吕东元，吕奇超，李延宝，周一恒，陈 曦,蒋燕飞

(1.上海航天控制技术研究所·上海·201109；2.上海空间智能控制技术实验室·上海·201109；3.上海航天智能装备有限公司·上海·201112)

0 引 言

作为一种利用高速转子进行电能和机械能转换的物理储能装置，飞轮储能系统(Flywheel Energy Storage System，FESS)大多采用磁悬浮轴承进行支承。磁轴承具有无摩擦、无污染、刚度阻尼可调等优点，被广泛应用于卫星姿控飞轮、控制力矩陀螺、飞轮储能和鼓风机等高速旋转机械领域。传统的主动磁轴承通过为磁轴承绕组施加电流、产生可控的电磁力，进而将转子悬浮在平衡位置。在长期运行过程中，磁轴承绕组会消耗大量电能并将电能转换为热量，进而会增加磁轴承的温度，不利于FESS的稳定运行。

永磁偏置磁轴承利用由永磁材料产生的电磁力替代了电磁轴承中的绝大部分的电磁力，能够显著降低磁轴承的功耗，减小励磁绕组匝数，缩小磁轴承的空间尺寸。永磁偏置磁轴承系统和电磁轴承系统的组成部分相同，是由磁轴承定子本体、磁轴承转子、传感器、控制器组成的闭环系统。由永磁体产生的偏置磁场和由控制绕组产生的控制磁场在定转子气隙中实现了叠加，能够实时调整磁轴承转子的受力情况，从而能够将磁轴承转子稳定悬浮在平衡位置。

国内外许多研究机构已经将永磁偏置磁轴承应用在了高速电机、卫星动量飞轮和飞轮储能系统中。针对FESS中电磁轴承存在的高功耗问题，本文建立了永磁偏置磁轴承的数学模型，借助磁场分析软件对磁轴承的结构和电磁参数进行了设计和仿真。……