磁悬浮微框架球形飞轮及其转子优化设计研究

为了克服现有外转子方案因螺钉连接而增加转子系统不平衡量的缺点,提出一种内转子结构磁阻力-洛伦兹力混合力构型的磁悬浮微框架球形飞轮。介绍了飞轮结构和工作原理,分析了转子系统控制模型。研究结果表明,当转子质心、球心和检测中心重合时,可消除平动悬浮对径向偏转控制的干扰,简化控制器设计。在考虑转子最大等效应力、1阶共振频率、极地与赤道转动惯量比和极转动惯量的基础上,增加转子最大变形量和质心与球心偏差两个约束变量,并筛选高灵敏度参数作为优化设计变量,以转子质量最小为优化目标,对其进行多学科优化设计。优化结果表明：在满足设计要求的前提下,转子质量由5.600 kg减小为5.389 kg,减小了3.8%;此优化设计方法提高了飞轮转子设计效率,利于系统实现高控制力矩精度。