用于振荡水柱波浪发电系统的高效永磁发电机仿真分析与试验验证

针对空气透平的运行特性及系统在宽转速和宽功率范围高效运行的要求,初步设计内置式永磁同步发电机关键参数,建立其二维有限元模型并进行优化。根据有限元优化后的电机尺寸,完成样机研制并分析测试其主要电磁性能。仿真分析和测试结果证明样机适合用于振荡水柱波浪能发电系统。

基于Halbach充磁的圆筒型永磁直线发电机分析优化

为了提高波浪能发电效率,提出了一种基于Halbach充磁的圆筒型永磁直线发电机。利用有限元分析软件建立电机仿真模型,分析比较了径向充磁、轴向充磁和Halbach充磁三种不同充磁方式对气隙磁场强度及感应电动势的影响;并在Halbach充磁条件下,分别比较了不同气隙大小及永磁体厚度对气隙磁场强度的影响;通过初级两端开辅助槽和选用半开口槽的方式对电机的定位力进行了分析优化。实验结果表明,基于Halbach充磁的圆筒型永磁直线发电机与传统电机相比感应电动势幅值提高了143%,定位力幅值降低了49.3%。

用于波浪滑翔器的永磁直线发电机设计

为提高波浪滑翔器发电机的持续供电能力,设计采用波浪能为波浪滑翔器供电的圆筒型永磁直线发电机,并采用有限元法分析其性能。研究表明:圆筒型永磁直线发电机的气隙磁通密度总谐波正弦畸变率为18.8%,电压的总谐波正弦畸变率为4.1%,发电机的磁场性能与空载特性良好,可为波浪滑翔器提供高品质的电能。随外电路等效负载的增大,直线发电机的输出效率逐渐提高,在等效负载为18Ω时,直线发电机既可满足波浪滑翔器的用电需求,又能保持最大输出效率为69.25%。

圆筒永磁直线波浪发电机设计方法与性能分析

针对圆筒永磁直线波浪发电机(TPMLWG)缺乏成熟的设计程序,存在计算过程繁琐、解析计算方法不精确等缺点,提出一种TPMLWG设计新方法。采用波浪垂直运动速度有效值的整数倍等效为永磁旋转发电机的线速度,利用旋转电机的线速度与角速度之间的数学关系,建立永磁旋转发电机的数学模型,设计并优化关键尺寸。利用该永磁旋转发电机与TPMLWG间的尺寸转换关系,确定TPMLWG的结构参数,建立其参数化有限元模型,仿真分析了额定负载下TPMLWG的输出电压、输出电流、推力和齿槽力。为提高TPMLWG效率,分别从线负荷与极对数选择等方面提出减小铜耗的优化方法。分析结果表明与永磁旋转发电机相同额定功率和额定电压的TPMLWG也具有较高的效率和功率因数。

10kW波浪能圆筒永磁直线发电机研究

点吸收式是目前世界上发展较多、转换效率较高的一种波浪能利用技术。介绍了我国自主研发的一台10 k W漂浮点吸收波浪能发电装置,重点分析了10 k W圆筒永磁直线发电机的数学模型,并对发电机的性能进行了仿真分析。针对电机的海上运行环境对电机结构进行了防海水腐蚀设计。对发电机进行了落地试验分析,最后进行了实海况试验,为电机设计提供经验。

浮子——电机一体式动圈式永磁直线海浪发电机

针对目前的海浪能直线永磁电机动子与定子的结构设计对发电特性以及产生的电能的质量的影响问题,文章研究了一种发电效率相对较高的动圈式永磁直线海浪发电机。该直线发电机采用动圈式结构,定子设计为整距单层分数槽绕组,不仅定子凹槽利用率高,且产生的电动势波形较接近正弦波。与传统的波浪能发电装置相比,该装置具有机械结构简单、中间能量转化级数少的优点,有效地提高了波浪能的利用率。

