儲(chǔ)能飛輪用永磁軸承力學(xué)特性的分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)效率是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。飛輪儲(chǔ)能的耗能部分包括風(fēng)損、電機(jī)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(chǔ)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(zhǎng)壽命等突出優(yōu)勢(shì)，在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中得到應(yīng)用。永磁軸承力學(xué)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(biāo)。目前，永磁軸承的理論分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還不夠成熟。本論文對(duì)儲(chǔ)能飛輪用永磁軸承的力學(xué)特性建模方法進(jìn)行了研究，旨在設(shè)計(jì)出用于儲(chǔ)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(dǎo)法的永磁軸承軸向承載能力的簡(jiǎn)化算法。建立了永磁軸承軸向承載能力的數(shù)學(xué)模型；同時(shí)，研究了永磁軸承磁環(huán)尺寸和材料對(duì)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(xué)特性的測(cè)試裝置，試驗(yàn)驗(yàn)證了簡(jiǎn)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(shí)，所建立的數(shù)學(xué)模型中存在四重積分，求解方程困難，計(jì)算工作量大。本文提出采用蒙特卡羅法進(jìn)行

3、近似計(jì)算，將求解過程大為簡(jiǎn)化。分析了幾種數(shù)學(xué)模型計(jì)算值，并與試驗(yàn)值相比較，對(duì)幾種建模方法進(jìn)行了評(píng)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(jì)，試驗(yàn)測(cè)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(xué)特性進(jìn)行比較。 研究結(jié)果表明：在軸向氣隙不大時(shí)，磁導(dǎo)法在計(jì)算軸向磁力時(shí)精度較高，且計(jì)算過程簡(jiǎn)單，不需要再借助計(jì)算軟件；相對(duì)于傳統(tǒng)永磁軸承，新型永磁軸