摘要：为了提高永磁发电机的发电功率和永磁体的利用率，提出了一种新型的用于海浪发电的圆筒型halbach永磁直线发电机。该发电机内的电磁场具有轴对称性，故将其三维电磁场简化为二维场进行分析，建立了二维有限元方程。应用ansys软件对使用常规永磁阵列与haffiach永磁阵列时发电机的气隙磁场进行了比较，也对halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差6度。分别为45度、60度、90度。时发电机的气隙磁场进行了比较，得出了结果较优的方案，结果可靠。

关键词：halbach永磁阵列；圆筒型直线发电机；海浪能；优化；有限元方程

中图分类号：tm313；tm359. 4    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)02-0026-04

  海浪能是一种清洁无污染的、而且取之不尽用之不竭的能源。占地球表面百分之71的海洋中蕴藏着约500亿千瓦的能量，其中海浪能约为25 x l0⁸kw。据世界能源委员会估计：每天可开发的海浪能超过2×l0¹²w，照此估计每年就有17520×l0¹²w．h的海浪能可供开发。而能够为人们实际转换利用的海浪能每年约为2000×l0¹²w．h。因此海浪能越来越受到人们的青睐。

  从研制成世界上第一个海浪发电装嚣开始，海浪发电的研究已进行了四十多年。早期研究的发电装置都是通过中间转换装置驱动旋转电机来发电的，这给海浪发电机造成两大弊端：一是由予中间机构的存在，使得发电机结构复杂，机体笨重；二是由于中间机构中的能量损失，造成发电的效率不高。因此，人们开始研究将不需中间机构的直线电机用于海浪发电。目前，将直线电机用于海浪发电尚处于实验研究阶段，还没有正式投入使用。国内对此的研究也刚刚起步。本文提出一种用于海浪发电的圆筒型halbach永磁直线发电机。并且对halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差6度分别为45度、60度、90度时发电机的气隙磁场也进行了比较。得到了可靠的结果。

    因为永磁电机中存在永磁体，所以需要对永磁体进行处理，本文采用永磁体直接离散处理法。对于稀土磁体，其回复线和退磁曲线重合。则永磁体工作点的b和日的关系为：

                         

式中，μ=μ₀μ_τ，hc为计算矫顽力。

    引入磁矢位a，并定义b=v xa，根据麦克斯韦方程，永磁电机的电磁场边值问题可以表述为：

    对于本文所研究圆筒型halbach永磁直线发电机，其磁场中没有励磁电流，且使用齐次边界条件，所以其边值问题可表示为：

 

    与式(3)表示的边值问题相对应的等价变分可表述为

    因为所研究电磁场为轴对称电磁场，所以可以简化为二维情况进行分析。应用二维有限元方法，则有

式(4)的变分方程可进一步表示为

    将求解区域v1+ v2划分成e0个三角形单元，所有三角形单元形成n个节点。若求w（a）的最小值w只需形对a的偏导为零，即：