【正文】 第五章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機輸出電能轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計 由于波浪能的不穩(wěn)定，所以發(fā)電機的輸出電能的頻率和電壓都不穩(wěn)定，諧波很大。 由公式 可知其中 動子 運動的速度正比于感應(yīng)電動勢的大小，所以我們應(yīng)該設(shè)定其 動子 運動的速度，由于海浪能一般的往復(fù)運動速度為 1m/s,所以在這里設(shè)定其運動速度也為一秒。 綜上所述，我們預(yù)估的 =182 (319) 而我們所設(shè)的永磁材料的 (320) 把 318到 320代入到 317中 得到的 Vm=47880mm3 （ 321） 我們發(fā)電機的永磁體塊數(shù)為 18*4=72 （ 322） 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 第 24 頁 共 41 頁 則其中每塊的永磁體體積 為 Vｍ /72=665mm3 （ 323） 厚度為 18MM， 則面 積 為 S＝Ｖ ｍ /18= (324) 下邊我們?nèi)?3個樣本，來驗證理論分別是 S=30mm2。必須指出的是，磁能利用系數(shù) C是電機空載時磁感應(yīng)強度標(biāo)么值 Bm0與電機短路時退磁磁場強度標(biāo)么值 hmk。又因為設(shè)計的這個電機，模型圍繞中心軸即 Z軸對稱，每 40度為一個周期， 9個周期（ 400*9=3600）合成這個模型，故而到時只需分析這一個周期中其中中間的那截線圈上電壓隨時間變化的波形乘以 18即可得到整個模型線圈電壓隨時間變化的規(guī)律，裁剪得到的 六 分之一模型如下。 發(fā)電機有限元分析模型建立 由于 ansoft模型庫中并沒有我們所設(shè)計電機的模型，所以我是運用 ansoft的繪圖功能在其中繪制，繪制的電機主要參數(shù)如下表： [10] 表 31發(fā)電機主要參數(shù)表 極數(shù) 18 每槽線圈匝數(shù) 167 定子內(nèi)徑 20mm 相數(shù) 1 定子外徑 50mm 常規(guī)氣隙厚度 1mm 定子槽數(shù) 18 動子 之間絕磁材料外徑 62MM 定子軸向厚度 18mm 動子 之間絕磁材料內(nèi)徑 51mm 動子 內(nèi)徑 51mm 動子 之間絕磁材料軸向厚度 18mm 動子 外徑 63mm 永磁體長 12 動子 軸向厚度 18mm 永磁體寬 3 其中的定子槽如下圖： [11] 圖 31定子槽圖 線圈軸與線圈槽各部分之間距離為 1MM 本文中的電機是直線永磁無刷發(fā)電機， 動子 永磁體材料選用銣鐵硼，定子鐵 心選用硅鋼片疊壓而成。 3． 渦流場求解器 渦流場求解器用于分析受渦流、集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)所影響的系統(tǒng)。 Ansoft軟件的界面友好，操作容易，計算準(zhǔn)確，為工程師們進行工程設(shè)計和科學(xué)研究中提供了 有力的支持。奇對 稱指在對稱面兩側(cè)的電流、電荷、電位、磁位等物理量滿足大小相等，符號相反。電磁場求解過程中有各種各樣的邊界條件， Ansoft 求解過程中，具體包括以下幾類： 1． 狄利克萊邊界條件 (33) 其中， Γ 為狄利克萊邊界， g(Γ )是位置函數(shù)，可以為常數(shù)和零。 (32) 在求解三維瞬態(tài)磁場時，其棱邊上的矢量位自由度采用了一階元計算，而節(jié)點上的標(biāo)量位自由 度采用二階元計算。 另外，由于釹鐵硼永磁材料的溫度系數(shù)較高，造成其磁性能熱穩(wěn)定性較差。由于釹在稀土中的含量是釤的十幾倍，資源豐富，鐵、硼的價格便宜，又不含戰(zhàn)略物資鈷，因此釹鐵硼永磁的價格比稀土鈷永磁便宜得多，問世以來，在工業(yè)和民用的永磁電機中迅速得到推廣應(yīng)用。下邊是本文中的 動 子 圖： 圖 21 動 子 圖 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 第 11 頁 共 41 頁 上圖中的綠色的永磁體充磁方向沿圓環(huán)切向方向向右，棕色的沿圓環(huán)切向方向向左。但我國 波浪能發(fā)電的研究起步較晚， 1990年才在大萬山島建成第一座 20kW級的試驗性波浪發(fā)電站。但由于 海浪運動的不規(guī)律性，導(dǎo)致發(fā)電不穩(wěn)定，故而我們在隨后用電力電子器件對發(fā)電機發(fā)出來的電進行整流處理以提高電能的質(zhì)量。磁通在 U形內(nèi)外定子鐵心內(nèi)流動，那么磁力線所在平面就垂直于電機的轉(zhuǎn)子運動方向，所以稱 其為“橫向”磁場上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 第 8 頁 共 41 頁 電機。 