Magnetic Bearings for Offshore Flywheel Energy Storage Systems

Lagring af kinetisk energi i et roterende svinghjul er et gammelt princip, som nu ser fornyet interesse pga. et højt energilagringspotentiale forårsaget af nylige fremskridt indenfor motor-, magnetisk leje- og fiberkomposit-teknologi. Magnetisk svævende svinghjulsbatterier ser i dag anvendelse kommercielt. Ingen af disse anvendelser er dog mobile. Pga. komplikationer fra de ydre perturbationer er svinghjulsbatterier anvendt til fartøjer såsom biler og skibe kun blevet demonstreret eksperimentelt i nogle få forskningsprojekter, mens teoretiske modeller for svinghjulsbatterierne stadig mangler.
Svinghjulsteknologiens potentiale er højt pga. sikkerheds- og miljømæssige fordele over elektrokemiske batterier. Og med udsigten til at kunne udnytte nanofiberkompositter kan energilagringskapaciteten potentielt overstige den for elektrokemiske batterier. Pga. de ydre påvirkninger er der dog brug for mere praktisk erfaring og bedre matematiske modeller til at forbedre designet af mobile svinghjulsbatterier.
I dette værk er en matematisk model af et svinghjulsbatteri underlagt ydre perturbationer udviklet. Modellen er baseret på flerlegeme-dynamik og rotordynamik kombineret med magnetisk-leje-teori. Et gyroskopisk ophæng er inkorporeret for at reducere gyroskopiske belastninger. En eksperimentel testopstilling er bygget for at teste det perturberede svinghjulsbatteri i praksis og for at validere den matematiske model.
Den matematiske model stemmer overens med eksperimentelle resultater. Teststanden er brugt til at demonstrere at svinghjulet kan svæve stabilt, mens det roterer med høj hastighed og er underlagt ydre perturbationer fra et bevægeligt fundament. Det gyroskopiske ophæng fjerner de gyroskopiske belastninger effektivt, men gør til gengæld at svinghjulets hus bevæger sig utilsigtet. Vha. den matematiske model kan det mobile svinghjulsbatteri designes til bedst muligt at håndtere og/eller minimere kræfter og utilsigtede bevægelser i hele svinghjulbatterisystemet.