提高小型盤式風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率密度的研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電作為一種新型發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有對環(huán)境不造成污染、經(jīng)濟(jì)效益好、投資靈活等其他新能源不能與之相比擬的優(yōu)點(diǎn)。小型離網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有對自然環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在偏遠(yuǎn)地區(qū)居民生產(chǎn)生活用電、多風(fēng)地區(qū)道路照明和沿海景觀中被廣泛使用。如何在有限的空間內(nèi)有效的提高電機(jī)的氣隙磁通密度一直是電機(jī)研究學(xué)者追求的方向，數(shù)十年來世界各國學(xué)者對釹鐵硼永磁材料進(jìn)行了大量的深入探索研究，使得永磁電機(jī)得到井噴式發(fā)展。由于釹鐵硼強(qiáng)磁體在盤式永磁電機(jī)中的使

2、用，使得永磁盤式電機(jī)重量減輕、使用壽命大幅延長體積縮小、體積減小、散熱性能好、軸向尺寸縮小。因此永磁盤式電機(jī)比較適用于小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
　　本文的目標(biāo)是設(shè)計(jì)并制作出一種適用于小型垂直軸風(fēng)力機(jī)的盤式發(fā)電機(jī)，并對此發(fā)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，提高電機(jī)的功率密度。具體工作包括:(1)介紹盤式電機(jī)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，闡述halbach磁極結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并對盤式電機(jī)的基本電磁關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)。(2)雖然利用圖解法、模擬法、解析法等都可以求解盤式發(fā)電機(jī)磁場的

3、問題，但是運(yùn)用Ansoft Maxwell對盤式發(fā)電機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算相對于其他方法具有精確度高、簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于Ansoft Maxwell采用控制變量法對盤式永磁發(fā)電機(jī)的磁極、背鐵、繞組等重要組成部分進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。(3)完成盤式發(fā)電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，對所設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的空載電壓特性以及負(fù)載功率進(jìn)行仿真計(jì)算是極其關(guān)鍵的一步，通過分析得到空載時(shí)電壓的波形頻率等以及負(fù)載時(shí)電壓電流波形。(4)盤式發(fā)電機(jī)的制作工藝是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，電樞盤的制作

4、、磁極的卡位都十分困難，對制作盤式電機(jī)的工藝進(jìn)行了介紹，對制作過程中的一些注意事項(xiàng)加以說明。設(shè)計(jì)完成后的盤式發(fā)電機(jī)在真實(shí)情況中工作性能是驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果是否到達(dá)要求的重要檢測方面，因此把制作好的盤式發(fā)電機(jī)應(yīng)用在山東大學(xué)磁懸浮研究中心制作的小型垂直軸風(fēng)力機(jī)上使用，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)比對分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了對于設(shè)計(jì)仿真的正確性。(5)目前關(guān)于halbach陣列磁極結(jié)構(gòu)的盤式發(fā)電機(jī)研究較少，但是，無鐵芯、halbach