徑向磁場電機的齒槽截面積和齒部寬度在競爭同一平面的空間尺寸資源。在設(shè)計時既需根據(jù)具體使用場合和要求，進行性能、價格的比較后決定取舍，又要進行結(jié)構(gòu)工藝的創(chuàng)新和設(shè)計優(yōu)化以降低成本 [2]。永磁發(fā)電機難以從外部調(diào)節(jié)其輸出電壓和功率因數(shù)，永 磁直流電動機不能再用改變勵磁的辦法來調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。據(jù) 資料統(tǒng)計，當(dāng)電機在 1500rpm至 6000rpm之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行時，普通電勵磁電機平均效率只有 45％至 55％，而永磁電機則可高達 75％至 80％，而專用永磁電機的效率則更高 。這些復(fù)雜問題需要應(yīng)用多學(xué)科理論和系統(tǒng)工程進行優(yōu)化設(shè)計 ，提高性價比，促進電機等學(xué)科和行業(yè)進一步發(fā)展。 2) 80年代，特別是 1983年出現(xiàn)價格相對較低的釹鐵硼永磁后，國內(nèi)外的研究開發(fā)重點轉(zhuǎn)到工業(yè)和民用電機上。 稀土永磁材料的發(fā)展大致分為三個階段。 19世紀(jì) 20年代出現(xiàn)的世界上第一臺電機就是由永磁體產(chǎn)生 勵磁磁場的永磁電機。這種電勵磁的電機既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動；另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場。 Ansoft 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)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 the output voltage of generator coil curve with the rotor speed position change, and and do the generator coil’s magic field lines and magic induction intensity distribution And on the basis to determine the size and material of each part of permanent magic generator. Then use the power electronic devices for processing the output voltage of the generator,. Finally, calculated the size of permanent magic materials to meet the highest rate when the permanent mag material design requirements for the application of the theory, and analyzed by static magic field, the simulation results verify the theoretical analysis. Key words： Wave。 用永磁材料進行勵磁，省略的復(fù)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(zhuǎn)化效率。電動機 動子 隨海浪做直線往復(fù)運動，省略了復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換中間裝置，直接把海浪能轉(zhuǎn)換為電能，大大提高了海浪能的利用率和發(fā)電效率。 Energy generating linear permanent mag generator。由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預(yù)先磁化（充磁）以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場。但當(dāng)時所用的永磁材料是天然磁鐵礦石 (Fe304)，磁能密度很低，用它制成的電機體積龐 大，不久被電勵磁電機所取代。 1967年美國 K． J． Strnat教授發(fā)現(xiàn)的釤鈷永磁為第一代稀土永磁，其化學(xué)式可表示成 RCos（其中 R代表釤、鐠等稀土元素），簡稱 1:5