热声发电之永磁直线发电机的设计与研究

摘要

热声发电技术是一种新型发电方式，具有热源适应性多、效率高、结构简单、使用寿命长的特点。当热声发动机的冷热两端的温度差达到临界温度时，就会产生声波振荡，通过直线发电机实现“声—电”转换。本文的主要工作是对能够匹配热声发动机的圆筒型永磁直线发电机进行研究。
　　论文对电机的磁路结构和电磁设计进行了研究。本文所设计的发电机类型为单相单极单槽式的圆筒型永磁直线电机。发电机整机外形为圆筒型，初级采用单槽半闭口结构，次级采用传统圆环结构形式。本电机的新颖之处在于动子结构，传统动子结构仅由单主磁极构成，而本文所研究电机的动子由单主磁极和辅助极构成，其中单主磁极的永磁体采用径向充磁，辅助极材料选用硅钢片。电机结构简单，制造工艺成熟。
　　研究了空载电磁参数。分析电机结构参数对空载电磁参数的影响，为电机结构尺寸的选取和优化提供了参考。空载电磁参数包括空载气隙磁密、空载反电势、空载漏磁系数、空载电感。
　　研究了定位力。采用虚位移法对发电机的定位力特性和电磁推力特性进行了分析，研究了影响定位力和电磁推力的因素及抑制措施，仿真与分析结果表明，通过合理的选取电机结构参数，可以有效地减小电机的定位力与电磁推力，且改变辅助极的轴向长度为最有效的方法。
　　对发电机的外特性和效率特性进行了分析。从电压调整率、电枢反应、永磁体工作点校核、铁损耗等角度，分析影响这些特性的因素；同时，分析了铁心材料对电机性能的影响。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 热声发电系统的工作原理

1.3 热声发电系统的发展历程

1.4 本文主要研究内容

第二章 磁路结构设计与电磁设计

2.1 有限元法的介绍

2.2 发电机的磁路结构研究

2.3 发电机电磁设计

2.4 本章小结

第三章 空载电磁参数的分析与计算

3.1 发电机在Maxwell 2D里的二维求解模型

3.2 空载电磁参数的理论与有限元计算

3.3电机结构参数对空载电磁参数的影响

3.4 本章小结

第四章 力特性的分析与计算

4.1 计算力的方法与原理

4.2 定位力的分析及消弱方法

4.3 电磁推力的分析

4.4 本章小结

第五章 样机模型的空载特性和负载运行特性

5.1 样机模型的结构尺寸及材料

5.2 样机模型的空载电磁参数

5.3 运行特性之外特性

5.4 运行特性之效率特性

5.5 磁性材料对电机性能的影响

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文