电磁轴承支撑下的飞轮转子系统运动特性研究

摘要

飞轮储能技术是一种具有储能密度大、连续性能好、能量转换效率高，使用寿命长以及环境友好性好等优点的新型储能技术。本文以飞轮储能技术研究与应用为背景，以600Wh样机为实验基础，对飞轮储能系统中的飞轮转子系统的结构以及其运动稳定性进行重点研究。
　　根据飞轮储能系统中飞轮转子系统的结构特性与高速转子的运动特性，对其进行运动稳定性影响因素分析。将设计要求的动平衡量与飞轮转子系统的转速、偏心距与离心力的关系进行了分析，通过分析转子偏心产生的涡动现象与高速转子的陀螺效应现象，阐述两者对飞轮转子系统稳定性的影响。
　　在飞轮储能系统中主动电磁轴承的支撑特性基础之上，建立了飞轮转子系统的刚性动力学模型与结构支撑力学模型，分析了主动电磁轴承的等效刚度、等效阻尼在交叉反馈控制方法中对陀螺效应的抑制作用。针对轴向电磁轴承与径向电磁轴承在对飞轮转子系统运动姿态控制上的联系，建立了耦合力学方程，通过仿真分析了轴向电磁轴承物理参数与飞轮转子系统结构参数对径向电磁轴承控制的影响，并根据耦合作用对飞轮转子系统运动稳定性的影响，对轴向电磁轴承进行了结构改进。
　　研究了飞轮转子系统不同转速下的运动特性，对飞轮转子系统稳定转动的工作状态下轴、径向的振动进行对比，分析了影响飞轮转子系统轴、径向运动稳定性的主要因素，并对不同频段的干扰进行分类与比较，根据实验数据分析了不同干扰对飞轮转子系统稳定性影响的权重。
　　通过对飞轮转子系统进行实验而得到的上径向主动电磁轴承处轴段运动不平衡响应较小，下径向主动电磁轴承处轴段运动不平衡响应较大的实验现象进行分析，考量转子陀螺效应的支撑点，对飞轮转子系统的推力盘—轴向电磁轴承系统位置进行改进，并对优化前后的飞轮转子模型的结构力学性能进行了仿真比较。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 选题的背景及意义

1.2 转子动力学及磁轴承支撑稳定性研究现状

1.3 研究内容

第二章 飞轮转子运动稳定性分析

2.1 飞轮转子系统模型及运动参数

2.2 飞轮储能系统刚性转子坐标系建模

2.3 转子失稳运动

2.4 转子稳定性图示分析方法

2.5 本章小结

第三章 主动电磁轴承支撑性能分析

3.1 刚性飞轮转子动力学建模

3.2 主动电磁轴承支撑特性

3.3 主动磁轴承对飞轮转子稳定性影响

3.4 本章小结

第四章 飞轮转子系统运动响应分析

4.1 飞轮转子径向动态特性

4.2 飞轮转子轴向动态特性

4.3 飞轮转子振动分析

4.4 本章小结

第五章 飞轮转子系统结构改进

5.1飞轮转子系统结构对陀螺效应影响分析

5.2 飞轮转子结构改进

5.3 结构改进仿真分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