【正文】 畢業(yè)設計（論文） （ 2021 屆本科） 題 目 ： 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 學 院： 工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣（ 2） 姓 名： 劉中福 學 號： 0927209 指導教師： 謝嘉 2021年 5 月 上海海洋大學 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 I 目 錄 第一章緒論 ............................................................... 3 永磁直線發(fā)電機的國內外研究現(xiàn)狀 ..................................... 3 永磁直線發(fā)電機的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 .................................. 3 永磁直線發(fā)電機的主要特點 ........................................ 5 永磁直線發(fā)電機面臨的主要問題 ....................................... 5 磁路結構和設計問題 .............................................. 5 控制問題 ........................................................ 6 不可逆退磁問題 .................................................. 6 成本問題 ........................................................ 6 橫向磁場電機工作原理及特點 ......................................... 6 本文研究的主要內容 .................................................. 8 第二章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機的結構設計 ................................. 10 海浪能工作特性 .................................................... 10 發(fā)電機模塊化結構設計 .............................................. 10 動子 模塊化結構結構 ............................................. 10 定子模塊化結構結構 ............................................. 11 發(fā)電機 工作過程 ..................................................... 12 發(fā)電機所采用的銣鐵硼永磁材料的工作特性 ............................ 12 第三章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機有限元模型建立和優(yōu)化設計 ................... 14 發(fā)電機電 磁場分析原理和電磁場的計算方法 ............................. 14 ANSOFT 三維電磁場有限元分析軟件 .................................... 15 發(fā)電機有限元分析模型建立 ........................................... 17 發(fā)電機整 體模型 ................................................. 17 發(fā)電機局部模型 ................................................. 20 發(fā)電機有限元分析模型網絡劃分 ................................... 21 永磁體尺寸的優(yōu)化設計 ............................................... 21 永磁體優(yōu)化理論 ................................................. 21 永磁體優(yōu)化靜磁場模擬和分析 ..................................... 24 第四章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機動態(tài)仿真分析及結果 ......................... 26 上海海洋大學 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 II 發(fā)電機動態(tài)仿真分析方法 ............................................. 26 發(fā)電機動態(tài)仿真分析過程 ............................................. 27 發(fā)電機動態(tài)仿真分析結果 ............................................. 29 第五章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機輸出電能轉換裝置設計 ....................... 32 轉換裝置的整流電路部分 ............................................ 32 轉換裝置的逆變電路部分 ............................................ 32 逆變電路 PWM 控制的基本原理 ..................................... 32 逆變電路的控制方法 ............................................. 33 第六章 結論和工作展望 ................................................... 35 結論 ............................................................... 35 工作展望 ........................................................... 36 參考文獻 ................................................................ 37 致謝 .................................................................... 38 上海海洋大學 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其 性能研究 第 1 頁 共 41 頁 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 摘要 ： 近年來隨著永磁材料性能的不斷提升，特別是銣鐵硼永磁材料熱穩(wěn)定性和和抗腐濁性的改善和價格逐漸降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，以及永磁電機研究應用越來越成熟，永磁電機正逐漸運用于越來越多的領域。在全球能源緊張和污染治理形勢嚴峻的情況下，海浪能作為一種清潔能源，利用海浪能發(fā)電對于緩解能源危機，保護自然環(huán)境有著重要的意義。 根據海浪能具有往復運動做功的特點，本文設計開發(fā)出一種永磁直線發(fā)電機，永磁材料選用銣鐵硼， 該材料具有高磁能積、高剩磁感應強度、高矯頑力、去磁曲線為直線等優(yōu) 點。 用永磁材料進行勵磁，省略的復雜的大體積的電勵磁繞組，可以有效的減小了發(fā)電機體積和提高了發(fā)電機的海浪能利用轉化效率。電動機 動子 隨海浪做直線往復運動，省略了復雜的能量轉換中間裝置，直接把海浪能轉換為電能，大大提高了海浪能的利用率和發(fā)電效率。 本研究以有限元分析軟件 Ansoft14． 1 為基礎對永磁發(fā)電機構建了幾何模型和三維模型，并在三維模型的基礎上進行了三維磁場瞬態(tài)分析仿真計算，得出了發(fā)電機線圈輸出電壓隨 動子 運動速度位置變化的曲線，和磁場線和磁感應強度的分布。并以 此 為依據確定了永磁發(fā)電機各 部分的尺寸和材料。然 后運用電力電子器件對發(fā)電機輸出電壓進行處理 。最后運用理論計算滿足設計要求的永磁材料利用率最高時永磁材料的尺寸，并用靜磁場進行模擬分析，運用模擬結果驗證了理論分析。 關鍵詞 ： 海浪能發(fā)電 。 直線永磁發(fā)電機 。 Ansoft 上海海洋大學 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 第 2 頁 共 41 頁 Linear permanent mag generator modeling and Study its properties Abstract： In recent years, with the continuous improvement of performance permanent magic materials, especially the improvement 0f NdFeB permanent magic materials’ thermal stability and corrosion resistance and prices decreased gradually and the further development of power electronic devices, and as well as the research and application of permanent mag motor research bee more and more mature, permanent mag motor is being applied in more and more fields. In the global energy shortage and grim pollution control circumstances, wave energy as a clean energy, , the use of wave energy generation to alleviate the energy crisis and protect the natural environment., has an important significance According to the characteristics of the wave energy has a reciprocating work, this paper designed and developed a kind of linear permanent mag generator, permanent mag materials use NdFeB material, the material with high magic energy product, high remanence flux density, high coercive force, magic curve is a straight line etc.. With permanent mag excitation, large volume of plex electric field winding of the generator can be omitted, so we can effectively reduce the volume of permanent mag generator, and improve the generator’s wave power conversion efficiency. The rotor of the motor with the ocean wave do straight reciprocating motion omitted middle plex energy conversion device, directly transfer the wave energy into electrical energy, greatly improving the utilization of wave energy and power generation efficiency. In this study, based on finite element analysis software ,permanent mag generator’s geometric model and 3D models is constructed, and do the simulation of threedimensional magic transient analysis of the threedimensional model and calculated