用于斯特林發(fā)電系統(tǒng)的直線磁齒輪復(fù)合發(fā)電機設(shè)計.pdf

1、太陽能發(fā)電是太陽能開發(fā)利用的重要形式，主要包括光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩大類，其中光伏發(fā)電較為成熟，而光熱發(fā)電技術(shù)尚處于研究與初級示范階段。目前，國家發(fā)改委已將光熱發(fā)電作為新增能源門類的重要方向，尤其是斯特林發(fā)電技術(shù)作為光電轉(zhuǎn)換效率最高的光熱發(fā)電技術(shù)，已成為研究熱點。斯特林發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機作為機電能量轉(zhuǎn)換的重要裝置，對整個系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率和電能質(zhì)量起關(guān)鍵性作用。由于現(xiàn)有斯特林發(fā)電機存在速度低、功率密度小、材料利用率低等缺點，本文結(jié)合斯特林

2、機的工作特點，提出了一種用于斯特林發(fā)電系統(tǒng)的直線磁齒輪復(fù)合發(fā)電機（簡稱復(fù)合發(fā)電機），對其進行了理論分析、電磁設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化、動態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計和樣機加工。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，本文提出的直線磁齒輪復(fù)合發(fā)電機包括直線發(fā)電機和直線磁齒輪，二者采用圓筒結(jié)構(gòu)，以并聯(lián)形式同軸集成，具有雙機械端口和三層氣隙。在分析了復(fù)合發(fā)電機工作原理的基礎(chǔ)上，從材料選擇、主要尺寸確定、定子繞組設(shè)計和電磁負荷選擇等方面著重闡述了其電磁設(shè)計過程，確定了

3、該復(fù)合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和主要尺寸，并利用反電動勢矢量圖分析了其繞組因數(shù)。
　　其次，利用電磁場分析軟件Ansoft對直線磁齒輪復(fù)合發(fā)電機進行了有限元分析，提出了其動子永磁體的復(fù)合充磁方式（即Halbach充磁和徑向充磁相結(jié)合的方式），在提高反電動勢基波幅值的同時能有效減小其諧波含量。文中詳細分析了復(fù)合發(fā)電機的靜態(tài)特性，包括空載氣隙磁場、反電動勢和推力特性，同時對復(fù)合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)尺寸和定位力分別進行優(yōu)化設(shè)計，得到了合理的結(jié)構(gòu)尺寸，并減少

4、了定位力的大小。在此基礎(chǔ)上，計算了復(fù)合發(fā)電機的電感參數(shù)、效率和負載特性。
　　最后，本文對直線磁齒輪復(fù)合發(fā)電機動態(tài)性能進行了優(yōu)化設(shè)計和樣機加工。由于該復(fù)合發(fā)電機通過磁齒輪進行電磁耦合，與傳統(tǒng)發(fā)電機相比，其剛度較低，當(dāng)原動機推力發(fā)生擾動或速度產(chǎn)生變化時，就會導(dǎo)致復(fù)合發(fā)電機出現(xiàn)暫態(tài)振蕩。本文提出一種具有阻尼繞組的復(fù)合發(fā)電機設(shè)計方案，在復(fù)合發(fā)電機的高速動子鐵芯中引入具有閉合回路的阻尼繞組，在暫態(tài)振蕩過程中，阻尼繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而產(chǎn)