飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)電機(jī)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、作為一種新型的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)裝置，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在能量密度、功率密度、轉(zhuǎn)換效率、使用壽命、充電時(shí)間、放電深度、對(duì)環(huán)境的影響等諸多方面具有較大的綜合優(yōu)勢(shì)，因此已成為近幾年的研究熱點(diǎn)并取得了飛速的發(fā)展。
　　隨著人們對(duì)儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)容量的需求越來越大，高儲(chǔ)能已經(jīng)成為飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。但對(duì)于高儲(chǔ)能指標(biāo)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，較高的應(yīng)力造成的機(jī)械強(qiáng)度問題，較低的臨界轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的軸系振動(dòng)問題，較高的電頻率與嚴(yán)格的效率要求所帶來的電機(jī)設(shè)計(jì)

2、問題，都已變得無法回避。針對(duì)以上問題，本文進(jìn)行了以下研究工作：
　　綜合考慮儲(chǔ)能指標(biāo)、應(yīng)力水平、軸系振動(dòng)、制作成本等問題，設(shè)計(jì)了立式結(jié)構(gòu)、磁浮卸重、機(jī)械軸承徑向支承、轉(zhuǎn)子中空的金屬飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，并分析了該設(shè)計(jì)方案的可行性。
　　針對(duì)高效電機(jī)設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)了適用于中空飛輪結(jié)構(gòu)的雙轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，推導(dǎo)了內(nèi)、外氣隙磁密解析式、主電抗解析式以及特定極槽配合下的槽漏抗解析式。采用電磁場(chǎng)有限元法進(jìn)行了電機(jī)空載時(shí)磁場(chǎng)分布、反電勢(shì)、齒槽轉(zhuǎn)

3、矩以及負(fù)載時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值計(jì)算?；诜蛛x鐵耗模型計(jì)算了鐵心損耗及運(yùn)行效率，計(jì)算結(jié)果表明由于該雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)省去了定子軛部，使得空載時(shí)鐵心損耗大大降低，待機(jī)效率大大提高。
　　針對(duì)機(jī)械強(qiáng)度問題，采用結(jié)構(gòu)有限元法對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行了應(yīng)力分析，并根據(jù)得到的徑向、周向、軸向應(yīng)力計(jì)算了第一、第二、第三主應(yīng)力，然后合成出von Mises應(yīng)力，采用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行了機(jī)械強(qiáng)度校核。
　　針對(duì)軸系振動(dòng)問題，采用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)有限元法計(jì)算了飛輪