基于海洋潮流发电用旋转直线永磁电机设计与分析

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海洋能作为一种清洁可再生的新型能源,越来越受到国内、外科学研究的关注,海洋波浪能、海上风能以及海上光伏发电等技术已经取得了阶段性进展。基于直线发电机的直驱式波浪能发电机装置被应用于海洋监测系统、海洋孤岛的工作与照明用电。但长期的实践研究发现基于直线发电机的波浪能发电系统较之旋转发电系统相比,电机功率密度低,容错性较低,输出电能质量不高。且海洋的波浪除了包括竖直方向上的起伏动能,还具有水平方向的垂荡动能,导致直驱波浪发电装置在运行过程中稳定性较差。本文提出了一种新型的直线旋转永磁电机运用于海洋潮流能发电,该电机装置能够吸收海洋波浪所带来的横向与纵向的能量来进行发电。与传统波浪发电装置相比,可以更加有效的俘获海洋的波浪能,从而实现更高效率的波浪能发电。本文主要的研究内容包括:(1)为了提高海洋波浪发电系统的能量俘获和转换效率,本研究采用了一种新型的直线旋转永磁电机结构,可以同时将波浪水平方向与垂直方向的动能转换成电能。此外,对直驱发电平台的结构特点和运行原理进行分析,以期望能够更好地满足系统发电的需求。(2)根据波浪载荷和电磁负荷,根据已有的旋转电机和直线电机的工程设计方法,建立电机电磁场模型,计算出电机结构的尺寸参数。通过对直线旋转永磁电机的结构特征分析,验证电机结构系统的正确性。(3)由于电机包括直线运动单元和旋转运动单元组成,故采用有限元分析法分别对设计的旋转直线永磁电机两个模块的静态和动态性能进行计算,分析电机空载电动势、定位力及齿槽转矩的变化情况。(4)最后,对电机在直线、旋转运动时带负载运行下的输出功率和电能转换效率进行分析与计算。并对旋转模块内部气隙结构进行优化分析,以提高发电机的发电效率。
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