飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

飞轮轴向永磁轴承的径向干扰力分析与控制研究

针对飞轮轴向永磁轴承带来的径向干扰力问题,推导了径向干扰力的解析表达式,对干扰力的幅值和方向特性以及它的线性化结果进行了研究。对飞轮运行过程中径向干扰力带来的影响和电磁轴承位移刚度系数变化之间的关系进行了归纳,提出了基于修正参数零力控制算法的电磁轴承控制方法,来抑制飞轮转子系统的干扰力;利用Simulink仿真平台,对包含飞轮转子系统、轴向永磁轴承和电磁轴承零力控制算法的模型进行了测试。研究结果表明:在径向电磁轴承控制算法中采用修正前馈系数的零力控制算法,可以将飞轮转子系统外传力控制在原先的3%,较好地满足了系统干扰力的控制要求。     

飞轮储能系统中径向永磁轴承的设计研究

为解决飞轮系统中因轴承摩擦导致的能量损耗问题,设计了一种可以应用于飞轮系统的径向永磁轴承.分别利用Yonnet简化数学模型和有限元分析软件ANSYS Workbench,对轴承中的磁环进行了承载能力的计算和分析.结果表明,磁环所受径向力随磁环厚度、径向偏移量增加而增加,但其增加关系有所不同;另外,随着轴向偏移的增大,径向力逐渐减小、轴向力迅速增大.     

基于等效电流法的永磁轴承分析

承载力和刚度的计算分析是永磁轴承设计的主要内容.基于等效电流法建立了永磁轴承的数学模型,推导出了轴向磁化永磁轴承轴向力及径向力的理论计算公式,并将数值计算结果与基于等效磁荷法的计算值进行了比较,进一步说明了两种算法的等效性.对径向采用主动磁悬浮轴承、轴向为永磁轴承的转子系统的轴向承载力及刚度特性进行了试验研究,得出一些对永磁轴承的设计可以提供一定参考的依据与结论.     

永磁轴承结构综述

与传统轴承相比,永磁轴承具有无摩擦磨损、高转速等优点,其低损耗和无环境污染等特点也十分契合“低碳环保”的时代主题,因此在一些高速和精度较高的场合下得到广泛应用。首先,根据支承方式,对径向、轴向以及堆叠结构永磁轴承的结构形式进行了介绍,通过永磁环产生的吸力或斥力分析了各类永磁轴承的工作原理;其次,介绍了磁路法、有限元法等永磁轴承磁力计算方法并详细阐述了等效磁荷法的求解过程;然后,对永磁轴承实际应用中结构参数的选择进行了讨论并介绍了永磁轴承在储能飞轮、风力发电机、人工心脏泵以及其他机械领域的应用现状;最后,从实际应用、生产制造等方面对永磁轴承的发展进行展望。     

飞轮储能系统轴承技术研究新进展

飞轮储能是一种应用前景广阔并已经得到实际应用的先进储能技术,支承高速飞轮的轴承技术是制约飞轮储能效率、寿命的关键因素之一.文中对比、分析了用于飞轮储能系统中的机械轴承、永磁轴承、电磁轴承和超导磁轴承的优缺点,总结了国内外飞轮轴承技术的研究新进展.     

磁悬浮飞轮储能装置的设计

设计了一种磁悬浮支承的飞轮储能装置,对飞轮结构与支承形式等进行了研究.将盘状飞轮优化为伞状飞轮,可以提高飞轮转动惯量;采用机械轴承与永磁轴承相结合,省去复杂的电磁轴承以及相关控制部分,飞轮在合适的转速下稳定旋转,并完成了样机的设计.该新产品的开发具有节能环保的意义.     

双环永磁轴承径向偏移承载能力的研究

在分析永磁轴承基本结构的基础上,提出了双环永磁轴承的结构,并进一步分析了该轴承的工作原理和径向偏移承载能力,推导了径向磁吸力、轴承间隙、剩磁之间的关系,经仿真其结果表明:大部分磁力线形成闭合回路,最大限度地减少了磁力线的对外散发,保证了永磁环性能的稳定,延长了永磁环的使用寿命;径向磁吸力随轴承间隙的增大逐渐减小,随表面剩磁的增加而增大;轴承的径向刚度等于长度为半周长的线性模型的刚度。     

储能飞轮转子轴承系统动力学设计与试验研究

飞轮储能系统通过飞轮升速和降速来实现电能储存和释放,研究飞轮转子轴承系统固有频率预计、临界转速设计、动平衡等动力学问题。采用永磁轴承与螺旋槽动压轴承的混合支承方式,建立储能飞轮强度、动力学和充放电特性试验研究装置,进行了动平衡、阻尼支承调整、飞轮储能系统损耗和发电量测试等试验,试验飞轮达到设计转速42.0 kr/min,总储能497 W·h,从42.0 kr/min降速到13.8 kr/min,可用放电能达到290 W·h。     

大卸载力铠装永磁轴承设计分析

飞轮储能轴系采用非接触磁轴承,卸载轴系80%~90%重量,以降低下支承磨损和功耗。提出铠装钕铁硼永磁轴承设计方法,并应用于400 k W飞轮储能工程样机的磁轴承设计。该设计构型简单,单磁环被包在磁轭中,转子部分无永磁材料,规避振动和散热问题。磁环采用扇形磁瓦拼接,可满足大卸载力需求,其磁场不均匀性对轴向卸载力影响可忽略。工作间隙附近,轴承吸力与间隙大小关系近似线性化。工作间隙中磁轭面积约是磁环面积2倍时,轴承获得最大吸力。高效设计流程方法使磁环体积减少24.4%。给出了不同转速下的轴承最大卸载力设计参数。     

