SBIR Phase I: Semi-active magnetic bearing for flywheel energy storage systems

SBIR第一期:用于飞轮储能系统的半主动磁力轴承

基本信息

  • 批准号:
    2222161
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-02-15 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is to implement a high-efficiency, low-power magnetic bearing that will enable the successful development of high-speed flywheel energy storage systems (FESS) both for space and terrestrial applications. FESS are mechanical batteries that overcome some of the limitations of lithium-ion batteries, such as the loss of energy capacity over time and the need for stringent temperature control. In space, FESS could reduce the overall mass associated with the battery pack and extend the mission life of Low Earth Orbit (LEO) satellites. On earth, FESS can take over some of the applications that are required to deliver high power for a short amount of time, such as electric vehicle charging stations or hospital back-up power units. Ultimately, FESS will help alleviate the demand for lithium-ion batteries while providing reliable, long-lasting energy storage.This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project will demonstrate the feasibility of integrating the proposed magnetic bearing into a carbon-fiber flywheel. The complexity of this task comes from having the three main parts of the flywheel (composite rim, metal core, and magnets) created using different manufacturing processes. The magnetic materials need to be protected as they will not withstand the high speeds of FESS. De-risking this manufacturing process is crucial in continuing the development of this technology and in scaling up. Another challenge is that the high speeds of FESS are expected to cause high gyroscopic torques during satellite maneuvers. Therefore, investigating ways to increase bearing stiffness (e.g., by changing magnet size and position, or modifying coil shape), while assessing the effect of gyroscopic torques through numerical models, will be paramount. Finally, the magnetic bearing has the distinctive feature of being able to tilt the flywheel (within its gap tolerances), without requiring an external gimbal actuator. This feature could possibly allow the technology to be used for dual purposes, and its implications will be investigated at a system level.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项小型企业创新研究(SBIR)I期项目的更广泛的影响/商业潜力是实施高效,低功率的磁性轴承,这将使高速飞轮储能系统(FESS)成功开发用于空间和地面应用。 FESS是克服锂离子电池的某些局限性的机械电池,例如随着时间的推移能量容量的损失以及需要严格的温度控制。在太空中,FESS可以减少与电池组相关的总体质量,并延长低地轨道(LEO)卫星的任务寿命。在地球上,FESS可以接管一些在短时间内传递高功率所需的应用程序,例如电动汽车充电站或医院备用电源单元。最终,FESS将有助于减轻对锂离子电池的需求,同时提供可靠的,持久的能量存储。此小型企业创新研究(SBIR)I期项目将证明将提议的磁性轴承整合到碳纤维飞行器中的可行性。此任务的复杂性来自使用不同制造过程创建的飞轮(复合轮辋,金属芯和磁铁)的三个主要部分。需要保护磁性材料,因为它们将无法承受高速敌人的高速。降低这种制造过程对于继续这项技术的发展和扩大规模至关重要。另一个挑战是,预计在卫星演习期间,高速速度会导致高陀螺曲奇。因此,研究增加轴承刚度的方法(例如,通过更改磁体的大小和位置或修改线圈形状),同时通过数值模型评估陀螺曲孔的效果,将是最重要的。最后,磁性轴承具有独特的特征,即能够倾斜飞轮(在其间隙公差内),而无需外部式式执行器。此功能可能允许该技术用于双重目的,并将在系统级别进行调查。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估审查标准通过评估来获得支持的。

项目成果

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