圓筒永磁直線發(fā)電機(jī)在直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用研究.pdf

1、波浪能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。在海洋中的儲量巨大，且能量密度遠(yuǎn)大于太陽能和風(fēng)能，因此開發(fā)和利用波浪能對解決能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。直驅(qū)式波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由于缺少中間轉(zhuǎn)換裝置如液壓裝置和齒輪等，具有結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)換效率高、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今得到了許多專家學(xué)者的青睞。圓筒型永磁直線電機(jī)的整個餅式繞組都是有效邊，不存在繞組端部，提高了繞組的利用率。永磁直線發(fā)電機(jī)與圓形浮筒通過螺栓連接在一體，便于系統(tǒng)的集成與安裝。

2、>　　本文首先從永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)入手，分析了短初級、長次級結(jié)構(gòu)的圓筒型直線電機(jī)適合應(yīng)用于波浪發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)有限元法和傅里葉分解，優(yōu)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，提出了凸初級結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)能夠很大的抑制直線電機(jī)的邊端力。根據(jù)設(shè)計的電磁參數(shù)，加工了2臺用于波浪發(fā)電系統(tǒng)的電機(jī)，其中一臺小功率的，用于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證電機(jī)的參數(shù)和探討應(yīng)用于直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)的可行性。在實(shí)驗(yàn)室的研究成果基礎(chǔ)上，設(shè)計了另一臺功率更大的電機(jī)，并制作了一套漂浮直驅(qū)式的波浪發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過海試

3、實(shí)驗(yàn)，證明此種結(jié)構(gòu)的永磁直線發(fā)電機(jī)能夠很好的將波浪能轉(zhuǎn)換為電能。
　　論文主要研究成果包括以下幾個方面:
　　從波浪理論出發(fā)，推導(dǎo)了海平面的波浪運(yùn)動方程，并在此基礎(chǔ)上計算得到波浪能量。利用捕獲寬度，設(shè)計了浮子的大小。根據(jù)牛頓第二定律，建立了直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)動方程，對分析浮子的運(yùn)動具有指導(dǎo)意義。
　　利用有限元方法對圓筒型永磁直線電機(jī)進(jìn)行建模、仿真，對該電機(jī)的磁場分布和電磁參數(shù)進(jìn)行了計算。
　　利用數(shù)值分析方

4、法，分別就軸向、徑向、quasi-halbach以及8片永磁體構(gòu)成的halbach結(jié)構(gòu)的充磁方式進(jìn)行了分析。得到采用8片halbach的電機(jī)結(jié)構(gòu)氣隙磁密無論在正弦程度還是數(shù)值上，都優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式。
　　根據(jù)傅里葉分解和有限元分析相結(jié)合，推導(dǎo)出直線電機(jī)的定位力和槽極數(shù)之間的關(guān)系，通過分析，同樣長度的初級，8極12槽結(jié)構(gòu)的定位力明顯要大于9極10槽結(jié)構(gòu)。提出了利用凸初級和輔助槽可以很大的改善直線電機(jī)的邊端力。通過優(yōu)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)提高了

5、其電磁性能。
　　利用數(shù)值分析和有限元分析相結(jié)合，分析了各種充磁方式的氣隙磁密。同樣尺寸的halbach充磁方式的氣隙磁密在數(shù)值上高于其他充磁方式，且氣隙磁密的正弦程度也優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)。
　　根據(jù)有限元分析，外次級結(jié)構(gòu)的永磁直線電機(jī)可以提高其功率密度。計算結(jié)果表明，在體積相同的前提下，外次級永磁直線電機(jī)的功率密度為內(nèi)次級結(jié)構(gòu)的6～8倍。
　　根據(jù)計算及優(yōu)化的結(jié)果，加工了一套用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)平臺，并在波