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磁悬浮飞轮转子系统动态试验分析

周元伟 任正义 黄同 马燕芹

周元伟, 任正义, 黄同, 马燕芹. 磁悬浮飞轮转子系统动态试验分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 344-350. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180190
引用本文: 周元伟, 任正义, 黄同, 马燕芹. 磁悬浮飞轮转子系统动态试验分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 344-350. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180190
Zhou Yuanwei, Ren Zhengyi, Huang Tong, Ma Yanqin. Dynamic Analysis and Experiment of Magnetic Suspension Flywheel Rotor System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 344-350. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180190
Citation: Zhou Yuanwei, Ren Zhengyi, Huang Tong, Ma Yanqin. Dynamic Analysis and Experiment of Magnetic Suspension Flywheel Rotor System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 344-350. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180190

磁悬浮飞轮转子系统动态试验分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180190
基金项目: 

国家"863"高技术研究发展计划项目 2013AA050802

详细信息
    作者简介:

    周元伟(1989-), 硕士研究生, 研究方向为机械惯性储能关键技术, zhouyuanwei@126.com

    通讯作者:

    任正义, 教授, 博士, Renzhengyi@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TH133.7

Dynamic Analysis and Experiment of Magnetic Suspension Flywheel Rotor System

  • 摘要: 以600 Wh飞轮储能系统为研究对象,为计算飞轮转子系统的临界转速分布及评估在高转速下运动稳定性,采用SolidWorks进行三维建模并导入有限元软件SAMCEF Rotor求解其临界转速和模态振型。对飞轮储能系统进行升降速试验采集动态试验数据并通过时域图、频域图、轴心轨迹图进行分析。将有限元分析与试验数据进行对比,结果表明:飞轮转子系统在临界转速时振幅明显大于稳定转速时,在工作转速中,轴心轨迹重复性较好,没有超过气隙值0.3 mm,稳定性良好,为不同储能飞轮转子的改善和设计提供参考和依据。
  • 图  1  储能飞轮整体结构简图

    图  2  飞轮转子系统示意图

    图  3  直径向主动电磁轴承控制图

    图  4  电磁轴承等效支承特性图

    图  5  网格划分

    图  6  不同涡动频率的坎贝尔图

    图  7  飞轮转子临界转速下阵型图

    图  8  飞轮储能系统试验

    图  9  上径向磁轴承振动图(2 560 r/min)

    图  10  下径向磁轴承振动图(2 560 r/min)

    图  11  上径向磁轴承振动图(7 300 r/min)

    图  12  下径向磁轴承振动图(7 300 r/min)

    图  13  轴心轨迹图(2 560 r/min)

    图  14  轴心轨迹图(7 300 r/min)

    表  1  模型材料属性

    名称 材料 弹性模量/GPa 泊松比 密度/(Kg·m-3)
    轴承转子 硅钢 70.3 0.33 7 650
    轮毂 铝合金 72 0.33 2 830
    转轴 40Cr 205 0.29 7 800
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    表  2  控制参数表

    参数 名称 数值
    kx 位移刚度系数 -1.44×106 N/mm
    ki 电流刚度系数 174 N/A
    Ka 功放增益 0.01 A/V
    Ks 涡流传感器增益 2.2 V/mm
    Ki 积分系数 0.001
    Kd 微分系数 0.002
    Kp 比例系数 0.006
    Tz 控制器之后时间常数 10-4 s
    i0 初始偏磁电流 2.5 A
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2018-05-21
  • 刊出日期:  2019-03-05

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