双层气隙永磁直线发电机的温升和推力波动研究

摘要

不可再生能源的消耗使人类过去发电需要的诸如煤、石油、天然气之类的能源逐渐耗尽，新能源发电技术越来越引起人们的重视。波浪能发电绿色环保，并可直接供给海洋仪器电能，其大规模应用可解决人们对电能的需求，是国际关注的新能源形式之一。永磁直线电机应用在波浪能发电装置中可免除直线运动到旋转运动的转换机构，提高系统的效率，在波浪能发电装置中逐渐取代传统旋转电机，成为研究的焦点。本文针对波浪发电用高功率密度双层气隙圆筒型永磁直线发电机进行研究，完成了该电机的温升和推力波动的优化。主要内容如下：
　　1、介绍了双层气隙圆筒型永磁直线发电机的结构和发电原理；应用场计算方法建立了双层气隙圆筒型永磁直线发电机的磁场解析模型。
　　2、使用有限元法进行了双层气隙圆筒型永磁直线发电机的电磁建模，分别建立了电机的稳态磁场和瞬态磁场模型，并分别对其进行了空载和额定负载情况下的求解；将磁场计算的有限元结果与解析结果进行了对比，两者能够很好地吻合，证实了解析计算结果的正确性。
　　3、使用有限元法进行了双层气隙圆筒型永磁直线发电机的温度场分析，针对该双定子结构电机内部温度远高于外部温度的现象，分析了产生原因并提出了该电机内层改进结构和内外层电流配比方法以实现内外层温度相等，进而改善其整体温升性能。
　　4、基于改进的双层气隙圆筒型永磁直线发电机结构进行了推力波动优化，分析其推力波动产生的原因，通过减小端部力和齿槽力来削弱电机的推力波动，并得出了可削弱双层气隙圆筒型永磁直线发电机推力波动的优化设计准则。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 波浪能发电装置的研究现状

1.3直线电机推力波动优化方法

1.4论文研究内容

第二章 双层气隙圆筒型永磁直线发电机磁场解析计算

2.1双层气隙圆筒型永磁直线发电机的结构和原理

2.2双层气隙圆筒型永磁直线发电机的磁场分析

2.3本章小结

第三章 双层气隙圆筒型永磁直线发电机电磁建模

3.1电机有限元计算步骤

3.2直线发电机的静态特性

3.3直线发电机的瞬态特性

3.4本章小结

第四章 双层气隙圆筒型永磁直线发电机的温升分析

4.1 传热的基本理论

4.2双层气隙圆筒型永磁直线发电机的热源分析

4.3双层气隙圆筒型永磁直线发电机导热系数和散热系数

4.4双层气隙圆筒型永磁直线发电机温度场仿真

4.5双层气隙圆筒型永磁直线发电机的温升优化

4.6本章小结

第五章 双层气隙圆筒型永磁直线发电机的推力波动分析

5.1双层气隙圆筒型永磁直线发电机推力波动的产生

5.2双层气隙圆筒型永磁直线发电机推力波动的优化

5.3优化前后电机性能的对比

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2本文工作内容展望

参考文献

攻读学位期间研究成果

致谢