發(fā)布時(shí)間：2020-07-13 22:54

【摘要】：環(huán)境污染與能源短缺等問題讓人們開始意識(shí)到節(jié)能減排的重要性,自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)作為一種新型動(dòng)力裝置,可用于混合動(dòng)力汽車中,因而有助于緩解能源與環(huán)境的壓力。自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)由自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和直線電機(jī)耦合而成,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。作為該動(dòng)力裝置中的重要組成部分,直線電機(jī)的性能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及能量轉(zhuǎn)換效率,對(duì)該裝置中直線電機(jī)的研究具有重要意義。本文首先總結(jié)了設(shè)計(jì)適合于自由活塞內(nèi)燃發(fā)電用的直線電機(jī)時(shí)應(yīng)考慮的因素,確定采用永磁式軸向磁通直線電機(jī),且電機(jī)為長(zhǎng)次級(jí)短初級(jí)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上,本文分析了不同充磁方式下電機(jī)的性能,結(jié)果表明,混合充磁的空載反電勢(shì)幅值比徑向充磁增加14.66%,但卻多使用了23.76%的永磁體材料,而且其定位力幅值比徑向充磁增加34.32%,軸向充磁的空載反電勢(shì)幅值比徑向充磁減少75.90%,且波形畸變率高達(dá)11.01%,徑向充磁方式在空載反電勢(shì)幅值、波形畸變率、定位力幅值、永磁體用量方面能有較好的兼顧,因此確定選用徑向充磁方式。接著,本文對(duì)圓筒型及平板型直線電機(jī)的空載及負(fù)載性能進(jìn)行對(duì)比,分析表明圓筒型直線電機(jī)的空載反電勢(shì)幅值比平板型大21.36%,波形畸變率小60.96%。負(fù)載時(shí)圓筒型直線電機(jī)最大輸出功率、最大功率密度及最大功率密度下的效率均比平板型高,運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量及總質(zhì)量均比平板型小,因此圓筒型直線電機(jī)的空載及負(fù)載性能更優(yōu),更適合自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。然后,本文研究了永磁體表貼和嵌入兩種方式下電機(jī)的空載及負(fù)載特性,結(jié)果表明嵌入式永磁直線電機(jī)的空載反電勢(shì)幅值比表貼式減少8.41%。相同負(fù)載時(shí),表貼式永磁直線電機(jī)的輸出功率及功率密度比嵌入式大,最大輸出功率比嵌入式高19.05%,最大功率密度均比嵌入式高23.34%,因此本文選擇永磁體貼裝于圓筒型直線電機(jī)動(dòng)子鐵芯表面的方式。最后本文對(duì)電機(jī)的定位力展開研究,分析了齒槽寬度、輔助槽、邊端齒高度、極弧系數(shù)、氣隙寬度、初級(jí)鐵芯長(zhǎng)度對(duì)定位力的影響,并基于正交試驗(yàn)法對(duì)電機(jī)的極弧系數(shù)、氣隙寬度、凸初級(jí)長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果表明,極弧系數(shù)取0.85,氣隙寬度取1mm,凸初級(jí)長(zhǎng)度取6.25mm是最優(yōu)的參數(shù)組合,在降低定位力的同時(shí)可以兼顧反電勢(shì)幅值。優(yōu)化后電機(jī)的定位力幅值減少76.83%,反電勢(shì)幅值增加2.72%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM359.4
【圖文】：

背景環(huán)境是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，合理地開發(fā)與利用能源對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的要。近年來(lái)，隨著人口的不斷增長(zhǎng)，人類對(duì)化石燃料等不可再生資源隨之而來(lái)的環(huán)境污染、能源短缺等問題也日益突出，節(jié)能與環(huán)保已成焦點(diǎn)問題，提高能源效率、發(fā)展可再生能源，也相繼成為世界各國(guó)的國(guó)“十二五”計(jì)劃提出，到 2015 年，非化石能源消耗將占主要能源位 GDP 的能耗將減少 16%。在 2009 年 11 月舉辦的哥本哈根全球氣候承諾到 2020 年，單位 GDP 的二氧化碳排放量相比 2005 年將減少 此，提升能源使用效率、減少能源消耗以及保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的迫切任源的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是“多煤、貧油、少氣”，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《能源（2014-2020）》中提出，要積極發(fā)展清潔能源以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)到消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示[2]，可以看出化石能源的消費(fèi)占比仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)源對(duì)環(huán)境造成的影響依舊不容小覷。燃燒化石燃料引發(fā)的環(huán)境污染問世紀(jì) 50 年代英國(guó)倫敦發(fā)生的煙霧事件便是最鮮明的案例。

圖 1-2 2008-2014 年中國(guó)汽車保有量Fig.1-2 Chinese car ownership from 2008 to 2014此，如何采取有效的手段降低能耗、開發(fā)綠色能源是世界各國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可須面對(duì)的問題，而發(fā)展以低能耗、低排放、低污染為特征的低碳經(jīng)濟(jì)也逐共識(shí)，在這樣的大背景下，許多國(guó)家相繼制定嚴(yán)格的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)歐洲國(guó)家也發(fā)布了禁售燃油車時(shí)間表，這些措施都直接或間接地促進(jìn)了新展。展新能源汽車、利用可再生資源可以有效地解決環(huán)境污染與能源短缺問題主要包括純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車和混合動(dòng)力汽車等，但純電動(dòng)汽車受較低及充電設(shè)施不完備等因素的制約，而燃料電池汽車亦存在成本較高及成熟等問題[5]，作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車之間的過(guò)渡選擇，混合國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)的重視[6]。自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)便是一種串聯(lián)式混，它將自由活塞式內(nèi)燃機(jī)和直線電機(jī)耦合在一起，構(gòu)成一種新型動(dòng)力裝置機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用，因此需對(duì)其性能展開研究。此外危機(jī)，全球各國(guó)積極探索可再生能源的利用，一些學(xué)者集中研究斯特林太系統(tǒng)及海洋波浪能發(fā)電系統(tǒng)，而直線電機(jī)在這些系統(tǒng)中亦有應(yīng)用[7]。因此

力作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[10]。用較多的是平板型和圓筒型直線電機(jī)，其基本特征對(duì)比如表 1-表 1-2 平板型和圓筒型直線電機(jī)的特點(diǎn)對(duì)比Table1-2 Comparison of characteristics of flat and cylindrical motor類型 單邊平板型 雙邊平板型 圓部效應(yīng) 有 有 部效應(yīng) 有 有 間法向力 有 無(wú) 工藝 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 較機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式可以分為永磁式、感應(yīng)式和磁阻式三種。圖 1-直線電機(jī)。感應(yīng)式直線電機(jī)的初級(jí)與永磁式相似，次級(jí)有較大區(qū)、非磁性次級(jí)和復(fù)合次級(jí)三種形式，如圖 1-13 所示。采用復(fù)合性能較好，復(fù)合次級(jí)的結(jié)構(gòu)是在低碳鋼板上覆蓋一層薄銅板或鋁條，多根銅條兩頭用銅邊條短接，如同展開的籠型轉(zhuǎn)子，是一種

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2754096