随着工业技术的发展和能源消耗的加快,新型可持续的清洁型能源的开发已成为各国科学研究的热点。海洋约占地球表面积的70.8%,海浪能是海洋能源中蕴藏最为丰富的能源之一,作为一种清洁无污染的可再生能源已被众多科学研究者重视[1-3]。根据波浪的运动参数和外形,可以将海洋的波浪分成行进波和驻波。波浪在传播过程中，波浪质点沿传播方向向前传递成为行进波；驻波是由两个波浪参数相同、振动方向相同但沿相反方向传播的波浪叠加形成,从外观上看没有较为明显的传播运动,只有水质点在竖直方向上的振荡运动。

根据波浪运动特征和海洋局部海况,由波能发电原理可以将发电装置大致分成三种类型:一是由波能发电装置的两个结构部分的相对运动来驱动发电装置；二是将发电装置一部分固定,利用波浪运动驱动发电部分进行发电；三是利用蓄波产生的波浪势能进行发电。波能发电用的电机主要包括传统的涡轮发电机、直线电机和新型特种电机[4-6]。从能量转换角度上讲,主要是先利用能量俘获装置将波浪的运动动能转换成机械能,再由中间传动机构将机械能转换成电能。当前已经出现的波能发电装置主要由波浪能俘获装置、传动机构和涡轮发电机组成,直驱式波浪发电技术是利用直线发电机直接将波浪垂直运动的动能转换成电能的一种新型发电技术。与传统的发电技术相比省掉中间的能量转换装置，使能量转化效率明显提升[6-8]。我国海岸线较长,但波浪能密度相对较小。我国波浪发电的研究起步较晚,仍停留在发电量为千瓦级的研究水平上。

①张烁:《庆祝“五一”国际劳动节暨表彰全国劳动模范和先进工作者大会隆重举行》，《人民日报》2015年4月29日。

本文提出一种漂浮式波浪能发电装置,该装置属于点吸式直驱波浪能发电形式。主要由漂浮的浮体结构和直线电机组成,利用波浪与浮体产生气室的压强驱动直线电机发电。由于省略了中间的传动机构,提高了装置的能量转换效率。此外该装置的发电机部分采用圆筒形的永磁直线电机,通过采用Halbach 永磁体结构提高了电机的磁能密度,利用电机的齿槽结构与极距结构的配比来减小电机内部的磁阻力波动,增加了电机运行的稳定性,从而提高了整个发电装置的发电效率。

前面理论分析说明，人口因素是影响一个地区教育基本公共服务均等化的一个重要解释变量，但我们上述所作的回归分析中，由于snce义务教育学生数对被解释变量的影响并不显著，为了再次确认人口因素是否是影响教育均等化的重要指标，我们选取一区的义务教育人数占一区年末人口数作为新的解释变量，再次进行回归分析，进一步确认估计结果的可靠程度。设定义务教育学生数占比为rsnce，模型如下：

1 发电装置模型

本文提出了一种漂浮式直驱波浪能发电装置,给出了装置的主要结构,对海洋波浪的基本参数进行阐述,对采用的圆筒形浮体结构进行了波浪力计算，并提出了一种应用于该发电装置的直线电机,给出了电机的基本结构,分析了电机的单槽磁路组成,并根据有限元法对电机的磁场分布进行计算。通过分析可知该直驱式波浪能发电装置在我国海域及相似领域具有一定的应用前景。

  

图1 漂浮式波浪发电装置

本文的浮体结构采用圆筒形的空心浮筒,当浮筒体积大于波长λ两倍以上时,浮筒就不能当做一个质点来进行受力分析。在本文中采用绕射理论来分析发电装置浮筒结构的受力情况。此时,液体为理想的不可压缩流体,流体的运动为势流运动。系统浮体采用圆柱空心体,其外形结构如图2所示。

  

图2 圆柱形浮体结构

其中,e为感应电动势,ψ为电机磁链,BZ为轴向磁通密度。

 

(1)

本文采用的电机为圆筒形的永磁直线电机,主要构成为动子结构、定子结构和气隙,具体结构如图3所示。由于电机为圆筒形对称结构,故图3采用二分之一的电机剖面图来表示电机结构。其中动子结构由动子轴、轴上的永磁体阵列环组成,动子与发电装置的气室活塞相连,动子的往复运动在电机内产生交变磁场。定子部分为筒状的铁芯,铁芯的齿槽内为电机的绕组线圈,在变化的磁场作用下,电机绕组内产生感应电动势。

