CN102104312B - 圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机。包括外圆柱体上设有多个圆环形永磁体并用第一组隔磁环彼此分隔的轴和内孔绕有与圆环形永磁体个数相同的多个外层绕组并用第二组隔磁环彼此分隔的外层铁心。在轴中心开有中心孔，中心孔内安装，其外圆柱体上设有用第三组隔磁环分隔的内层绕组，内层铁心内侧面与开有中心孔的轴底面间安装弹簧，内层铁心和外层铁心端面安装端盖；外层绕组、永磁体和内层绕组之间分别具有相同高度的环形气隙。本发明采用无齿槽动磁式双定子结构，在消除定位力的同时，具有响应迅速，永磁利用率高等特点。无需中间转换装置，将直线运动转化为电量输出，可用于活塞和海浪发电等场合，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及直线永磁同步发电机，具体是涉及一种圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机。
背景技术
随着人们对能源和环境的关注，可直接利用物体的机械振动发电的直线发电机逐渐成为国内外研究的热点。与传统的旋转发电机不同，直线发电机可以将生产、生活中的直线运动直接转化为电能，不仅减少了能量的损失，而且扩大了应用范围。振动无处不在，活塞的运动、车辆的抖动，在海洋的潮汐和波浪能量的利用中，直线发电机可以直接通过次级的上下运动产生交变电流，简单高效的直接性能量转化方式促进了直线发电机的发展和应用。
目前国内一般采用传统圆筒形直线发电机多采用动磁式结构，初级由铁心和绕组组成，管型铁心内侧均匀开有环槽，铁心槽内嵌套有电枢绕组；次级由铁心和永磁体组成，圆环形永磁体采用径向或者轴向充磁方式，固定在次级铁心外侧，通过轴承与外部驱动设备相连。这使得直线发电机在运行时存在有一下几个主要问题：
1、电机的齿槽效应会产生定位力，影响了电机运行的稳定性；
2、铁心的存在增加了次级的重量，降低了电机的响应速度；
3、铁耗较高，限制了电机效率和永磁体利用率的提高。
发明内容
为了解决背景技术中圆筒形直线永磁发电机运行中存在的问题，提高电机的效率和响应速度，消除定位力对电机运行平滑度和稳定性的影响，本发明的目的在于提供一种圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机。
本发明解决技术问题，所采用的技术方案是：
本发明包括外圆柱体上设有多个圆环形永磁体并彼此间用第一组隔磁环分隔的轴和内孔绕有与圆环形永磁体个数相同的外层绕组并彼此间用第二组隔磁环分隔的外层铁心，所述的轴同轴安装在所述的外层铁心孔中；其特征在于：在所述的轴中心开有中心孔，从开有中心孔的轴的一端向中心孔内安装内层铁心，内层铁心外圆柱体上设有与圆环形永磁体个数相同的、并用第三组隔磁环分隔的内层绕组，内层铁心内侧面与开有中心孔的轴底面间安装弹簧，内层铁心外侧面和外层铁心一端面安装端盖；外层绕组、永磁体和内层绕组之间分别具有相同高度的环形气隙。
所述的外层绕组包括三个圆环形绕组，彼此串联，其中两端的绕组绕向相同，中间绕组绕向相反；所述的内层绕组包括三个圆环形绕组，彼此串联，其中内层绕组两端的绕组绕向与外层绕组两端的绕组相同，中间绕组绕向相反；外层绕组与内层绕组彼此串联。
所述的三个圆环形永磁体，分别为径向充磁的稀土永磁钕铁硼，相邻圆环形永磁体充磁方向相反，两个相邻圆环形永磁体之间放置有隔磁环，磁场通过内层铁心和外层铁心形成回路，在气隙中沿轴向按正弦分布。
所述的外层绕组槽距、内层绕组槽距与永磁体极距相等。
当此直线发电机的轴被往复驱动时，外层绕组和内层绕组将同时切割磁场，产生感应电动势，当电机尺寸已定时，感应电动势的大小与轴的运动频率成正比，运动频率越高，感应电动势越大，当绕组外接电路闭合时，直线发电机可对外供电。为了保护电机轴和永磁体，直线发电机轴与内层铁心之间放有弹簧，可消除外部冲击力，限制次级的运动行程。
本发明具有的有益效果是：
1、直接将直线运动转换为电能输出，避免了中间转换设备的损耗，提高了整体的发电效率；
2、无齿槽结构消除了定位力，改善了电能质量，提高了电机运行的稳定性；
3、次级无铁心存在，降低了次级质量，提高了电机响应速度；
4、双层绕组结构提高了永磁体使用率。
附图说明
附图是本发明直线发电机截面图。
