海洋波能转换微型直线发电机的研究

论文摘要

波浪能作为一种具有战略意义的可再生新能源,波浪能发电技术受到世界各国的极大关注。目前的波浪能发电装置的基本原理是将波浪能转换为气压能、液压能或势能,然后传递给气轮机、水轮机、或齿轮箱带动旋转发电机发电。这些发电系统的特点是传动较为复杂,体积大,投资大。采用直线发电机由波浪的上下往复运动直接驱动发电避免了复杂的传动系统,其具有结构简单、维护方便、损耗小、成本低等优点。直线发电机直驱式发电的缺点是动子运动速度较慢,发电效率低,运行不稳定。当波浪较小时,目前的发电方案的成本及对波浪能的转换效率均比较差。为克服目前的发电技术对小波浪适应性较差的缺点及实现发电装置的小型化,本课题提出一种海洋波能转换微型直线发电机,该发电机采用气压驱动,结构为动圈式以减小动子质量提高运行速度,采用空气铁芯线圈以减轻线圈重量,并减小了线圈与磁铁之间的相互作用力。论文首先对气动驱动式直线发电机进行了结构设计,然后利用有限元法进行了数值建模分析,最后设计了样机对其发电性能进行了实验研究。主要研究内容包括:直线发电机的工作机理;直线发电机的结构设计;气压驱动控制系统设计;直线发电机的相关电磁场理论及有限元数值建模分析;结构参数对电磁场性能影响的分析;发电性能的摸底试验。研究结果表明:无杆气缸可以良好地驱动动子线圈稳定高速运行发电,发电机结构紧凑;空气铁芯线圈显著减小了动子与磁场的用力,线圈动子运行阻力小,运行平稳;减小磁铁间距可以优化磁场波形,减少谐波分量;气缸工作在气体膨胀阶段时气压会逐渐下降,从而引起动子的运动速度会下降,导致发电电压降低。本文的创新性研究及贡献主要表现为:直线发电机的动子采用无杆气缸驱动,运行速度和发电效率高,使得发电机体积小、结构紧凑;采用矢量磁位有限元法对直线发电机进行了建模分析,分析了结构参数对磁场分布特性的影响,特别是对磁场的轴向和径向分量进行了分析。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 主要符号表
• 第1章 引言
•   1.1 课题背景及研究意义
•   1.2 国内外研究现状及分析
•   1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 直线发电机的基本理论
•   2.1 发电机的基本原理
•   2.2 直线发电机的原理及结构
•   2.3 永磁材料
•   2.4 波浪能基本理论
• 第3章 直线发电机的设计
•   3.1 直线发电机的总体结构
•   3.2 气缸的选型
•   3.3 定子设计
•   3.4 动子设计
•   3.5 机箱及总装结构
•   3.6 气动控制系统设计
• 第4章 永磁铁定子的电磁场有限元数值分析
•   4.1 静磁场的磁矢量位
•   4.2 直线发电机的静磁场边值问题
•   4.3 有限元数值求解
•   4.4 数值分析结果
•   4.5 数值仿真验证
• 第5章 实验研究
• 第6章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙燕清

导师: 胡玉生,徐加征

关键词: 波浪能转换器,直线发电机,气动驱动,空气铁芯,动圈式,永磁,磁矢量位,有限元法

来源: 集美大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 集美大学

分类号: TM359.4;P743.2

总页数: 75

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