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储能系统技术 ★ 5.0

新型屏蔽式主动磁悬浮轴承的自感知建模与控制

Self-Sensing Modeling and Control of a Novel Canned Active Magnetic Bearing

作者 Rui Zhang · Ning Wang · Wei Hao · Liwei Song
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年8月
技术分类 储能系统技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 罐装主动磁轴承 转子位移估计 自传感模型 边缘效应 动态性能
语言:

中文摘要

磁轴承在飞轮储能等能量转换领域的应用越来越广泛。为了拓展磁轴承的应用领域,使其能在腐蚀性液体等恶劣环境中工作,本文提出了一种新型屏蔽式主动磁轴承(CAMB)。分别在转子外表面和定子内表面焊接一层非磁性且耐腐蚀的金属屏蔽套。为了降低成本、减小体积并提高环境适应性,对转子位移估计策略进行了研究。本文提出了一种考虑气隙边缘效应、磁饱和和涡流的自传感模型,分析了边缘效应对自传感精度的影响机制,提出了一种考虑磁饱和的双绕组协同估计策略。最后,搭建了屏蔽式主动磁轴承的自传感实验平台,验证了所提出的自传感模型具有较高的精度,基于自传感的屏蔽式主动磁轴承控制系统具有较好的动态性能。

English Abstract

Magnetic bearings are more and more widely used in the field of energy conversion such as flywheel energy storage. In order to expand the application field of magnetic bearings and make them work in harsh environment such as corrosive liquid, a novel canned active magnetic bearing (CAMB) is proposed in this paper. A layer of non-magnetic and corrosion-resistant metal can is welded on the outer surface of rotor and the inner surface of stator respectively. In order to reduce cost, reduce volume and improve environmental adaptability, the rotor displacement estimation strategy is studied. In this paper, a self-sensing model considering air gap edge effect, magnetic saturation and eddy current is proposed. The influence mechanism of edge effect on self-sensing accuracy is analyzed. A two-winding collaborative estimation strategy considering magnetic saturation is proposed. Finally, the self-sensing experimental platform of CAMB is built to verify that the proposed self-sensing model has high precision, and the CAMB control system based on self-sensing has better dynamic performance.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务视角来看,该论文提出的罐式主动磁悬浮轴承(CAMB)技术具有重要的战略价值。磁悬浮轴承在飞轮储能系统中的应用正逐步成为高性能储能技术的关键支撑,而该技术通过在转子和定子表面焊接非磁性耐腐蚀金属罐体,显著提升了系统在恶劣环境下的适应性,这与我司储能产品面临的多样化应用场景高度契合。

该技术的核心创新在于自感知建模与控制策略。通过考虑气隙边缘效应、磁饱和和涡流影响的综合模型,结合双绕组协同估计策略,实现了转子位移的高精度无传感器检测。这种方案能够有效降低系统成本、减小体积并提高可靠性,对于我司大规模储能系统的成本优化和系统集成度提升具有直接意义。特别是在飞轮储能与电化学储能混合应用场景中,磁悬浮轴承的低损耗、免维护特性可显著提升系统整体效率和寿命。

从技术成熟度评估,该研究已完成实验平台验证,展现出良好的动态性能,但距离工业化应用仍需解决长期可靠性验证、批量生产工艺优化等挑战。对阳光电源而言,技术机遇在于:一是可将其应用于新一代飞轮储能产品开发,增强在长时储能领域的技术布局;二是磁悬浮技术的高速、高效特性与我司氢能业务中的高速电机、压缩机等设备存在协同潜力;三是无传感器控制理念可借鉴至现有逆变器和电机控制系统的优化升级。建议跟踪该技术发展,评估与我司储能及氢能业务的深度融合可能性。