Огляд типових конструкцій лінійних генераторів з постійними магнітами для використання у хвильових електростанціях

Abstract

Зростання потреби в екологічно чистій та стабільній електроенергії стимулює розвиток нових відновлюваних джерел енергії, серед яких хвильова енергетика вирізняється високою щільністю енергії та потенціалом покриття суттєвої частки світового енергоспоживання. Одним із найперспективніших технічних рішень для перетворення енергії морських хвиль є системи прямого приводу на основі лінійних генераторів із постійними магнітами, що дозволяють уникнути складних механічних трансмісій і зменшують експлуатаційні витрати. Мета. Метою статті є огляд типових конструкцій лінійних генераторів з постійними магнітами, що застосовуються в хвильових електростанціях, та визначення їх ключових переваг, недоліків і перспектив розвитку. Методи. Дослідження виконано у вигляді огляду сучасних наукових праць та технічних рішень, присвячених будові та особливостям роботи лінійних генераторів у системах хвильової енергетики. Результати. Проаналізовано основні конструктивні різновиди лінійних генераторів, зокрема циліндричні та плоскі топології, різні схеми розташування постійних магнітів - заглиблених, поверхневих та масивів Халбаха - а також варіанти застосування залізного та повітряного осердя. Окремо розглянуто машини з поздовжнім та поперечним напрямком магнітного потоку; наведено їхні порівняльні характеристики. Висновки. Огляд показав, що для підвищення ефективності та надійності хвильових електростанцій найбільш перспективними напрямами подальших досліджень є вдосконалення конструкцій лінійних генераторів поперечного потоку, що дає змогу мінімізувати механічні навантаження та збільшити коефіцієнт корисної дії установки. The growing demand for clean and stable electrical energy stimulates the development of new renewable energy sources, among which wave energy stands out due to its high energy density and potential to cover a significant share of global electricity consumption. One of the most promising technical solutions for converting wave energy is the use of direct-drive systems based on permanent-magnet linear generators, which elim-inate the need for complex mechanical transmissions and reduce operational costs. Purpose. The purpose of this article is to review typical designs of permanent-magnet linear generators used in wave power plants and to identify their key advantages, disadvantages, and development prospects. Meth-ods. The study is conducted as a review of contemporary scientific publications and technical solutions related to the design and operating principles of linear generators in wave energy systems. Results. The main structural varieties of linear generators are analyzed, including cylindrical and flat topologies, different permanent-magnet arrangements-embedded, surface-mounted, and Halbach arrays - as well as the use of iron-core and air-core configurations. Machines with longitudinal and transverse magnetic flux paths are examined separately, and their comparative characteristics are pre-sented. Conclusion. The review shows that improving the designs of transverse-flux linear generators is the most promising direction for further research aimed at enhancing the efficiency and reliability of wave power plants, as these designs allow for the minimization of mechanical loads and the increase of the overall performance of the system.