10kWh飛輪儲能系統(tǒng)的電磁軸承結構設計.pdf

1、飛輪儲能系統(tǒng)是將能量以動能的形式儲存在高速旋轉的飛輪轉子中，對于支承系統(tǒng)要求很高。電磁軸承由于與被支承轉軸之間不存在接觸而沒有機械摩擦，無需添加潤滑劑，且支承力主動可控等諸多優(yōu)點成為飛輪儲能系統(tǒng)研發(fā)的關鍵技術之一。本文主要以10kWh飛輪儲能系統(tǒng)為應用目標，根據(jù)儲能飛輪對支承系統(tǒng)提出的技術指標、尺寸限制等要求，進行徑向及軸向電磁軸承的結構設計以及分析，并通過試驗臺對電磁軸承的性能進行驗證。
　　首先，根據(jù)10kWh飛輪儲能系統(tǒng)軸系

2、的分布特點對支承系統(tǒng)的整體布局進行設計，包括輔助支承系統(tǒng)。根據(jù)電磁軸承的基本力學模型完成磁力的推導，分析電磁軸承的控制原理。依據(jù)儲能飛輪對于支承系統(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數(shù)的確定，進而建立12磁極徑向電磁軸承的電磁力數(shù)學模型，對徑向電磁軸承的結構展開設計，最終確定電磁軸承的結構參數(shù)，并以此結構參數(shù)對電磁軸承的電磁特性進行分析，通過ANSYS Maxwell有限元軟件對徑向電磁軸承的磁場分布以及渦流損耗進行分析

3、。
　　其次，依據(jù)儲能飛輪對其軸向懸浮支承系統(tǒng)提出的運行參數(shù)指標和尺寸約束等條件，對軸向電磁軸承的結構展開設計，包括定子、推力盤、繞組的參數(shù)設計等。建立軸向電磁軸承在轉子系統(tǒng)偏離平衡位置時的電磁力數(shù)學模型，并以轉子軸在完全落下時軸向電磁軸承產(chǎn)生的電磁力為設計目標，即最大啟浮力，展開對軸向電磁軸承整體結構的設計，并最終確定各項結構參數(shù)，再通過結構參數(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)設計的結構參數(shù)對軸向電磁

4、軸承的電磁特性進行分析，并通過有限元軟件分析電磁軸承內(nèi)部的磁場分布以及渦流損耗。
　　最后，根據(jù)徑向和軸向電磁軸承的結構特點分別設計兩個性能測試試驗臺，可以調(diào)節(jié)定子磁極與轉子之間的距離，在完成測力傳感器的標定實驗以后，對電磁軸承的性能進行測試。通過測試得出的數(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，對其進行分析并和理論數(shù)據(jù)對比，分析誤差產(chǎn)生原因，最終確定電磁軸承的結構設計可以滿足10kWh儲能飛輪對于支承系統(tǒng)的