为探究磁轴承飞轮储能系统运行过程中电机启停瞬间输入端激励对系统动力学的影响,运用麦克斯韦电磁理论,推导轴向磁轴承电磁力随位移偏移量变化的表达式,基于Lagrange-Maxwell动力学方程,建立综合考虑输入端激励幅值、激励频率、等效时变刚度、轴向电磁力等因素的磁轴承飞轮储能系统非线性动力学模型,分析输入端激励振幅与频率对系统稳定性的影响规律。研究结果表明,随着电动机输入端激励的变化,系统呈现出明显的非线性动力学现象,对构建符实的磁轴承飞轮动态特性分析模型和整机系统参数的优化设计提供了理论基础。

以城际交通的动能制动回收飞轮储能装置为工程背景,分析地铁出站加速运行时,地面振动对飞轮储能装置转子的影响。首先,利用整体法和能量法,在定子基础振动和转子不平衡力的基础上,通过拉格朗日方程建立了包含飞轮电池基础振动的八自由度刚性模型。然后,利用MATLAB软件中的ode函数,进行模型仿真和分析。结果表明,在外部激励和转子自身不平衡振动的影响下,转子会出现诸如概周期、混沌等丰富的非线性振动现象。转子在高速条件下还会出现"拍振"现象。磁悬浮转子的最大稳定转速为3980rad/s。当超过临界转速后,转子的振动幅值和共振频率会小幅度增大。

洛伦兹减摇稳定平台轴向支撑采用球面滚珠轴承和支撑体组件,由于加工误差、机械磨损、润滑油泄漏和外界温度变化等因素,存在非线性摩擦力。针对洛伦兹减摇稳定平台受到的可变摩擦力干扰,建立了基于洛伦兹磁轴承工作原理的偏转动力学方程,引入LuGre摩擦模型。采用二自由度内模控制的方法对平台偏转系统控制器进行设计,并进行了MATLAB仿真实验,实验结果表明,二自由度内模控制系统具有较好的动态性能和抗干扰能力,适合用于实现洛伦兹减摇稳定平台的快响应和抗干扰控制。

为了满足磁轴承对储能飞轮的不同设计需求,以八极定子的径向电磁轴承为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL,对径向电磁轴承的三维模型进行参数化建模,并利用APDL程序实现对不同设计参数的径向电磁轴承实现快速求解仿真,并且通过设置变量范围能快速对磁轴承承载力和磁通密度进行计算分析,为实现径向电磁轴承的快速响应设计,提高设计效率。

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动，影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度，本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法。首先，对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承一转子系统进行建模；接着，设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩；然后，利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号，降低观测器的阶数；最后，将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器，对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿。仿真和试验结果均表明，设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测，通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿，减少了72％的同频振动。

设计了一种新型磁悬浮轴流血泵，使用圆锥型磁轴承以避免由动静部件接触摩擦引起的血栓问题，其结构小巧紧凑并利于磁悬浮的实现．利用数值方法对血泵内的流场进行了模拟，加装出口导叶以改善血泵内部流场，得到了血泵的水力性能曲线及泵内压强、壁面切应力的分布．验证了转子和泵壳间的狭缝中存在与主流方向相反的逆向稳定冲刷流动，避免了狭缝内流动停滞，减少了血栓形成几率．给出了一种利用数值方法计算溶血指标的方法，并通过溶血指标的计算评价了血泵内的溶血程度，发现雷诺切应力是导致溶血的主要原因．

风力发电机是将风能转化为电能的关键设备,其组件性能决定了风力发电机的性能和发电效率。详细阐述了新型风机转轴的主要组件磁轴承和磁齿轮的研究现状,介绍了风力发电机的控制系统,对了解国内外风力发电机的研究现状与发展趋势以及对风力发电技术的研究具有指导价值。

提出了一种吸力型永磁悬浮承载平台,拟用于调谐质量阻尼器质量块的支承与引导。对构成平台的磁阵列对的工作原理、磁路分布及磁路优化进行分析,提出磁阵列对的磁力解析模型,使用解析模型和Ansoft Maxwell仿真模拟的方法对磁阵列对结构的承载能力进行分析,结果表明,该磁阵列对的承载力及刚度能够达到承载平台的设计要求。

飞轮储能作为一种新型的电能储备技术正受到越来越多的关注,它具有储能密度大、充电快、高效无污染、使用寿命长等优点,应用的范围遍及交通、供电、军工、航空航天等领域。介绍了飞轮储能系统的工作原理及常见的结构;从增加系统储能容量与降低损耗的角度出发分析飞轮储能系统的关键技术,其中对几种常用于飞轮储能的支承技术尤其是磁轴承技术进行了较为详细的阐述;基于该系统在不同领域内的优势,介绍了飞轮储能系统在国内外的应用;最后,根据目前飞轮储能技术的不足和市场的需求提出了其未来发展趋势。

以模态分析的相关理论为依据,在Hyper Mesh环境下建立了某磁悬浮储能飞轮模态分析模型,利用Radioss求解器求解并提取前6阶固有频率与振型。利用springs单元模拟磁轴承,利用bolt单元与接触单元contact装配零件使计算模型更加接近实际储能飞轮装置。利用单自由度法对系统进行实验模态分析。计算分析结果表明,磁悬浮储能飞轮在低频段的振动模态主要为转子的刚性偏转,在高频段的振动模态主要为定子弯曲与轴向上下振动、转子弯曲振动。模态分析结果为磁悬浮储能飞轮的动态性能研究、结构总体设计优化以及系统控制策略建立提供了重要理论依据。