一种波浪发电装置用低速双动子永磁直线电机运行机理研究

提出了一种用于直驱式波浪发电装置的短行程、低速、双动子双侧Halbach永磁阵列直线电机。研究该电机的运行机理及电磁特性,通过优化电机永磁体结构提高电机磁能密度及发电效率,降低电机磁阻力。首先,根据电机的电磁负荷、运动行程和平均速度,给出电机模型的初始设计结构和参数,采用磁场分析法辅助有限元法分析电机电磁特性,验证电机模型的正确性。其次,对Halbach永磁阵列拓扑结构及其磁场分布进行计算与分析,研究电机径向磁通密度增强原理与电机轴向磁通密度抵消原理,对电机双侧Halbach永磁结构进行优化,提高电机磁能密度及输出电压幅值,降低电机轴向磁阻力,减少电机低速运行过程中的振动;研究电机在恒速及正弦速度下的电动势曲线,并计算电机的输出效率。最后,采用一台圆筒形永磁直线电机验证在不同波浪参数下的输出电压曲线。分析与计算结果表明双动子双侧Halbach永磁阵列直线电机较其他类型电机具有磁能密度高、磁阻力波动小及输出效率高的优势。

用于海浪发电的圆筒型永磁直线发电机性能分析

波浪能是一种清洁的新能源,近几年提出的多种开发波浪能的方案,大多都在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低、成本较高。提出了圆筒型永磁直线发电机可以将波浪能直接转化为电能,详细阐述了该发电机的结构和工作原理。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场。运用电磁场有限元分析软件对发电机进行仿真,并研究其特性,如磁场分布、空载反电动势、绕组磁链、电磁力和绕组电感等,仿真结果可以指导圆筒型永磁直线发电机的理论研究。

圆筒型Halbach永磁单相直线发电机的设计与分析

为了提高海洋表面小波浪能量转换成电能的效率,提出了一种圆筒型Halbach永磁单相直线发电机的结构模型,采用有限元分析法对该永磁单相直线发电机的内部电磁场动态特性进行分析。根据分析电机结构参数对电机性能的影响,优化了电机齿槽结构。分析Halbach永磁体结构的充磁角度的不同对电机磁场性能和磁密曲线的影响。采用磁场能计算的方法对电机的定位力波动进行分析。最后,给出了电机在小波浪运行情况下的实验测试结果。分析和研究表明:圆筒型Halbach永磁单相直线发电机具有磁场正弦性高、定位力波动幅值小、能量转换效率高、结构简单、应用成本低等特点,在海洋波浪能发电领域具有较好的应用前景。

用于海浪发电永磁圆筒型直线发电机的结构优化与分析

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出了多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本较高。该文提出了永磁圆筒型直线发电机可以将波浪能直接转化为电能。详细阐述了该发电机的结构,并且基于电磁场有限元分析软件Ansoft对于发电机进行仿真,得到空载电压的波形。通过改变永磁体长度对发电机进行优化设计,最后给出优化后发电机的三相空载电压波形和负载特性。仿真结果可以指导磁体结构的圆筒型直线发电机的理论研究。

热声系统混合磁路永磁直线发电机电磁分析

针对热声系统,提出了一种混合磁路永磁直线发电机的设计方案。定子采用旋转电机结构,动子采用纵向横向混合磁路结构,动子轴向往复运动产生感应电动势。有限元法分析结果表明,电机达到常规电机的电磁负荷,且纵向磁场对反电势影响很小。该型发电机结构简单,工艺性好,更适合于热声发电系统应用。

车用余热回收装置中永磁直线发电机的仿真分析

介绍了车用尾气余热回收装置的结构,应用有限元分析软件Ansoft/M axwell 2D,对车用尾气余热回收装置中的永磁直线发电机进行仿真分析,得到了电机磁场分布情况、电机空载电动势和功率,计算结果为其进一步优化提供了参考。

集成永磁直线发电机的自供电磁流变减振器设计

针对汽车磁流变半主动悬架系统的开发,设计了集供电与减振功能于一体的磁流变减振器。提出了基于准Halbach阵列永磁体的直线发电机结构,并设计了组合隔磁结构,有效降低了磁流变减振器线圈磁场与永磁体磁场的相互干扰,实现了自供电磁流变减振器的集成设计。通过理论与试验研究,探索了自供电磁流变减振器创新设计理论与方法。

