600Wh飞轮储能系统的电磁轴承结构设计

发布时间：2017-08-07 14:06

  本文关键词：600Wh飞轮储能系统的电磁轴承结构设计

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【摘要】：电磁轴承是一种新型、高性能轴承，其特点是转轴与电磁轴承之间不存在直接接触、无摩擦损耗、不需润滑，对环境无油污染，为高速大承载飞轮储能系统的研究提供了技术支持。本论文以600Wh飞轮储能系统试验样机为应用背景，根据样机性能技术指标，结合样机转子系统的支撑布局、轴系结构，开展了径向、轴向电磁轴承的结构设计及优化研究。 首先，对600Wh飞轮储能系统样机支撑系统进行方案设计，根据飞轮转子轴系的结构特点，展开了支承系统总体布局的研究，并进行了辅助支撑系统的设计。基于磁路法建立了电磁轴承电磁力数学模型，依据数学模型分析研究了结构参数和控制参数对电磁力产生的影响方式及规律。依据样机系统性能对支撑系统提出的运行参数指标和结构布置等约束条件，展开了径向、轴向电磁轴承结构设计，确定了电磁轴承的结构参数。同时，对初始设计方案中的相关装配及制造工艺对电磁轴承的性能影响因素进行了分析，并提出了解决方案。 其次，本文通过ANSYS电磁场有限元分析模块，结合电磁轴承结构参数和电流控制参数，建立了径向电磁轴承有限元模型。并模拟分析了不同电流加载控制模式对径向电磁轴承内部的磁场分布、磁场耦合的影响机理；加工工艺孔对径向电磁磁轴承内部磁场耦合影响规律。磁场分布和磁耦合可以反映磁力的变化规律。建立了不同气隙比的轴向电磁轴承模型，得到了轴向电磁轴承内部磁场分布；分析了不同气隙比参数下，轴向电磁轴承的漏磁现象和漏磁程度，揭示了漏磁导致轴向电磁轴承的径向和轴向电磁力形成力耦合现象，寻找了较为合适的气隙比结构参数，，以减轻漏磁引起的力耦合。 最后，基于矩形磁极形式，结合有限元分析手段，以提高电磁轴承承载能力，降低功耗、损耗为目的，对几种磁极结构的承载性能、边缘效应进行了比较，对各项数据和制造工艺难易程度进行对比分析，得到了承载性能较优的磁极结构。并针对线圈槽形状突变处易出现磁饱现象进行了分析，提出磁极槽型优化的解决方案，使材料磁路得到充分利用。
【关键词】：主动电磁轴承 结构设计 电磁场有限元分析 储能飞轮
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 论文的研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状和主要应用领域12-16
• 1.2.1 国外研究现状12-16
• 1.2.2 电磁轴承技术的主要应用领域16
• 1.3 磁悬浮轴承的分类和发展趋势16-19
• 1.3.1 磁悬浮轴承的种类16-17
• 1.3.2 主动磁轴承的特点17-18
• 1.3.3 电磁轴承技术的应用发展趋势18
• 1.3.4 电磁轴承结构的有限元分析应用18-19
• 1.4 课题来源与本文主要研究内容19-22
• 1.4.1 课题来源19-20
• 1.4.2 主要研究内容20-22
• 第2章 600Wh 储能飞轮样机电磁悬浮支承系统方案设计22-32
• 2.1 600Wh 储能飞轮磁悬浮支撑系统布局方式的确定22-23
• 2.2 机械保护轴承的选择与寿命校核23-25
• 2.3 电磁轴承的基本组成部分和控制原理25-31
• 2.3.1 电磁轴承电磁力数学模型25-27
• 2.3.2 电磁轴承的基本组成部分27-28
• 2.3.3 电磁轴承的差动控制28-29
• 2.3.4 描述电磁轴承性能的主要技术指标29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 径向电磁轴承结构设计与研制32-48
• 3.1 径向电磁轴承相关技术指标32-33
• 3.2 径向电磁轴承的结构设计与研制33-44
• 3.2.1 径向电磁轴承的两种典型结构形式33-35
• 3.2.2 径向磁轴承磁极个数确定35-36
• 3.2.3 八磁极径向电磁轴承的电磁力数学模型36-37
• 3.2.4 径向电磁轴承转子设计37-38
• 3.2.5 径向电磁轴承定子设计38-41
• 3.2.6 600Wh 样机径向电磁轴承结构参数确定41-44
• 3.3 轴承磁极线圈绕制模具设计44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 轴向电磁轴承结构设计与研制48-55
• 4.1 轴向电磁轴承相关技术指标48-49
• 4.2 轴向电磁轴承结构设计49-53
• 4.2.1 启浮问题的讨论49
• 4.2.2 轴向电磁轴承结构参数设计49-51
• 4.2.3 600Wh 样机径向电磁轴承结构参数确定51-53
• 4.3 电磁轴承实验测试平台53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 磁轴承电磁特性的有限元分析55-67
• 5.1 径向磁轴承电磁特性的有限元分析55-60
• 5.1.1 径向轴承磁极间耦合现象55-58
• 5.1.2 径向轴承工艺孔对磁场耦合的影响分析58-60
• 5.2 轴向磁轴承电磁特性的有限元分析60-66
• 5.2.1 轴向电磁轴承有限元建模60
• 5.2.2 等磁极宽度、等磁极面积的轴向轴承的性能对比分析60-63
• 5.2.3 间隙对轴向承载能力的影响分析63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 电磁轴承磁极结构与槽型设计优化67-76
• 6.1 磁极形状设计与优化67-72
• 6.1.1 磁极结构的设计优化69-71
• 6.1.2 四种极形性能比较与分析71-72
• 6.2 槽型结构优化72-74
• 6.3 电磁轴承的结构设计与优化原则74-75
• 6.4 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：635026