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。

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%。

基于正交试验法的圆筒型永磁直线发电机优化设计

通过改变永磁体尺寸、比例系数以及定子齿宽等参数,分析了这些参数对发电机反电动势的影响情况,并以波形畸变率最小为目标,设计了正交优化试验,得到了上述参数的最优尺寸,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计和优化提供了理论依据。

基于冻结磁导率法的圆筒型永磁直线发电机电感参数有限元分析

圆筒型永磁直线发电机具有结构简单、能量转换效率高、可靠性好等优点,已应用于波浪能发电、直线动能吸收装置当中。将冻结磁导率法作为电机电感的求取方法,计算了电机在宽电流范围以及在负载饱和情况下电机的直轴电枢反应电感以及交轴电枢反应电感,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的电感计算提供了理论依据。

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。

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%。

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。

永磁直线发电机在直驱式波浪发电系统的应用

针对波浪发电系统中大气隙永磁电机功率密度低的缺点,提出了一种将动子（永磁体）置于外部,永磁体采用准Halbach结构的圆筒型永磁直线电机,该电机可以增大功率密度,且提高气隙磁场强度的正弦程度。在体积相同的前提下,外转子永磁直线电机的功率密度为内转子结构的6-8倍。准Halbach充磁结构的气隙磁密为径向充磁结构的1.39倍。为了防止海水的腐蚀,将定子用环氧树脂密封。采用二维有限元分析优化其电机结构,分析了空载反电动势、负载反电动势、定位力以及损耗。研究表明凸定子结构能有效减小定位力。加工样机,在波浪水池中进行空载以及负载试验,通过仿真分析和实验结果可知,该电机具有功率密度大,与浮子连接方便的特点,能够很好地应用在波浪发电系统中。

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。

主动悬架用非均匀齿圆筒型永磁直线电机多目标分层优化设计

针对直线电机式电磁主动悬架推力波动大、推力密度低的问题,提出一种非均匀齿结构的Halbach圆筒型永磁直线电机。利用解析法对该电机的边端力模型进行推导,并进一步分析非均匀边端齿结构对电机输出性能的影响。根据分析结果选取边端齿的轴向长度和径向削短高度、永磁体高度和径向充磁的长度、内部齿的长度5个参数作为优化因子,以电机输出推力最大和推力波动最小为优化目标进行田口法和响应面法优化,得到参数的最优值。试制了原理样机并搭建了实验平台,对电机进行空载与负载实验,验证了所提结构及其设计优化方法的有效性。

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。

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。

直驱波浪发电用圆筒型永磁直线电机的磁阻力最小化分析

圆筒型永磁直线发电机(TPMLG)广泛应用于直驱式波浪能发电装置中以提能量转化效率,但由边端力、齿槽力等引起的磁阻力波动是影响永磁直线发电机运动性能及整个能量装置稳定性的主要因素。首先运用傅里叶级数与数值分析相结合的方法对TPMLG边端力进行分析,提出优化动子长度降低边端力的原理与方法;其次,在旋转电机磁场能量计算方法的基础上对TPMLG齿槽力的计算公式进行推导,得到TPMLG齿槽力波动统一公式;最后采用有限元方法(FEM)建立PMLG磁阻力分析模型,在电机不同槽距与极距的匹配情况下,对电机的磁阻力进行仿真分析与验证,得到电机的槽距和极距的最优尺寸。优化理论及仿真分析方法可以指导TPMLG的设计与研究。

圆筒型永磁直线发电机的结构优化与特性分析

提出了一种基于Halbach阵列结构圆筒型永磁直线发电机的设计方案,详细阐述了该发电机的结构和工作原理,并且采用有限元法对发电机进行电磁分析。通过改变永磁体尺寸、比例系数以及定子齿宽等参数,得到并分析其对发电机反电动势之间的影响,进行电机优化设计。根据优化后的发电机对其负载特性进行了研究。应用冻结磁导率方法求取了电感参数,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计提供了理论依据。

圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机的设计

为了提高发电机的运行速度,降低机械损耗,提高系统工作效率,提出了一种用于碟式斯特林太阳能热发电的圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机。电机将圆筒型直线磁齿轮与圆筒型永磁直线发电机耦合在一起,有效地提高电机功率密度和系统发电效率。利用有限元Maxwell软件,建立电机二维模型,分析电机空载和负载特性,并利用正交实验法对电机结构参数进行优化,提高反电动势基波幅值,降低谐波含量,以满足用电需求。

波浪能圆筒型永磁直线发电机优化设计

本文针对波浪能永磁直线发电机的永磁体利用率低,磁阻力较大的问题,提出一种优化波浪能发电的圆筒型永磁直线发电机方案。利用ANSYS Maxwell软件进行圆筒型永磁直线电机建模仿真,研究不同的绕组形式参数对发电效率的影响,优化电机的绕组参数,确定合适的磁体参数。经过设计样机进行实验测试,对波浪能功率传递效率进行计算分析,优化方案对电机的能量转化性能有明显的改良,验证了该优化方案的可行性。

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。

混合叠压圆筒型永磁直线振荡电机电磁特性分析

圆筒型双定子永磁直线振荡电机因其结构简单、功率密度高而广泛应用于压缩机领域。然而,电机的定子通常采用传统的硅钢片周向叠压方式,导致其叠压系数低、磁路易饱和。因此,该文提出一种新的混合叠压方法。首先,介绍了双定子永磁直线振荡电机的基本拓扑结构和工作原理,给出磁路特有的分布方式;然后,对采用电工纯铁和硅钢片混合叠压方式进行分析,推导了硅钢片数量与电工纯铁之间的占比关系,并对不同硅钢片数量对电机反电动势、电磁推力和损耗的影响进行分析;最后,通过三维有限元分析对采用传统叠压方式和混合叠压方式的双定子永磁直线振荡电机的电磁特性进行了比较和分析。实验结果验证了混合叠压方式在提高电磁推力和简化制作工艺方面的优势。

圆筒型Halbach永磁直线发电机磁场结构的优化

为了提高永磁发电机的发电功率和永磁体的利用率,提出了一种新型的用于海浪发电的圆筒型Halbach永磁直线发电机。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进行分析,建立了二维有限元方程。应用ANSYS软件对使用常规永磁阵列与Halbach永磁阵列时发电机的气隙磁场进行了比较,也对Halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差δm分别为45°、60°、90°时发电机的气隙磁场进行了比较,得出了结果较优的方案,结果可靠。

无槽圆筒永磁直线同步电机推力波动的解析模型及抑制方法

无槽圆筒型永磁直线同步电机(slot-less tubular permanent magnet linear synchronous machine,STPMLSM)既避免了齿槽结构引起的齿槽力,又解决了初级铁心加工困难的问题,其推力波动主要来源是初级铁心端部效应和三相绕组电感不对称,介于齿槽结构与空心结构之间,推力波动的准确计算是此类电机设计与优化的关键。建立考虑初级端部效应的STPMLSM精确子域解析模型,能够快速计算空载与负载工况下的气隙磁密与推力波动,保证计算结果的准确性和高效性。基于该解析模型,提出初级铁心长度、三相绕组位置及匝数分配的综合优化方法,有效降低STPMLSM的负载推力波动,样机的推力波动从11.04%降到2.78%。最后,有限元模型和样机实验验证精确子域解析法及优化方案的正确性。