基于磁悬浮电机飞轮电池电磁传动与支承设计

发布时间：2017-10-27 11:38

  本文关键词：基于磁悬浮电机飞轮电池电磁传动与支承设计

  更多相关文章： 飞轮电池 永磁轴承 低损耗三自由度交直流混合磁轴承 外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机 结构设计

【摘要】：飞轮电池突破了化学电池的局限,具有大能量密度、高效、清洁以及长寿命等一系列特有的性能,在某些方面逐渐成为代替化学电池的重要新型电池之一。随着新型高强度材料、磁悬浮支承技术和电力电子技术的蓬勃发展,飞轮电池在电动汽车、电力系统、储能电源以及航空航天等领域也迎来了新的发展契机。本文对飞轮电池结构方案、磁悬浮轴承支承系统以及飞轮电池用磁悬浮开关磁阻电机进行了研究。本文主要研究内容与成果有以下几个方面:提出了一种新型的飞轮电池结构,电池采用径向斥力永磁轴承、轴向卸载永磁轴承与低损耗三自由度交直流混合磁轴承组合使用的磁悬浮轴承支承方案,将外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机镶嵌于飞轮转子中,同时实现了飞轮电池在轴向与径向上的被动承载与主动控制。针对本文的飞轮电池设计要求,对径向斥力永磁轴承和轴向卸载永磁轴承进行了结构设计与参数计算,推导了永磁轴承的磁力模型,确定了其结构尺寸,利用有限元仿真对设计结果进行了仿真验证,研究了永磁体结构参数对径向斥力永磁轴承和轴向卸载永磁轴承承载力的影响。针对本文确定采用的低损耗三自由度交直流混合磁轴承,对低损耗三自由度混合磁轴承进行了选型比较,推导了低损耗三自由度交直流混合磁轴承的数学模型,设计了低损耗三相交直流混合磁轴承的结构参数,最后,基于Matlab与Ansoft模型分析了悬浮力与控制电流以及转子偏移量之间的关系。提出了飞轮电池用外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机结构,建立了外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机的数学模型,在数学模型的基础上对电机进行了参数计算,给出了电机基本尺寸设计方法,利用有限元法,验证了设计方法的正确性,分析了电机电磁转矩与悬浮力之间的耦合性。
【关键词】：飞轮电池 永磁轴承 低损耗三自由度交直流混合磁轴承 外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机 结构设计
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM919
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 飞轮电池的基本工作原理和结构10-12
• 1.3 飞轮电池的研究现状与发展趋势12-17
• 1.3.1 飞轮电池用电机的研究现状13-16
• 1.3.2 飞轮电池用磁悬浮轴承的研究现状16-17
• 1.4 论文主要工作与内容安排17-19
• 第2章 基于单绕组BRSM飞轮电池结构与原理19-29
• 2.1 几种典型飞轮电池结构分析19-22
• 2.2 外转子单绕组BSRM飞轮电池结构与主要特性22-25
• 2.2.1 电机与飞轮转子的连接方式22-23
• 2.2.2 组成结构与特性分析23-25
• 2.3 外转子单绕组BSRM工作原理25-28
• 2.3.1 外转子单绕组BSRM的结构与悬浮机理25
• 2.3.2 外转子单绕组BSRM电磁转矩产生原理25-26
• 2.3.3 外转子单绕组BSRM发电原理26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 径向斥力与轴向卸载永磁轴承设计29-46
• 3.1 径向斥力永磁轴承设计29-38
• 3.1.1 径向永磁轴承的基本结构与工作原理29-30
• 3.1.2 径向斥力永磁轴承磁环磁化方向与承载力及刚度的关系30-32
• 3.1.3 径向永磁轴承磁力计算的数值方法32-35
• 3.1.4 径向斥力永磁轴承的设计35-37
• 3.1.5 有限元分析与验证37-38
• 3.2 轴向卸载永磁轴承的设计38-44
• 3.2.1 轴向卸载永磁轴承的结构形式38-40
• 3.2.2 轴向卸载永磁轴承构型40
• 3.2.3 基本尺寸的估算40-41
• 3.2.4 材料的选择41-42
• 3.2.5 卸载轴承的设计结果42
• 3.2.6 设计参数对轴向卸载永磁轴承卸载力的仿真分析42-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第4章 低损耗三自由度交直流混合磁轴承设计46-60
• 4.1 低损耗三自由度混合磁轴承的结构46-50
• 4.2 低损耗三自由度交直流混合磁轴承悬浮力计算50-53
• 4.2.1 磁路计算50-51
• 4.2.2 轴向悬浮力51-52
• 4.2.3 径向悬浮力52-53
• 4.3 低损耗三自由度交直流混合磁轴承参数设计53-55
• 4.3.1 永磁体结构参数计算53-54
• 4.3.2 定转子结构参数计算54-55
• 4.4 低损耗三自由度交直流混合磁轴承有限元分析与验证55-59
• 4.4.1 低损耗三自由度交直流混成磁轴承结构尺寸55-56
• 4.4.2 基于Matlab与Ansoft的模型分析56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 外转子单绕组BSRM模型与参数设计60-78
• 5.1 外转子开关磁阻电机的数学模型60-66
• 5.1.1 数学模型的假设条件60-61
• 5.1.2 气隙磁导的计算61-62
• 5.1.3 电感矩阵62-65
• 5.1.4 径向悬浮承载力与电磁转矩65-66
• 5.2 外转子单绕组BSRM主要参数计算66-72
• 5.2.1 主体尺寸计算公式66-69
• 5.2.2 绕组匝数计算69
• 5.2.3 悬浮力计算69-70
• 5.2.4 电机基本尺寸70-72
• 5.3 外转子单绕组BSRM实验样机设计72-74
• 5.3.1 主体尺寸计算72
• 5.3.2 绕组参数计算72-73
• 5.3.3 基本尺寸的确定73-74
• 5.4 基于Ansoft的电机有限元仿真试验与分析74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第6章 总结与展望78-80
• 6.1 本文主要工作78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85-86
• 在校期间取得的成果86

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本文编号：1103349