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的確定，進而建立12磁極徑向電磁軸承的電磁力數學模型，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，并以此結構參數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，依據儲能飛輪對其軸向懸浮支承系統(tǒng)提出的運行參數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學模型，并以轉子軸在完全落下時軸向電磁軸承產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，再通過結構參數求出靜態(tài)反饋電流的大小為以后控制系統(tǒng)的研發(fā)提供依據。最后根據設計的結構參數對軸向電磁

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部的磁場分布以及渦流損耗。
　　最后，根據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。通過測試得出的數據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據對比，分析誤差產生原因，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