飞轮储能用高效磁轴承的基础研究

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1、学校代码：１０２８６分类号：＂３＇３＿巧＊密级：公开ＵＤＧ：６２１．３＇学号？：Ｉ１９Ｊ７９‘一－一一来兩大嗦博±学位论文飞轮储能用高效磁轴承的基础研究研究生姓名：王抗导师姓名：抹鹤５教授王东教巧申请学位类别工学ｔｉｌ±学化巧予单化东巧大学￣级学科名称电气工捏论文答辩日期２０巧化１１月１９日二级学科名称ｆｏｌ与电活学位授予日期ｉｆｌ２０年月日答辩委员会主席郊各桌里嚴评阅人盲巧２０１５年１１月

2、乘兩扛ｆ博±学位论文飞轮備能用高效败曲承的基础研究专业名称：电气工涯研究生姓名；王抗导师姓名：林鹤云王东本论文获国家自然科学基金项目５１１３７００５）资助。（ＳＴＵＤＹＯＮＨＩＧＨＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹＭＡＧＮＥＴＩＣＢＥＡＲＩＮＣＦＯＲＦＬＹＷＨＥＥＬ＾ＥＮＥＲＧＹＳＴＯＲＡＧＥＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒ

3、ｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇＢＹＷＡＮＧＫａｎｇＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂｙｐＰｒｏｆ－．ＬＢＶＨｅｙｕｎＰｒｏｆ．ＷＡＮＧＤｏｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１５，东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进巧的研巧工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中惦别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过

4、的研巧成果，也不包含为获得东南大学或其它教會机构的学位或证书而使用过一的材料。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献巧已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。曰掀ｚｗ年、，》同研究生签名：王日期；东南大学学位论文使用授巧声明东南大学、中国科学技术信息研巧所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可Ｗ采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内一容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ公布（包括刊登）论文的

5、全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研巧生院办理。３导师综ｆ日期：Ｗ＞句咱研巧生签名；支化名搁砰／＾摘要一磁轴承是种利用电磁力实现转子悬浮的机电系统。无接触、化损耗，具有可控刚度和阻尼的磁轴承是飞轮储能系统的关键技术之一。鉴于飞轮储能系统在智能电网技术、新能源发电技术、航空航天技术、不间断电源技术Ｗ及脉冲电源技术等领域所展现出的广阔，对磁轴承进巧基础研究具有重要的理论研究意义和工程应用价值应用前景。本文综述了磁轴承的国内外研巧现状，对磁轴承

6、的工作原理、电磁场计算方法、控制方法的研巧进展进行了探讨。本文详细分析了飞轮储能系统对转子支承系统需求，针对飞轮储能系统频繁加减速，长时间连续运行的特点，选择了主动式磁轴承作为飞轮储能转子的支承系统，，选择了永磁体产生永磁。为了降低磁轴承的损耗提高磁轴承的结构紧凑型偏置磁场。对独立式永磁偏置径向、轴向磁轴承的巧化结构、电磁场解析模型、数学模型与控制系统展开了研巧。论文的工作主要包含Ｗ下几个方面：Ｉ介绍了永磁偏置同极式径向磁轴承（径向磁轴承）的结构和工作原理，依照径向磁轴承

7、的结构特征，采用子域法，结合周期性边界条件，建立了气隙永磁偏置磁场的解析模型。将电励磁磁场简化为二维平面电磁场，采用面电流模型，建立了电励磁磁场的解析模型。，采用保角变换法建立了端部磁场的解析模型将径向磁轴承的端部结构简化为直线模型。通过对端部磁场不同区域的划分，建立了考虑齿槽效应的轴向电磁力计算模型。采用有限元软件对径向磁轴承的Ｈ维静磁场进行了仿真，仿真结果验证了解析模型的有效性。本文首先对径向磁轴承所使用的磁性材料的直流磁化曲线进行了测试。对磁力线路径进行了预测，建立了包

8、含齿槽效应、转子偏必Ｗ及磁材料线性磁阻的径向磁轴承磁路模型。Ｈ维有限元分析的结果验证了基于磁路模型的气隙磁场和电磁力特性计算结果，进而证明了在实际控制系统中，可Ｗ认为径向磁轴承的两个自由度是相迂解賴的。针对飞轮储能系统的转子动力学需求、，考虑到永磁电机的偏屯力和转子不平衡质量引发的不平衡力，对转子各个姿态之下的径向磁轴承最大电磁力需求进行了计算。对磁轴承的电励磁和永磁励磁比例进行了研究。对径向磁轴承进行了电磁设计，确定径向磁轴承的主要尺寸，并给出了