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摘 要

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 飞轮储能的简介 1

1.2 飞轮储能与高速电机的结构原理 2

1.3 飞轮储能国内外研究现状与应用 3

1.4 课题设计目的与主要内容 4

第二章 双凸极电机与轴向磁通电机结构原理 6

2.1 传统双凸极电机基本结构和背景技术 6

2.2 双凸极电机的数学模型 7

2.3 双凸极轴向磁通电机的结构和原理 12

第三章 飞轮储能用电励磁定子分块轴向磁通电机的设计 15

3.1 电机设计要求和方案 15

3.2 电机几何模型 16

3.3 电机结构设计与参数计算 17

第四章 电机结构有限元仿真 26

4.1 静态仿真 26

4.2 动态仿真 32

第五章 总结 38

5.1 设计总结 38

5.1 设计成品 39

5.2 不足与展望 39

参考文献 41

致 谢 44

摘 要

在能源资源日趋紧张的今天，我们需要在两个方面进行探索，一是找到新的能源，是“开源”，二是寻找能量存储和利用效率更高的生产方式，即“节流”。飞轮储能就是其中一种新颖的能量转换存储方式。飞轮储能有着储能密度高，能源利用率高，充能方便等特点，可以应用于电源、电厂等电力环境下。在飞轮储能系统中，担任能量转换职责的电机是非常关键的原部件，直接关系到能量输入输出的能力。

本文设计介绍了一种新式的飞轮储能系统用电机结构——分块式双凸极轴向磁通电励磁电机，从几何构造、机电性能、生产工艺等多个方面迎合飞轮系统工作的环境。具体工作如下。

首先，文章介绍了飞轮储能的结构、应用，并阐述了工作原理，推导分析出了飞轮储能系统的运行特性和要求，遴选出合适结构的电机。结合具体问题来制定简要的设计说明，如材料、大略尺寸，电压等级等，产生新式电机的雏形。

其次，文章结合双凸极电机运行的数学模型，结合简要设计说明，分析了新式电机的具体工作的物理过程，绘制了理想波形图，建立了磁路模型，采用等效磁路法对具体的结构参数进行计算，如凸极齿宽、定子内外径等几何数据，并绘制三维示意图和标准三视图。

最后，文章采用计算机有限元仿真法（Ansys Maxwell软件）对新式电机结构做出验证：利用静态仿真观察电机气隙磁密度，利用暂态仿真观察电机的机电运行特性，如磁链变化和电枢反应电动势波动，与理想波形图做出比较判断结构合理性。

文章的设计结果表明，本文设计的定子分块式电励磁双凸极轴向磁通电机结构，其仿真结果导出波形图和理想状态下的波形分析对比近乎一致，表明电机的物理结构得到了证明，结构设计方案可行。

关键词： 新式电机 轴向磁通 双凸极 飞轮储能 有限元仿真

ABSTRACT

Nowadays, with the increasingly tense of energy resources,we must conduct research in two ways:finding new type of energy resources or improving utilization efficiency.Flywheel energy storage is a brand new energy storage system,featured with high energy density,high using efficiency and being easy to charge,which can be used as batteries or generators in plants.The motor play an important role in the whole storage system,effecting on its ability directly.

This paper will introduce a brand new type of block-type motor structure，which featured in doubly salient magnetic flux excitation structure in order to cater those special needs of flywheel power storage system.Specific contents are as followed.

Firstly, this paper introduce the tradition motors’ structure and applications ,analyse the working principle, make the reduction about the requirements and operating characteristics.It also decides the appropriate structure and develops a design-draft ,which main content contains materials，size and voltage level.

Secondly, this paper analyse the working progress combined with its mathematical model and draft design, draw the ideal waveform, build the magnetic circuit model in order to calculate parameters，such as width of convex pole tooth and radius.

Finally, this paper verify the above structure with finite element simulation（Ansoft Maxwell），observe the air gap magnetic density in magnetical mode and the electromechanical characteristics in transient mode，comparing results with the ideal waveform.

The paper showed that the new structure are appropriate and reasonable because those two waveforms are corresponded perfectly.

KEYWORDS: New type of motor structure Axial flux Flywheel Finite element simulation

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