10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的電磁軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是將能量以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子中，對(duì)于支承系統(tǒng)要求很高。電磁軸承由于與被支承轉(zhuǎn)軸之間不存在接觸而沒有機(jī)械摩擦，無需添加潤(rùn)滑劑，且支承力主動(dòng)可控等諸多優(yōu)點(diǎn)成為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文主要以10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)為應(yīng)用目標(biāo)，根據(jù)儲(chǔ)能飛輪對(duì)支承系統(tǒng)提出的技術(shù)指標(biāo)、尺寸限制等要求，進(jìn)行徑向及軸向電磁軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及分析，并通過試驗(yàn)臺(tái)對(duì)電磁軸承的性能進(jìn)行驗(yàn)證。
　　首先，根據(jù)10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)軸系

2、的分布特點(diǎn)對(duì)支承系統(tǒng)的整體布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括輔助支承系統(tǒng)。根據(jù)電磁軸承的基本力學(xué)模型完成磁力的推導(dǎo)，分析電磁軸承的控制原理。依據(jù)儲(chǔ)能飛輪對(duì)于支承系統(tǒng)的性能要求完成徑向電磁軸承鐵磁材料的選定以及磁極個(gè)數(shù)的確定，進(jìn)而建立12磁極徑向電磁軸承的電磁力數(shù)學(xué)模型，對(duì)徑向電磁軸承的結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)，最終確定電磁軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并以此結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁軸承的電磁特性進(jìn)行分析，通過ANSYS Maxwell有限元軟件對(duì)徑向電磁軸承的磁場(chǎng)分布以及渦流損耗進(jìn)行分析

3、。
　　其次，依據(jù)儲(chǔ)能飛輪對(duì)其軸向懸浮支承系統(tǒng)提出的運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)和尺寸約束等條件，對(duì)軸向電磁軸承的結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)，包括定子、推力盤、繞組的參數(shù)設(shè)計(jì)等。建立軸向電磁軸承在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)偏離平衡位置時(shí)的電磁力數(shù)學(xué)模型，并以轉(zhuǎn)子軸在完全落下時(shí)軸向電磁軸承產(chǎn)生的電磁力為設(shè)計(jì)目標(biāo)，即最大啟浮力，展開對(duì)軸向電磁軸承整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并最終確定各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，再通過結(jié)構(gòu)參數(shù)求出靜態(tài)反饋電流的大小為以后控制系統(tǒng)的研發(fā)提供依據(jù)。最后根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)軸向電磁

4、軸承的電磁特性進(jìn)行分析，并通過有限元軟件分析電磁軸承內(nèi)部的磁場(chǎng)分布以及渦流損耗。
　　最后，根據(jù)徑向和軸向電磁軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)兩個(gè)性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，可以調(diào)節(jié)定子磁極與轉(zhuǎn)子之間的距離，在完成測(cè)力傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)以后，對(duì)電磁軸承的性能進(jìn)行測(cè)試。通過測(cè)試得出的數(shù)據(jù)繪出電磁軸承電磁力與線圈電流和工作氣隙之間的電磁特性曲線，對(duì)其進(jìn)行分析并和理論數(shù)據(jù)對(duì)比，分析誤差產(chǎn)生原因，最終確定電磁軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足10kWh儲(chǔ)能飛輪對(duì)于支承系統(tǒng)的