电动机／发电机设计

　　飞轮储能系统中有一个既可作为电动机又可作为发电机的部件，它是飞轮储能系统的核心动力部件。在储能时，电机作为电动机给飞轮加速；当释能时，电机又作为发电机给外部供电。低损耗、高效率的电动机／发电机是能量传递的关键。

　　电动机／发电机采用稀土永磁无刷直流电机。近年来，由于稀土永磁材料、大功率半导体器件的快速发展，稀土永磁无刷直流电机也得到快速发展。由于其优越的调速性能，且避免了普通有刷直流电机的缺陷，因而在驱动、伺服等领域有着广泛的应用前景，已经被广泛应用于航空航天领域，实现各种运动量的控制。

　　稀土永磁无刷直流电机不仅具有高可靠性、维护方便、结构简单等优点，还具有以下优点：

　　1）稀土永磁材料的高磁能积，使得电机可以明显降低重量，减小体积。

　　2）系统永磁材料的矫顽力Hc高，剩磁Br大，因而可以产生很大的气隙磁通，大大缩小了永磁转子的外径，从而可以减小转子的转动惯量，降低时间常数，改善电机的动态特性。

　　3）稀土永磁材料的内禀矫顽力Hcj极高，磁场定向性好，因而容易实现在气隙中建立近似于矩形波的磁场。电机可以设计成方波电机，当与120°导通型的三相逆变器匹配时，可以实现方波驱动，从而有效地减小电机的力矩波动。

　　稀土永磁材料的去磁曲线是线性可逆的，这给电机工作点的计算带了方便，简化了磁路设计和磁场分析方法。所以，基于以上优点，本储能飞轮电机采用稀土永磁无刷直流电机。能量转换器作为储能飞轮中电能和机械能转换的桥梁，它控制整个储能飞轮系统，对电机还有如下要求：

　　1）飞轮电机应具有可逆性，能运行于电机和发电两种工作状态；

　　2）飞轮的高速旋转要求电机易于高速运行；

　　3）储能和能量的释放要求电机能够适应大范围的速度变化；

　　4）长时间的不间断运行需要电机有较长的稳定使用寿命；

　　5）长时间的储能运行要求电机的空载损耗不能太大：

　　6）要求电机有较大的转矩输出能力和功率容量；

　　7）要求电机运行效率高，调速性能好；

　　8）要求电机结构简单，运行可靠，低维护，重量和体积小等。