基于磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能復合支承系統(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子質量和體積的不斷增大，轉速的不斷提高，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)的進一步發(fā)展和應用，如何實現(xiàn)高轉速大飛輪的高效、穩(wěn)定、可靠支承是目前亟待解決的關鍵問題。
　　 為了解決該問題，論文在國家自然科學基金(61074019)資助下，對飛輪儲能支承系統(tǒng)進行了研究，創(chuàng)造性的將磁懸浮開關磁阻電機應用于支承系統(tǒng)，將磁懸浮支承與傳動電

2、機相結合，提出了基于磁懸浮開關磁阻電機的飛輪儲能復合懸浮支承方案，該方案由飛輪支承及傳動用磁懸浮開關磁阻電機、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磁阻電機實現(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)了飛輪轉子五自由度全懸浮。該方案結構簡單堅固，固定在轉軸上的電機轉子和軸承轉子僅為導磁鐵心，特別適合于高速運行，而且采用磁懸浮開關磁阻電機

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速，進一步促進飛輪儲能高速化、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磁阻電機作為飛輪支承及傳動用電機，提高了臨界轉速，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磁阻電機，提出了一種新型的徑向力數(shù)學模型，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，準確的描述了電機的徑向力特性。結合有限元仿真軟件A

4、nsoft完成了電磁參數(shù)的優(yōu)化設計，并通過仿真驗證了數(shù)學模型的正確性。
　　 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。本文闡述了其結構及工作原理，結合Ansoft建立了精確的線性化模型，并對其承載能力進行了分析，完成了參數(shù)設計，通過有限元仿真驗證了參數(shù)設計和數(shù)學模型的正確性。
　　 飛輪轉子的重力作為不變的靜載荷，采用飛輪卸載永