CN110112876A - 一种可控横向磁场调制直线发电机 - Google Patents

一种可控横向磁场调制直线发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控横向混合磁场调制发电机，应用于点吸收直驱式波浪发电，由圆筒形直线外定子，圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子组成，外定子包括三相电枢绕组和外定子铁芯。圆筒形内定子级包括励磁绕组和内定子铁芯和内定子调制磁体组成。内外定子形成相同间隔和相同齿槽数的定子环。本发明采用电励磁和永磁调制相结合的复合磁场，改变内定子励磁绕组电流大小，控制气隙磁场，从而调节输出电压和功率。动子采用多个条形弧状调制动子条，邻近条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩，形成动子直线运动沿轴圆周旋转的横向磁通，从而实现沿轴向叠片叠压定子铁芯，隔断涡流，减小损耗。

Description

一种可控横向磁场调制直线发电机
技术领域
本发明涉及一种可控横向磁场调制发电机,属于直驱式波浪发电机技术领域。
背景技术
在波浪发电装置中，采用直线电机的直驱式波浪发电装置减少了中间传动机构，具有更简单的***结构和更高的效率，被认为是波浪能发电的主要形式。直线发电机是提高直驱式波浪发电***性能的关键，直接决定了***的转换效率、功率等级和发出的电能质量。应用于直驱式风力发电的磁场调制旋转发电机，将其直接转换为直驱式直线圆筒发电机，存在纵向叠片难以加工的问题，而采用沿轴向叠片，又无法阻断涡流，由于磁场调制利用谐波提高了磁场变化率，无法隔断涡流势必增大电机的损耗和发热，降低了该电机的功率密度和稳定性。由于直驱式波浪发电运行速度随波浪实时变化，单一永磁磁场调制造成在每个运动周期端部，出现输出功率低落，从而造成输出电能质量稳定性下降的问题。同时，不可控的磁场会造成电机的电枢反应去磁严重、功率因数低、电压调整率大、带载能力弱等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种可控混横向磁场调制直线发电机，采用圆筒形横向磁通结构，实现了沿轴向叠片，加工简单，并可以有效地阻断涡流。在电机中增加了电励磁绕组，利用电励磁和永磁调制相结合的复合磁场，进一步改善电机电枢反应，并增加电机磁场的可控性。本发明可适应波浪能变化较大的特点，提高电能稳定性、增大发电***的工作范围。
为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种可控横向磁场调制发电机，包括圆筒形直线外定子、圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子；所述圆筒形外定子包括三相电枢绕组和外定子铁芯，外定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外定子环，环与环设定固定的间距为；所述圆筒形内定子包括励磁绕组、内定子铁芯以及内定子调制磁体，圆筒形直线内定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外内子环，环与环设定固定的间距为，每个环的叠压厚度与外定子叠片叠压厚度相同；所述直线圆筒形动子圆筒形动子采用多个条形弧状调制动子，每个条形调制动子采用动子永磁体和调制铁块间隔排列而成，邻近条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩。
作为本发明的一种优选，在所述的外定子上设定电枢绕组槽，三相电枢绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相电枢绕组安置在同一槽内。
作为本发明的一种优选，所述内定子上设置有励磁绕组槽，励磁绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相励磁绕组安置在不同槽内，励磁绕组纵向跨接所有内定子铁芯，每一定子铁芯环齿部间隔安放有内定子永磁体。
作为本发明的一种优选，所述的外定子铁芯设置有3层。
作为本发明的一种优选，所述的内定子铁芯设置有3层。
作为本发明的一种优选，所述的条形弧状调制动子设置有12条。
作为本发明的一种优选，每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为，外定子电枢的沿圆周方向极对数为以及内定子沿圆周方向磁极数满足：。
有益效果：
本发明为可控混合横向磁场调制直线发电机，该电机采用磁场调制原理，电机纵向运动一定行程内，每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为，外定子电枢的沿圆周方向极对数为以及内定子沿圆周方向磁极数满足：，实现了低速下提高磁场调制直线电机定子绕组的磁场变换速度，从而提高电机输出端电压的目标，并解决了波浪不高的低速直驱所带来的一系列问题。采用圆筒形横向磁通结构，实现了沿轴向叠片，加工简单，并可以有效地阻断涡流，大大减少了由于磁场快速变换所引起的涡流损耗。此外，定子绕组不存在边端，提高了电机效率。动子为单动子，减少了***结构的复杂性，采用调磁块和永磁间隔排列的结构提高了电机磁场和电机带载能力，相对于全永磁动子减少了磁体个数。在电机中增加了电励磁绕组，利用电励磁和永磁调制相结合的复合磁场，进一步改善电机电枢反应，并增加电机磁场的可控性。本发明可适应波浪能变化较大的特点，提高电能稳定性、增大发电***的工作范围。
附图说明
图1是可控混合横向磁场调制直线发电机的结构图。
图2是可控混合横向磁场调制直线发电机纵剖面。
图3是可控混合横向磁场调制直线发电机横剖面不同位置图。
