文档介绍：第 31 卷第 1 期低温与超导 V ol3 N o1
C R Y O G E N IC A N S U P E R C O N D U C T IV IT Y F 6 2003
2003 年2 月
磁悬浮储能飞轮系统研究进展
周宇蒋书运
(东南大学机械系,南京,210096) 了日侈3 A
赵雷
(中国电子科技集团公司第 16 研究所,合肥,230043)
摘要:介绍了飞轮的基本结构阐述了飞轮磁悬浮轴承的原理和特性,描述了国内外飞轮储能技术的研究开发现状;还简
要介绍了该技术国内外的发展难点及今后的发展方向。
关性词飞轮储能超导磁轴承电磁悬浮轴承复合材料飞轮电池
1 引言
飞轮储能思想早在一百年前就有人提出,但是由于当时技术条件的制约,在很长时间内都没有突破。直到
20 世纪 60^-70 年代,才由美国宇航局(N A SA )G lenn 研究中心开始把飞轮作为蓄能电池应用在卫星上到了
90 年代后,由于在以下 3 个方面取得了突破,给飞轮储能技术带来了更大的发展空间。
( 1) 高强度碳素纤维复合材料(抗拉强度高达 827G Pa)的出现,大大增加了单位质量中的动能储量(2)
磁悬浮技术和高温超导技术的研究进展迅速,利用磁悬浮和真空技术,使飞轮转子的摩擦损耗和风损耗都降到
了最低限度。(3) 电力电子技术的新进展,如电动/发电机及电力转换技术的突破为飞轮储存的动能与电能之
间的交换提供了先进的手段。
储能飞轮是一种高科技机电一体化产品,它在航空航天(卫星储能电池,综合动力和姿态控制〕、军事(大功
率电磁炮)、电力(电力调峰)、通信(U PS)、汽车工业(电动汽车)等领域有广阔的应用前景。
2 飞轮储能系统的工作原理和基本结构
飞轮储能的工作原理:
通过电动/发电互逆式双向电机,电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存,并通过调频、整
流、恒压与不同类型的负载接口。
飞轮储能系统的蔫本结构
飞轮贮能系统是由高速飞轮转子、磁轴承系统、电动/发电机、电力变换系统和真空罩等部分组成。图 1为
飞轮储能系统模块示意图。
( I) 飞轮本体
飞轮转子是飞轮储能系统的一个重要的组成部分。飞轮内的能量 E 用下式表示:
E = (1/2)J m (1)
式中:J :飞轮转子轴转动惯量。。:飞轮转子角速度(rad/s)o
飞轮单位重童存贮的能量:。= E /M = k,X ad (2)
式中:k 为飞轮形状系数;as为飞轮产生的最大周向应力;P 表示飞轮材料的比重;M 为飞轮转子质量从
储存能It 的角度来看,E 越大越好;从减轻轴承负荷来看,M 越小越好。根据公式(1),(2),飞轮材料最好是选
取do/p 大的材料。通常碳素纤维材料(CFR P)的o,加比强度比其它材料高,所以现在一般都采用超强碳纤维等
墓金项目:国家自然科学基金(50275013)
收稿日期:2002- 09- 23
第工期周宇等:磁悬浮储能飞轮系统研究进展
轴向轴承
飞轮转子
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径向轴承
苏2之入,叮之
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催图2
图 I 飞轮模块简图超导抗磁性图解
纤维(或玻璃纤维)—