海上风浪组合发电用双端口直线旋转永磁电机模型优化设计与分析.pdf

摘要

摘要

海上风能和波浪能具有清洁、无污染、储量丰富和分布广泛等优点，近年来

已经引起了全球能源专家的广泛关注，被视为理想的新能源。但传统的海上风能

和波浪能发电装置存在着功率密度低、体积大、成本高、发电不稳定等问题。本

WindandWaveCombinedGenerationWWCG

文提出了一种风浪组合发电（，）用直

线旋转永磁发电机（LinearandRotaryPermanentMagnetGenerator，LRPMG），该

电机采用直驱式一体化发电，可实现风能和波浪能的组合发电，具有结构紧凑、

LRPMG

效率高、成本低等优点，的结构与模型研究对新能源发电的高效应用具有

重要意义。

本文的主要研究内容和创新点包括：

1WWCG

（）在永磁旋转电机和永磁直线电机的基础上提出一种应用于系统

的新型双定子LRPMG，对其结构及工作原理进行分析。发电机的动子做旋转运动

时可以实现风能发电，做直线运动时可实现波浪能发电，由于采用直驱式发电，

减少了发电系统的复杂机械传动及耦合。

（2）对风浪模型理论进行研究，构建了风浪发电系统的数学模型，包括叶轮

运动模型、风速模型以及波浪发电系统的时域模型，给出了波浪发电系统的能量

LRPMGdq

转换效率。分析在三相定子坐标系和转子坐标系下的数学模型，为发

电机的设计提供了理论依据。

（3）根据电机设计经验进行LRPMG主要尺寸的设计。对直线单元和旋转单

元的主要电磁参数进行了分析设计，包括内、外气隙长度、永磁体尺寸、极槽配

合、绕组参数等，以期望达到电机最佳的性能。

（4）利用仿真软件对设计的LRPMG进行有限元分析。首先搭建LRPMG二

维电磁耦合有限元分析模型，对两个发电单元进行静态和暂态分析，研究其磁场

分布、感应电动势、转矩/定位力、电感、气隙磁密等参数；然后对LRPMG的三

维模型磁场进行分析和研究。仿真计算结果为电机电磁结构和性能优化提供数据

支持。

（5）为提高电机发电效率、削弱定位力波动，对LRPMG的直线单元进行优

化，包括对充磁方式、参数选择、定位力等进行分析，通过对电机的气隙大小、

永磁体厚度、槽形等进行优化，显著提升电机的电磁性能与发电效率。

关键词：风浪组合发电，直线旋转永磁发电机，有限元仿真，电机优化

I

盐城工学院硕士学位论文

Abstract

Offshorewindandwaveenergyhavetheadvantagesofbeingclean,pollution-free,

abundantinreserves,andwidelydistributed.Inrecentyears,theyhaveattracted

widespreadattentionfromglobalenergyexpertsandareconsideredidealnewenergy

sources.However,traditionaloffshorewindandwavepowergenerationdeviceshave

problemssuch