儲能飛輪用永磁軸承力學特性的分析與試驗研究.pdf

1、能量轉(zhuǎn)換與存儲效率是飛輪儲能系統(tǒng)的主要性能指標。飛輪儲能的耗能部分包括風損、電機的能量轉(zhuǎn)換損耗和軸承摩擦損耗等，其中軸承的摩擦損耗是影響飛輪儲能效率的主要因素。永磁軸承由于其高轉(zhuǎn)速、低噪聲、低功耗、無摩擦、長壽命等突出優(yōu)勢，在飛輪儲能系統(tǒng)中得到應(yīng)用。永磁軸承力學特性包括承載能力與徑向剛度，是永磁軸承最重要的性能指標。目前，永磁軸承的理論分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計還不夠成熟。本論文對儲能飛輪用永磁軸承的力學特性建模方法進行了研究，旨在設(shè)計出用于儲能飛

2、輪軸向卸載的永磁軸承。本文主要工作如下： （1）提出一類基于磁導法的永磁軸承軸向承載能力的簡化算法。建立了永磁軸承軸向承載能力的數(shù)學模型；同時，研究了永磁軸承磁環(huán)尺寸和材料對磁阻系數(shù)的影響，給出了磁阻系數(shù)的推薦值1．28；研制了永磁軸承力學特性的測試裝置，試驗驗證了簡化算法。 （2）傳統(tǒng)等效磁荷法與分子電流法分析永磁軸承軸向承載能力時，所建立的數(shù)學模型中存在四重積分，求解方程困難，計算工作量大。本文提出采用蒙特卡羅法進行

3、近似計算，將求解過程大為簡化。分析了幾種數(shù)學模型計算值，并與試驗值相比較，對幾種建模方法進行了評述。 （3）研制具有大軸向承載能力的新型永磁軸承結(jié)構(gòu)，基于有限元法，完成了結(jié)構(gòu)參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計，試驗測試了軸向與徑向承載能力及其剛度特性，與永磁體體積相同的傳統(tǒng)型單環(huán)永磁軸承的力學特性進行比較。 研究結(jié)果表明：在軸向氣隙不大時，磁導法在計算軸向磁力時精度較高，且計算過程簡單，不需要再借助計算軟件；相對于傳統(tǒng)永磁軸承，新型永磁軸