基于磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的飛輪儲能復(fù)合支承系統(tǒng)研究.pdf

1、飛輪儲能系統(tǒng)正朝著高存儲容量、高儲能密度的方向發(fā)展，隨之而來的是飛輪轉(zhuǎn)子質(zhì)量和體積的不斷增大，轉(zhuǎn)速的不斷提高，造成支承困難、能耗增加問題越加突出，支承問題極大的限制飛輪儲能系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，如何實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速大飛輪的高效、穩(wěn)定、可靠支承是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　 為了解決該問題，論文在國家自然科學(xué)基金(61074019)資助下，對飛輪儲能支承系統(tǒng)進(jìn)行了研究，創(chuàng)造性的將磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于支承系統(tǒng)，將磁懸浮支承與傳動電

2、機(jī)相結(jié)合，提出了基于磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的飛輪儲能復(fù)合懸浮支承方案，該方案由飛輪支承及傳動用磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)、飛輪支承用徑軸向混合磁軸承和飛輪卸載永磁軸承三個部分組成。
　　 采用單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)實現(xiàn)電動、發(fā)電和徑向懸浮，永磁卸載軸承卸載飛輪重量，再輔以混合磁軸承克服徑軸向動載荷，實現(xiàn)了飛輪轉(zhuǎn)子五自由度全懸浮。該方案結(jié)構(gòu)簡單堅固，固定在轉(zhuǎn)軸上的電機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承轉(zhuǎn)子僅為導(dǎo)磁鐵心，特別適合于高速運(yùn)行，而且采用磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)

3、省去了一個徑向磁軸承，使得軸向長度縮短，這將更有利于提高飛輪的最高轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步促進(jìn)飛輪儲能高速化、大容量方向發(fā)展。
　　 通過比較，選用12/8極單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)作為飛輪支承及傳動用電機(jī)，提高了臨界轉(zhuǎn)速，繞組利用率高，極大的降低了功耗。針對12/8極單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，提出了一種新型的徑向力數(shù)學(xué)模型，它充分考慮了各定子極通過的磁通和相互垂直方向偏移量對徑向力的影響，準(zhǔn)確的描述了電機(jī)的徑向力特性。結(jié)合有限元仿真軟件A

4、nsoft完成了電磁參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，并通過仿真驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　 飛輪支承用徑軸向混合磁軸承采用永磁體提供靜態(tài)偏置磁場，并將軸向磁軸承與徑向磁軸承集成到一起，大大減小了功耗及磁軸承的體積，節(jié)約了成本。本文闡述了其結(jié)構(gòu)及工作原理，結(jié)合Ansoft建立了精確的線性化模型，并對其承載能力進(jìn)行了分析，完成了參數(shù)設(shè)計，通過有限元仿真驗證了參數(shù)設(shè)計和數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　 飛輪轉(zhuǎn)子的重力作為不變的靜載荷，采用飛輪卸載永