CN101882819A - 直线圆筒型开关磁通永磁发电机 - Google Patents

Abstract

直线圆筒型开关磁通永磁发电机是一种结构简单、效率高、成本低的直线圆筒型永磁发电机。本发明可用于直接驱动的海浪发电装置和其他类型的直线发电***中，不需要中间传动结构和装置。简化了发电***。该发电机包括初级定子(2)的U型铁心(2.1)、永磁体(2.2)、非导磁体间隔(2.3)、初级三相绕组(3)和次级的动子(1)；整个电机为圆筒型结构，U型铁心(2.1)和永磁体(2.2)位于动子(1)的外部，初级三相绕组(3)嵌于U型铁心(2.1)的线槽之内，动子(1)位于电机的中心，在动子(1)的外周为间隔相等距离的环形齿(1.1)和槽(1.2)；电机初级的U型铁心(2.1)与次级的动子(1)之间留有气隙。

Description

直线圆筒型开关磁通永磁发电机

技术领域

该发明涉及一种新型直线圆筒型开关磁通永磁发电机，主要应用于海浪发电和直线运动发电领域。

背景技术

传统能源煤、石油日益减少，并造成全球环境问题。洁净能源、可再生能源的利用得到更多的关注。海洋能源中的海浪能是一种洁净能源，而且地球表面蕴藏着大量的海浪能。海浪能量提取装置的研究已经进行了很多年。海浪发电机作为直接把海浪转化为电能的发电装置，国内外学者和公司进行很多的研究。目前所用的海浪发电机多为永磁机构的海浪装置。主要有通过中间转换装置驱动旋转电机来发电的和直接驱动的直线发电机。旋转发电需要很多的转换环节，减少了转换效率。目前的直线发电机多为动子永磁直线电机。这种直线发电机一方面动子结构和永磁体的加工工艺较为复杂，另一方面动子具有永磁体的直线发电机存在较大的永磁顿力，永磁顿力造成发电波形的畸变和机械结构的震动，影响发电机的发电性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单、效率高、成本低的直线圆筒型永磁发电机。本发明可用于直接驱动的海浪发电装置和其他类型的直线发电***中，不需要中间传动结构和装置。简化了发电***。

技术方案：本发明的直线圆筒型开关磁通永磁发电机包括初级的U型铁心、永磁体、非导磁体间隔、次级动子和初级三相绕组；整个电机为圆筒型结构，初级的U型铁心、和永磁***于外部，初级三相绕组嵌于初级的U型铁心的线槽之内，次级动子位于电机的中心，在次级动子的外周为间隔相等距离的环形齿和槽；电机初级与次级之间留有气隙。

初级采用截面为U型铁心或者E型铁心的圆柱结构，相邻两U型铁心之间为永磁体或非导磁体间隔，U型铁心或者E型铁心由硅钢片叠制而成，

初级三相绕组采用饼形绕组结构。

永磁体采用铷铁硼，其充磁方向采用临近磁体充相反充磁的安放方式。

次级动子结构为柱形齿槽结构的导磁体，采用钢次级或者混有导磁性较好的合金，初级每相绕组占用两个绕线槽，两个绕线槽内绕组采用串联方式，每相初级有4个与次级相对应的环形齿，其齿的宽度与次级的齿宽度相同，或略微不等。

有益效果：本发明的有益效果如下：

1、直接连接驱动，无需中间传动结构，减少中间机械损耗，提高发电效率。

2、采用圆筒型结构设计，圆周的初级和次级间的相互吸力四周相互抵消，使得发电机没有径向吸力。圆筒型结构设计消除了旋转电机和普通直线电机存在的边端效应，增加了电机效率。

3、初级齿槽和次级齿槽采用优化设计，减少了永磁顿力，消除了谐波，提高了发电电能质量。

4、永磁体和绕组安放于初级上，有利于散热和冷却，提高发电效率。永磁体的安放和加工简单。

5、次级为单一导磁体齿槽结构，结构简单、可靠，加工成本低廉。齿槽间距与发电频率成线性关系，可根据发电要求随意设计次级齿槽距离，提高发电性能。

附图说明

图1为采用“U”型结构的永磁发电机的机构示意图。

图2为饼形绕组示意图。

图3a为A相发电在位置1时，永磁体主磁通主要通过初级的1齿和3齿以及相应的次级齿；图3b为A相发电在运动到位置2时，永磁体主磁通转变为主要通过初级的2齿和4齿以及相应的次级齿。

图4为采用“U”型初级的电机发电电压波形。

图5是采用“E”型初级的纵向截面图。中间的“U”型初级采用“E”型初级结构代替，边端仍为“U”型初级。其中永磁体的充磁方向为图中永磁体磁极N、S标注的方向。

具体实施方式

本发明的所提出的新型直线圆筒型开关磁通永磁发电机包括初级铁心、永磁体、次级动子和气隙。整个电机为圆筒型结构，初级铁心和永磁***于外部，初级三相绕组嵌于初级铁心的线槽之内，次级动子位于电机的中心，气隙位于电机初级和次级之间(如图1所示)。初级采用“U”型铁心(如图1)或者“E”型铁心(如图5)的圆柱结构，铁心可由硅钢片叠制而成。初级的绕组采用饼形绕组结构(如图2)。永磁体采铷铁硼，其充磁方向采用临近磁体轴向充磁，且方向相反的安放方式。次级结构为柱形齿槽结构的导磁体，可采用钢次级或者混有导磁性较好的合金。初级每相绕组占用两个槽，每相初级有4个与次级相对的环形齿，其齿的宽度与次级的齿宽度相同。次级最近两齿间距离即距为T。为减少永磁顿力，满足三相发电相差120°，相与相之间的距离为(N±1/3)*T，N为整数，根据设计尺寸和要求确定。对于每相初级下的4个齿，临近齿的距离为(M±1/2)*T，M为整数，根据设计尺寸和要求确定。

