传动轴上。
7、进一步的，所述的传动轴为一体式结构或分体式结构，采用分体式结构时发电机转子和磁滞电机转子间的传动轴采用磁耦合联轴器连接。
8、进一步的，所述的高强度中锰磁滞合金的成品微观组织为板条状交替分布的回马氏体+残余奥氏、ε-马氏体组织、渗碳体、弥散析出物组成，无磁性的奥氏体和ε-马氏体组织的总体积含量为10～40％。
9、进一步的，所述的高强度中锰磁滞合金在室温下b8000范围为1.00～1.80t，剩磁br范围为0.6～1.5t，矫顽力hc8000范围为2000～10000a/m，最大磁导率对应的hμ值范围为3000～10000a/m，最大磁导率处的比磁滞损耗pμ范围为5～30kj/m3，最大磁能积(bh)m范围为1.5-5kj/m3。
10、进一步的，所述的磁滞电机转子的制作过程，包括以下步骤，将高强度中锰磁滞合金通过冷轧+临界退火或者两相区温轧后，轧制成0.1～1mm的超薄片，获得具有各项异性的矩形磁滞回线和较高的磁滞性能，超薄片冲压成环形叠片固定在转轴上，最终制成磁滞电机转子。叠片转子结构可以有效抑制电机转子涡流损耗，提高电机的能量转换效率。较薄的叠片比较容易通过轧制及热处理提高材料强度，可达到更高的转速。
11、本发明的有益效果：
12、(1)磁滞储能电机的结构非常简单，转子结构就是一块实心钢，维护及保养非常方便，通过变频技术可以方便提速，没有传统飞轮储能面临的高速电机结构设计、动平衡及散热等一系列问题，也不需要稀土永磁体等战略金属资源，制造成本相对较低。
13、(2)磁滞储能电机具有“积少成多，零存整取”的特点，对充电电源的稳定性要求低，启动电流小，启动平稳，受力均匀，特别适合大惯性动量转子的启动；当磁滞电机转速达到一定速度后，可迅速带动大功率发电机放电，磁滞电机的惯性动能补充磁滞电机输入功率的不足，具有低功率输入，大功率输出，尤其适合配合风电、太阳能等不稳定能源使用。
14、(3)磁滞储能电机与传统的飞轮储能不同，可以实现充电和发电同时进行，充电时不稳定的输入电流或者功率，对发电机的功率影响不大，惯性储能可以弥补磁滞电机充电功率的波动性。传统的飞轮储能装置的充发电一体机，充电时不同发电，发电时不能充电。
15、(4)与传统的飞轮储能相比，具有更高的储能效率，传统的储能装置需要电能驱动高速电机，高速电机驱动飞轮进行储能，而磁滞储能电机采用电能直接驱动磁滞合金制造的转子转动，少一次电能转换，理论上具有更高的储能效率。
16、(5)磁滞储能电机的储能功率及密度可以根据磁滞电机的直径和长度灵活设计，只需要不断地提高半硬磁材料的磁滞性能和力学性能，就可以实现快速迭代升级。
17、(6)磁滞储能电机转子所用的高强度中锰磁滞合金钢中co、ni、mo、v等元素合金含量相对较低，生产及制造成本相对较低，可以实现大规模工业化生产。
18、(7)磁滞储能电机转子所用的高强度中锰磁滞合金钢中的存在可观的可逆磁化区间，通常在瑞利可逆弹性磁化区间可达0.1～0.3t。在瑞利可逆磁化区间对中锰钢进行磁化，磁场消失后，中锰钢的磁化随即消失，剩磁br和矫顽力hc为0。这种磁学特性用于飞轮储能具有明显的优势。传统的磁滞合金钢或者永磁体，磁场消失后都会遗留一定的剩磁br，带有磁性高速旋转转子会在定子线圈产生的感应电动势，抑制进一步电流输入或者对输电电网产生干扰，同时造成高速转子受电磁力作用，造成转子自动减速效应，这作为储能使用危害是巨大的。中锰高强度磁滞合金钢可以避免上述问题，当磁滞储能电机不再储能时，可以将定子的励磁场缓慢降低至可逆磁化区间(0.1～0.3t)以下，随后即使断掉定子励磁电流后，转子剩磁为0，不会切割定子线圈造成额外损耗，因此作为转子储能部件使用时比常规磁滞合金的损耗更低。
