车载飞轮电池电机与支承系统设计研究
发布时间：2021-07-03 09:50
由于能源短缺和全球气候变暖问题日益严重,无污染的电动汽车和节能的混动汽车成为汽车行业未来发展的趋势之一。飞轮电池由于其比能量高,比功率大,充电时间短,无环境污染等优点,在电动汽车和混动汽车上有广阔的应用前景。高速电机作为实现飞轮电池充放电的关键部位,严重影响着飞轮电池的工作效率。磁轴承作为飞轮电池的支承系统,其动态特性也直接影响飞轮电池的工作性能。为保证飞轮电池在多干扰的汽车工况下仍能稳定运行,对高速电机的性能以及磁悬浮支撑系统的拓扑结构设计都提出了高的要求。本文主要研究内容如下:1.介绍了车载飞轮电池的研究背景,详细说明了车载飞轮电池的工作原理。总结了国内外研究现状及其发展趋势,对车载飞轮电池关键技术难点进行探讨,指出本文的研究意义与目的。2.考虑到车载飞轮电池受汽车复杂基础运动影响,分析飞轮电池立式和卧式放置的区别,为减小基础运动带来的陀螺力矩和动载荷,采用立式放置方式。对比常用飞轮电池拓扑结构方案的优势和不足,并且分析它们的优缺点,从而确定合适的车载飞轮电池的拓扑结构。指出电机和磁轴承的设计和优化的要求:高稳定性和低能耗兼具,为下文关于磁轴承的具体设计指明了方向。归纳总结了车载飞...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞轮电池机械结构图
江苏大学硕士学位论文13当飞轮电池运用于静态场合，飞轮电池的主轴“立式”放置或者“卧式”放置区别不大。而对于汽车这样的应用场合，汽车最大角速度是绕偏航轴的角速度Ωz,即汽车转弯时的角速度。若飞轮电池的主轴“立式”放置，即转轴的轴向与偏航轴水平，此时飞轮角速度ωx=ωy=0，带入式(2.2)可化简为：0xzyyzxzMJMJMωω===(2.3)对比式(2.2)和式(2.3)可以看出，飞轮电池采用“立式”放置可减小基础运动引起的动载荷及其陀螺效应。基于以上分析,车载飞轮电池采用“立式”放置。xyzωyωzωxo图2.2汽车运动参考坐标系Fig.2.2Referencecoordinatesystemofautomobilemotion2.2.2车载飞轮电池的拓扑结构及分析下文将介绍几种常见的“立式”放置的飞轮电池的拓扑结构方案，并且分析它们的优缺点，从而确定合适的车载飞轮电池的拓扑结构。飞轮电池的拓扑结构1：图2.3是最典型的飞轮电池的拓扑结构，采用3个主动磁轴承组成五自由度磁轴承系统，两个主动二自由度磁轴承分别置于转轴的上下两端来控制转轴的平动和转动，一个主动轴向磁轴承置于上部二自由度磁轴承的下端来控制转轴的轴向位移，加入控制电流可实现五自由度主动控制，从而使阻尼、刚度任意可调。缺点是控制系统复杂，五自由度全主动控制导致能耗较高，分散的磁轴承布置使其占用了很大的轴向空间，限制了飞轮的转速,加剧了转轴的陀螺效应。
无刷直流Fig.3.1Schematicdiagramoftheo
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车用飞轮电池关键技术和技术瓶颈分析[J]. 张维煜,杨恒坤,朱熀秋. 中国电机工程学报. 2018(18)
[2]基于电–热双向耦合的磁场调制型磁通切换电机设计与性能分析[J]. 刘畅,朱孝勇,杜怿,全力,项子旋. 中国电机工程学报. 2017(21)
[3]新型同位阻尼磁轴承模型及其特性研究[J]. 闻声,胡雄心,于振杰,胥芳. 机电工程. 2016(07)
[4]轴向永磁电机及其研究发展综述[J]. 黄允凯,周涛,董剑宁,郭保成,张莉. 中国电机工程学报. 2015(01)
[5]飞轮电池发展研究[J]. 王传东. 电源技术. 2014(07)
[6]飞轮电池转子设计研究现状及应用展望[J]. 杨万利,张维超. 价值工程. 2014(08)
[7]飞轮电池在电动汽车中的应用研究[J]. 王兴贵,周海涛,李晓英. 电气自动化. 2013(01)
[8]电动汽车用飞轮电池充电控制系统设计[J]. 郭永吉. 工业仪表与自动化装置. 2012(05)
[9]飞轮储能装置用轴向磁轴承及其低功耗策略[J]. 赵旭升,邓智泉,王晓琳,汪波. 电机与控制学报. 2011(08)
[10]同极型结构和零偏置电流控制对磁悬浮轴承损耗影响的试验分析[J]. 谢振宇,吴凯峰,石庆才,黄佩珍. 航空动力学报. 2011(02)
博士论文
