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热声系统横向磁通直线发电机的研究

作　者: 郑少伟
导　师: 夏加宽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 热声系统横向磁通直线发电机定位力谐振
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要

热声发电技术是一种可靠性高，制作成本低，热源广泛，热效率高以及环保的热发电技术，它是缓解目前能源危机问题及解决环境问题的一种新兴技术。热声发电系统是由热声发动机子系统和直线发电机子系统组成，目前对于应用于热声发电技术的直线发电机的研究在国际上才刚刚起步。本文主要针对热声发电系统高频、小行程的运行要求，提出了一种横向磁通结构的永磁直线发电机，并进行了具体的理论分析，最后通过仿真和实验对所提出的电机进行验证。论文具体研究内容如下：（1）针对热声发电系统动力源特性，提出了一种横向磁通结构的永磁直线发电机，通过对其结构和工作原理进行理论分析后，建立了该电机的感应电动势和电磁力的数学模型。采用能量法分析电机的端部定位力，得出在一定动子位移范围内，电机定位力的大小与动子位移成正比，方向相反，具有归中性，可用于补偿弹簧力。（2）设计了一台30W横向磁通直线发电机。用Ansoft Maxwell有限元仿真软件建立电机的三维模型，对电机进行电磁分析。分析在动子上开减重孔对电机性能的影响。研究了气隙宽度、永磁体厚度和轴向长度等电机结构参数对端部定位力的影响。（3）结合力特性分析，建立了电机的受迫振动模型，对电机的运动特性进行了分析。分析结果表明，为了使电机工作在机械谐振状态，需要在负载电路中接入补偿电容，使电路部分发生谐振，保证电磁力与动子速度反相。通过分析机械谐振和负载电阻对电机的效率和输出功率的影响，得出该电机的效率不受机械谐振影响，对负载电阻存在最大值；电机的输出功率在机械谐振时可以得到提高，且此时对负载电阻也存在最大值。（4）制造样机，并搭建了实验平台，对样机的定位力和空载反电势进行测试，验证了理论分析的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题背景与意义  10-11
  1.2 热声发电技术的研究进展  11-14
  1.3 圆筒型直线发电机的研究进展  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
第二章横向磁通直线发电机的理论研究  17-25
  2.1 横向磁通直线发电机的概述  17-19
  2.2 横向磁通直线发电机的结构和工作原理  19-20
    2.2.1 横向磁通直线发电机的结构  19
    2.2.2 横向磁通直线发电机的工作原理  19-20
  2.3 横向磁通直线发电机的空载电动势  20-21
  2.4 横向磁通直线发电机的电磁力  21
  2.5 横向磁通直线发电机的端部定位力  21-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章横向磁通直线发电机的设计  25-31
  3.1 横向磁通直线发电机的结构设计  25-27
    3.1.1 电机的结构方案  25-26
    3.1.2 电机磁路结构的设计  26-27
  3.2 电磁负荷的选取  27-28
  3.3 气隙长度的确定  28
  3.4 定子和动子铁心尺寸的确定  28
  3.5 永磁体的设计  28-30
  3.6 弹簧结构的设计  30
  3.7 本章小结  30-31
第四章横向磁通直线发电机的有限元分析  31-40
  4.1 三维有限元模型  31
  4.2 动子开减重孔的影响  31-35
  4.3 端部定位力的分析  35-39
  4.4 本章小结  39-40
第五章横向磁通直线发电机的工作特性研究  40-49
  5.1 运动特性分析  40-42
  5.2 效率和输出功率的分析  42-43
  5.3 负载电阻的影响  43-45
  5.4 样机测试  45-48
    5.4.1 定位力测试  45-46
    5.4.2 空载反电势测试  46-48
  5.5 本章小结  48-49
第六章结论  49-50
参考文献  50-53
在学研究成果  53-54
致谢  54

热声系统横向磁通直线发电机的研究

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