图8-10显示用来确定系统效率的实验室测试中发电机的测试结果。图8显示了有负载和无负载情况下，发电机的主轴转速。无负荷运转情况下，较高的速度导致更大的摩擦损失，因此得到非线性的推力特性。荷载作用下，发电机的速度降低，推力特性的非线性得到改善。一如预期，如图9所示，电流随着所加应力线性增加。负载作用下，系统的整体效率增加了大于50，但电力负荷减少时效率下降。发电机2可得到类似的曲线，除了它的高阻抗导致更显著的电压下降和更低的输出功率。利用Matlab / Simulink对 OWER的仿真，具有单自由度升降模式的设备的运动方程如9-11所示其中，是浮标总的虚拟质量，包括增加的质量a ，b是组成流体和PTO发电机（BG）提供的阻力的浮标阻尼。C是弹簧常数，源自波的激振力， Z = ZO COS（COT）升降位移。增加的质量a，流体阻尼和弹簧常数c是McCormick 9对一个圆柱形浮标给出的。发电机的阻尼常数由以下因素而确定。滚珠丝杠包括具有倾斜的螺纹槽的轴和同心轴的螺母。螺母也包含小可以在沟槽中滑动的圆柱型小钢球（见图2）。传统意义上，滚珠丝杠是用来将旋转运动转为直线运动。由旋转轴通过任何给定的方向轴的旋转，螺母在轴长范围内线性上下移动，从而在所谓的正向驱动过程中，把旋转运动转换成直线运动。另外，螺母上升或下降时，轴顺时针或逆时针方向地旋转，因而分别地把直线运动转变成旋转运动。这个过程称为逆向驱动，并应用于此处。在第3节所述，所加的使螺母上下移动的力源自过CFTS取自波。轴上的扭矩Tscrew和滚珠丝杠上的轴向力Fscrew符合关系式（正向驱动）。（逆向驱动）。L是丝杆导程米/转和分别是是正向驱动、逆向驱动下滚珠丝杠的效率。发电机主要作为制动器，在轴扭矩作用下阻止旋转，可表示为 是损耗的扭矩NM，是电动机的制动系数，轴的角速度。举例来说，如果像试验中使用永磁同步发电机（PMSG），在转子和定子磁铁未饱和状态下，引入的常数Kr切实呈线性磁路。有了常见的永磁发电机中相对较大的有效气隙（磁铁本身），这种假设不会导致重大错误。升程中的总动力输出如下，其中是发电机和轴系统的惯性力矩，对于滚珠丝杠，其中是球螺母或类似浮板的直线速度。是轴的角加速度。发电机阻尼系数满足。由于发电机停转，在下冲程中，浮标上没有源自PTO的轴向力。发电机的飞轮，即因为连接到它本身的惯性的电机负荷和通过单向离合器的轴而减速。我们得出单向离合器允许扭矩单方向传送。离合器由两个主要部分组成：内圈、外圈和内嵌在内圈和外圈之间的弹簧。离合器的使用类似于常用的机械工具-棘轮扳手。操作中锁定内圈和外圈一个传输方向，以传递所需的扭矩，而在其他方向的操作，储存在飞轮。这个装置中，外圈接到发电机联轴器上，内圈连接到连接丝杠轴。 尽管发电机能够在两个方向的运作，单向离合器的使用使发电机只能单向操作。由于调整发电机间断性输出的需要，单向和双向的操作都是可能的。然而，需要注意的，不像用低速驱动的直接线性发电机，旋转装置高速运行，电动机反转在旋转机制下会产生额外的机械应力。 另一方面。在单向操作情况下，在下一个升程开始前的下行冲程中，可以利用升程中的转动惯量，此时发电机没有充分减速。永磁同步发电机的等效电路如图12。发电机绕组两端的相电压可表示为： 。是相电阻，为第j阶段的电流。是第j阶段的由于永磁体产生的磁链和是相电感。PMSG的感应电动势峰值依赖速度和可表示为 。电流可以通过重排和整合得到，记为 。从测试测量得到的发电机参数在附录A.l.给出。在T= 2.5和Hs = 0.15m情况下，轴上单向离合器作用，波动的发电机空载电压如图 13所示。在滑行中，离合器脱离发电机停止转动时，电压为零，发电机减速。而且，不像往复式运动下的操作，电压的时区是不太对称的。这与在实验测试中得到的结果类似。 从Matlab仿真得到的结果与实验测试结果关联性如图13和15所示。因此， Matlab的分析模型能在概念设计阶段调查相关的设计参数。这样的一个参数是螺距或滚珠丝杠导程。具有较小丝杆导程的螺距允许高速，但有较低的抗扭矩能力，反之亦然。回转系统的主要优点是利用旋转发电机高速的能力，理解不同螺距在性能上的表现是重要的，并分析建模是对研究也是有用的。而且，MATLAB模型可用于调查通过改变设备的质量及其阻尼，用于实现最大程度的能源开采。用于坦克测试聘请的波浪水槽位于Springfield, OR，它呈7英尺深，30英尺宽和110英尺长，面向一个典型的海滩。有两套液压驱动的波浪生成器顺序激活，创造约4英尺高，峰值时间为4秒的不规则波。为了证明设计理念，OWEC在不规则波中测试。图14显示了在Springfield的波浪水槽测试下的设备。这种装置的的配置如图2所示，它在内部模块和停泊板中具有刚性轴。轴配有六自由度的旋转接头，然而，旋转接头的螺纹螺栓可以调整以提供刚性连接。 图15的示波器采集了波周期的上下冲程部分发电机的无负载电压。由于单向离合器，在下行程，发动机脱离旋转，没有电压产生。图16显示了在75负载下，OWEC一个典型的示波器的输出，显示的电压波形（绿色），电流（蓝色）和功率（红色）。负载作用下，峰值输出功率为69 W。虽然它如所需，完好地适应内部模块，发电机的同步电抗是非常高的，它两端的电压降也高。预计相对较低阻抗的发电机，其输出功率将大大提高。而且，运行中的大摆角（见图14）显著减少了浮标在上下冲程中活动的范围。摆角可以通过调整旋转接头到其他位置而改变，但是这在试验阶段没有得到充分的研究。 表3显示了不同发电机负载条件的其他的测试结果。考虑到这是设备的ILED模式，得到的输出功率是相当显着的。