[1]飞轮电池及其混合磁悬浮控制系统的研究[D]. 褚海英.北京交通大学 2009
[2]飞轮电池磁悬浮支承系统理论及应用研究[D]. 汤双清.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]飞轮储能系统电机与轴系设计[D]. 徐登辉.浙江大学 2016
[2]600Wh储能飞轮试验装置轴系结构设计及模态分析[D]. 祝华临.哈尔滨商业大学 2014
[3]飞轮储能电池电力电子转换控制系统的研究[D]. 陈定宙.河海大学 2004
本文编号：3262350
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞轮电池机械结构图
江苏大学硕士学位论文13当飞轮电池运用于静态场合，飞轮电池的主轴“立式”放置或者“卧式”放置区别不大。而对于汽车这样的应用场合，汽车最大角速度是绕偏航轴的角速度Ωz,即汽车转弯时的角速度。若飞轮电池的主轴“立式”放置，即转轴的轴向与偏航轴水平，此时飞轮角速度ωx=ωy=0，带入式(2.2)可化简为：0xzyyzxzMJMJMωω===(2.3)对比式(2.2)和式(2.3)可以看出，飞轮电池采用“立式”放置可减小基础运动引起的动载荷及其陀螺效应。基于以上分析,车载飞轮电池采用“立式”放置。xyzωyωzωxo图2.2汽车运动参考坐标系Fig.2.2Referencecoordinatesystemofautomobilemotion2.2.2车载飞轮电池的拓扑结构及分析下文将介绍几种常见的“立式”放置的飞轮电池的拓扑结构方案，并且分析它们的优缺点，从而确定合适的车载飞轮电池的拓扑结构。飞轮电池的拓扑结构1：图2.3是最典型的飞轮电池的拓扑结构，采用3个主动磁轴承组成五自由度磁轴承系统，两个主动二自由度磁轴承分别置于转轴的上下两端来控制转轴的平动和转动，一个主动轴向磁轴承置于上部二自由度磁轴承的下端来控制转轴的轴向位移，加入控制电流可实现五自由度主动控制，从而使阻尼、刚度任意可调。缺点是控制系统复杂，五自由度全主动控制导致能耗较高，分散的磁轴承布置使其占用了很大的轴向空间，限制了飞轮的转速,加剧了转轴的陀螺效应。
无刷直流Fig.3.1Schematicdiagramoftheo
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车用飞轮电池关键技术和技术瓶颈分析[J]. 张维煜,杨恒坤,朱熀秋. 中国电机工程学报. 2018(18)
[2]基于电–热双向耦合的磁场调制型磁通切换电机设计与性能分析[J]. 刘畅,朱孝勇,杜怿,全力,项子旋. 中国电机工程学报. 2017(21)
[3]新型同位阻尼磁轴承模型及其特性研究[J]. 闻声,胡雄心,于振杰,胥芳. 机电工程. 2016(07)
[4]轴向永磁电机及其研究发展综述[J]. 黄允凯,周涛,董剑宁,郭保成,张莉. 中国电机工程学报. 2015(01)
[5]飞轮电池发展研究[J]. 王传东. 电源技术. 2014(07)
[6]飞轮电池转子设计研究现状及应用展望[J]. 杨万利,张维超. 价值工程. 2014(08)
[7]飞轮电池在电动汽车中的应用研究[J]. 王兴贵,周海涛,李晓英. 电气自动化. 2013(01)
[8]电动汽车用飞轮电池充电控制系统设计[J]. 郭永吉. 工业仪表与自动化装置. 2012(05)
[9]飞轮储能装置用轴向磁轴承及其低功耗策略[J]. 赵旭升,邓智泉,王晓琳,汪波. 电机与控制学报. 2011(08)
[10]同极型结构和零偏置电流控制对磁悬浮轴承损耗影响的试验分析[J]. 谢振宇,吴凯峰,石庆才,黄佩珍. 航空动力学报. 2011(02)
博士论文
[1]飞轮电池及其混合磁悬浮控制系统的研究[D]. 褚海英.北京交通大学 2009
[2]飞轮电池磁悬浮支承系统理论及应用研究[D]. 汤双清.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]飞轮储能系统电机与轴系设计[D]. 徐登辉.浙江大学 2016
[2]600Wh储能飞轮试验装置轴系结构设计及模态分析[D]. 祝华临.哈尔滨商业大学 2014
[3]飞轮储能电池电力电子转换控制系统的研究[D]. 陈定宙.河海大学 2004
本文编号：3262350
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