圆筒型直线发电机磁路结构设计研究

发布时间：2021-05-14 02:24

　　斯特林直线发电机是一种热电转换装置,在航天探索、军事便携供电、微型热电联产等方面有所应用,正处于发展之中。斯特林直线发电机包括斯特林直线发动机（自由活塞式或热回声式）和直线发电机:作直线运动的活塞与发电机动子相连,直驱发电。由于没有附加的传动装置,斯特林直线发电机结构更紧凑,摩擦损耗少,理论上效率更高。但在实际研制中,斯特林发动机在耐高温材料、动密封等方面还有很大困难,直线发电机则由于其结构与运动方式的特殊性,在设计制造、发电与受力特性等方面有待优化改进。本文针对面向航天的斯特林发电系统,对圆筒型直线发电机的发电特性、受力情况进行了研究,设计组装了结构较为简化、定位力小、容易启动的小功率样机,通过实验了解了直线发电机的发电与运行特性,为斯特林发电整机的研制提供了参考。经过调研,当前直线发电机主要存在几大问题难点:结构特殊难以制造,定位力对运行不利,振动下输出的电波形不规则。首先,本文对比各类直线发电机,初步确定了总体构型。参考国内外现有设备的性能参数,设定了直线发电机的相关参数指标。其次,本文使用电磁有限元仿真软件ANSYS Maxwell建立直线发电机的电磁模型,对其在简谐振动下的感... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 斯特林直线发电技术国内外发展现状
        1.2.1 斯特林直线发电技术的发展现状
        1.2.2 斯特林直线发电系统的组成
        1.2.3 本文研究的对象
    1.3 直线发电机的问题难点与研究现状
        1.3.1 结构的特殊性增加设计制造的难度
        1.3.2 定位力导致运行不平稳
        1.3.3 运动的特殊性造成发电波形不规则
    1.4 本文研究内容
第二章 直线发电机有限元仿真
    2.1 直线发电机有限元模型
        2.1.1 设计性能指标
        2.1.2 基本构型与材料选择
        2.1.3 电磁有限元建模
    2.2 简谐振动下的发电特性
        2.2.1 感应电势有限元仿真
        2.2.2 简谐振动下感应电势理论分析
        2.2.3 小幅简谐振动下电势波形的改善方法
        2.2.4 小幅简谐振动下三相与单相发电的比较
        2.2.5 气隙长度对功率的影响
    2.3 运动部件的受力情况及改进措施
        2.3.1 定位力的减小方法
        2.3.2 振动中心位置的稳定性
        2.3.3 弹簧在系统中的作用
    2.4 本章小结
第三章 直线发电机结构设计与实验系统搭建
    3.1 定子结构设计与组装
        3.1.1 定子结构与材料选择
        3.1.2 铁心的安装定位
        3.1.3 电枢线圈的连接
    3.2 动子结构设计与组装
        3.2.1 动子结构与材料选择
        3.2.2 动子永磁体组件的安装
    3.3 轴承及弹簧的选取
        3.3.1 直线轴承的选取
        3.3.2 弹簧的选取
    3.4 驱动装置的选用
        3.4.1 动力源
        3.4.2 旋转—直线转换装置
    3.5 实验系统的搭建
    3.6 本章小结
第四章 直线发电机样机实验
    4.1 实验系统调试
    4.2 定位力测量与分析
        4.2.1 实验步骤
        4.2.2 实验结果
    4.3 空载电势波形测量与分析
        4.3.1 实验步骤
        4.3.2 实验结果
    4.4 输出功率测量与分析
        4.4.1 实验步骤
        4.4.2 实验结果
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 本文的创新点和进步点
    5.3 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间获得的研究成果
附录B 攻读硕士学位期间参加的学术活动


【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁直线发电机在直驱式波浪发电系统的应用[J]. 刘春元,余海涛,胡敏强,刘强,陈中显.  中国电机工程学报. 2013(21)
[2]1kW碟式太阳能行波热声发电系统[J]. 吴张华,罗二仓,李海冰,满满,戴巍.  工程热物理学报. 2012(01)
[3]三相输电比单相输电节省有色金属量的分析[J]. 智强,高艳萍.  电气技术. 2005(03)
[4]三相交流电[J]. 朱正元.  物理通报. 1958(01)

博士论文
[1]横向磁通永磁直线热声发电机空间磁场计算及特性分析[D]. 李文瑞.沈阳工业大学 2017
[2]基于斯特林循环的热/电转换及其储能系统研究[D]. 马凤莲.哈尔滨理工大学 2014

硕士论文
[1]热声发电系统直线发电机定位力计算和优化设计[D]. 彭仁强.沈阳工业大学 2017
[2]负载对热声发电系统输出性能影响的分析及实验研究[D]. 苏浩.沈阳工业大学 2017
[3]低速大转矩永磁直驱电机极槽选择问题的研究[D]. 徐重鹤.沈阳工业大学 2017
[4]不等厚Halbach阵列的永磁电机建模与优化[D]. 葛木明.合肥工业大学 2017
[5]100W自由活塞式斯特林发电机设计制造关键技术研究[D]. 张通.南京航空航天大学 2017
[6]双层气隙永磁直线发电机的温升和推力波动研究[D]. 郑俊娜.浙江理工大学 2016
[7]圆筒型开关磁链永磁直线电机的研究[D]. 韩亮.哈尔滨工业大学 2015
[8]非晶合金电机的电磁性能与定子振动研究[D]. 王倩营.西南交通大学 2015
[9]分数槽集中绕组永磁电机研究[D]. 董夏林.东南大学 2015
[10]稀土永磁往复式直线发电机基础研究[D]. 杨波.哈尔滨理工大学 2006



本文编号：3185088