据估计，根据Froude缩放法则，该设备的全规模的原型在典型的俄勒冈州海域12将产生了约30千瓦的额定功率输出。这相当于一个直径6米左右，长度约10米的设备。 图17显示了不规则波励磁作用的轴系统的不规则运动产生的典型波形。波条件的不规则引起的不规则冲程有时往往拖延原本旋转的上行周期，滚珠的性能直接影响滚珠丝杠的摩擦性能。据建议，一个良好动态控制系统考虑不规则波对摩擦性能的影响，以及滚珠丝杠普遍的摩擦性能，能克服这些问题。一个滚珠丝杠摩擦模型已经记载在文献中，和所需的控制技术已经被其他研究人员实行。 O.H. Hinsdale波研究实验室进行额外的测试，那里刚性停泊配置被改调整成借助托板连接到内部模块的柔性停泊配置。通过把三个同等地放置在pvc管中增加重量来改变浮子的总质量，做了不同的规定。图18显示了 O.H. Hinsdale波实验室的长波浪水槽的新配置。这些配置的进一步的测试在计划中，其中包括一个全面的线性试验台和本设计配置的详细信息进一步的，后续的测试结果将被记录在以下的文件中。图18 显示了设备柔性系泊配置的预期工作，包括对不同阻力板设计的研究，以了解他们的功率捕获能力。 6结论CFTS设计把推力从外层圆柱形铁背传到内部的活塞。这设备使新的OWEC的设计外部浮子耦合到PTO机制，包括活塞和与安装固定的的旋转发电机的滚珠丝杠轴。由于联轴器是通过磁性方式。包含活塞的内部模块和发电机模块完全密封。最后CFTS样机的几个设计方案通过有限元模拟和实验测试比较，具有良好的一致性。所选的系统的优化设计是基于最大峰值轴向推力的判据。 根据所选择的配置，一个新的OWEC正在设计中，在水槽中不规则波中测试成功。该装置由一个外直径0.6米和长度0.6米的外浮子组成。这种具有托板的设备的设计配置以及变化浮子质量的规定在O.H. hinsdale波性能的研究实验室中实验。包括一个全面的线性测试床的近一步的测试将在后期的论文中进行和记录。虽然这个文件被审查出版时，艾伦K华莱士博士在短暂的疾病后于2006年6月7日去世，作者将本文献给他们的朋友，同事和导师以作纪念。参考文献 l Rhinefrank K, Agamloh EB, von Jouanne A. Wallace AK. Prudell J. Kimble K. et al. A novel ocean energy permanent magnet linear generator buoy. Renew Energy 2006;31(9):127998. 2 Mueller MA. Electrical generators for direct drive wave energy converters. Proc IEE Gen Trans Distr 2002;149(4). 3 Wang J, Jewell GW. Howe D. A general framework for the analysis and design of tubular linear permanent magnet machines. IEEE Trans Magn 1999;35. 4 Wang J, Howe D. Analysis of axially magnetized, iron-cored tubular permanent magnet machines. IEE Proc Electr Power App 2004:151(#2). 5 Faiz J, Finch JW. Aspects of design optimization for switched reluctance motors. IEEE Trans Energy Convers 1993;8(4). 6 Hornreich RM. Shtrikman S. Optimal design of synchronous torque couplers. IEEE Trans Magn 1978;MAG-14(5). 7 Yonnet JP. Hemmerlin S. Rulliere E, Lemarquand G. Analytical calculation of permanent magnet couplings. IEEE Trans Magn 1993;29(6). 8 David Meeker. FEMM . 9 McCormick ME. Ocean engineering wave mechanics. Wiley; 1973.10 Mei CC. Power extraction from water waves. J Ship Res 1976;20(2).11 Bertreaux HO. Buoy Engineering. Wiley; 1976.12 Emmanuel B. Agamloh, A direct-drive wave energy converter with contact-less force transmission system, PhD dissertation, Oregon State University, Corvallis. 2005.13 Jang MJ, Lin KC. Chen CL. Modeling and position control of a ball screw stage. In: Proceedings of the IEEE international conference on networking, sensing and control, Taipei. Taiwan, March 2004. 图9 电动机负载电流 图1