【摘 要】
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自由活塞发电系统（FPEG）是一种新型的能量转换装置,具有能源利用率高、功率密度大、制造成本低及排放少的优点,近年来被广泛关注和研究。本文针对课题组研制的第四代FPEG系统,完成了直线发电机的设计,研究内容包括以下几个方面:（1）基于FPEG对直线发电机的性能需求,确立了圆筒型动磁式永磁直线发电机（TMMLG）和扁平型动磁式永磁直线发电机（PMMLG）两种结构方案。（2）设计了TMMLG的结构方案
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自由活塞发电系统（FPEG）是一种新型的能量转换装置,具有能源利用率高、功率密度大、制造成本低及排放少的优点,近年来被广泛关注和研究。本文针对课题组研制的第四代FPEG系统,完成了直线发电机的设计,研究内容包括以下几个方面:（1）基于FPEG对直线发电机的性能需求,确立了圆筒型动磁式永磁直线发电机（TMMLG）和扁平型动磁式永磁直线发电机（PMMLG）两种结构方案。（2）设计了TMMLG的结构方案,完成了主要部件的材料选型和结构设计。建立了电机的电磁场有限元模型,并分析了推力、反电动势、发电功率和发电效率等特性。完成了电机样机的研制,通过样机试验验证了电磁场有限元模型的准确性。（3）设计了PMMLG的结构方案,确定了扁平型电机的主要尺寸参数。建立了电磁场有限元模型,并分析了推力、反电动势、损耗、发电功率和发电效率等特性。建立了扁平型电机的温度场模型,分析了动子的温升特性。（4）完成了PMMLG样机的研制,并搭建了样机试验台架。开展了样机试验研究,并将TMMLG、PMMLG与课题组已有的动圈式直线发电机进行了对比。研究结果表明:动磁式直线发电机具有更高的功率密度,更适合本文的应用场景。TMMLG和PMMLG的功率密度和发电效率分别为162 W/kg、91%和183 W/kg、95%。PMMLG的动子质量和齿槽力更小,响应更快,可以作为FPEG未来的主要研究方向。
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