飛輪電池轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析與仿真.pdf

1、飛輪電池由于具有一系列獨特的性能，已經(jīng)成為電池行列的一支新生的力量，并在許多方面有取代化學(xué)電池的趨勢。隨著新型復(fù)合材料和稀土永磁材料、電機技術(shù)、磁懸浮技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用涉及到航空航天、電動汽車、分布式發(fā)電系統(tǒng)、電力質(zhì)量與蓄能發(fā)電、不間斷電源等等領(lǐng)域。本文對飛輪電池系統(tǒng)磁懸浮支承磁力軸承耦合情況和轉(zhuǎn)子動力學(xué)進行了全面、系統(tǒng)的研究和仿真，主要目的了解轉(zhuǎn)子固有頻率，保證轉(zhuǎn)子的振型，振動位移在一定合理的范圍內(nèi)變化，避免發(fā)生故障

2、，提高飛輪電池運行的穩(wěn)定性。
　　本文所做的工作主要有以下幾個方面：
　　為了研究轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性，必須了解轉(zhuǎn)子上面磁力軸承的磁力和剛度的變化。介紹了飛輪電池的磁懸浮支承軸承和自歸位軸承的模型和磁力計算理論。本文借助有限元法，在不同充磁方向，計算出永磁軸承磁力，探討錐形磁力軸承磁力的變化，以及剛度的變化情況，不同偏移位移下，轉(zhuǎn)子中導(dǎo)體環(huán)產(chǎn)生自歸位磁力和剛度的變化。
　　其次利用PROE和ANSYS軟件對常見8種常規(guī)轉(zhuǎn)子模

3、型進行計算、仿真，根據(jù)計算結(jié)果對其進行評價，挑選出理想的轉(zhuǎn)子物理模型。采用振動力學(xué)對飛輪電池轉(zhuǎn)子動力學(xué)進行了分析，建立轉(zhuǎn)子動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。考慮在許多實際的問題中外界的力會引起的飛輪電池內(nèi)部振動，通過適當(dāng)改變飛輪電池箱體與地基上連接的減震物的剛度和阻尼，達(dá)到減震的效果。
　　然后探討轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性，一種在無外力的情況下，其在軸承約束下，分析轉(zhuǎn)子的振型、位移、固有頻率；在沒有軸承約束下轉(zhuǎn)子的振型、位移、固有頻率，進而討論兩種方式下產(chǎn)生

4、轉(zhuǎn)子的振型、位移、固有頻率的差異。利用轉(zhuǎn)子固有頻率，計算轉(zhuǎn)子的臨界速度，歸納出轉(zhuǎn)子支承磁力剛度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。
　　另一種在有外力的情況下，第一種情況是均布載荷，利用ANSYS軟件中的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)模塊對飛輪轉(zhuǎn)子動力學(xué)進行求解，得到轉(zhuǎn)子幅頻響應(yīng)的曲線；第二情況通過加載簡諧力和位移，兩組不同的剛度和阻尼，建立的微分方程。利用龍格庫塔法Runge-Kutta來求解轉(zhuǎn)子動力學(xué)方程，可以快速得出結(jié)果轉(zhuǎn)子3處軸心處位移圖，探討轉(zhuǎn)子的自歸位效果。