【摘要】： 飛輪電池是一種以旋轉(zhuǎn)動能的形式存儲電能的儲能裝置。其工作原理是將多余的電能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子的動能存儲下來;在需要電能的時候,再將飛輪轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜�。和傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比,飛輪電池具有高能量密度,充放電時間短和長壽命等優(yōu)點,所以滿足了當(dāng)今世界對環(huán)保,高效能源的需求。飛輪電池在混合動力車、電力系統(tǒng)調(diào)峰等等領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景。 在綜合分析了與飛輪電池設(shè)計相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種擬設(shè)計作為混合動力軌道交通工具的輔助動力的飛輪電池設(shè)計方案,其中,重點介紹了一種用于本文設(shè)計的飛輪電池的電磁和永磁混合磁懸浮軸承方案,即:飛輪轉(zhuǎn)子的軸向位移由電磁鐵主動控制,其余自由度由永磁鐵以吸力方式給以約束,同時由永磁鐵提供電磁控制的偏置磁場。 介紹了電磁軸承和永磁軸承的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識,推導(dǎo)出了電磁鐵和永磁鐵的磁力大小和剛度的解析計算公式。在此基礎(chǔ)上,給出了本文設(shè)計的混合磁懸浮軸承的具體機械和電氣設(shè)計參數(shù)。 采用有限元分析方法,對比了兩種永磁軸承構(gòu)型的徑向磁力和剛度特性,為永磁軸承的尺寸設(shè)計提供了參考。分析了電磁力和永磁力的軸向和徑向的磁力和剛度特性,最后分別得出了電磁力和永磁力的位移和剛度特性曲線。 對本文設(shè)計的磁懸浮軸承進行了受力分析,得出了磁軸承的數(shù)學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)上,對磁軸承在PD以及PID控制器下對階躍擾動力的位移響應(yīng)進行了仿真,分析了各種控制器參數(shù)下系統(tǒng)的響應(yīng)變化情況,為實際控制器的設(shè)計提供了理論上的參考。并且還分析了各種延遲因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。最后,設(shè)計了模糊—PID復(fù)合控制器,并且對模糊—PID復(fù)合控制器和PID控制器作用下的位移響應(yīng)進行了對比。仿真結(jié)果表明模糊控制器的加入使得磁懸浮系統(tǒng)抗擾動的能力增強。 最后,設(shè)計了一個永磁—電磁混合磁懸浮實驗裝置,并采用盤式永磁無刷電機作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,分別采用模擬控制器和DSP數(shù)字控制器,成功實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。實驗結(jié)果證實了本文設(shè)計的飛輪電池磁懸浮方案的可行性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

磁軸承(e)圖2一2飛輪電機和轉(zhuǎn)軸的連接方式Fig.2一 2eonneetionofflywheelmotorandshaft本文采用軸向氣隙的盤式電機作為飛輪電機，并且將飛輪電機和飛輪轉(zhuǎn)子合二為一，減小了飛輪電池的體積，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。2.3本文的飛輪電池總體設(shè)計方案飛輪電池的研究是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗資巨大，加工難度大，所以對其研究應(yīng)當(dāng)采取一種有所側(cè)重、有的放矢的方法�？紤]到本文所設(shè)計的飛輪樣機尚處于實驗研究階段，資金和實驗條件有限，而且本文的研究重點放在磁懸浮軸承以及磁懸浮控制器的研究上，在設(shè)計飛輪的時候采用了循序漸進、由簡到繁的技術(shù)路線，這樣一種穩(wěn)妥、審慎的技術(shù)路線是實?

Fig.3一 7DifferentialcontrolbymagnetiefieldoverlaP叫卜侶卜卜口住創(chuàng).圖3一8電流疊加型差動控制方式Fig.3一 8DifferentialeontrolbyeurrentoverlaP3.1.4靜態(tài)工作點的選取在我們上面提到的差動控制方式中，對于垂直方向(即重力方向)自由度的磁懸浮控制，這里還需要強調(diào)的是電磁軸承的靜態(tài)工作點的問題。對于垂直方向自由度來說，由于上下電磁鐵的幾何結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)都對稱，而由于轉(zhuǎn)子自身重力的原因，如果轉(zhuǎn)子的靜態(tài)工作點設(shè)置在幾何中心處，上下電磁鐵的磁力相等，這樣就無法平衡轉(zhuǎn)子自重。轉(zhuǎn)子靜態(tài)工作點的選取可以分為兩種方式，一種是電流調(diào)節(jié)方式，一種是位移調(diào)節(jié)方式:

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 刁煥勇;磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng)轉(zhuǎn)子支承部件研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

2 談?wù)?飛輪儲能驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];天津大學(xué);2012年

3 王宗田;立式飛輪電池分立式磁浮轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)設(shè)計與仿真[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號：2723569