磁悬浮储能飞轮系统研究进展.pdfVIP

第31卷 第1期 低 温 与 超 导 Vol.31 No.1 CRYOGENICSANDSUPERCONDUCTIVITY F6.2003 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3A 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(NASA)Glenn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8.27GPa)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(UPS)、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 2.1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。 2.2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)Jm (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=9.8Xk,Xadp (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(CFRP)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 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 电书11发电娜 径向轴承 苏2之 入，叮之 妞 碍 仍 ﹃ 一 1 图I 飞轮模块简图