轴向分相永磁式磁悬浮开关磁阻飞轮电机及其陀螺效应抑制

基本信息
批准号:51507077
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:朱志莹
学科分类:
依托单位:南京工程学院
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李祖明,周云红,王正齐,朱泱,裴谦
关键词:
飞轮电池陀螺效应磁悬浮开关磁阻电机
结项摘要

To resolve problems of suspension bearing and high-speed operation in a flywheel battery, this project presents a new axial split phase permanent magnet type bearingless switched reluctance flywheel machine(BSRFM), the five degree of freedom suspension with ultra-low power loss and motor/generator operation with high speed can be realized. The research of this project is focused on the structure, parameters, modeling and operation control of this new BSRFM. The relationship between electromagnetic characteristics, system performance and machine parameters is studied, and then the design method of concerned parameters is researched. After that, A hybrid modeling strategy based on the principle modeling and numerical modeling is studied and the exact electromagnetic models under gyroscopic effect, rotor eccentricity and magnetic saturation are built. To provide a theoretical basis for the performance analysis and optimization design of this type bearingless machines. Furthermore, according to the rotor dynamic characteristics, the motion modal characteristic of flywheel rotor under high speed is analyzed and the gyroscopic effect suppression algorithm based on modal decoupling method is designed. So as to provide an effective suspension control method for the high speed bearingless flywheel rotor with good performance and strong stability. An experiment prototype and platform is designed to carry out the experimental research, the experimental results is used to verify the effectiveness of theoretical analysis and to optimize the theory model, so as to establish the basic theory and method for the new axial split phase permanent magnet type BSRFM, and lay a foundation for its practical application, especially in the field of the flywheel battery.

针对飞轮电池悬浮支承与高速运行问题,项目提出了一种集五自由度超低功耗悬浮支承与高速电动/发电一体化运行的新型轴向分相永磁式磁悬浮开关磁阻飞轮电机,并对其电磁性能与陀螺效应抑制问题开展研究。首先基于三维有限元分析电机的电磁特性、性能与结构参数的关系以及相关参数的设计方法;然后,研究机理与数值建模相结合的混合建模方法,构建电机不同工作模式与运行工况下的精确化电磁模型,揭示电机性能与磁饱和、转子偏心以及结构参数等多因素之间的定量关系,为此类电机性能分析与优化设计提供理论依据;在此基础上,从转子动力学出发,分析陀螺效应下转子运动模态特征,设计基于模态解耦的陀螺效应抑制算法,为电机高速稳定悬浮运行提供方法依据;研制实验样机与测试平台,对理论分析进行实验验证,并根据实验结果优化理论模型,从而建立起轴向分相永磁式磁悬浮开关磁阻飞轮电机基本理论与方法,为该电机实际应用,尤其是在飞轮电池领域的应用奠定基础。

项目摘要

项目针对高性能储能电池的应用需求,充分利用前期在磁悬浮电机和飞轮储能方面的研究基础,对飞轮储能用磁悬浮支承与能量转换系统进行研究,提出了轴向分相永磁式磁悬浮开关磁阻飞轮电机及其陀螺效应抑制控制策略。. 项目分析了该电机运行机理及其电磁特性,采用三维有限元方法分析得到了电机性能随关键参数变化的一般规律,并提出了基于参数敏感性分析和智能优化算法的电机参数优化设计方法,解决了轴向分相拓扑结构运行机理与电磁设计问题;分析了飞轮转子偏心和磁路饱和对飞轮支承和传动系统模型的影响,研究提出了机理与数值建模相结合的混合建模算法,并构建了电机在偏心和磁饱和下的径向悬浮力、电磁转矩和发电电压模型,弥补了单一机理建模在复杂工况下的模型失配问题;研究构建了含有陀螺力矩项的磁悬浮飞轮转子动力学模型,提出了基于分散控制与反馈线性化逆集中控制相结合的模态解耦算法,实现了基于模态解耦的磁悬浮飞轮转子陀螺效应抑制控制。在理论研究和仿真分析基础上,项目开展了原理样机研制及其高速数字控制系统设计等实用性内容研究,对推进轴向分相磁悬浮飞轮电机的应用,尤其在飞轮储能系统中的应用具有重要意义。. 项目通过理论、仿真和实验研究,在轴向分相永磁式磁悬浮开关磁阻飞轮电机拓扑结构、电磁特性与参数优化、数学模型与陀螺效应抑制控制等方面取得了较为丰富的研究成果。申请发明专利20件,其中PCT申请2件、授权国家发明专利3件,发表SCI检索论文7篇、EI检索论文7篇;协助指导博士生2名、硕士生4名。在相关理论方法和成果支撑下,项目负责人获江苏省科学技术二等奖1项(排名第3),入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师和江苏省“六大人才高峰”高层次人才培养。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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