Halbach充磁式永磁直线发电机的研究

摘要

本文中所研究的Halbach结构永磁同步发电机是应用于斯特林发动机系统中的高效直线发电机。在直线发电机与斯特林发动机配合使用的条件下，不但可以提高整个系统的效率，而且还有利于环境的保护，从而对节约能源有重要意义。
　　本文首先介绍了Halbach阵列的基本原理，将Halbach阵列与传统的径向充磁结构和轴向充磁结构进行比较分析，证明Halbach阵列应用到直线发电机中有较大的优势。随后采用解析分析的方法初步确定Halbach直线发电机的主要尺寸。
　　接下来对Halbach充磁结构直线电机进行有限元分析。分析其空载特性，及加槽肩结构与不加槽肩结构对电机性能的影响，并对槽肩的选取进行了优化分析及负载特性的分析。
　　然后分析了弧形永磁体组成的径向磁体结构中弧形永磁体分块数量和排布方式对Halbach阵列磁场的影响。介绍了热分析的基本原理并在ANSYS仿真软件中对所设计的直线电机进行热仿真，得到电机内热分布云图，验证了电机可以在稳态下安全运行，永磁体上的温度不会对永磁体造成退磁。
　　最后详细介绍样机的加工过程。对样机进行空载和负载的实验测试。电阻负载时通过改变电阻阻值测试输出电压及输出电流，从而得到不同负载下的功率。测试接蓄电池负载时电机的发电情况，并对实验结果进行分析。

目录

Halbach 充磁式永磁直线发电机的研究

RESEARCH ON THE LINEAR GENERATOR OF HALBACH MAGNETIZED PERMANENT MAGNET

摘 要

Abstract

目 录

第 1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 斯特林发动机的国内外研究现状

1.2.2 Halbach 阵列电机国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

第2 章 Halbach充磁式直线发电机的特点及解析分析

2.1 Halbach充磁结构的基本原理

2.2 Halbach结构直线发电机与其它结构直线发电机的比较

2.3 Halbach充磁式直线电机解析分析及主要尺寸的确定

2.4 本章小结

第3 章 Halbach充磁永磁直线发电机二维有限元分析

3.1 引言

3.2 Halbach充磁结构轴、 径向磁体轴向长度比例对电机空载特性的 影响

3.3 永磁体厚度对空载反电势的影响

3.4 不加槽肩模型空载性能

3.5 槽肩的优化

3.6 负载特性

3.7 本章小结

第4章 Halbach充磁式直线电机的三维静态磁场分析及稳态热分析

4.1 引言

4.2 Halbach充磁式直线发电机三维静态磁场仿真

4.3 热分析基础

4.4 Halbach直线电机热分析模型

4.5 本章小结

第 5章 实验研究

5.1 样机制作

5.1.1 定子的制作

5.1.2 动子的制作

5.2 实验平台及测试结果

5.2.1 空载及电阻负载测试结果

5.2.2 蓄电池负载测试结果

5.3 测试结果分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历