提高小型盤式風力發(fā)電機功率密度的研究.pdf

1、風力發(fā)電作為一種新型發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有對環(huán)境不造成污染、經(jīng)濟效益好、投資靈活等其他新能源不能與之相比擬的優(yōu)點。小型離網(wǎng)式風力發(fā)電系統(tǒng)具有對自然環(huán)境的適應能力強、可靠性高等優(yōu)點，在偏遠地區(qū)居民生產(chǎn)生活用電、多風地區(qū)道路照明和沿海景觀中被廣泛使用。如何在有限的空間內(nèi)有效的提高電機的氣隙磁通密度一直是電機研究學者追求的方向，數(shù)十年來世界各國學者對釹鐵硼永磁材料進行了大量的深入探索研究，使得永磁電機得到井噴式發(fā)展。由于釹鐵硼強磁體在盤式永磁電機中的使

2、用，使得永磁盤式電機重量減輕、使用壽命大幅延長體積縮小、體積減小、散熱性能好、軸向尺寸縮小。因此永磁盤式電機比較適用于小型垂直軸風力發(fā)電機。
　　本文的目標是設計并制作出一種適用于小型垂直軸風力機的盤式發(fā)電機，并對此發(fā)電機進行優(yōu)化，提高電機的功率密度。具體工作包括:(1)介紹盤式電機的基本拓撲結(jié)構(gòu)，闡述halbach磁極結(jié)構(gòu)的優(yōu)點并對盤式電機的基本電磁關系進行了推導。(2)雖然利用圖解法、模擬法、解析法等都可以求解盤式發(fā)電機磁場的

3、問題，但是運用Ansoft Maxwell對盤式發(fā)電機進行分析計算相對于其他方法具有精確度高、簡單方便等優(yōu)點。因此，基于Ansoft Maxwell采用控制變量法對盤式永磁發(fā)電機的磁極、背鐵、繞組等重要組成部分進行改進優(yōu)化。(3)完成盤式發(fā)電機的優(yōu)化設計后，對所設計發(fā)電機的空載電壓特性以及負載功率進行仿真計算是極其關鍵的一步，通過分析得到空載時電壓的波形頻率等以及負載時電壓電流波形。(4)盤式發(fā)電機的制作工藝是一個重要環(huán)節(jié)，電樞盤的制作

4、、磁極的卡位都十分困難，對制作盤式電機的工藝進行了介紹，對制作過程中的一些注意事項加以說明。設計完成后的盤式發(fā)電機在真實情況中工作性能是驗證設計結(jié)果是否到達要求的重要檢測方面，因此把制作好的盤式發(fā)電機應用在山東大學磁懸浮研究中心制作的小型垂直軸風力機上使用，進行風力發(fā)電試驗，通過數(shù)據(jù)比對分析，實驗數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)基本吻合，驗證了對于設計仿真的正確性。(5)目前關于halbach陣列磁極結(jié)構(gòu)的盤式發(fā)電機研究較少，但是，無鐵芯、halbach