永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析

介绍了永磁偏置五自由度磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，利用有限元计算进行原理仿真，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算方法。理论研究和仿真分析表明：永磁偏置五自由度磁轴承结构合理紧凑、机械结构简单、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

车载飞轮电池用无轴承永磁同步电动机神经网络控制

针对电动汽车磁悬浮飞轮储能电池用无轴承永磁同步电动机(BPMSM)的非线性、强耦合、参数时变等特性,将单神经元PID和径向基函数神经网络(RBFNN)相结合,提出一种新型车载飞轮电池用BPMSM神经网络控制策略。采用RBFNN辨识BPMSM输入输出变量之间的关系,构建BPMSM系统的参考控制模型,通过MATLAB仿真软件对其进行仿真验证,结果表明,该控制方法可显著提高系统的静态和动态性能。     

离心制管机永磁轴承磁力计算与拼接永磁体形状分析

针对传统离心制管机托轮支承结构磨损严重问题,提出了一种半定子环径向永磁轴承替代托轮的离心制管机永磁悬浮支承系统方案,根据等效磁荷法建立悬浮力数学模型,采用蒙特卡洛法近似求解,简化了悬浮力计算的数学推导和演算,并与有限元仿真比较,给出了误差修正系数,修正后蒙特卡洛法与有限元仿真结果基本一致,满足了工程应用的需要。将转子永磁体分别设计为扇形、梯形和矩形,通过仿真分别得出永磁轴承的悬浮力及扭矩,结果表明扇形永磁体各方面性能均优异,梯形永磁体次之。     

永磁力轴承在水平轴小型风力发电机中的应用

对水平轴小型风力发电机的工况进行了分析,利用贝兹理论计算了主轴载荷,给出一种用于水平轴小型风力发电机中主轴永磁力轴承的支承方案,完成了永磁力轴承数学模型的建立与结构的设计,并利用ANSYS软件计算得出永磁力轴承径向力与轴向偏心位移之间的关系曲线.     

开关磁阻电机一体化飞轮储能支撑系统的分析

拟定一种新型的飞轮储能系统方案,即电机采用开关磁阻电机,并将电机转子与飞轮电池转子一体化。针对支撑系统内部磁场分布情况及受力情况的问题,分别对轴向和径向电磁轴承转子产生的初始、中间和极限三种位置及内部磁场分布进行仿真分析。结果表明:径向和轴向电磁轴承内部磁场分布都符合使用要求,可以作为一体化结构中的磁悬浮支撑系统,并得到了它们稳定运转与产生偏移时的受力情况。     

基于Winkler模型的汽车双质量飞轮型线设计及接触分析

在双质量飞轮中引入摩擦轴承块并对次级飞轮型线改进设计,以提高双质量飞轮在大扭转角时输出的转矩,提升双质量飞轮的搭载能力。根据设计思想,推导出次级飞轮型线方程,基于Winkler弹性基础模型,建立了摩擦轴承块与次级飞轮楔入接触作用的力学分析模型,分析了次级飞轮型线系数对接触压力和接触作用产生的转矩特性的影响,对楔入接触作用进行了有限元分析,并与理论分析计算结果进行对比分析和讨论,研究内容对拓展双质量飞轮设计思路和进一步提高双质量飞轮性能提供了理论基础。     

飞轮储能系统轴系的优化设计研究

针对采用径向电磁轴承支承的飞轮储能系统中,工作转速会跨越临界转速而造成轴系所受应力强度过大及系统不稳定的问题,对储能飞轮的材料边缘线速度、所受弯曲应力,以及轴系的临界转速等方面进行了研究。对飞轮储能系统中飞轮本体的参数设计要求进行了归纳,提出了一种"以轻量化"为目的,以储能量要求、材料边缘线速度要求,轴系许用弯曲应力和工作转速与临界转速要求为约束条件的优化设计方案。研究结果表明,所得到的飞轮本体参数满足实际运行的需求,且为满足运行需求方案中质量最轻的方案。     

永磁偏置径向磁轴承在磁悬浮反作用飞轮系统中的应用

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的缺陷,设计了一种新型径向永磁偏置混合磁轴承结构,介绍了这种轴承的结构特点和工作原理,并利用等效磁路法和有限元法(FEM)对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了电磁分析,得出了磁轴承的数学模型和主要参数的设计结果.研究结果表明:该径向永磁偏置磁轴承可以有效地避免磁路耦合现象,提高磁轴承系统的控制性能.     

一种径向永磁轴承设计与研究

建立一种径向永磁轴承系统,永磁轴承的设计便被简化为单端径向永磁轴承设计与分析。采用ANSYS磁场求解方法,建立单端径向永磁轴承3D有限元模型,分别得出动静磁环轴向宽度、径向宽度、截面面积和间隙对其径向承载刚度的影响,这为此类径向永磁轴承的设计提供了优化依据。     

基于APDL的电磁轴承有限元分析方法

为了满足磁轴承对储能飞轮的不同设计需求，以八极定子的径向电磁轴承为研究对象，采用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL，对径向电磁轴承的三维模型进行参数化建模，并利用APDL程序实现对不同设计参数的径向电磁轴承实现快速求解仿真，并且通过设置变量范围能快速对磁轴承承载力和磁通密度进行计算分析，为实现径向电磁轴承的快速响应设计，提高设计效率。