摘要：為了提高永磁發電機的發電功率和永磁體的利用率，提出了一種新型的用于海浪發電的圓筒型halbach永磁直線發電機。該發電機內的電磁場具有軸對稱性，故將其三維電磁場簡化為二維場進行分析，建立了二維有限元方程。應用ansys軟件對使用常規永磁陣列與haffiach永磁陣列時發電機的氣隙磁場進行了比較，也對halbach永磁陣列中相鄰永磁體塊的磁化角度差6度。分別為45度、60度、90度。時發電機的氣隙磁場進行了比較，得出了結果較優的方案，結果可靠。

關鍵詞：halbach永磁陣列；圓筒型直線發電機；海浪能；優化；有限元方程

中圖分類號：tm313；tm359. 4    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848(2010)02-0026-04

  海浪能是一種清潔無污染的、而且取之不盡用之不竭的能源。占地球表面百分之71的海洋中蘊藏著約500億千瓦的能量，其中海浪能約為25 x l0⁸kw。據世界能源委員會估計：每天可開發的海浪能超過2×l0¹²w，照此估計每年就有17520×l0¹²w．h的海浪能可供開發。而能夠為人們實際轉換利用的海浪能每年約為2000×l0¹²w．h。因此海浪能越來越受到人們的青睞。

  從研制成世界上第一個海浪發電裝囂開始，海浪發電的研究已進行了四十多年。早期研究的發電裝置都是通過中間轉換裝置驅動旋轉電機來發電的，這給海浪發電機造成兩大弊端：一是由予中間機構的存在，使得發電機結構復雜，機體笨重；二是由于中間機構中的能量損失，造成發電的效率不高。因此，人們開始研究將不需中間機構的直線電機用于海浪發電。目前，將直線電機用于海浪發電尚處于實驗研究階段，還沒有正式投入使用。國內對此的研究也剛剛起步。本文提出一種用于海浪發電的圓筒型halbach永磁直線發電機。并且對halbach永磁陣列中相鄰永磁體塊的磁化角度差6度分別為45度、60度、90度時發電機的氣隙磁場也進行了比較。得到了可靠的結果。

    因為永磁電機中存在永磁體，所以需要對永磁體進行處理，本文采用永磁體直接離散處理法。對于稀土磁體，其回復線和退磁曲線重合。則永磁體工作點的b和日的關系為：

                         

式中，μ=μ₀μ_τ，hc為計算矯頑力。

    引入磁矢位a，并定義b=v xa，根據麥克斯韋方程，永磁電機的電磁場邊值問題可以表述為：

    對于本文所研究圓筒型halbach永磁直線發電機，其磁場中沒有勵磁電流，且使用齊次邊界條件，所以其邊值問題可表示為：

 

    與式(3)表示的邊值問題相對應的等價變分可表述為

    因為所研究電磁場為軸對稱電磁場，所以可以簡化為二維情況進行分析。應用二維有限元方法，則有

式(4)的變分方程可進一步表示為

    將求解區域v1+ v2劃分成e0個三角形單元，所有三角形單元形成n個節點。若求w（a）的最小值w只需形對a的偏導為零，即：