永磁直线振动发电机的输出特性分析及实验研究

设计了一种永磁直线振动发电机,探索了发电机的输出特性。由振动发电机的结构和工作原理,利用仿真软件仿真了发电机在正弦激励下的空载输出电动势。制作样机并进行实验研究,分析了不同线圈组合方式下的输出电动势和输出功率。振动发电机在频率16 Hz、振幅2 mm的正弦位移激励下,测得全部线圈串联的输出电动势有效值为9.153 4 V,可输出最大功率为0.523 7 W;线圈先并联后串联的输出电动势有效值为4.207 6 V,可输出最大功率为0.442 6 W;全部线圈并联的输出电动势有效值为0.823 V,可输出最大功率为0.338 7 W。对比得实验结果与仿真结果规律一致。     

一种新型Halbach阵列永磁振动发电机的设计与输出特性分析

给出了一种永磁振动发电机感应电动势的计算公式,设计了一种新型Halbach阵列永磁振动发电机,机体两侧分别固定了两组永磁体,内部6个线圈串联。采用有限元法,与普通Halbach阵列和传统永磁振动发电机进行了对比分析,新型Halbach阵列的应用大幅度提升了振动发电机的性能。正弦规律振动的振源频率为10 Hz,振幅为3 mm时,新型振动发电机的最大输出功率为355.85 m W,开路电压有效值为6.402 9V。最后,对线圈相对永磁体的位置进行了优化,最大输出功率达到了414.81 m W,进一步提升了16.57%,此时开路电压有效值为7.036 6 V。     

永磁活塞机械电力发动机直线电机设计优化

永磁活塞机械电力发动机是一种新型动力装置，能协同实现机械能和电能耦合输出，满足多元动力需求。电动力结构的合理构型是提高电能转化效率的重要保证，以提高输出电流与减小定子损耗为目标，动子永磁体和定子槽的结构尺寸参量为设计变量，搭建电动力结构的设计优化模型。利用ISIGHT软件集成Maxwell软件对其动子和定子进行了优化分析，并对优化后的样机进行有限元分析。优化后输出电流有效值为2.1A，提高了31.3%，定子损耗有效值为0.56w，降低了21.2%，性能均符合设计要求。     

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。     

单相半控桥式整流稳压永磁发电机的技术设计

单相半控桥式整流稳压永磁发电机主要为汽车的用电设施提供直流电源以及给蓄电池充电.发电机转子铁心上有多块由极靴通过非导磁螺钉固定的钕铁硼永磁体,相邻的钕铁硼永磁体极性相反,即N极S极间隔排列,组成钕铁硼永磁转子,当转子转动时,磁场旋转,线圈切割磁力线,产生电动势.新研发的单相半控桥式整流稳压电子稳压器,集稳压、整流于一体,可保证发电机输出电压稳定的直流电,解决了汽车用永磁发电机在变转速变负载工况下输出电压不稳定的问题.     

永磁振动发电机的机电耦合分析与实验研究

为了预测振动发电机的响应规律,采用弹簧-质量-阻尼构建系统模型,并结合电磁感应定律,分析输入振动位移与系统响应的耦合规律。磁场分布和磁力采用有限元法计算,在机电耦合仿真过程中将磁力采用三次多项式拟合,确定系数可达0.9976。正弦振动激励下的计算结果表明,由于磁力的非线性,动子位移和输出电动势出现了明显的谐波。在振幅和频率分别为5 mm和10 Hz的正弦振动激励下对样机进行测试,输出电动势的峰峰值和有效值分别为3 V和0.7 V。实验结果与仿真结果规律一致。     

电磁式振动发电机的机电特性分析与实验研究

设计了一种电磁式振动发电机结构,利用质量-弹簧-阻尼模型对振动发电机结构进行了数学建模,分析了电磁式振动发电机进行了机电特性,并仿真计算了正弦振动位移激励下线圈的输出电动势。结果表明,在模型基础上,发电机的输出感应电动势与输入位移激励具有相同的变化规律,说明机械能较好地传递到了电能。对设计并制作的样机进行了实验研究,发电机在振动频率10 Hz,振幅10 mm的正弦位移激励作用下,同一侧单组线圈、双组串联线圈的输出电动势峰峰值和有效值分别为3.437 V、7.684 V和0.710 V、1.988 V,实验表明,实验数值和仿真数值近似而且波形规律相同。     

MW级高速永磁风力发电机高温短路时永磁体失磁研究

针对一台5 MW高速永磁风力发电机,选取永磁体容易发生失磁的高温及短路工况,对永磁发电机的负载和三相突然短路进行数字仿真.根据仿真结果研究了永磁风力发电机的工作温度对风力发电机负载输出参数,以及三相突然短路时永磁体抗去磁能力的影响.在分析过程中结合了钕铁硼(NdFeB)磁钢的测试参数,使计算结果更加准确.所得结论对大功率高速永磁风力发电机的设计和运用具有参考意义.     

