一體化飛輪儲能系統(tǒng)磁場優(yōu)化研究.pdf

1、飛輪儲能系統(tǒng)是一種機(jī)械儲能方式的儲能裝置，具有體積小、質(zhì)量輕，能量密度高，能量轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，可靠性好，“零”污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，其已在軍事、航空航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，擁有巨大的應(yīng)用前景。學(xué)位論文在課題組現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，基于減小飛輪儲能系統(tǒng)體積，減輕飛輪儲能系統(tǒng)質(zhì)量的目的，主要做了如下幾個方面的研究：
　　針對現(xiàn)有的飛輪儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了一體化飛輪儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。一體化飛輪儲能系統(tǒng)是指將飛輪儲能系統(tǒng)的電機(jī)和飛輪轉(zhuǎn)子集成在一

2、起所形成的新的儲能裝置。該結(jié)構(gòu)方案擁有更小的體積、質(zhì)量，可提高系統(tǒng)的能量密度、效率、散熱能力、使用壽命，減小損耗等優(yōu)點(diǎn)。
　　介紹Halbach陣列的形成原理、特點(diǎn)、制造方法。分析曲面Halbach陣列——矩形圓柱Halbach陣列和扇形圓柱Halbach陣列磁場分布特點(diǎn)，扇形圓柱Halbach陣列更適用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)。分析相同條件下Halbach陣列電機(jī)和永磁同步電機(jī)的性能，對比分析可知，Halbach陣列電機(jī)的氣隙磁密是永磁同步電

3、機(jī)氣隙磁密的3.6倍，而且氣隙磁密的正弦性也更好；高階諧波對基波的影響Halbach陣列電機(jī)要小于永磁同步電機(jī)；Halbach陣列電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩是永磁同步電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的5.35倍。Halbach陣列電機(jī)的性能要優(yōu)于永磁同步電機(jī)。
　　對一體化飛輪儲能系統(tǒng)的永磁軸承拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，列舉所有可能的軸承拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)情況，并對各種情況分類為徑向、軸向、向心軸承三類中一種。根據(jù)任意形狀永磁體空間磁場分布解析式，推導(dǎo)軸承外圈永磁體在軸向磁

4、場分布解析式，在Z=5mm處磁感應(yīng)強(qiáng)度最大。以徑向永磁軸承為列，根據(jù)分子電流學(xué)說，建立軸承空間模型，推導(dǎo)徑向力的解析式。定義徑向力密度作為衡量軸承性能的評價量。分析軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承性能的影響，為提高軸承承載能力，應(yīng)增加軸承高度、軸承外圈永磁體外徑、軸承內(nèi)圈永磁體內(nèi)徑，減小軸承外圈永磁體內(nèi)徑、軸承內(nèi)圈外徑。
　　針對一體化飛輪儲能系統(tǒng)復(fù)雜的耦合磁場，分析了系統(tǒng)磁場優(yōu)化前后磁場分布、耦合磁場對軸承承載能力影響、飛輪受力情況。對比分析