《圓筒型錯齒結構橫向磁通永磁直線發電機系統的研究》是依託哈爾濱工業大學，由鄭萍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：圓筒型錯齒結構橫向磁通永磁直線發電機系統的研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭萍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對當前節能與環保的迫切需求，研究與新型發動機—自由活塞發動機相配合的直線發電機方案，以提供高性能的串聯型混合動力方案—自由活塞能量轉換器，該技術也可用於小至中型艦船推進，及對可靠性和低污染要求較高場合下的緊急或備用電源。 本項目擬研究一種具有自主智慧財產權的圓筒型錯齒結構橫向磁通永磁直線發電機方案。研究用於自由活塞能量轉換器套用背景下直線發電機的一般運行規律及運行要求；建立新結構橫向磁通永磁直線發電機的解析分析和有限元分析數學模型，研究電機的電磁性能與機械結構和冷卻條件等各方面因素的相互關係和相互影響；研究新結構橫向磁通永磁直線發電機的工作特性和電能控制問題；研製樣機，進行相應的實驗研究，通過實驗對電機的工作性能、發熱情況以及工作穩定性和可靠性等方面進行評價，同時對電機加工的工藝性進行研究。通過理論和實驗研究，形成該種電機的專門理論和工程實用的分析設計計算方法。
結題摘要
將自由活塞斯特林發動機與直線電機集成在一起可構成自由活塞斯特林發電系統，該系統在新能源汽車等領域具有很好的套用前景。針對自由活塞斯特林發電系統，本項目提出了一種圓筒型錯齒結構橫向磁通永磁直線電機（Tubular Staggered-Teeth Transverse-Flux Permanent-Magnet Linear Machine, TST-TFPMLM），並對其進行了研究，主要工作如下： 首先，研究了TST-TFPMLM的數學模型和變速運動時的分析方法。針對TST-TFPMLM的複雜三維磁路結構，建立了其等效磁路模型。研究了TST-TFPMLM的三維有限元模型簡化方法。針對TST-TFPMLM的變速運行問題，提出了利用勻速計算數據推導變速計算數據的函式預測法，在保證計算精度的前提下，實現了對電機反電動勢的快速求解。 第二，以TST-TFPMLM的漏磁、反電動勢和推力特性為重點考慮目標，研究了電機的主要結構參數確定方法和主要電磁參數計算方法。研究了TST-TFPMLM的漏磁形式、評價方法和分布規律，以及小漏磁下的主要結構參數選取原則。以反電動勢和推力特性為重點目標，得到了TST-TFPMLM在初始設計階段的主要結構參數確定方法。 第三，對TST-TFPMLM的關鍵性能，包括功率因數、效率和推力密度進行了深入分析和最佳化。通過解析方法對TST-TFPMLM的功率因數進行了分析，從定子齒頂最佳化等方面提出了功率因數的改善方法。給出了TST-TFPMLM的損耗和效率計算方法，對比了不同設計方案，最終確定了兼具良好電磁性能和加工工藝性的設計方案。 第四，對TST-TFPMLM的溫度場計算和相關因素對電機散熱效果的影響進行了研究。建立了TST-TFPMLM的簡化三維有限元模型，確定了相關熱參數。得出了電機繞組、絕緣材料、永磁體等關鍵區域的溫度分布規律，研究了槽滿率、材料性能等對電機散熱效果的影響規律。 第五，研究了TST-TFPMLM的控制方法和控制系統軟硬體。研究了TST-TFPMLM的直接電流前饋解耦控制方法，並搭建仿真模型進行驗證，構建了控制系統軟硬體並進行了調試。 最後，研製了一台TST-TFPMLM樣機，設計並搭建了測試平台，對樣機的電氣參數、空載特性、電動和發電狀態下的電機性能進行了測試，為TST-TFPMLM的進一步改進和工程套用提供了理論和實驗依據。