19、(7)中锰钢具有较高的电阻率，可以降低转子高速旋转引起的交变磁场的涡流损耗。钢的电阻率一般只有微观组织和元素含量有关，通常c、si、mn元素可以提高钢的电阻率，其余合金元素对钢的电阻率影响较小。中锰钢含有大量的mn元素，jmatpro理论计算铁素体结构5mn钢的电阻率可以到55～60μω·cm，已经大于硅钢的电阻率(≈45μω·cm)。此外，一般奥氏体组织的电阻率远大于体心立方的铁素体的电阻率，中锰钢复杂板条状分布的铁素体和奥氏体组织，复杂的组织分布抑制电流大区域范围流动，实际电阻率预计远低于理论电阻率。经过初步的不同交变频率的涡损分离测量技术，高强度中锰磁滞合金钢的交流电阻率80～150μω·cm，已经是硅钢的电阻率的二倍以上。转子采用相同叠片厚度下，涡流损耗将低于硅钢。
20、(8)现有飞轮储能使用的高强钢中都以cr-ni-mo调质合金钢或昂贵的马氏体时效钢为主，如aisi4320、aisi4340、18ni马氏体时效钢为主，这些钢的微观组织都是以回火马氏体为主，材料强度提高的同时带来韧性巨大下降，作为飞轮储能结构材料的安全性得不到保证，ni、mo元素合金昂贵，造成制造成本高昂。mn元素合金价格仅仅是ni元素的十分之一左右，中锰高强度磁滞合金钢可以低成本大规模生产。fe-mn基合金既可以作为磁滞电机的制造材料，既可以做为半硬磁材料使用，也可以作为高强钢使用，实现材料的结构性能、磁滞性能及成本的统一协调，能迅速推动飞轮储能产业的快速发展。根据美国贝尔实验室在1980年的研究成果，fe-ni合金也不具备作为磁滞合金的潜力，fe-ni合金的矫顽力要低于fe-mn合金。这是因为奥氏体组织fe-ni合金是低磁性相，不是无磁性相，而奥氏体组织fe-mn合金是无磁性相，奥氏体组织fe-ni合金不具备隔离磁性相之间的作用，因此fe-ni合金的矫顽力要低于fe-mn合金。
1.一种磁滞储能电机，其特征在于，包括壳体、磁滞电机转子、磁滞电机定子、发电机转子和发电机定子，壳体内部从上至下设置若干数量的轴承，轴承中心安装传动轴，下层轴承间壳体内固定磁滞电机定子，磁滞电机转子固定在磁滞电机定子间的转轴上，上层轴承间壳体内固定发电机定子，发电机转子固定在发电机定子间的轴承上。
2.根据权利要求1所述的一种磁滞储能电机，其特征在于，所述的磁滞电机转子由高强度中锰磁滞合金制备而成，所述的高强度中锰磁滞合金化学组分及质量百分比为:c：0.02～0.30％；si：0.10～1.0％；mn：4.0～10.0％；p≤0.020％；s≤0.010％；als：0.015～1％；cr+ni+mo+v+cu+co+re≤5％，余量为fe和不可避免的杂质，高强度中锰磁滞合金屈服强度范围为700～2000mpa，抗拉强度范围为1200～2300mpa，均匀延伸率范围为3％-20％。
3.根据权利要求1所述的一种磁滞储能电机，其特征在于，所述的磁滞电机定子包括硅钢片和线圈绕组，若干个磁极对数的硅钢片堆叠在一起，线圈绕组缠绕在硅钢片外侧，线圈绕组中通入交流电。
4.根据权利要求1所述的一种磁滞储能电机，其特征在于，所述的磁滞电机转子与传动轴为高强度中锰磁滞合金制造而成的一体化结构，或磁滞电机转子为高强度中锰磁滞合金制造的薄叠片结构装配在传动轴上。
5.根据权利要求1所述的一种磁滞储能电机，其特征在于，所述的传动轴为一体式结构或分体式结构，采用分体式结构时发电机转子和磁滞电机转子间的传动轴采用磁耦合联轴器连接。
6.根据权利要求2所述的一种磁滞储能电机，其特征在于，所述的高强度中锰磁滞合金的成品微观组织为板条状交替分布的回马氏体+残余奥氏、ε-马氏体组织、渗碳体、弥散析出物组成，其中无磁性的奥氏体和ε-马氏体组织的总体积分数为10～40％。
7.根据权利要求2所述的一种磁滞储能电机，其特征在于，所述的高强度中锰磁滞合金在室温下b8000范围为1.00～1.80t，剩磁br范围为0.6～1.5t，矫顽力hc8000范围为2000～10000a/m，最大磁导率对应的hμ值范围为3000～10000a/m，最大磁导率处的比磁滞损耗pμ范围为5～30kj/m3，最大磁能积(bh)m范围为1.5-5kj/m3。
8.权利要求2所述的磁滞电机转子的制作过程，其特征在于，包括以下步骤：将高强度中锰磁滞合金通过冷轧+临界退火或者两相区温轧后，轧制成0.1～1mm的超薄片，获得具有各项异性的矩形磁滞回线，超薄片冲压成环形叠片固定在转轴上，最终制成磁滞电机转子。
