内燃机用自由活塞永磁直流直线发电机分析

【摘要】：将自由活塞式发动机与永磁直线发电机构成的发电系统应用于串联式混合动力汽车驱动系统中,能够克服曲轴连杆式发动机与旋转发电机所构成发电系统的许多不足,降低有害气体排放,提高燃料利用率。 提出了一种新结构的自由活塞永磁直流直线发电机。电机为圆筒形,粘贴在动子支架上的永磁体由内向外沿径向充磁,通过内静子铁心与动子支架间的穿插配合,从静子上看动子只有一个磁极,静子上只有一组串联绕组,当永磁体动子朝一个方向运动时,电动势方向不变,可看作直流永磁直线发电机。 该电机沿轴向不对称故需进行三维建模,通过对模型进行三维有限元分析计算,确定其基本尺寸,进而得出电机的电动势、电磁推力、电感等参数或曲线,并根据目标参数不断进行优化。本电机属于半闭合磁路结构,由线圈产生的电枢反应磁动势与永磁体产生的永磁磁动势会相互影响造成磁路饱和,所以需要在磁路中设置磁路调整环以改善磁通饱和情况。 对齿槽定位力产生的原因进行了分析,通过将动子左右两侧所受的齿槽定位力分离,再进行傅里叶分解并依据分解结果来优化动子长度,有效地降低了齿槽定位力,负载时的电机推力波动明显减少。同时,总结出了此种单磁极半闭合磁路结构的永磁直流直线电机齿槽定位力最小的规律。