斯特林直線發(fā)電機是一種熱電轉(zhuǎn)換裝置,在航天探索、軍事便攜供電、微型熱電聯(lián)產(chǎn)等方面有所應(yīng)用,正處于發(fā)展之中。斯特林直線發(fā)電機包括斯特林直線發(fā)動機（自由活塞式或熱回聲式）和直線發(fā)電機:作直線運動的活塞與發(fā)電機動子相連,直驅(qū)發(fā)電。由于沒有附加的傳動裝置,斯特林直線發(fā)電機結(jié)構(gòu)更緊湊,摩擦損耗少,理論上效率更高。但在實際研制中,斯特林發(fā)動機在耐高溫材料、動密封等方面還有很大困難,直線發(fā)電機則由于其結(jié)構(gòu)與運動方式的特殊性,在設(shè)計制造、發(fā)電與受力特性等方面有待優(yōu)化改進。本文針對面向航天的斯特林發(fā)電系統(tǒng),對圓筒型直線發(fā)電機的發(fā)電特性、受力情況進行了研究,設(shè)計組裝了結(jié)構(gòu)較為簡化、定位力小、容易啟動的小功率樣機,通過實驗了解了直線發(fā)電機的發(fā)電與運行特性,為斯特林發(fā)電整機的研制提供了參考。經(jīng)過調(diào)研,當(dāng)前直線發(fā)電機主要存在幾大問題難點:結(jié)構(gòu)特殊難以制造,定位力對運行不利,振動下輸出的電波形不規(guī)則。首先,本文對比各類直線發(fā)電機,初步確定了總體構(gòu)型。參考國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)備的性能參數(shù),設(shè)定了直線發(fā)電機的相關(guān)參數(shù)指標。其次,本文使用電磁有限元仿真軟件ANSYS Maxwell建立直線發(fā)電機的電磁模型,對其在簡諧振動下的感... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景與研究意義
    1.2 斯特林直線發(fā)電技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 斯特林直線發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 斯特林直線發(fā)電系統(tǒng)的組成
        1.2.3 本文研究的對象
    1.3 直線發(fā)電機的問題難點與研究現(xiàn)狀
        1.3.1 結(jié)構(gòu)的特殊性增加設(shè)計制造的難度
        1.3.2 定位力導(dǎo)致運行不平穩(wěn)
        1.3.3 運動的特殊性造成發(fā)電波形不規(guī)則
    1.4 本文研究內(nèi)容
第二章 直線發(fā)電機有限元仿真
    2.1 直線發(fā)電機有限元模型
        2.1.1 設(shè)計性能指標
        2.1.2 基本構(gòu)型與材料選擇
        2.1.3 電磁有限元建模
    2.2 簡諧振動下的發(fā)電特性
        2.2.1 感應(yīng)電勢有限元仿真
        2.2.2 簡諧振動下感應(yīng)電勢理論分析
        2.2.3 小幅簡諧振動下電勢波形的改善方法
        2.2.4 小幅簡諧振動下三相與單相發(fā)電的比較
        2.2.5 氣隙長度對功率的影響
    2.3 運動部件的受力情況及改進措施
        2.3.1 定位力的減小方法
        2.3.2 振動中心位置的穩(wěn)定性
        2.3.3 彈簧在系統(tǒng)中的作用
    2.4 本章小結(jié)
第三章 直線發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計與實驗系統(tǒng)搭建
    3.1 定子結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝
        3.1.1 定子結(jié)構(gòu)與材料選擇
        3.1.2 鐵心的安裝定位
        3.1.3 電樞線圈的連接
    3.2 動子結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝
        3.2.1 動子結(jié)構(gòu)與材料選擇
        3.2.2 動子永磁體組件的安裝
    3.3 軸承及彈簧的選取
        3.3.1 直線軸承的選取
        3.3.2 彈簧的選取
    3.4 驅(qū)動裝置的選用
        3.4.1 動力源
        3.4.2 旋轉(zhuǎn)—直線轉(zhuǎn)換裝置
    3.5 實驗系統(tǒng)的搭建
    3.6 本章小結(jié)
第四章 直線發(fā)電機樣機實驗
    4.1 實驗系統(tǒng)調(diào)試
    4.2 定位力測量與分析
        4.2.1 實驗步驟
        4.2.2 實驗結(jié)果
    4.3 空載電勢波形測量與分析
        4.3.1 實驗步驟
        4.3.2 實驗結(jié)果
    4.4 輸出功率測量與分析
        4.4.1 實驗步驟
        4.4.2 實驗結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 本文的創(chuàng)新點和進步點
    5.3 展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間獲得的研究成果
附錄B 攻讀碩士學(xué)位期間參加的學(xué)術(shù)活動


【參考文獻】：
期刊論文
[1]永磁直線發(fā)電機在直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 劉春元,余海濤,胡敏強,劉強,陳中顯.  中國電機工程學(xué)報. 2013(21)
[2]1kW碟式太陽能行波熱聲發(fā)電系統(tǒng)[J]. 吳張華,羅二倉,李海冰,滿滿,戴巍.  工程熱物理學(xué)報. 2012(01)
[3]三相輸電比單相輸電節(jié)省有色金屬量的分析[J]. 智強,高艷萍.  電氣技術(shù). 2005(03)
[4]三相交流電[J]. 朱正元.  物理通報. 1958(01)

博士論文
[1]橫向磁通永磁直線熱聲發(fā)電機空間磁場計算及特性分析[D]. 李文瑞.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于斯特林循環(huán)的熱/電轉(zhuǎn)換及其儲能系統(tǒng)研究[D]. 馬鳳蓮.哈爾濱理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]熱聲發(fā)電系統(tǒng)直線發(fā)電機定位力計算和優(yōu)化設(shè)計[D]. 彭仁強.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[2]負載對熱聲發(fā)電系統(tǒng)輸出性能影響的分析及實驗研究[D]. 蘇浩.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[3]低速大轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機極槽選擇問題的研究[D]. 徐重鶴.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[4]不等厚Halbach陣列的永磁電機建模與優(yōu)化[D]. 葛木明.合肥工業(yè)大學(xué) 2017
[5]100W自由活塞式斯特林發(fā)電機設(shè)計制造關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張通.南京航空航天大學(xué) 2017
[6]雙層氣隙永磁直線發(fā)電機的溫升和推力波動研究[D]. 鄭俊娜.浙江理工大學(xué) 2016
[7]圓筒型開關(guān)磁鏈永磁直線電機的研究[D]. 韓亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[8]非晶合金電機的電磁性能與定子振動研究[D]. 王倩營.西南交通大學(xué) 2015
[9]分數(shù)槽集中繞組永磁電機研究[D]. 董夏林.東南大學(xué) 2015
[10]稀土永磁往復(fù)式直線發(fā)電機基礎(chǔ)研究[D]. 楊波.哈爾濱理工大學(xué) 2006



本文編號：3185088