根据电机的优化分析得出电机动子分别采用普通径向充磁方式(R-magnetized)和Halbach永磁阵列时的电机线圈内的感应电动势输出波形如图5。由图可见,采用普通径向充磁方式时获得的感应电动势波形的幅值可以达到28 V,而采用Halbach永磁阵列时获得的感应电动势波形的幅值可以达到35 V,故Halbach永磁阵列可以有效提高电机感应电动势输出幅值。

⑤张先《卜算子》(梦断寒夜长)：双调46字，上阕4句23字2仄韵，下阕4句23字3仄韵。句式：55733。55733。

 

(2)

式中,CV是绕射系数,P为浮体上任意一点压强,R为浮筒半径,ρ为液体密度,g为重力系数,H为波高,J1(x)为一阶贝塞尔函数,ω为波浪角频率,k为波数。

2 直线电机模型

在波高H与圆柱底部半径R的比值H/2R无限小的条件下,流体的黏滞效应可以忽略,此时浮体上的任意一点的波浪力的竖直方向的分量表达式如式(2)所示。

  

图3 直线电机剖面图

根据法拉第电磁感应定律得出,电动势的计算公式如式(3)所示。

嵌入式系统是面向用户、面向企业的，因而嵌入式系统要求和具体应用紧密结合在一起，对硬件和软件都要根据用户需要选择，在保证软件功能和软件运行速度的情况下，要尽量去除冗余，力争用最小的硬件投入、最少的支撑软件，满足用户的需求。

 

(3)

其中对浮体的分析采用对称的圆柱坐标系。根据水动力学分析原理得出浮筒上任意一点在圆柱坐标系上的表示如式(1)所示。

在动子永磁体环的作用下,由电机的定子铁芯、齿槽、气隙和动子轴构成电机的一个单槽的磁路,见图4(a)。磁路结构见图4(b),其中FP为永磁体磁动势,Rm为永磁体磁阻,Rg为电机气隙磁阻。根据有限元法对电机磁场进行计算与分析,得出电机的磁场分布情况,如图4(c)所示。

  

(a) 电机单槽磁路

  

(b) 磁路示意图

  

(c) 电机磁场分布

 

图4 电机磁场分析

九江长江公路大桥处于长江中下游地区，是国家发改委2004年7月召开的全国长江干流过江通道会议上规划确定的70座长江过江通道之一，为规划的“五纵七横”国道主干线“北京至福州”中的关键工程，也是国家7918高速公路网福州至银川主线的重要组成部分。九江长江公路大桥跨越长江，连接湖北、江西两省。江北为湖北黄梅县，江南为江西九江市。桥址位于已建九江大桥上游10.8km处，两岸大堤间距2.23km。

  

图5 电机感应电动势波形

3 结 语

本文设计的漂浮式海洋波浪能发电装置属于点吸式波能转换器,如图1所示。该装置由浮体装置、气室、活塞和连杆、直线电机组成。主要运行原理为:利用波浪竖直方向的振荡运动，压缩浮体气室内的空气,空气体积减小压强变大,推动活塞上下运动,通过连杆结构直驱动电机动子往复运动,在交变磁场作用下,电机绕组里面就会产生感应电动势。

[2] 袁榜,余海涛,胡敏强.海浪发电用Halbach磁体结构圆筒直线发电机性能分析[J].微电机,2011(2):20-23

[1] Coll V D, Cancelliere P, Marignett F, et al. A tubular generator drive for wave energy conversion[J]. IEEE Transactions, 2006, 53: 1152-1159

参考文献:

式中，c 是常数， 取 c＝6.0， 其子小波为 ψa，b （x）=以此作为为基本小波，具有波动性和衰减性。

[3] 戴魏,余海涛,胡敏强.基于虚功法的直线同步电机电磁力计算[J].中国电机工程学报,2006,26(22):110-114

[4] 王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2007

[5] Jabbar M A, Liu Z J, Dong J. Time-stepping finite-element analysis for the dynamic performance of a permanent magnet synchronous motor[J]. IEEE Trans. Magn., 2003, 39(5):2621-2623

[6] 黄学良,张前,周赣.一种无铁Halbach型永磁直线电机[J].电工技术学报,2010,25(6):1-6

[7] 陈卫宝,范承志,叶云岳.低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力分析[J].机电工程,2010,27(2):86-88

[8] 张静.一种短初级、长次级永磁直线发电机的设计分析[J].金陵科技学院学报,2015(4):27-31