第4.1节：飞轮轴承系统概述

第4章

第4.1节：飞轮轴承系统概述

轴承系统是飞轮储能装置中最为关键的支撑与旋转运动执行部件。其核心任务是在飞轮转子高速旋转时，提供稳定、低损耗的支承，并精确约束转子在五个自由度（径向两个、轴向一个、偏摆两个）上的运动，仅保留绕主轴旋转的一个自由度。轴承系统的性能，特别是其摩擦损耗、承载刚度、动态阻尼以及运行可靠性，直接决定了飞轮储能系统的整体效率、功率密度、寿命及成本，是区分不同技术路线和性能等级的关键标志。随着飞轮储能向更高转速、更大功率和更长寿命发展，对轴承技术提出了极端要求，相关技术的攻关已被列入国家层面的研发重点。

4.1.1 轴承系统在飞轮储能中的关键作用

在飞轮储能系统中，轴承系统绝非简单的机械支撑件，而是承担着多重关键功能的精密子系统：

1. 实现低损耗能量存储：飞轮储能的优势在于其超长的循环寿命和高达85%-95%的循环效率。为实现这一目标，必须将转子在待机与运行状态下的摩擦损耗降至最低。轴承系统的空载损耗（主要由摩擦引起）是决定系统自放电率（即能量保持时间）的主要因素。一个理想的轴承系统应在整个转速范围内维持极低的摩擦功耗，使得储存的动能能够长时间保持而不被迅速耗散。
2. 维持高精度动态稳定：飞轮转子，尤其是采用高强度轻质复合材料制造的转子，通常在极高的转速（每分钟数万转至十万转级）下运行。在此状态下，转子微小的质量不平衡或外界扰动都可能被放大，引发有害的振动。轴承系统必须提供足够的刚度以抵抗扰动