用于海浪发电的圆筒型永磁直线发电机的设计

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随着世界能源危机的日益加重,人类对能源的需求越来越大,新能源的开发利用已经刻不容缓。海洋波浪能是一种无污染的可再生新能源,海浪发电是波浪能转换的主要方式,近年来世界各国都致力于各种波浪发电装置的研究。本文提出了一种由新型圆筒型永磁直线发电机和浮子组成的直驱式波浪发电装置。详细介绍了圆筒型永磁直线发电机的结构和工作原理,并设计制造了浮子和发电机样机,构成了一套完整的波浪发电系统,通过下水实验验证了该波浪发电系统有较好的适用性。  本文的研究内容主要包括以下几个方面:  (1)通过介绍扁平单边型和扁平双边型永磁直线发电机的基本结构,引出了新型圆筒型永磁直线发电机,动子采用钕铁硼材料,提高了电机功率密度,阐述了圆筒型永磁直线发电机的结构原理。  (2)在电机设计过程中,详细介绍了圆筒型永磁直线发电机的电磁设计方法,初步确定了发电机样机的结构和主要尺寸,给出了部分具体参数,设计了定子绕组,并分析了发电机样机的绕组因数。  (3)基于有限元法,通过Ansoft软件对电机电磁场进行计算,建立了圆筒型永磁直线发电机的有限元模型,分析了圆筒型永磁直线发电机的空载和负载特性。计算结果显示圆筒型永磁直线发电机的额定参数比较合理,验证了电磁设计的正确性。  (4)定位力是直线发电机共同存在的问题,文中分析了定位力的产生原因和计算方法,介绍了几种常见的减小定位力的方法,着重分析了通过增加辅助齿的方法来减小发电机的定位力,并比较分析了优化前后的定位力波形。  (5)阐述了永磁体表面选择包裹材料的原因,对比分析了几种常用的材料对发电机样机反电动势和定位力的影响,最后确定了永磁体表面的包裹材料。  (6)建立了直驱式波浪发电装置的简化模型和动态微分方程,通过简化模型和动态微分方程推导出等效电路模型,并运用机电模拟方法分析了等效电路模型。  (7)通过分析波浪发电系统中浮子的受力情况,设计了浮子的尺寸大小,并在造波水槽中完成了波浪发电实验,验证了直驱式波浪发电系统的可行性。
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