含电涡流阻尼器与大承载永磁悬浮轴承的储能飞轮转子动力学研究

从研制带电涡流阻尼器的大承载永磁悬浮轴承、建立大容量永磁悬浮轴承储能飞轮系统的动力学模型等方面着手，研究解决申请者提出的"永磁悬浮－动压螺旋槽轴承混合支承的储能飞轮系统"在大容量储能应用中存在的问题。基于机电分析动力学理论，建立储能飞轮转子系统机-电-磁参数耦合动力学模型，将永磁轴承、电机参数引入到储能飞轮转子动力学模型中，突破传统建模方法忽略电磁参数对系统动态稳定性影响的缺陷，为大储能量飞轮系统机-电-磁参数匹配设计建立新理论与方法；研制一类新型含涡流阻尼器的大承载永磁悬浮轴承，大幅度提高单位质量永磁体的承载能力，电涡流阻尼器解决单频的摆动式悬挂油室阻尼器存在有效工作频率范围较窄问题；研制本体重量300kg、功率10kW储能飞轮原理样机，开展飞轮转子系统机-电-磁参数耦合动力学试验。本项目研究一旦获得技术突破，可望得到一类储能量大、结构简单、功耗低、寿命长等新型飞轮储能系统。

飞轮储能作为一类新型的电能转换与存储方式，已成为国内外的研究热点。针对当前储能飞轮系统及其支承方式发展现状，本项目提出了永磁轴承－螺旋槽轴承混合支承的新型高速储能飞轮系统。.本项目主要研究内容：储能飞轮转子-轴承系统动力学建模与试验研究、动压螺旋槽轴承设计与试验研究、大承载永磁轴承力学设计与试验研究、低频悬挂式振动阻尼器设计与性能测试研究、复合材料飞轮转子强度分析与优化设计等。研究结果表明：飞轮转子在越过一阶临界转速200rpm后，至最高转速20000r/min范围内，运行平稳；动压螺旋槽轴承在300r/min时能形成全流体动压膜，在20000r/min摩擦功耗仅有60W；低频悬挂式阻尼器能有效地抑制转子低频进动。.本项目提出的新型飞轮储能系统，结构简单、成本低、转换效率高、待机损耗小、放电深度好、寿命长和工作环境温度适应性强，可作为不间断供电（UPS）电源，也为下一步电力调峰提供技术储备。