永磁辅助磁阻同步直线发电机及其控制方法与流程

本发明涉及直线发电机技术领域，尤其涉及一种永磁辅助磁阻同步直线发电机及其控制方法。

背景技术：

随着社会经济的发展，电能的产生与使用正变得越来越普遍。其中电能可以由火力发电、水力发电、太阳能发电和风力发电等方式获取，在中国火力发电占据主要地位。但是，火力发电产生的空气污染物正使自然环境和人类健康面临严重的压力。而波浪能作为一种新能源，因其具有高能量密度、丰富的全球储量、广泛的应用前景、良好的可预测性，正受到越来越多的关注。直驱式波浪能发电系统采用直线电机可以直接将波浪的直线运动转换成电能，省去中间传动装置。除此之外，相比于其他波浪能发电系统，直驱式波浪发电系统需要更少的离岸维护。因此，直驱式波浪能发电系统被认为是最灵活的离岸式波浪能发电装置之一，具有很好的应用前景。

对于直驱式系统而言，直线电机可以采用几种不同的结构。在这些结构中，永磁辅助磁阻同步电机(pm-assistedreluctancesynchronousmachine，简称pmrsm)具有功率密度大、效率高的特点。但是会产生纵向端部效应，使气隙磁场发生畸变，恶化转矩波动。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种永磁辅助磁阻同步直线发电机及其控制方法，以使能够削弱纵向端部效应的影响。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种永磁辅助磁阻同步直线发电机，包括初级和次级，所述初级上开设有多个初级槽，初级槽内均设有线圈，所述次级由多个与初级对应的次级单元组成，所述次级单元内由上到下依次等距设有多个同轴的隔磁磁桥，所述次级单元的各个隔磁磁桥对应的中轴处均设有一个永磁体；同个次级单元内的永磁体磁极方向相同；相邻的两个次级单元的永磁体磁极方向相反。

进一步地，所述初级的直轴与次级的直轴相距45度。

进一步地，所述初级的左右两端分别设有左辅助齿、右辅助齿；所述初级槽的底宽度wsb＝1.1wrt；初级的齿宽wpt＝1.2wrt；初级的齿距ptp＝1.5wrt；左辅助齿wlt＝3.5wrt；wrt为右辅助齿；隔磁磁桥高度hb＝0.2wrt；隔磁磁桥宽度wb＝0.5wrt。

进一步地，所述初级中设有斜槽。

相应地，本发明实施例还提供了一种永磁辅助磁阻同步直线发电机的控制方法，应用于上述的永磁辅助磁阻同步直线发电机中，包括：构建永磁辅助磁阻同步直线发电机的数学模型；通过有限元分析数据得到相电流；根据相电流计算得到直轴电流、交轴电流；通过数学模型计算得到对应的直轴磁链、交轴磁链；根据直轴电流、交轴电流、直轴磁链、交轴磁链计算得到转矩方程，并根据转矩方程对所述同步直线发电机转速进行控制，其中，转矩方程如下所示：

p是极对数，λd、λq、id和iq分别是是直轴磁链、交轴磁链、直轴电流和交轴电流，λpm是永磁磁链。

本发明实施例通过提出一种永磁辅助磁阻同步直线发电机及其控制方法，采用辅助齿和斜槽去削弱纵向端部效应，降低推力波动，进而防止气隙磁场发生畸变而导致转矩波动发生恶化。

附图说明

图1是本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机的结构示意图。

图2是本发明实施例的直轴磁路的示意图。

图3是本发明实施例的交轴磁路的示意图。

图4是本发明实施例的初级的结构示意图。

图5是本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机的控制方法的流程图。

图6是本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机的发电回路的电路图。

图7是本发明实施例的空载磁链的变化曲线示意图。

图8是本发明实施例的空载电压的变化曲线示意图。

图9是本发明实施例的a相电压谐波的变化曲线示意图。

附图标号说明

初级10

线圈11

次级20

隔磁磁桥21

永磁体22。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1，本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机包括初级10和次级20。

初级10上开设有多个初级槽，初级槽内均设有线圈11，所述次级20由多个与初级10对应的次级单元组成，所述次级单元内由上到下依次等距设有多个同轴的隔磁磁桥21，所述次级单元的各个隔磁磁桥21对应的中轴处均设有一个永磁体22；同个次级单元内的永磁体22磁极方向相同；相邻的两个次级单元的永磁体22磁极方向相反。由于永磁体22的磁导率与空气近似，所以永磁体22仅仅影响交轴磁路。在永磁体22的辅助作用下，本发明实施例可以获得更多的转矩。图2和图3分别展示了本发明实施例的直(d)轴和交(q)轴磁路，隔磁磁桥21增大了q轴磁阻，也就是降低了q轴电感，进而增大了转矩。

作为一种实施方式，初级10的直轴与次级20的直轴相距45度。本发明实施例为了拥有最大转矩(不考虑磁路饱和)，初级10的直轴(d轴)与次级20的直轴(d轴)始终相距45度。

请参照图4，作为一种实施方式，初级10左右两端分别设有左辅助齿、右辅助齿；所述初级槽的底宽度wsb＝1.1wrt；初级10的齿宽wpt＝1.2wrt；初级10的齿距ptp＝1.5wrt；左辅助齿wlt＝3.5wrt；wrt为右辅助齿；隔磁磁桥21高度hb＝0.2wrt；隔磁磁桥21宽度wb＝0.5wrt。初级10与次级20的不对称造成了左右辅助齿宽度优化过程中不一致。

作为一种实施方式，所述初级10中设有斜槽。本发明实施例采用辅助齿和斜槽去削弱纵向端部效应，降低推力波动，进而防止气隙磁场发生畸变而导致转矩波动发生恶化。

请参照图5，本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机的控制方法，应用于上述的永磁辅助磁阻同步直线发电机中，包括：构建永磁辅助磁阻同步直线发电机的数学模型；通过有限元分析数据得到相电流；根据相电流计算得到直轴电流、交轴电流；通过数学模型计算得到对应的直轴磁链、交轴磁链；根据直轴电流、交轴电流、直轴磁链、交轴磁链计算得到转矩方程，并根据转矩方程对所述同步直线发电机转速进行控制，其中，转矩方程如下所示：

p是极对数，λd、λq、id和iq分别是是直轴磁链、交轴磁链、直轴电流、交轴电流，λpm是永磁磁链。

作为一种实施方式，所述同步直线发电机的电压调整率fvr，内功率因数fip和输出电压波动rov为：

其中，um和im分别为所述同步直线发电机在最大输出功率时的输出电压和输出电流；uo、ua-uc、ia-ic、p、umax、umin和uavg分别是空载输出电压、三相电压、三相电流、输出功率、输出电压的最大值、最小值和平均值。pm和um与v之间有着相近的线性变化率，同时im近似保持不变。因此本发明实施例适合恒电流负载。

本发明实施例的三相电枢绕组与外电路连接(见图6)，可以得到pmrslg发电回路。在图6中，la、lb、lc、d1-d6、r、i和u分别代表三相绕组、二极管、负载电阻、负载电流和负载电压。

图7所示为本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机的空载磁链(v＝9m/s)。从图中可以看出，a相磁链幅值是三相磁链幅值中最大者，这是因为b相和c相作为边端相受到纵向端部效应的影响。图8所示为本发明实施例的永磁辅助磁阻同步直线发电机的空载电压(v＝9m/s)。由图8，可以得到a相空载电压谐波分量，见图9。从图9可以看出，3次谐波是a相电压主要谐波分量，对a相电压具有较明显负作用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。