2019年电磁轴承技术与储能飞轮.pdf

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1、飞轮储能主体技术研讨会 2019电磁轴承与储能飞轮主要内容 1.磁轴承基本特点 2.磁轴承应用研究现状 3.储能飞轮与磁轴承 4.飞轮磁轴承应用进展现状 5.飞轮磁轴承主要议题 6.小结 引言:磁场力实现支承功能 利用磁场实现无接触的支承功能也是人类由来已久的梦想，借助自然界的磁现象及人类探索自然的成果积累，人们可以增强与精确控制磁场从而有效加以利用。将原本不稳定系统通过反馈控制实现稳定并逐步使之具有实用功能。磁轴承分类 AMBActive Magnetic Bearing PMBPermanent Magnetic Bearing SMBSuper-conducting Magnetic B

2、earing HMBHybrid Magnetic Bearing 电磁轴承 永磁轴承 超导磁轴承 混合磁轴承 电磁轴承基本组成结构（S2M）电流式或 电压式 模拟或数字电路实现 软磁材料 非接触式位移传感器 1 1 1 1 4 2 2 2 1 1 2 2 径向、轴向电磁轴承结构 超导磁悬浮（轴承）麦斯纳效应 迈斯纳效应又叫完全抗磁性效应导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零。2 1 3 4 5 径向 轴向 径向 径向 径向 电磁轴承转子组成 5 自由度主动控制自由度主动控制 电磁轴承性能特点优点 1)无机械接触、微“摩擦”、无磨损（间隙范围：0.110mm）a)

3、允许转子高速运行，提供了新的设计思路，提高功率密度，b)低运行损耗，小于通用轴承520倍，c)长寿命、低运行维护费用 尤其适合透平类机组，2)无须润滑、密封、可在任意介质中运行；可在真空中运行，成为储能飞轮重要的支承解决方案之一 3)转子动态性能可控，减震、隔振、过临界，a)运行精度可控 传感器的分辨率？b)提高运行可靠性 在线诊断、监测等手段，c)利用电磁轴承可以实现转子、结构未知特性的辨识。性能特点局限性 1）电磁铁会饱和，承载能力有限，几乎无过载能力 2）受驱动功率限制，执行器有效带宽 （电磁力摆率）有限，3）存在坠落的可能性，需要专设防护 措施；4）某些方面，如，安全性、可靠性、能量消

4、耗、优化设计等，通用而系统性的设计方法尚有不足，仍需大量的工作 面临挑战面临挑战 电磁轴承或混合磁轴承作为储能飞轮支承解决方案 一、技术问题 二、基础理论 储能飞轮选用磁轴承的特殊性 结构形式多样化 真空密闭环境 极低功耗 低阻力矩 高转速与强陀螺效应 安全性与可靠性（跌落防护）飞轮磁轴承应用现状 1.航天飞轮支承 2.小型储能支承 3.大型储能飞轮支承 4.移动基础飞轮支承 5.现代飞轮飞轮电池（包括电磁弹射）：支承必须维持大功率快速充放电过渡过程中转子稳定性 附录：国内外储能飞轮磁轴承研究调研 在大型涡轮机械领域，电磁轴承已经近30年的运行历史 储能飞轮磁轴承的技术要求？1.高真空环境下，

5、支承部件（包括转子）温度控制 支承功耗的极小化温度控制与储能效率综合要求 极低阻力矩能量保持时间与温度控制“既要马儿跑得好，又要马儿不吃草”2.反馈控制性能与稳定性 陀螺效应强，导致模态频率变化范围大 有限功耗下的稳定维护 支承基础的结构模态敏感 储能飞轮磁轴承的技术要求？4.磁轴承与总体关系 部件与总体 转子动力学与结构力学 结构的多样化，设计方法不足 紧凑型电力电子设备的电磁兼容性 5.测试评估与验收 ISO14839-1/2/3/4 的借鉴意义 API617-8th 附件E的借鉴意义 6.复合材料飞轮转子支承要求的特殊性 1.结构形式单一，多为圆筒或厚壁圆筒 2.结构中存在薄壁结构，挠性

6、大，动力学特性复杂，（包括扭转动力学）3.高度非线性，如，热温度系数，线性定常系统的假设的动摇；4.辐射散热能力差 5.变形大，导致惯量比变化，进而导致动力学特性变化，控制难度加大 相关基础问题与思考 1)借鉴传统旋转机械有关标准，如何评价电磁轴承转子系统可以交付使用？2)主要的评价内容、评价手段是否与现行标准一致？3)电磁轴承飞轮转子系统的稳定性，如何评价？4)电磁轴承飞轮转子是否也有失稳转速？5)为什么有时转速上不去？悬浮与转动区别？6)为什么有时换个基础平台，转子会失稳？18 相关问题与思考 7)保护轴承转子系统的跌落转子动力学行为的预测与评估设计到可靠性与安全性？8)电控系统能力与动力