圓筒永磁直線發(fā)電機在直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)的應用研究.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，且能量密度遠大于太陽能和風能，因此開發(fā)和利用波浪能對解決能源危機和環(huán)境保護具有重要的意義。直驅式波浪能轉換系統(tǒng)由于缺少中間轉換裝置如液壓裝置和齒輪等，具有結構簡單、能量轉換效率高、易維護等優(yōu)點，現(xiàn)今得到了許多專家學者的青睞。圓筒型永磁直線電機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的結構入手，分析了短初級、長次級結構的圓筒型直線電機適合應用于波浪發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)有限元法和傅里葉分解，優(yōu)化了電機結構，提出了凸初級結構類型的結構能夠很大的抑制直線電機的邊端力。根據(jù)設計的電磁參數(shù)，加工了2臺用于波浪發(fā)電系統(tǒng)的電機，其中一臺小功率的，用于實驗室驗證電機的參數(shù)和探討應用于直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)的可行性。在實驗室的研究成果基礎上，設計了另一臺功率更大的電機，并制作了一套漂浮直驅式的波浪發(fā)電系統(tǒng)，經過海試

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

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

5、其電磁性能。
　　利用數(shù)值分析和有限元分析相結合，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)于其他結構。
　　根據(jù)有限元分析，外次級結構的永磁直線電機可以提高其功率密度。計算結果表明，在體積相同的前提下，外次級永磁直線電機的功率密度為內次級結構的6～8倍。
　　根據(jù)計算及優(yōu)化的結果，加工了一套用于實驗室環(huán)境下的直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)平臺，并在波