[00356792]磁悬浮能量转换系统及其控制关键技术

项目提出的磁悬浮能量转换系统及其控制关键技术，是集电气工程、机械工程、控制工程等多学科交叉应用为一体的研究课题。 研发必要性和意义：磁悬浮能量转换系统主要包括无轴承电机(亦称为磁悬浮电机)、磁轴承及其控制系统，具有无摩擦、无磨损、无需润滑和密封、高速高精、噪声小、寿命长等突出优点，在电动汽车飞轮电池、新能源风力发电、航空航天、高速精密机械加工、涡轮分子泵、无菌车间、真空技术、生命科学等领域已经显现出了极其重要的应用价值。在国外发达国家的飞轮储能系统、新能源风力发电系统、高速高精直驱主轴、密封电机泵等领域均已采用高效无接触的磁悬浮能量转换系统。在中国，电动汽车磁悬浮飞轮电池、新能源风力磁悬浮发电系统、高速精密数控机床直驱主轴、磁悬浮密封泵等关键部件，主要靠国外进口，核心技术被国外垄断，采购成本高，周期长，因此自主研发磁悬浮能量转换系统产品，填补国内空白，打破国外技术封锁，增强国际竞争力，刻不容缓。 主要技术发明成果： 1.电动汽车磁悬浮飞轮电池用无轴承电机系统：发明了多种电动汽车磁悬浮飞轮储能用无轴承电机设计方法，构建了多种无轴承电机拓扑结构，攻克了传统无轴承电机双绕组间存在强耦合的难题，减小了磁悬浮储能系统的轴向长度，提升了转轴横摆控制精度，大大提升了电动汽车加速、爬坡等动力性能以及制动能量回收性能。 2.新型磁悬浮风力发电机系统：发明了多种磁悬浮风力发电机系统新型拓扑结构，设计了重力卸载极结构、混合风力发电系统、自调整型结构等风力发电悬浮系统，通过双定子结构分离悬浮绕组与发电绕组，解决了双绕组之间的耦合问题以及转子自重造成的高能耗问题，提升了发电效率，同时也提高了风力发电的控制精度。 3.磁悬浮能量转换系统控制关键技术：为了提升磁悬浮能量转换系统在参数时变、负载突变工况下的抗干扰性能，提出并实现了基于简化自抗扰控制、非奇异快速终端滑模、多逆变器分区域控制的磁悬浮能量转换系统控制方法。自主研发了数字驱动控制集成系统，构建了高效能驱动控制平台，控制系统稳定可靠。 研究成果：项目授权发明专利24项；发表学术论文100余篇，其中SCI收录(含待收录)47篇，EI收录40篇。完成国家自然科学基金项目4项、省部级项目10余项；培养博士生研究生8名，硕士生研究生20余名。 经济社会效益：基于上述技术发明及成果，研制的磁悬浮能量转换系统在电动汽车磁悬浮飞轮电池、新能源风力磁悬浮发电系统等工程中得到应用。由于采用了磁悬浮能量转换系统，电动汽车磁悬浮飞轮电池和新能源风力磁悬浮发电系统可以避免传统机械轴承的高速发热、机械磨损等问题，并且具有使用寿命长、储能密度高、质量小、结构紧凑、成本低、维护方便、对环境友好等突出优点。因此，随着磁悬浮能量转换系统在飞轮电池、风力发电、直驱主轴、密封电机泵等应用领域应用的逐步推广，经济、社会效益将进一步扩大。