一种提高Modular定子绕组永磁同步发电机感应电动势的新方法

针对Modular定子绕组永磁同步发电机,利用其线圈绕在定子齿上的特点,采用不等槽距的方法,改变线圈正负边的跨度,达到优化永磁同步电机感应电动势幅值目的。仿真结果表明,优化后电机的感应电动势幅值提高了1%,并且保持了模块化,具有齿槽转矩小、谐波含量较小等优点。在保持输出电动势不变的情况下,可以将绕组线圈数目或电机轴向长度减小1%,从而提高电机的材料利用率。     

振动发电机的系统建模与频率特性分析

采用两自由度振动模型对振动发电机进行描述,由于非线性磁力的影响,该模型表明电磁式振动发电机是非线性非自治系统。基于该模型,对正弦振动激励下的系统响应进行仿真分析,结果表明,动子与定子的相对位移响应出现了明显的倍频现象,而输出电动势的频率分布更加复杂,不但有对应激励频率的主振动解和亚谐振动解,而且还有对应固有频率的亚谐振动解和超谐振动解,表明系统具有较强的非线性,且随着输入振动能量增大,系统的非线性特征更加明显。在10Hz正弦振动激励下的测试发现,输出电动势的幅频特性在10Hz、20Hz和30Hz处出现峰值,表明输出电动势出现了明显的倍频信号,实验结果与仿真结果的频率特性一致。     

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。     

自由活塞内燃机用直线发电机的设计与分析

自由活塞内燃发电机是一种新型动力装置,该装置中直线发电机的动子运动规律受缸内燃烧状况的影响,动子不同运动规律及永磁体充磁方式均会影响直线发电机的性能。运用有限元法分析动子不同运动规律及永磁体不同充磁方式下直线发电机的空载及负载特性。分析结果表明,匀速运动下感应电动势正弦波形畸变率最小。相同极弧系数下,径向充磁方式下空载定位力幅度比轴向充磁更大、空载反电动势正弦波形畸变率更小。相同负载下,径向充磁方式下的输出功率及动子所受的电磁力均比轴向充磁大。     

电动车用径向充磁自由活塞式永磁直线发电机研究

将直线发电机与自由活塞式发动机组合起来,是串联式混合动力电动汽车辅助动力单元(Auxiliary power unit-APU)的一种新式结构,它可以使系统结构紧凑,有很高的效率和稳定的性能.直线发电机是该系统中的重要组成部分.对圆筒形径向充磁式永磁直线发电机进行了研究,通过有限元仿真计算,对发电机中铁心材料和永磁体的放置方式进行优化,另外还对发电机极数和动子的长度进行了优化,最终得到发电机的效率为95.8%,功率密度为2.9 kW/m3.     

基于永磁振动发电的微功耗电能处理电路

永磁振动发电机的输出功率较小,且输出特性受振动环境影响明显,因此开发了一种低功耗电能处理电路,提高供电效率。在人体甩臂运动时,对永磁振动发电机输出的电动势进行测量,计算功率谱密度,确定振动发电机的能量输出集中的频段。以此为基础,计算永磁振动发电机的输出阻抗并设计整体电路,包括与发电机阻抗匹配的整流滤波电路、储能电路、升压供电电路。仿真和实验研究,证明电路的工作损耗低于30μW。     

车辆用42V可控整流稳压式稀土永磁发电机的设计

多块稀土永磁材料由极靴通过非导磁螺钉固定在钕铁硼永磁发电机转子铁芯上,相邻的稀土永磁材料极性相反,即N极S极间隔排列,组成钕铁硼永磁转子,当转子转动时,磁场旋转,线圈切割磁力线,产生电动势.设计出了由基准电路、比较电路、触发电路和整流稳压电路组成的四相半波可控整流稳压器,该稳压器集稳压、整流于一体,输出电压稳定的直流电,解决了汽车用42 V永磁发电机在宽转速、宽负载范围内输出电压不稳定的问题.     

圆筒形永磁波动发电装置设计与实验研究

提出一种圆筒形永磁波动发电装置,该发电装置线圈匝数为400匝,振动幅度为-50~50 mm,振动周期为2 s时,输出最大开路电压为25.162 V,最大输出功率为15.4664 W,该装置采用径向充磁的扇形磁瓦构成的环形永磁体作为定子,永磁体内、外两侧分别设置两组线圈绕组。阐述圆筒形永磁波动发电装置工作原理,对永磁体建立数学模型。采用有限元法分析了发电装置的三维磁场分布和内外侧线圈输出电压波形;通过仿真计算确定线圈位置、间距、匝数等参数;装置的实验测试结果与仿真计算结果一致。     

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。     

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。     

一种定子齿错位的模块化直线永磁磁通切换电机

直线永磁磁通切换电机的电枢绕组和永磁体都在动子上,而定子是凸极铁心,在长定子场合,如轨道交通,可以降低成本,具有很大的应用潜力。对一种模块化直线永磁磁通切换(MLFSPM)电机的结构进行改进,提出了一种基于定子齿错位的MLFSPM电机,主要目的是减小电机的定位力的同时,兼顾绕组基波幅值并减小绕组的谐波含量。在分析了电机定位力和线圈磁链与错位角之间的关系后,针对同时减小定位力和磁链谐波含量的目标,为电机选择了合适的错位角。最后,利用ANSYS有限元分析,对所提出的定子齿错位结构的MLFSPM电机进行仿真验证,仿真结果证明了所选错位角合理有效,所研究电机的定位力相对较小,相绕组磁链波形较正弦。     

直径1.5mm微型永磁同步马达的设计与实验研究

设计了一种直径1.5mm微型永磁同步马达,马达转子为永磁体,定子采用可挠线圈与导磁外壳相结合的结构;通过电磁分析软件JMAG建立微马达数字模型并进行2D瞬态电磁场有限元分析,根据结果求得马达的感应电动势常数和转矩常数;研制了微型马达样机,测试其转速-反电动势与扭矩-电流曲线,结果显示样机实测值与仿真具有较好的一致性,为微型永磁马达进一步设计与应用提供理论数据和数字模型。