旋转式自发电贮能技术探索性研究

论文摘要

弹药的灵巧化与智能化发展使得对能耐高过载、瞬态高功率、10年以上长储以及结构小型化的弹载供电电源的需求十分迫切。由于物理电源具有无损检测、重复使用、可长期储存和良好的高低温特性，又由于高性能永磁体的出现，使得微型物理弹载电源受到了各国军事专家的关注。本文根据旋转弹丸的飞行特性，依据弹载零部件的相对转动原理，提出了一种可以实现完全密封的旋转式发电装置，该装置利用旋转弹丸飞行中的旋转环境力来发电。该装置中以永磁体作为磁势源，以滚动轴承来实现定子与转子的相对转动，装置工作时无需其它辅助电源，依赖弹丸的旋转，实现了自发电的功能，该装置发出的电压经过整流、滤波、稳压，从而可为负载提供能量。针对本文中提出的发电装置的结构，根据磁路的等效原理对发电装置内的磁路进行了等效分析并建立了数学模型；然后把数学模型的求解结果(工程解)和有限元法求解结果进行了对比；在有限元计算部分，利用了有限元仿真软件ANSYS中的APDL语言，实现了命令流方式的仿真计算，从而方便了结构参数的修改，提高了计算速度；在结果分析部分，通过修改结构中的关键参数，得到了不同结构参数下的仿真结果，对仿真的结果进行了比较分析，得出了关键结构参数对齿部磁通量的变化影响的一些规律。本文提出的旋转式发电装置为弹载电源提出了新的探索，该装置具有自发电、小型化、可长期储存等特点，从而满足了弹载电源的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 国内外弹载电源发展状况
• 1.2 弹载物理电源——旋转式发电机的发展状况
• 1.3 本文研究的目的、意义以及主要内容
• 1.3.1 本文研究的目的、意义
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 1.4 本文研究的目标
• 2 旋转式自发电装置的结构设计
• 2.1 弹载零部件的相对转动原理
• 2.2 定子结构的选择
• 2.3 转子结构选择
• 2.4 旋转式自发电装置的总体结构的初步设计
• 2.5 装置中永磁体与轴杆的连接
• 2.6 发电装置"内定子"的受力分析
• 2.6.1 "内定子"的运动方程
• 2.6.2 轴向直线惯性力产生的摩擦转矩的计算
• 2.6.3 外转子角速度的计算
• 2.7 本章小结
• 3 自发电装置的等效磁路分析与数学模型
• 3.1 永磁材料的选择
• 3.2 旋转式发电装置的等效磁路分析
• 3.3 自发电装置的数学模型
• 3.3.1 气隙相对比磁导函数
• 3.3.2 空载气隙磁场的计算
• 3.3.3 感应电动势的计算
• 3.4 本章小结
• 4 旋转式发电装置的电磁场有限元仿真计算
• 4.1 电磁场有限元法求解的基本原理与特点
• 4.2 ANSYS电磁场模块功能简介
• 4.3 ANSYS电磁场分析基础
• 4.4 利用ANSYS建立的仿真计算模型
• 4.4.1 旋转式发电装置的物理仿真模型
• 4.4.2 边界条件的确定以及求解区域的确定
• 4.4.3 磁通密的求解
• 4.4.4 齿槽转距的计算
• 4.5 本章小结
• 5 装置内电磁场计算结果的比较分析
• 5.1 有限元解与工程解的比较
• 5.2 关键结构参数对仿真结果的影响
• i以及齿槽转距的影响'>5.2.1 气隙厚度对Δφ_i以及齿槽转距的影响
• i以及齿槽转距的影响'>5.2.2 永磁体磁化厚度对Δφ_i以及齿槽转距的影响
• i以及电磁转距的影响'>5.2.3 电枢齿宽对Δφ_i以及电磁转距的影响
• 5.3 本章小结
• 6 输出电压的计算
• 6.1 电压的计算
• 6.2 本章小结
• 7 储能探索
• 7.1 电感储能特点与原理
• 7.2 电容储能特点与原理
• 7.3 储能电路的初步设计
• 7.4 本章小结
• 8 总结
• 8.1 本文完成的工作内容
• 8.2 主要结论
• 8.3 展望
• 致谢
• 参考文献