圓筒型永磁直線發(fā)電機的設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、隨著全球能源危機的不斷加劇，風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、海浪波能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電等清潔可再生能源發(fā)電已成為研究熱點。本文所研究的主要內(nèi)容就是與太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)所配套使用的一種圓筒型永磁直線發(fā)電機。
　　在碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，永磁直線發(fā)電機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，對整個太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和輸出電能質(zhì)量有著重要影響。本文對圓筒型永磁直線發(fā)電機進(jìn)行了相關(guān)的分析、設(shè)計、優(yōu)化的工作。
　　文章對直線電機的研究與發(fā)展?fàn)顩r

2、、結(jié)構(gòu)、分類和工作原理進(jìn)行了簡單的闡述與說明，并設(shè)計了一種圓筒型永磁直線發(fā)電機，利用有限元分析軟件 Ansoft Maxwell對電機進(jìn)行了模型的建立與電磁分析。分析了發(fā)電機的空載特性，并對該電機的軸向、徑向充磁永磁體軸向長度比例、永磁體厚度、定子齒寬度等主要參數(shù)進(jìn)行了分析，確定了發(fā)電機反電動勢幅值和反電動勢波形畸變率隨參數(shù)的變化情況。由于上述分析并未考慮主要參數(shù)共同變化的情況下對發(fā)電機反電動勢幅值及其波形畸變率的影響，以反電動勢波形畸

3、變率最小為優(yōu)化目標(biāo)，采用正交優(yōu)化方法對參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。對優(yōu)化后發(fā)電機的輸出電壓以及輸出功率隨負(fù)載的變化情況進(jìn)行了分析，得到了發(fā)電機的輸出電壓和功率曲線圖，為下一步發(fā)電機輸出電能轉(zhuǎn)換奠定了基礎(chǔ)。
　　在校驗永磁電機設(shè)計的合理性、運行性能仿真以及基于 d-q坐標(biāo)系的控制算法時都需要準(zhǔn)確得到交直軸電感、磁鏈等穩(wěn)態(tài)參數(shù)，而上述參數(shù)又受到交叉飽和效應(yīng)的影響，常規(guī)方法無法準(zhǔn)確計算。本文運用有限元方法，以凍結(jié)磁導(dǎo)率法為手段，將非線性場線性化，計

4、算得到了電機的直軸、交軸電樞反應(yīng)電感參數(shù)隨直軸、交軸電流的變化趨勢,得到了直軸反應(yīng)電感、交軸反應(yīng)電感隨交直軸電流的變化曲面。
　　本文還分析了電機中所存在的定位力的問題。論述了永磁直線電機定位力產(chǎn)生的原因，推導(dǎo)了邊端力和齒槽力的表達(dá)式，并且討論了減少邊端力和齒槽力的措施和方法。隨后從改變電機定子軸向長度和邊端齒高度的角度著手，對發(fā)電機模型進(jìn)行了定位力的有限元仿真分析，得到了上述參數(shù)在不同尺寸下對應(yīng)的定位力變化情況，得出了參數(shù)的最優(yōu)