用于可再生能源非恒速永磁振动发电机的研究

摘要

可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能、振动能等，相应地采用这些能源发电即是可再生能源发电。振动发电机可借助于弹簧、磁弹簧等拾振装置将振动能量转换成电能，绿色环保、可持续供电。振动能转化为电能的研究为解决能源危机提供了一种新途径。对永磁直线振动发电机模型的建立和特征参数的优化丰富了直线发电机理论，也为永磁振动发电机的研究提供参考。因此振动发电技术有着良好的发展前景，其必将带来深远的影响和意义。
　　论文以法拉第电磁感应定律为理论基础，对永磁振动发电机进行理论分析，包括发电机的磁场、电磁力、感应电压的有限元分析等。在柱坐标系下，针对非恒速直线式永磁发电进行建模和分析，确定了影响发电机输出特性的因素。
　　应用电磁场有限元理论，通过有限元分析软件对单振子永磁发电机、E型磁轭永磁发电机以及爪极式永磁发电机进行网格剖分及仿真运算，得到发电机的磁场分布、电磁力和感应电动势等参数。考虑到工程振动环境的多样性与随机性，在不同位移激励和正弦激励条件下对永磁发电机输出特性进行分析。
　　根据理论分析，制作实验样机，对永磁振动发电机进行测试，测试永磁结构等对输出特性的影响；利用振动台对发电机在不同位移激励和力激励下的输出电动势进行测试和分析；制作后续电能处理电路并测试永磁振动发电机负载特性。
　　理论和实验研究表明，永磁体形状对永磁振动发电机的输出特性有明显影响，圆柱形和梯形永磁体条件下的永磁利用率分别为1.91×105V/m3和1.59×104V/m3。振源的频率和振幅对输出也有明显影响。此外，后续电能处理电路的设计也非常重要。本文设计的储能稳压电路都能实现5V直流稳压输出，基本达到要求。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2可再生能源发电技术简介

1.3永磁振动发电机研究的概况

1.4本文主要研究内容

第二章 非恒速永磁振动发电机磁场分析

2.1有限元法简介

2.2直线式永磁振动发电机的模型的提出

2.3 爪极式永磁发电机

2.4永磁式振动发电机电磁力和电磁转矩的分析

2.5永磁式发电机感应电动势的分析

2.6本章小结

第三章 非恒速振动环境下永磁发电理论的研究

3.1非恒速工程振动环境分析

3.2位移输入时永磁式发电机输出电压的研究

3.3不同力输入情况下输出感应电动势的变化

3.4本章小结

第四章 实验研究与负载特性分析

4.1样机设计

4.2不同位移激励时输出感应电动势的情况

4.3永磁体对输出感应电动势的影响

4.4负载设计与负载特性分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