本文關(guān)鍵詞：基于磁懸浮電機飛輪電池電磁傳動與支承設(shè)計

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【摘要】：飛輪電池突破了化學(xué)電池的局限,具有大能量密度、高效、清潔以及長壽命等一系列特有的性能,在某些方面逐漸成為代替化學(xué)電池的重要新型電池之一。隨著新型高強度材料、磁懸浮支承技術(shù)和電力電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展,飛輪電池在電動汽車、電力系統(tǒng)、儲能電源以及航空航天等領(lǐng)域也迎來了新的發(fā)展契機。本文對飛輪電池結(jié)構(gòu)方案、磁懸浮軸承支承系統(tǒng)以及飛輪電池用磁懸浮開關(guān)磁阻電機進行了研究。本文主要研究內(nèi)容與成果有以下幾個方面:提出了一種新型的飛輪電池結(jié)構(gòu),電池采用徑向斥力永磁軸承、軸向卸載永磁軸承與低損耗三自由度交直流混合磁軸承組合使用的磁懸浮軸承支承方案,將外轉(zhuǎn)子單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機鑲嵌于飛輪轉(zhuǎn)子中,同時實現(xiàn)了飛輪電池在軸向與徑向上的被動承載與主動控制。針對本文的飛輪電池設(shè)計要求,對徑向斥力永磁軸承和軸向卸載永磁軸承進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)計算,推導(dǎo)了永磁軸承的磁力模型,確定了其結(jié)構(gòu)尺寸,利用有限元仿真對設(shè)計結(jié)果進行了仿真驗證,研究了永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)對徑向斥力永磁軸承和軸向卸載永磁軸承承載力的影響。針對本文確定采用的低損耗三自由度交直流混合磁軸承,對低損耗三自由度混合磁軸承進行了選型比較,推導(dǎo)了低損耗三自由度交直流混合磁軸承的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計了低損耗三相交直流混合磁軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù),最后,基于Matlab與Ansoft模型分析了懸浮力與控制電流以及轉(zhuǎn)子偏移量之間的關(guān)系。提出了飛輪電池用外轉(zhuǎn)子單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu),建立了外轉(zhuǎn)子單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機的數(shù)學(xué)模型,在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上對電機進行了參數(shù)計算,給出了電機基本尺寸設(shè)計方法,利用有限元法,驗證了設(shè)計方法的正確性,分析了電機電磁轉(zhuǎn)矩與懸浮力之間的耦合性。
【關(guān)鍵詞】：飛輪電池 永磁軸承 低損耗三自由度交直流混合磁軸承 外轉(zhuǎn)子單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機 結(jié)構(gòu)設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM919
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 飛輪電池的基本工作原理和結(jié)構(gòu)10-12
• 1.3 飛輪電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢12-17
• 1.3.1 飛輪電池用電機的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.2 飛輪電池用磁懸浮軸承的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 論文主要工作與內(nèi)容安排17-19
• 第2章 基于單繞組BRSM飛輪電池結(jié)構(gòu)與原理19-29
• 2.1 幾種典型飛輪電池結(jié)構(gòu)分析19-22
• 2.2 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM飛輪電池結(jié)構(gòu)與主要特性22-25
• 2.2.1 電機與飛輪轉(zhuǎn)子的連接方式22-23
• 2.2.2 組成結(jié)構(gòu)與特性分析23-25
• 2.3 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM工作原理25-28
• 2.3.1 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM的結(jié)構(gòu)與懸浮機理25
• 2.3.2 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理25-26
• 2.3.3 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM發(fā)電原理26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 徑向斥力與軸向卸載永磁軸承設(shè)計29-46
• 3.1 徑向斥力永磁軸承設(shè)計29-38
• 3.1.1 徑向永磁軸承的基本結(jié)構(gòu)與工作原理29-30
• 3.1.2 徑向斥力永磁軸承磁環(huán)磁化方向與承載力及剛度的關(guān)系30-32
• 3.1.3 徑向永磁軸承磁力計算的數(shù)值方法32-35
• 3.1.4 徑向斥力永磁軸承的設(shè)計35-37
• 3.1.5 有限元分析與驗證37-38
• 3.2 軸向卸載永磁軸承的設(shè)計38-44
• 3.2.1 軸向卸載永磁軸承的結(jié)構(gòu)形式38-40
• 3.2.2 軸向卸載永磁軸承構(gòu)型40
• 3.2.3 基本尺寸的估算40-41
• 3.2.4 材料的選擇41-42
• 3.2.5 卸載軸承的設(shè)計結(jié)果42
• 3.2.6 設(shè)計參數(shù)對軸向卸載永磁軸承卸載力的仿真分析42-44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 第4章 低損耗三自由度交直流混合磁軸承設(shè)計46-60
• 4.1 低損耗三自由度混合磁軸承的結(jié)構(gòu)46-50
• 4.2 低損耗三自由度交直流混合磁軸承懸浮力計算50-53
• 4.2.1 磁路計算50-51
• 4.2.2 軸向懸浮力51-52
• 4.2.3 徑向懸浮力52-53
• 4.3 低損耗三自由度交直流混合磁軸承參數(shù)設(shè)計53-55
• 4.3.1 永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)計算53-54
• 4.3.2 定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)計算54-55
• 4.4 低損耗三自由度交直流混合磁軸承有限元分析與驗證55-59
• 4.4.1 低損耗三自由度交直流混成磁軸承結(jié)構(gòu)尺寸55-56
• 4.4.2 基于Matlab與Ansoft的模型分析56-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM模型與參數(shù)設(shè)計60-78
• 5.1 外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的數(shù)學(xué)模型60-66
• 5.1.1 數(shù)學(xué)模型的假設(shè)條件60-61
• 5.1.2 氣隙磁導(dǎo)的計算61-62
• 5.1.3 電感矩陣62-65
• 5.1.4 徑向懸浮承載力與電磁轉(zhuǎn)矩65-66
• 5.2 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM主要參數(shù)計算66-72
• 5.2.1 主體尺寸計算公式66-69
• 5.2.2 繞組匝數(shù)計算69
• 5.2.3 懸浮力計算69-70
• 5.2.4 電機基本尺寸70-72
• 5.3 外轉(zhuǎn)子單繞組BSRM實驗樣機設(shè)計72-74
• 5.3.1 主體尺寸計算72
• 5.3.2 繞組參數(shù)計算72-73
• 5.3.3 基本尺寸的確定73-74
• 5.4 基于Ansoft的電機有限元仿真試驗與分析74-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第6章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 本文主要工作78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 參考文獻80-85
• 致謝85-86
• 在校期間取得的成果86

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本文編號：1103349