Manufacture and Testing of a Magnetically Suspended 0.5-kWh Flywheel Energy Storage System

飞轮 磁力轴承 转子(电动) 飞轮储能 工程类 计算机科学 机械工程 储能 物理 量子力学 功率(物理)
作者
Xing Li,Daniel Dietz,Jeongki An,Nicolas Erd,Yves Gemeinder,Andreas Binder
出处
期刊:IEEE Transactions on Industry Applications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:58 (5): 6152-6162 被引量:18
标识
DOI:10.1109/tia.2022.3187393
摘要

This article presents crucial issues regarding the design, manufacture, and testing of a steel rotor for a 0.5-kWh flywheel energy storage system. A prototype was built using standard industrial components. The rotor has a maximum operating speed of 24 000 min −1 and is magnetically suspended. The introduced critical issues regarding the manufacture include the thermal stress during the rotor hardening process, the fixation for the rotor components of the drive machine and the magnetic bearings, etc. The rotor strength was validated by the overspeed testing according to the standard IEC 60034-1 . A rotation of up to 28 800 min −1 (120% of the maximum speed) was realized and maintained for 2 min. The proved rotor was suspended by commercial magnetic bearings in the flywheel system. Despite simple decentralized control, the rotor was successfully driven up to the designed maximum speed. The rotor dynamic behavior is analyzed by analytical calculation, simulation, and measurements. Different eigenmodes are identified. The results prove the possibilities to build and operate a flywheel system using standard industrial components, showing potential for cost-effective designs.

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