图中：1-1.外层铁心，1-2.内层铁心，2-1.外层绕组，2-2.内层绕组，3.永磁体，4.端盖，5.隔磁环，6.轴，7.弹簧，8.立柱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如附图所示，本发明包括外圆柱体上设有多个圆环形永磁体3的轴6和内孔绕有外层绕组2-1的外层铁心1-1。圆环形永磁体3之间用第一组隔磁环5相分隔。外层绕组2-1与圆环形永磁体3个数相同，并用第二组隔磁环5彼此分隔。所述的轴6同轴安装在所述的外层铁心1-1孔中。在所述的轴6中心开有中心孔，从开有中心孔的轴6的一端向中心孔内安装内层铁心1-2，内层铁心1-2外圆柱体上绕有内层绕组2-2。内层绕组2-2与圆环形永磁体3个数相同，并用第三组隔磁环5彼此分隔。隔磁环5两侧设有凹槽，可以起到固定外层绕组2-1和内层绕组2-2的作用。内层铁心1-2内侧面与开有中心孔的轴6底面间安装弹簧7，可以缓解外部的冲击力，限制次级行程，在外部驱动设备频率一定时，还可以通过谐振达到提高电机效率的效果。内层铁心1-2外侧面和外层铁心1-1端面安装端盖4，端盖4要求具有一定的强度，从而保证外层铁心1-1和内层铁心1-2之间具有良好的同轴度。轴6的一端由支柱8固定，以保证轴6与外层铁心1-1和内层铁心1-2的同轴度，使得永磁体3与外层绕组2-1和内层绕组2-2之间保持有相同的气隙高度。
所述的外层绕组2-1和内层绕组2-2由漆包铜线缠绕而成。外层绕组2-1包括三个圆环形绕组A1、B、A2，彼此串联，其中两端的绕组A1、A2绕向相同，中间绕组B绕向相反；所述的内层绕组2-2包括三个圆环形绕组a1、b、a2，彼此串联，其中内层绕组两端的绕组a1、a2绕向与外层绕组两端的绕组A1、A2相同，中间绕组b绕向相反；外层绕组与内层绕组彼此串联。
所述的三个圆环形永磁体3，分别为径向充磁的稀土永磁钕铁硼，相邻圆环形永磁体充磁方向相反，两个相邻圆环形永磁体之间放置有隔磁环，磁场通过内层铁心1-1和外层铁心1-2形成回路，沿空间按正弦分布。
所述的外层绕组槽距、内层绕组槽距与永磁体极距相等。所述的初级铁心由普通硅钢片或者A3钢构成，制造工艺与传统直线电机相同。
本发明可利用活塞或者海浪等直线动力进行发电。使用时需将所述的发电机外层铁心1-1和支柱8固定在设备上，安装方向由外部驱动力方向确定，以确保永磁体3能够沿轴向往复运动。发电机运行时，轴6外接外部驱动装置或者随着设备的运动产生轴向位移，永磁体3与外层绕组2-1和内层绕组2-2之间将发生相互运动，外层绕组2-1和内层绕组2-2同时切割磁力线，产生感应电动势，外接负载时，可实现对外供电。与传统的单层绕组结构相比，本发明在永磁体体积相同的情况下，在保证电机灵敏度的同时，可提供更高的感应电动势，从而提高了永磁体的利用率。
Claims (3)
1.一种圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机，包括外圆柱体上设有多个圆环形永磁体并彼此间用第一组隔磁环分隔的轴和内孔绕有与圆环形永磁体个数相同的外层绕组并彼此间用第二组隔磁环分隔的外层铁心，所述的轴同轴安装在所述的外层铁心孔中；其特征在于：在所述的轴中心开有中心孔，从开有中心孔的轴(6)的一端向中心孔内安装内层铁心(1-2)，内层铁心(1-2)外圆柱体上设有与圆环形永磁体个数相同的、并用第三组隔磁环分隔的内层绕组，内层铁心(1-2)内侧面与开有中心孔的轴(6)底面间安装弹簧(7)，内层铁心(1-2)外侧面和外层铁心(1-1)一端面安装端盖(4)；外层绕组、永磁体和内层绕组之间分别具有相同高度的环形气隙；
所述的外层绕组包括三个圆环形绕组(A1、B、A2)，彼此串联，其中两端的绕组(A1、A2)绕向相同，中间绕组(B)绕向相反；所述的内层绕组包括三个圆环形绕组(a1、b、a2)，彼此串联，其中内层绕组两端的绕组(a1、a2)绕向与外层绕组两端的绕组(A1、A2)相同，中间绕组(b)绕向相反；外层绕组与内层绕组彼此串联。
2.根据权利要求1所述的一种圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机，其其特征在于：所述的永磁体包括三个圆环形永磁体，分别为径向充磁的稀土永磁钕铁硼，相邻圆环形永磁体充磁方向相反，两个相邻圆环形永磁体之间放置有隔磁环，磁场通过内层铁心(1-1)和外层铁心(1-2)形成回路，在气隙中沿轴向按正弦分布。
3.根据权利要求1所述的一种圆筒形双层绕组直线永磁同步发电机，其其特征在于：所述的外层绕组槽距、内层绕组槽距与永磁体极距相等。
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