本文基于水平集方法对圆筒型永磁直线波浪发电机进行优化设计,属于电机设计领域的内容。文章所提到的基于水平集拓扑结构优化设计属于求解电磁场逆问题的综合设计问题。电磁模型的拓扑结构优化指的是通过寻求电磁结构的最优拓扑布局,包括结构内有无孔洞、孔洞的数量、大小和位置等,使得电磁结构能在满足一定约束条件的情况下,某种性能指标可以达到最优。本文以圆筒型永磁同步波浪发电机为研究对象,对该直线电机的原理、电磁模型的建立、水平集方法的理论基础、水平集方程的求解过程,以及利用水平集拓扑结构优化方法对圆筒型永磁同步波浪发电机永磁体形状拓扑演化的思路和过程做了详细的分析和讨论。论文主要进行了以下几个方面的深入研究:(1)水平集方法的基本原理。首先阐述了曲线演化的基本理论,然后对水平集方法进行了详细探讨,主要对水平集函数的构建、求解以及初始化进行了分析,理清了水平集方法的求解思路。最后总结了水平集方法的优点。(2)圆筒型永磁直线电机设计。首先介绍了圆筒永磁直线发电机的基本结构和运行原理,然后参考传统的永磁同步发电机的设计算例,给出了圆筒型永磁直线发电机的设计方法,接着给出了有限元方法原理,并给出了位函数和边界条件的推导公式,最后对永磁直线电机磁场进行有限元求解。(3)利用基于水平集拓扑优化方案对电机进行永磁体形状优化,主要分为以下几个步骤:设定目标气隙磁场,并选取合适的检测点;利用水平集方程,对永磁体形状进行拓扑演化;用ANSYS Maxwell对永磁体演化后的永磁直线电机进行有限元分析求解;对比结果,判断是否达到最优要求。