作为海浪发电机工作时，初级固定，次级动子与浮标相连，波浪推动浮标从而拉动次级与初级产生相对的运动。

对一相来说，初级与次级的运动造成每个初级齿与次级的对应情况发生变化，每个初级齿的磁阻发生变化，从而每相绕组内的磁通量变化，实现发电功能。具体发电原理如图3所示，图中为A相绕组发电原理。在图中位置1时，永磁体主磁通主要通过初级的a齿和c齿以及相应的次级齿，运动到位置2时，永磁体主磁通转变为主要通过初级的b齿和d齿以及相应的次级齿，这样就在永磁体在A1和A2绕组内形成交变的磁通，从而在绕组内产生电动势，实现发电。

由于不同初次级排列尺寸的直线圆筒型双凸永磁发电机具有相似的结构，“U”型初级和“E”型初级的实施基本近似。下面就以图1所示的“U”型结构的永磁发电机为例，阐述本发明的电机结构。

参照图1，该发电机包括初级定子2的U型铁心2.1、永磁体2.2、非导磁体间隔2.3、初级三相绕组3和次级的动子1；整个电机为圆筒型结构，U型铁心2.1和永磁体2.2位于动子1的外部，初级三相绕组3嵌于U型铁心2.1的线槽之内，动子1位于电机的中心，在动子1的外周为间隔相等距离的环形齿1.1和槽1.2；电机初级的U型铁心2.1与次级的动子1之间留有气隙。

对于初级定子主要包括用于安放绕组和导磁的“U”型结构导磁体2.1、按照图1中永磁N、S标示方向冲磁的永磁体2.2、用于隔开两相间的非导磁材料2.3。机壳位于初级定子的外部用于固定初级和永磁体，并起到密封作用。次级为齿槽间隔的结构由齿1.1和槽1.2组成，齿宽与初级齿宽相等，次级两齿间的距离为一个极距，极距的大小可根据设计需要而定。在图中初级两临近齿的距离为个1.5个极距。A相与B相、B相与C相之间的距离为(5+1/3)个极距。具体设计满足相与相之间的距离为(N±1/3)*T和临近齿的距离为(M±1/2)*T的条件即可。绕组为饼形绕组，同一相下两绕组串联，线圈的匝数和线径随设计要求而定。空载发电波形如图4所示。

本发明所述的直线永磁发电机原理同样可以可制造成扁平的单边或者双边以及多边直线永磁发电机。根据发电机和电动机的可逆原理，本发明所述的直线永磁发电机同样可控制工作在电动机状态。

初级的U型铁心2.1是截面为U型或者E型的圆柱结构，相邻两U型铁心之间相间设有永磁体2.2和非导磁体间隔2.3，U型铁心2.1或者E型铁心由硅钢片叠制而成，初级三相绕组3采用饼形绕组结构。永磁体2.2采用铷铁硼，其充磁方向采用临近磁体充相反充磁的安放方式。

次级动子结构为柱形齿槽结构的导磁体，采用钢次级或者混有导磁性较好的合金；初级每相绕组占用两个绕线槽，两个绕线槽内绕组采用串联方式，每相初级有4个与次级相对应的环形齿，其齿的宽度与次级的齿宽度相同，或略微不等。

Claims (5)

1.一种直线圆筒型开关磁通永磁发电机，其特征在于该发电机包括初级定子(2)的U型铁心(2.1)、永磁体(2.2)、非导磁体间隔(2.3)、初级三相绕组(3)和次级的动子(1)；整个电机为圆筒型结构，U型铁心(2.1)和永磁体(2.2)位于动子(1)的外部，初级三相绕组(3)嵌于U型铁心(2.1)的线槽之内，动子(1)位于电机的中心，在动子(1)的外周为间隔相等距离的环形齿(1.1)和槽(1.2)；电机初级的U型铁心(2.1)与次级的动子(1)之间留有气隙。

2.根据权利要求1所述的直线圆筒型开关磁通永磁发电机，其特征在于初级的U型铁心(2.1)是截面为U型或者E型的圆柱结构，相邻两U型铁心之间相间设有永磁体(2.2)和非导磁体间隔(2.3)，U型铁心(2.1)或者E型铁心由硅钢片叠制而成。

3.根据权利要求1所述的直线圆筒型开关磁通永磁发电机，其特征在于初级三相绕组(3)采用饼形绕组结构。

4.根据权利要求1所述的直线圆筒型开关磁通永磁发电机，其特征在于永磁体(2.2)采用铷铁硼，其充磁方向采用临近磁体充相反充磁的安放方式。

5.根据权利要求1所述的直线圆筒型开关磁通永磁发电机，其特征在于次级动子结构为柱形齿槽结构的导磁体，采用钢次级或者混有导磁性较好的合金；初级每相绕组占用两个绕线槽，两个绕线槽内绕组采用串联方式，每相初级有4个与次级相对应的环形齿，其齿的宽度与次级的齿宽度相同，或略微不等。

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