内燃机用自由活塞永磁直流直线发电机分析

提出了一种新结构的自由活塞永磁直流直线发电机。电机为圆筒形,粘贴在动子支架上的永磁体由内向外沿径向充磁,通过内静子铁心与动子支架间的穿插配合,从静子上看动子只有一个磁极,静子上只有一组串联绕组,当永磁体动子朝一个方向运动时,电动势方向不变,可看作直流永磁直线发电机。通过三维有限元分析计算,指出设置磁路调整环的必要性;给出了有效削弱齿槽力波动的方法;得到了反映电机性能的电感、电动势和电磁推力等重要参数或曲线。

采用初级永磁直线电机的波浪发电技术研究

提出一种用于波浪发电的新型圆筒形初级永磁直线发电机,其次级结构简单,绕组和永磁体均位于初级。给出了发电机基本结构和组合结构,对所提出电机的基本原理进行了分析。采用瞬态有限元方法对所提出电机的空载特性和负载特性进行了仿真分析,给出了仿真结果;与传统典型的动子永磁型电机直线同步发电机进行了对比分析;并采用直线同步发电机样机验证了有限元仿真的正确性。分析结果表明所提出电机具有电压正弦度高、定位力小、转换效率高、低速发电性能好的特点,比较适合作为海浪发电机。

热声发电系统之永磁直线发电机设计

根据热声发电系统的特点,文章选取圆筒式永磁直线发电机作为系统的振子性负载,将传统单一的轴向或径向磁路结构改变为轴向径向混合磁路结构,并利用有限元计算仿真软件ANSOFTMAXWELL 3D,对直线发电机的内部磁场、永磁体所受定位力进行分析计算。计算结果表明,传统结构直线发电机与新型结构直线发电机相比定位力减少了25%。

一种新型永磁直线磁齿轮复合发电机的设计

为了提高发电机的功率密度和发电效率,提出了一种用于碟式斯特林太阳能热发电系统的圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机。发电机将圆筒型永磁直线发电机与圆筒型直线磁齿轮耦合在一起,有效地提高发电机功率密度和系统发电效率。同时利用有限元软件,建立电机二维模型,分析电机空载和负载特性,并利用正交试验法对电机结构参数进行优化,提高空载反电动势基波幅值,降低谐波含量。最后对电机定位力进行了优化并采用冻结磁导率法分析电机电感参数,以满足发电需求。

基于预测算法的永磁直线发电机直接功率控制

针对一种自由活塞驱动的永磁直线发电机系统,提出基于磁链定向的直接功率控制,通过预测无差拍算法控制发电机电流与反电势保持同相,实现了发电机单位功率因数控制,达到获取发电机最大有功功率的目的.同时,为了提高发电机侧整流器输出电压的稳定性和控制精度,在直流电压闭环中引入模糊PI策略.通过仿真实验验证系统控制策略的可行性和有效性.

风致涡激共振对永磁直线发电机电磁特性的影响

基于风致涡激共振无叶片风力机的需要,研制了一台圆筒形永磁直线发电机,对其在匀速状态下的空载特性、负载特性进行了仿真分析,验证了该永磁直线发电机的可行性。采用反正切函数和正弦函数的乘积逼近发电机次级在共振时的运动轨迹,给出了输出电压的表达式,并探讨了发电机在不同风速和振幅下的电磁特性。结果表明,发电机在捕能柱共振区间(锁频区间)下能获得最大的电压、输出功率和效率,且随着次级运动振幅的增大,发电机的电压、输出功率和效率均增大,当其振幅倍数大于1后,发电机效率的增幅变缓。该结论可为无叶片风力发电机的研发提供指导。

新型圆筒型错相式横向磁通永磁直线发电机结构及其漏磁分析与优化

直线电机目前已经大量应用于工业、军事、民用及其他各种直线运动的场合,在波浪能发电装置中,直线发电机也将得到越来越广泛的应用。提出一种新型圆筒形错相式横向磁通永磁直线发电机的拓扑结构,该结构具有可由硅钢片叠压、设计更自由、整体性更强的优点。同时,其初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体。阐述该电机的工作原理,推导电机的空载主磁通和空载感应电势。通过三维有限元分析计算电机电磁特性,发现了发电机漏磁较大的问题。在此基础上,引入基于元模型的遗传算法对发电机齿形、叠压系数、永磁体间距进行优化设计,实现对发电机关键参数和尺寸的合理选取。最后,给出样机电磁方案,并试制一台150W的样机。通过样机实验,验证了新型发电机拓扑结构的正确性。