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多缸约束活塞发动机有直线发电机发电性能研究
| 论文题名： | 多缸约束活塞发动机有直线发电机发电性能研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;多缸约束活塞发电系统;电磁性能;温度校核 |
| 摘要： | 随着能源短缺与环境污染问题的加重，混合动力系统在汽车工业中越来越受到重视。当前的两类混动系统，传统的发动机—旋转发电机式混动系统结构复杂，能量传递链条长，热电转换效率低；自由活塞发电系统启停困难，运行控制难，工作稳定性较差。约束活塞发电系统在前两者的基础之上，取消外部传动装置改用直线发电机集成到发动机内部，同时保留了发动机原有曲柄连杆机构，使其在大大缩短能量传递链条的同时兼顾了系统的可控性和稳定性。 本文以多缸约束活塞发电系统为研究对象，依托国家自然科学基金面上项目“内燃约束直线发电系统动态特性分析与优化控制研究”（项目号：52075307），对V型双缸约束活塞发动机的受力和运动过程进行分析。在此基础上对约束活塞发动机用直线发电机的运行机理和发电性能进行研究，搭建对应电机的有限元模型，将解析计算与有限元计算结果进行验证，然后对直线电机的电磁特性和温升特性展开分析。主要的研究内容和工作如下： （1）根据系统的结构组成与运行特点，结合发动机的活塞受力特性对系统运动组件的运动过程进行分析。通过仿真得到活塞的受力曲线和运动组件不同情况下的速度曲线，为接下来系统发电机理的研究提供基础。 （2）通过约束活塞发动机运行特性与直线发电机发电原理相结合，对电机在不同运动状态下的发电机理展开研究。并重点分析了约束活塞发电系统在正弦行波磁场与正弦运动速度下的反电势波形，对其产生的变频变幅的电势波形从原理上进行分析研究。 （3）根据原型发动机的设计要求，建立符合系统的直线发电机电磁有限元模型。通过解析计算与有限元数值计算相结合的方式，推导验证了发电机变频变幅的空载电势波形函数，并对电机的磁场分布、气隙磁密和定位力等进行了分析。以削弱定位力幅值和优化空载反电势为目的，从永磁体尺寸、气隙长度、定子齿宽和边端齿长度等结构方面进行分析，确定优化后的直线电机结构参数。最后，通过对电机的负载特性进行有限元分析计算，确定其额定工况下的外部负载。 （4）约束活塞直线发电系统处在高温高压的应用场合，需要对直线电机进行温度场分析。针对变速往复周期运动下，永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子永磁体涡流损耗展开研究。根据热力学基本理论，确定电机各部分的导热系数、材料属性和散热系数，建立圆筒型永磁直线发电机的温度场三维模型。仿真结果表明，电机在额定工况连续往复运动下，电机各部件的温度分布未达到材料许用温升极限，满足系统可靠性。 |
| 作者： | 周雨 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 赵博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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