波浪能圆筒型永磁直线发电机优化设计

文/彭绍宇 罗朋 赵志伟

（广东海洋大学电子与信息工程学院 广东省湛江市 524088）

波浪能能量密度高，是近年来可再生能源开发热点[1]。直驱式圆筒型永磁直线电机具有结构简单、能量转换效率高、使用寿命长等优点，是波浪能转换装置研究的重要方向[2]。因此，研究更高效可靠的圆筒型永磁直线电机对新能源开发有重要意义。

目前国内外对圆筒型直线电机的研究以研究永磁体的尺寸和充磁方式为主[3]，文献[4]提出一种绕组和永磁体均位于初级的新型圆筒形初级永磁直线发电机，其拥有磁体定位力小、低速发电性能好等优点，但未对线圈绕组和磁铁参数进行详细优化，尚拥有较大发展空间；文献[5]中英国谢菲尔德大学的 Jiabin Wang团队对Halbach在电机上的应用进行了详细的解析分析，且设计出了三相和单相Halbach永磁直线电机，但Halbach阵列磁体存在高成本等问题，同时受到工艺水平的限制难以制作。因此设计更高效，制作简便的永磁直线发电机在波浪能发电领域意义非凡。

本文采用仿真软件ANSYS Maxwell进行电机的仿真建模，研究电机在不同绕组线径和槽距下的输出功率。同时根据对电机磁体的仿真分析，研究永磁体的不同充磁方式和磁密，优化电机参数，并且制作出样机进行下水实验，验证优化方案。

1 波浪发电机的设计

以实验室原有电机参数如表1，槽数为6。

为更大限度利用磁体，需确定电机的槽级数，根据文献[6]有周期数NP与极数和槽数之间的关系：

2 仿真建模优化

本节利用Maxwell12D搭建仿真模型，对绕组和磁铁结构有限元仿真，采集不同参数下的电机输出数据，依此修改电机参数，达到优化的目的。……