哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
可再生能源作为战略性资源已得到国内外的普遍关注，其中波浪能的能量密
度高、储量丰富、分布范围广，是最具利用价值的可再生能源之一。直线直驱式
波浪发电系统简化了波浪能的提取过程从而实现一级能量转换，可有效提高发电
装置的效率。针对离网型小功率波浪发电系统，本文提出了一种初级永磁型横向
磁通（PrimaryMagnetTransverseFlux，PPMTF）直线波浪发电机，该发电机可应
用于海洋气象观测站、海洋牧场等需要小功率供电的场所。全文针对PPMTF直线
波浪发电机的拓扑结构与电磁机理、参数特性与外特性、损耗与效率特性展开研
究，主要研究内容如下：
基于PPMTF直线波浪发电机的基本结构与工作原理，采用等效磁路法推导了
气隙磁密表达式。根据气隙磁密表达式，求得功率尺寸方程并确定了与输出功率
相匹配的尺寸参数。通过研究发电机的空载主磁场分布与漏磁场分布，总结了裂
比、极距与槽口尺寸参数对漏磁系数的影响规律。
研究了次级极弧系数、次级槽深与初级永磁体厚度对发电机空载特性的影响
规律，确定了尺寸参数。采用三维有限元法计算了发电机的绕组电感，总结了槽
口尺寸参数、电枢电流对电感的影响规律。分析了PPMTF直线波浪发电机的相间
磁耦合问题，小于0.2的耦合系数验证了PPMTF直线波浪发电机的相间解耦特性。
采用Simplorer与Maxwell3D的联合仿真分析了PPMTF直线波浪单元发电机
的空载输出特性与外特性，研究了次级铁心在不同正弦激励下的输出特性。在
PPMTF直线波浪单元发电机的基础上提出双交替极型横向磁通永磁直线单元发电
机、PPMTF直线波浪二单元发电机与PPMTF直线波浪三单元发电机，通过对比
分析四种发电机的输出特性，总结了负载电阻大小对各发电机输出特性的影响规
律。对比了四种电机的功率密度，总结了单元数量对功率密度的影响规律。
分析了PPMTF直线波浪发电机铁心损耗、永磁体涡流损耗与铜损的产生机
理。研究了四种发电机的空载损耗特性，结果表明空载运行时各发电机的铁心损
耗均远大于永磁体涡流损耗。基于四种发电机的负载损耗特性得出了四种发电机
的效率特性，结果表明，双交替极型横向磁通永磁直线单元发电机的峰值效率大
于PPMTF直线波浪单元发电机的峰值效率，PPMTF直线波浪二单元发电机与三
单元发电机的峰值效率要大于前两种直线波浪单元发电机的峰值效率。
关键词：初级永磁型；直线波浪发电机；磁耦合；外特性；效率特性
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哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Asastrategicresource,renewableenergyhasreceivedwidespreadattentionathome
andabroad.Amongthem,waveenergyisoneofthemostvaluablerenewableenergy
sourcesduetoitshighenergydensity,abundantreservesandwidedistribution.The
straight-linedirect-drivewavepowergenerationsystemsimplifiestheextractionprocess
ofwaveenergyandrealizesthefirst-levelenergyconversion,whichcaneffectively
improvetheefficiencyofthepowergenerationdevice.Aimingattheoff-gridlow-power
wavepowergenerationsystem,thispaperproposesaPrimaryMagnetTransverseFlux
(PPMTF)linearwa