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1、毕业设计（论文）（2013 届本科）题 目： 永磁直线发电机建模及其性能研究 学 院： 工程学院专 业： 电气工程及其自动化班 级： 电气（2）姓 名： 刘中福 学 号： 0927209指导教师： 谢嘉2013 年 5 月上海海洋大学 2009 届毕业设计（论文） 永磁直线发电机建模及其性能研究I 目 录第一章绪论 .31.1 永磁直线发电机的国内外研究现状 .31.1.1 永磁直线发电机的发展及研究现状 .31.1.2 永磁直线发电机的主要特点 .51.2 永磁直线发电机面临的主要问题 .51.2.1 磁路结构和设计问题 .51.2.2 控制问题 .61.2.3 不可逆退磁问题 .61.2.
2、4 成本问题 .61.3 横向磁场电机工作原理及特点 .61.4 本文研究的主要内容 .8第二章 横向磁场永磁直线发电机的结构设计 .102.1 海浪能工作特性 .102.2 发电机模块化结构设计 .102.2.1 动子模块化结构结构 .102.2.2 定子模块化结构结构 .112.3 发电机工作过程 .122.4 发电机所采用的铷铁硼永磁材料的工作特性 .12第三章 横向磁场永磁直线发电机有限元模型建立和优化设计 .143.1 发电机电磁场分析原理和电磁场的计算方法 .143.2 ANSOFT 三维电磁场有限元分析软件 .153.3 发电机有限元分析模型建立 .173.3.1 发电机整体模型
3、 .173.3.2 发电机局部模型 .203.3.3 发电机有限元分析模型网络划分 .213.4 永磁体尺寸的优化设计 .213.4.1 永磁体优化理论 .213.4.2 永磁体优化静磁场模拟和分析 .23第四章 横向磁场永磁直线发电机动态仿真分析及结果 .26上海海洋大学 2009 届毕业设计（论文） 永磁直线发电机建模及其性能研究II4.1 发电机动态仿真分析方法 .264.2 发电机动态仿真分析过程 .274.3 发电机动态仿真分析结果 .29第五章 横向磁场永磁直线发电机输出电能转换装置设计 .325.1 转换装置的整流电路部分 .325.2 转换装置的逆变电路部分 .325.2.1
4、逆变电路 PWM 控制的基本原理 .325.2.2 逆变电路的控制方法 .33第六章 结论和工作展望 .356.1 结论 .356.2 工作展望 .36参考文献 .37致谢 .38上海海洋大学 2009 届毕业设计（论文） 永磁直线发电机建模及其性能研究第 1 页 共 44 页永磁直线发电机建模及其性能研究摘要：近年来随着永磁材料性能的不断提升，特别是铷铁硼永磁材料热稳定性和和抗腐浊性的改善和价格逐渐降低以及电力电子器件的进一步发展，以及永磁电机研究应用越来越成熟，永磁电机正逐渐运用于越来越多的领域。在全球能源紧张和污染治理形势严峻的情况下，海浪能作为一种清洁能源，利用海浪能发电对于缓解能源危
5、机，保护自然环境有着重要的意义。根据海浪能具有往复运动做功的特点，本文设计开发出一种永磁直线发电机，永磁材料选用铷铁硼，该材料具有高磁能积、高剩磁感应强度、高矫顽力、去磁曲线为直线等优点。用永磁材料进行励磁，省略的复杂的大体积的电励磁绕组，可以有效的减小了发电机体积和提高了发电机的海浪能利用转化效率。电动机动子随海浪做直线往复运动，省略了复杂的能量转换中间装置，直接把海浪能转换为电能，大大提高了海浪能的利用率和发电效率。本研究以有限元分析软件 Ansoft141 为基础对永磁发电机构建了几何模型和三维模型，并在三维模型的基础上进行了三维磁场瞬态分析仿真计算，得出了发电机线圈输出电压随动子运动速
6、度位置变化的曲线，和磁场线和磁感应强度的分布。并以此为依据确定了永磁发电机各部分的尺寸和材料。然后运用电力电子器件对发电机输出电压进行处理。最后运用理论计算满足设计要求的永磁材料利用率最高时永磁材料的尺寸，并用静磁场进行模拟分析，运用模拟结果验证了理论分析。关键词：海浪能发电; 直线永磁发电机; Ansoft 上海海洋大学 2009 届毕业设计（论文） 永磁直线发电机建模及其性能研究第 2 页 共 44 页Linear permanent magnet generator modeling and Study its propertiesAbstract：In recent years, wi
7、th the continuous improvement of performance permanent magnetic materials, especially the improvement 0f Nd-Fe-B permanent magnetic materials thermal stability and corrosion resistance and prices decreased gradually and the further development of power electronic devices, and as well as the research
8、 and application of permanent magnet motor research become more and more mature, permanent magnet 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 th
9、e energy crisis and protect the natural environment., has an important significanceAccording to the characteristics of the wave energy has a reciprocating work, this paper designed and developed a kind of linear permanent magnet generator, permanent magnet materials use NdFeB material, the material with high magnetic energy product, high remanence flux density, high coercive force, magnetic curve is a straight line etc. With permanent magnet excitation, large volume of complex electric field winding of the gener
