模拟永磁发电机

永磁发电机，也称 PM 发电机，无需电池即可发电。PM 发电机由一个导线环绕的磁定子，以及一个包含永磁体的轮子组成，轮子在定子内旋转。PM 发电机可以用于多种电动机械，例如从摩托车到风电场等的应用。让我们来看一下这类发电机是如何工作的，以及如何模拟它们。

永磁发电机如何工作

环绕定子的导线基本上由高相对磁导率的材料制成。定子内部有一个轮子，也称转子，轮子由一个与定子相同材料的中轴以及能产生强磁场的永磁体组成。这些永磁体通常是 稀土元素，例如钐。

当转子旋转时，将产生电流。这是由于永磁体带给转子的电磁场 (EMF) 移动经过了有线圈环绕的定子。由于转子上的磁体采用了齿状结构，EMF 的场强会随转子的旋转不断涨落，正是这种连续的通量在定子的导线中感应出了电流。很自然地，转子转动越快，输出电压越高。

利用 COMSOL Multiphysics 模拟二维 PM 发电机

浏览我们的在线案例库时，我找到了一个很不错的 PM 发电机案例。模型显示了含永磁体的转子如何通过旋转在绕组中产生出感应 EMF。旋转时的电压作为时间的函数进行了计算。模型中还描述了材料参数、旋转速度、以及线圈绕组匝对电压的影响。

我的同事 Valerio 进行了如下仿真，您可以看到模型的运动状态：

转子中永磁体的放置位置用较鲜艳的颜色显示。

按照惯例，如果您有 COMSOL Access账户，就可以下载发电机模型的逐步说明文档来了解更多信息；如果您有 COMSOL Multiphysics 和 AC/DC 模块许可证，则可以下载模型文件，对该多物理场问题进行更深入的研究。

PM 发电机的应用

根据 windpowerengineering.com 网站上发表的发电机基础知识一文，由于永磁发电机无需电池即可工作，因此可被用于风力发电行业。风力将推动转子轮开始旋转，随即产生电流。由于风力发电站一般建于较偏远的地区，所以无需电池这一点非常重要。如果使用电池发电机开发风能，就需要定期更换电池，PM 发电机的使用则省去了此类维护工作。

如果您是摩托车发烧友，可能也了解 PM 发电机还可以为你的爱车提供能源。我最近读过一篇很有意思的文章，介绍了如何通过装配永磁体来改造摩托车。所以，我在这里也一并分享了这篇文章，希望能给擅长自己动手的您一些启发。