用于微飞轮的永磁平面微电机多目标优化设计

考虑到尺寸效应对永磁电机磁、热性能的影响,给出了一种用于微小动量飞轮的无铁心无刷永磁平面微电机的多学科设计方法。利用多学科优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS,对电机进行多学科设计优化研究。以电机质量、气隙磁密、绕组损耗为优化目标,以几何尺寸、转动惯量等要求作为约束条件进行优化计算。通过多学科设计优化,电机质量减小了28.03%,气隙磁密增加了2.9%,绕组损耗减小了2.6%,提高了设计效率,在永磁微电机的设计中具有现实意义。

超导磁悬浮微飞轮系统设计与功耗分析

针对飞轮系统在高转速时功耗大的问题,设计了基于超导磁悬浮轴承的微飞轮系统样机,研究了超导磁悬浮轴承对飞轮系统功耗的影响.微飞轮系统采用超导磁悬浮轴承作为支撑机构,以平面直流无刷电机作为驱动装置,在保证超导轴承场冷高度和电机间隙的条件下设计真空系统,通过搭建飞轮能耗实验平台,对超导磁悬浮飞轮系统的功耗进行分析,并通过测试不同场冷高度下的飞轮系统降速曲线,研究场冷高度对超导磁悬浮轴承的摩擦损耗影响.实验结果表明,在同样功耗下飞轮转子的最高转速可达到33 000r/min,在15 000r/min时超导磁悬浮轴承的功耗仅为机械飞轮系统功耗的1/7,并可以通过增加场冷高度进一步减少系统功耗.超导磁悬浮技术可以满足飞轮系统高转速、低功耗的要求.

用于微飞轮的永磁平面微电机多目标优化设计

考虑到尺寸效应对永磁电机磁、热性能的影响,给出了一种用于微小动量飞轮的无铁心无刷永磁平面微电机的多学科设计方法,即利用多学科优化软件iSIGHT之有限元分析软件Ansys对电机进行多学科设计优化研究,以电机质量、气隙磁密、绕组损耗为优化目标,以几何尺寸、转动惯量等要求作为约束条件进行优化计算。通过多学科设计优化,电机质量减小了28.03%,气隙磁密增加了2.9%,绕组损耗减小了2.6%,提高了设计效率,在永磁微电机的设计中具有现实意义。

微纳姿控飞轮油、脂润滑下功耗及寿命分析

为了满足体积小、质量轻的微纳姿控飞轮空间条间下长寿命的润滑要求,提出应用微量脂润滑的方式为微纳飞轮提供润滑,通过实验分析不同量油脂润滑下的功耗、温升变化、挥发率及寿命。结果显示:微纳姿控飞轮的轴承功耗和润滑剂的用量密切相关,减少润滑剂的用量可以使润滑剂的无用流动减小,功耗明显降低;微量脂润滑(脂用量占轴承空腔的30%)下的功耗小于油润滑下的功耗,且易于实现飞轮轴承的高精度稳速控制;脂润滑由于比油润滑的功耗大且脂热交换能力差,故温升比油润滑高,在飞轮典型的3000～6000r/min的工作转速范围内,微量脂润滑下的温升为5.2～8.5℃;真空条件下微量脂润滑条件下润滑脂的挥发损失率随时间而减小,最终稳定在一很小的挥发值,完全能够满足空间条件下微纳卫星的寿命要求。

飞轮微振动的准零刚度多向隔振方法

针对航天器飞轮微振动的低频隔振难题,提出了基于准零刚度机理的多自由度非线性隔振方法。建立基于准零刚度支杆的Stewart隔振平台的动力学模型,通过增量谐波平衡(incremental harmonic balance,IHB)法分析了支杆刚度、激励力和力矩幅值对隔振性能的影响。在四自由度飞轮线性扰动模型的基础上,建立飞轮和隔振平台的耦合动力学模型,并用数值仿真分析了隔振效果。结果表明:该隔振方法能避免传统线性隔振在低频处的扰动放大现象,提升低频隔振性能,实现飞轮的全转速隔振,并且飞轮角位移响应幅值能满足动量矩矢量的指向精度要求。

磁悬浮微框架球形飞轮及其转子优化设计研究

为了克服现有外转子方案因螺钉连接而增加转子系统不平衡量的缺点,提出一种内转子结构磁阻力-洛伦兹力混合力构型的磁悬浮微框架球形飞轮。介绍了飞轮结构和工作原理,分析了转子系统控制模型。研究结果表明,当转子质心、球心和检测中心重合时,可消除平动悬浮对径向偏转控制的干扰,简化控制器设计。在考虑转子最大等效应力、1阶共振频率、极地与赤道转动惯量比和极转动惯量的基础上,增加转子最大变形量和质心与球心偏差两个约束变量,并筛选高灵敏度参数作为优化设计变量,以转子质量最小为优化目标,对其进行多学科优化设计。优化结果表明:在满足设计要求的前提下,转子质量由5.600 kg减小为5.389 kg,减小了3.8%;此优化设计方法提高了飞轮转子设计效率,利于系统实现高控制力矩精度。