飞轮储能系统电机与轴系设计

发布时间：2017-08-23 05:17

  本文关键词：飞轮储能系统电机与轴系设计

  更多相关文章： 飞轮储能 高速永磁同步电机 过盈配合 强度分析 模态分析 优化设计

【摘要】：飞轮储能系统以其效率高,储能密度高,模块性高等优势,具有广阔的发展前景。在飞轮储能系统中,能量转换的高速电机的设计以及能量储存载体飞轮的设计是决定储能性能的关键环节。本文从高速电机的电磁性能,机械强度以及飞轮轴系的设计入手,得到了一套满足设计需求的飞轮储能系统电机与飞轮轴系设计参数。本文设计选用永磁同步电机作为飞轮储能用高速电机,采用通用的高速电机设计流程,对电机的各个参数进行了选取与设计。得到了设计方案。之后通过Ansoft RMxprt进行快速建模并进行磁路法计算,得到电机的基本电磁性能。接着导入到MAXWELL 2D Design进行设计电机的场域分析。通过电机的性能参数分析发现,电机设计方案能较好满足需求。高速电机永磁体的保护一直是电机中机械强度的主要关注点之一。本文利用解析法,分别分析了过盈量对于永磁体强度的影响关系,选取了合适的过盈量;之后计算分析了护套厚度对于护套强度的影响关系,选取了合适的护套厚度。最后利用ANSYS Workbench进行了有限元计算,并对解析法与有限元法的结果进行了对比,互相验证计算结果的正确性。最后从飞轮储能储能量、飞轮轴系材料的旋转强度、由于不平衡偏心引起的轴应力以及飞轮轴系的固有频率对工作转速的限制四个方面入手,研究了飞轮储能轴系尺寸参数与上述四个因素的关系。最后以轻量化为目标,这四个因素为约束条件,对飞轮轴系尺寸参数进行了优化设计分析。得到了一套满足设计要求的轻量化飞轮轴系尺寸参数。
【关键词】：飞轮储能 高速永磁同步电机 过盈配合 强度分析 模态分析 优化设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.7
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 概述10-11
• 1.2 飞轮储能系统的关键技术及发展现状11-14
• 1.2.1 电力电子变换装置11-12
• 1.2.2 支撑系统12
• 1.2.3 飞轮本体12-13
• 1.2.4 飞轮储能高速电机13-14
• 1.2.5 真空室14
• 1.3 国内外飞轮储能系统研究及应用现状14-15
• 1.3.1 国外飞轮储能系统研究现状14-15
• 1.3.2 国内飞轮储能系统研究现状15
• 1.4 论文的主要工作及结构安排15-17
• 2 飞轮储能用永磁同步电机设计17-31
• 2.1 材料选取17-20
• 2.1.1 铁芯材料选取17-18
• 2.1.2 永磁材料的选择18-20
• 2.2 电机主要参数的确定20-22
• 2.3 极对数的选取22
• 2.4 永磁体充磁方式22-23
• 2.5 永磁体厚度,气隙长度的确定23-24
• 2.6 槽数的设计24
• 2.7 绕组设计24-26
• 2.8 绕线以及槽尺寸设计26
• 2.9 磁路法计算26-27
• 2.10 电机的有限元仿真27-30
• 2.11 本章小结30-31
• 3 永磁体护套过盈配合应力分析31-45
• 3.1 永磁体护套过盈配合解析计算31-40
• 3.1.1 过盈配合压力计算31-33
• 3.1.2 永磁体应力分布33
• 3.1.3 护套的应力分布33-34
• 3.1.4 静态过盈量对永磁体,护套强度的影响34-40
• 3.2 护套厚度对护套强度的影响40-42
• 3.3 设计方案的有限元分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 飞轮储能轴系设计45-64
• 4.1 储能量要求45-47
• 4.2 材料满足高速旋转下的应力要求47-53
• 4.3 轴强度要求53-57
• 4.4 轴系模态分析57-60
• 4.5 飞轮参数优化设计60-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 总结与展望64-66
• 5.1 全文总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-68
• 作者简历68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 阮军鹏;余利斌;;飞轮储能系统发电运行控制研究[J];东北电力技术;2007年11期

2 朱桂华;刘金波;张玉柱;;飞轮储能系统研究进展、应用现状与前景[J];微特电机;2011年08期

3 李，

本文编号：723192