一种海浪发电用永磁单相直线电机的工作特性与实验分析

提出了一种直驱海浪发电用圆筒型单相永磁直线发电机(PMSPLG)设计方案,该电机具有初级结构简单、体积小、定位力波动幅值小的特点。首先,论文给出发电机的结构和工作原理,分析了采用Halbach永磁阵列的电机气隙磁场。其次,在旋转电机磁场能量计算方法的基础上对直线电机齿槽定位力的计算公式进行推导,得到圆筒型直线电机的齿槽定位力波动统一公式;并采用有限元方法(FEM)对电机在不同槽距和极距的匹配情况下,对电机的定位力进行仿真分析,得到电机的槽距和极距的最优尺寸。最后,分析了PMSPLG在恒速和正弦变化速度下的空载电动势变化曲线。论文给出单相永磁直线发电机同尺寸样机,实验验证了电机的电磁特性。计算与实验结果表明该直线发电机具有定位力波动幅值小、后续整流电路简单的特点;与其他采用旋转电机的波能发电装置相比,具有能量转换效率高、系统结构简单、应用成本低等特点,在海浪发电领域具有较好的应用前景。     

圆筒型永磁直线发电机的设计与定位力分析

提出了一种基于Halbach阵列结构的圆筒型永磁直线发电机设计方案,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。得到了发电机的空载反电动势波形以及负载特性。通过改变发电机定子铁心的轴向长度及其边端齿的高度对电机进行了优化设计,得到了发电机铁心轴向长度和边端齿高度的最优尺寸。分析结果表明,优化之后发电机的定位力大幅降低,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计与优化提供了理论依据。     

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。     

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。     

一种无铁Halbach型永磁直线电机

提出一种用于驱动高精度平面电机的无铁永磁直线电机结构,并制作了同尺寸的Halbach阵列型和径向阵列型样机进行对比研究。分析了Halbach永磁阵列和径向永磁阵列的磁场,提出了直线电机的解耦电磁力方程,对两种样机的静态推力、空载反电动势、闭环定位特性进行了对比实验研究。与径向阵列型样机相比,Halbach阵列型样机的推力常数提高1.37倍,反电动势幅值提高1.5倍且波形正弦性较好,达到相同动态性能指标时,控制电流幅值降低1.4倍。理论分析和实验结果表明,Halbach永磁阵列可增大无铁直线电机的气隙磁通密度,改善磁场分布的正弦性能。     

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。     

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。     

三种不同充磁方式圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的大小。利用有限元软件An-sys分析了三种不同充磁方式动子结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。在其它结构参数不变时,分析了极弧系数、永磁体厚度和气隙大小随气隙磁密大小变化规律。得出了在相同条件下,轴向充磁和Halbach充磁方式气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而径向充磁方式气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。     

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。     

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。     

三种不同形状永磁体圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的性能。利用有限元软件ANSYS分析了三种不同形状永磁体结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。得出了在相同条件下,矩形和梯形永磁体结构气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而菱形结构气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。     

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%。     

梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明：梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。     

磁路互补型模块化磁通切换永磁直线电机

新型模块化初级永磁直线电机的永磁体和电枢绕组都置于初级短动子,而次级长定子结构简单,仅由导磁铁心组成,若应用在轨道交通等长定子等场合,可大大降低系统成本。在深入分析现有电机结构特点的基础上,提出一种基于磁通切换原理磁路互补的新结构。结构的互补性使每相绕组的反电势更正弦、电机总的定位力更小。介绍了模块化初级永磁直线电机的结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究了其静态特性,具体包括对空载和单相绕组通电时的磁场及气隙磁通密度、绕组永磁磁链、空载反电动势、定位力、绕组电感以及静态推力等,并分析了永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。理论分析和样机实验结果验证了设计方案的正确性和有效性。     

直线磁场调制电机推力特性关键参数分析

直线磁场调制电机由于材料成本受行程长度影响较小,适合于长行程应用场合。为获得更好的推力特性,本文从理论研究入手,分析了直线磁场调制电机推力的解析公式,进而确定气隙磁密谐波含量影响推力特性。为了提高气隙磁密的正弦度,电机采用Halbach永磁阵列,相比于传统法向充磁直线磁场调制电机平均推力提高18%,但推力波动率也增大了3.4%。为了尽量降低推力波动,利用有限元法对Halbach永磁体结构、电枢齿靴宽度、调磁块的尺寸和形状等结构参数进行参数化分析与改进设计。最终平均推力为783N,相比于传统法向直线磁场调制电机平均推力提高了44.5%,推力波动率从16.1%降低到8.3%。     

改进式Halbach磁体结构直线电机设计与分析

提出了一种应用于低速直驱式波浪发电装置的无齿槽永磁直线发电机。为提高电机的气隙磁通密度与电能输出效率,采用T型和爪型两种改进式的Halbach永磁阵列结构。当为该无齿槽电机的初级部分设置相同的铁轭和绕组参数时,电机的永磁体部分采用普通Halbach永磁阵列结构、T型永磁体结构、爪型永磁体结构,对电机电磁特性进行对比分析。采用三维瞬态有限元法对电机在空载运行时的特性进行分析与计算。最后,通过采用Halbach永磁阵列结构的筒型直线电机进行实验和分析,验证了该电机模型的正确性和电机分析方法的有效性。所有分析结果表明该电机结构及分析方法可以用于直驱式运动电机的设计与分析方面的研究。     

海浪发电用Halbach磁体结构圆筒型直线发电机性能分析

近几年提出了多种对波浪能进行开发的方案,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Halbach磁体结构的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和工作原理,并且基于Maxwell 2D对于发电机进行仿真,得到了磁场分布图、空载和负载电压的波形,仿真结果可以指导Halbach磁体结构的圆筒型直线发电机的理论研究。     

凸型Halbach阵列的永磁直线电机磁场分析

永磁直线电机由磁阵列构成的动子和线圈构成的定子组成。其中,磁阵列多采用Halbach永磁阵列。直线电机的运行稳定性与永磁体的气隙磁场的分布情况有直接联系。因此,改善气隙磁场的正弦分布是改善直线电机工作特性的关键。本文提出了改进的Halbach永磁阵列,每个磁块的形状为凸型。论文对其磁场的分布特性进行了理论分析,利用有限元方法对改进的Halbach永磁阵列的磁场进行了仿真,并且和普通矩形的Halbach永磁阵列磁场进行了比较。仿真实验表明,凸型磁块构成的磁阵列可大大改善气隙磁场的正弦特性,而且一定程度上提高了其磁场强度。     

Halbach永磁伺服电机结构研究及优化设计

在分析Halbach电机结构及磁场特性的基础上,对三种Halbach结构永磁伺服电机性能进行了对比研究,并对极间隔断Halbach永磁伺服电机在气隙长度、磁体厚度、磁体块数、磁极配比对径向气隙磁场的影响进行研究,以找出结构尺寸对电机性能影响的一般规律。提出了两种新型Halbach电机改进结构,并对性能进行了仿真研究,最后确定了优化的Halbach电机结构。     

圆筒永磁直线电机设计及推力波动研究

圆筒型永磁直线电机无需中间传动装置便可实现直线运动,使系统结构简单、响应快,但其存在推力波动大的问题。为了减小电机推力波动,提高电机推力性能,本文重点从初级铁心长度、极弧系数和闭口槽的使用3个方面对电机结构进行了分析,研究其对电机推力的影响。最终确定了圆筒直线电机的设计方案,并制造出样机,所得结果为圆筒型永磁直线电机设计提供了理论依据。