永磁活塞机械电力发动机电动力结构集成设计优化

孙 芸，张洪信，赵清海，梁 震

(1.青岛大学 机电工程学院，青岛 266071；2.青岛大学 电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程研究中心，青岛 266071)

0 概述

永磁活塞机械电力发动机将传统活塞式内燃机与直线电机集成一体，结构紧凑，可输出机械能和电能，电能可用于野外施工照明或驱动小型电动工具，适用于许多应用场景。其电动力结构的性能分析与优化是该动力装置研发的基础工作，国内外学者运用多种方法对其进行了研究。二维有限元建模分析方面研究较有代表性[1-3]，文献[4]中运用二维有限元分析对一种双电极永磁同步电机的双极转子进行改进设计，通过仿真分析有效改善了双电极电机的瞬态和稳态性能；文献[5]中基于有限元法的二维软件分析模块设计了开关磁阻电机，并通过测量电机的动态参数实现对设计电机的结构优化；文献[6]中基于二维有限元法设计了一种双边单相闭合磁路永磁动子直线发电机，探究了动子永磁体轴向长度、偏置角度变化等对电机的性能影响，有效改善了发动机的能量转化效率。但对于磁路复杂的结构，三维有限元建模分析具有更高精度。哈尔滨工业大学对横向磁场磁通反向直线电机进行设计分析，利用三维有限元法分析了电机极距、永磁体厚度、次级齿宽系数、初级齿宽系数对电机推力密度、推力波动系数及电机过载系数的影响，为样机设计提供了基础[7]；中国矿业大学基于有限元软件FLUX进行三维有限元分析，对4种结构相似的横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机进行结构优化和对比研究，最终得到最优结构参数[8]；……