模擬永磁發電機

2021-02-15 COMSOL

永磁發電機，也稱 PM 發電機，無需電池即可發電。PM 發電機由一個導線環繞的磁定子，以及一個包含永磁體的輪子組成，輪子在定子內旋轉。PM 發電機可以用於多種電動機械，例如從摩託車到風電場等的應用。讓我們來看一下這類發電機是如何工作的，以及如何模擬它們。

永磁發電機如何工作

環繞定子的導線基本上由高相對磁導率的材料製成。定子內部有一個輪子，也稱轉子，輪子由一個與定子相同材料的中軸以及能產生強磁場的永磁體組成。這些永磁體通常是稀土元素，例如釤。

當轉子旋轉時，將產生電流。這是由於永磁體帶給轉子的電磁場 (EMF) 移動經過了有線圈環繞的定子。由於轉子上的磁體採用了齒狀結構，EMF 的場強會隨轉子的旋轉不斷漲落，正是這種連續的通量在定子的導線中感應出了電流。很自然地，轉子轉動越快，輸出電壓越高。


利用 COMSOL Multiphysics 模擬二維 PM 發電機

瀏覽我們的在線案例庫時，我找到了一個很不錯的 PM 發電機案例。模型顯示了含永磁體的轉子如何通過旋轉在繞組中產生出感應 EMF。旋轉時的電壓作為時間的函數進行了計算。模型中還描述了材料參數、旋轉速度、以及線圈繞組匝對電壓的影響。

我的同事 Valerio 進行了如下仿真，您可以看到模型的運動狀態：

（請點擊閱讀原文查看動畫）


轉子中永磁體的放置位置用較鮮豔的顏色顯示

按照慣例，如果您有 COMSOL Access 帳戶，就可以下載發電機模型的逐步說明文檔來了解更多信息；如果您有 COMSOL Multiphysics 和 AC/DC 模塊許可證，則可以下載模型文件，對該多物理場問題進行更深入的研究。

PM 發電機的應用

根據 windpowerengineering.com 網站上發表的發電機基礎知識一文，由於永磁發電機無需電池即可工作，因此可被用於風力發電行業。風力將推動轉子輪開始旋轉，隨即產生電流。由於風力發電站一般建於較偏遠的地區，所以無需電池這一點非常重要。如果使用電池發電機開發風能，就需要定期更換電池，PM 發電機的使用則省去了此類維護工作。

如果您是摩託車發燒友，可能也了解 PM 發電機還可以為你的愛車提供能源。我最近讀過一篇很有意思的文章，介紹了如何通過裝配永磁體來改造摩託車。所以，我在這裡也一併分享了這篇文章，希望能給擅長自己動手的您一些啟發。

更多信息及動畫查看，以及模型下載，請點擊閱讀原文或在電腦上查看：

http://cn.comsol.com/c/1y4h

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