图中：1.外定子上铁芯环，2. 外定子中铁芯环，3. 外定子下铁芯环，4.A相电枢绕组，5. B相电枢绕组，6. C相电枢绕组，7.动子调制铁块，8. 动子永磁块，9.内定子铁芯环，10.内定子永磁体，11.内定子励磁绕组。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
下面结合图1-图3说明本发明实施方式。本发明实施方式包括，由直线外定子、圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子组成。直线外定子包括外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环3、A相电枢绕组4、B相电枢绕组5和C相电枢绕组6。直线外定子铁芯由外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环组成3。外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环组成3沿轴向叠片叠压，环与环设定固定的间距。
外定子设定电枢绕组槽，环与环之间的齿槽上下完全对齐，电枢绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相电枢绕组安置在同一槽内。如图中所示， B相电枢绕组5右端与A相电枢绕组4的左端安置于同一槽内，B相电枢绕组5左端与C相电枢绕组6的左端安置于同一槽内。电枢绕组安放于外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环3的同位置槽内。
所述圆筒形动子由12个条形弧状调制动子组成，每个条形调制动子采用动子永磁体8和动子调制铁块7间隔排列而成。同一个条形弧状调制动子，动子永磁体8的间距为动子极矩，邻近的条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩。
圆筒形直线内定子铁芯采用沿轴向叠片叠压。圆筒形内定子分组叠压，内定子铁芯环9，与外定子铁芯环一样，分为三个，环与环设定固定的间距为，每个环的叠压厚度与外定子叠片叠压厚度相同。内定子齿部间隔放置内定子永磁体10，槽内放置内定子励磁绕组11。内定子励磁绕组11采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两内定子相励磁绕组11放置在不同槽内。内定子励磁绕组11纵向跨接所有内定子铁芯。三个内定子铁芯环放置方法完全一致。
每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为，外定子电枢的沿圆周方向极对数为以及内定子沿圆周方向磁极数满足：，已达到磁场调制效应，实现了低速下提高磁场调制直线电机定子绕组的磁场变换速度，从而提高电机输出端电压的目的。
动子沿直线往复运动时，外定子和内定子相对位置中间的动子形成永磁和铁块的间隔变化，形成同一内外定子环等效沿轴旋转的磁体变化，如图3所示，形成横向磁通，采用励磁绕组进行磁场调制，得到可控调制磁场。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可控横向磁场调制发电机，其特征在于：包括圆筒形直线外定子、圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子；所述圆筒形外定子包括三相电枢绕组和外定子铁芯，外定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外定子环，环与环设定固定的间距为；所述圆筒形内定子包括励磁绕组、内定子铁芯以及内定子调制磁体，圆筒形直线内定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外内子环，环与环设定固定的间距为，每个环的叠压厚度与外定子叠片叠压厚度相同；所述直线圆筒形动子圆筒形动子采用多个条形弧状调制动子，每个条形调制动子采用动子永磁体和调制铁块间隔排列而成，邻近条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩。
2.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：在所述的外定子上设定电枢绕组槽，三相电枢绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相电枢绕组安置在同一槽内。
3.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述内定子上设置有励磁绕组槽，励磁绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相励磁绕组安置在不同槽内，励磁绕组纵向跨接所有内定子铁芯，每一定子铁芯环齿部间隔安放有内定子永磁体。
4.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述的外定子铁芯设置有3层。
5.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述的内定子铁芯设置有3层。
6.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述的条形弧状调制动子设置有12条。
7.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为，外定子电枢的沿圆周方向极对数为以及内定子沿圆周方向磁极数满足：。
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