專利名稱：直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種新型直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)，主要應(yīng)用于海浪發(fā)電和直 線運(yùn)動(dòng)發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)能源煤、石油日益減少，并造成全球環(huán)境問題。潔凈能源、可再生能源的利用 得到更多的關(guān)注。海洋能源中的海浪能是一種潔凈能源，而且地球表面蘊(yùn)藏著大量的海浪 能。海浪能量提取裝置的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年。海浪發(fā)電機(jī)作為直接把海浪轉(zhuǎn)化為電能 的發(fā)電裝置，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和公司進(jìn)行很多的研究。目前所用的海浪發(fā)電機(jī)多為永磁機(jī)構(gòu)的 海浪裝置。主要有通過中間轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)來發(fā)電的和直接驅(qū)動(dòng)的直線發(fā)電機(jī)。旋 轉(zhuǎn)發(fā)電需要很多的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，減少了轉(zhuǎn)換效率。目前的直線發(fā)電機(jī)多為動(dòng)子永磁直線電機(jī)。 這種直線發(fā)電機(jī)一方面動(dòng)子結(jié)構(gòu)和永磁體的加工工藝較為復(fù)雜，另一方面動(dòng)子具有永磁體 的直線發(fā)電機(jī)存在較大的永磁頓力，永磁頓力造成發(fā)電波形的畸變和機(jī)械結(jié)構(gòu)的震動(dòng)，影 響發(fā)電機(jī)的發(fā)電性能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、成本低的直線圓筒型永磁 發(fā)電機(jī)。本發(fā)明可用于直接驅(qū)動(dòng)的海浪發(fā)電裝置和其他類型的直線發(fā)電系統(tǒng)中，不需要中 間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和裝置。簡(jiǎn)化了發(fā)電系統(tǒng)。技術(shù)方案本發(fā)明的直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)包括初級(jí)的U型鐵心、永磁 體、非導(dǎo)磁體間隔、次級(jí)動(dòng)子和初級(jí)三相繞組；整個(gè)電機(jī)為圓筒型結(jié)構(gòu)，初級(jí)的U型鐵心、和 永磁體位于外部，初級(jí)三相繞組嵌于初級(jí)的U型鐵心的線槽之內(nèi)，次級(jí)動(dòng)子位于電機(jī)的中 心，在次級(jí)動(dòng)子的外周為間隔相等距離的環(huán)形齒和槽；電機(jī)初級(jí)與次級(jí)之間留有氣隙。初級(jí)采用截面為U型鐵心或者E型鐵心的圓柱結(jié)構(gòu)，相鄰兩U型鐵心之間為永磁 體或非導(dǎo)磁體間隔，U型鐵心或者E型鐵心由硅鋼片疊制而成，初級(jí)三相繞組采用餅形繞組結(jié)構(gòu)。永磁體采用銣鐵硼，其充磁方向采用臨近磁體充相反充磁的安放方式。次級(jí)動(dòng)子結(jié)構(gòu)為柱形齒槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體，采用鋼次級(jí)或者混有導(dǎo)磁性較好的合 金，初級(jí)每相繞組占用兩個(gè)繞線槽，兩個(gè)繞線槽內(nèi)繞組采用串聯(lián)方式，每相初級(jí)有4個(gè)與次 級(jí)相對(duì)應(yīng)的環(huán)形齒，其齒的寬度與次級(jí)的齒寬度相同，或略微不等。有益效果本發(fā)明的有益效果如下1、直接連接驅(qū)動(dòng)，無(wú)需中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，減少中間機(jī)械損耗，提高發(fā)電效率。2、采用圓筒型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，圓周的初級(jí)和次級(jí)間的相互吸力四周相互抵消，使得發(fā) 電機(jī)沒有徑向吸力。圓筒型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)消除了旋轉(zhuǎn)電機(jī)和普通直線電機(jī)存在的邊端效應(yīng)，增 加了電機(jī)效率。3、初級(jí)齒槽和次級(jí)齒槽采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了永磁頓力，消除了諧波，提高了發(fā)電電能質(zhì)量。4、永磁體和繞組安放于初級(jí)上，有利于散熱和冷卻，提高發(fā)電效率。永磁體的安放 和加工簡(jiǎn)單。5、次級(jí)為單一導(dǎo)磁體齒槽結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，加工成本低廉。齒槽間距與發(fā)電 頻率成線性關(guān)系，可根據(jù)發(fā)電要求隨意設(shè)計(jì)次級(jí)齒槽距離，提高發(fā)電性能。


圖1為采用“U”型結(jié)構(gòu)的永磁發(fā)電機(jī)的機(jī)構(gòu)示意圖。圖2為餅形繞組示意圖。圖3a為A相發(fā)電在位置1時(shí)，永磁體主磁通主要通過初級(jí)的1齒和3齒以及相應(yīng) 的次級(jí)齒；圖3b為A相發(fā)電在運(yùn)動(dòng)到位置2時(shí)，永磁體主磁通轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕ㄟ^初級(jí)的2齒 和4齒以及相應(yīng)的次級(jí)齒。圖4為采用“U”型初級(jí)的電機(jī)發(fā)電電壓波形。圖5是采用‘ ”型初級(jí)的縱向截面圖。中間的“U”型初級(jí)采用‘ ”型初級(jí)結(jié)構(gòu)代 替，邊端仍為“U”型初級(jí)。其中永磁體的充磁方向?yàn)閳D中永磁體磁極N、S標(biāo)注的方向。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的所提出的新型直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)包括初級(jí)鐵心、永磁體、 次級(jí)動(dòng)子和氣隙。整個(gè)電機(jī)為圓筒型結(jié)構(gòu)，初級(jí)鐵心和永磁體位于外部，初級(jí)三相繞組嵌于 初級(jí)鐵心的線槽之內(nèi)，次級(jí)動(dòng)子位于電機(jī)的中心，氣隙位于電機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間(如圖1所 示)。初級(jí)采用“U”型鐵心(如圖1)或者‘ ”型鐵心(如圖5)的圓柱結(jié)構(gòu)，鐵心可由硅鋼 片疊制而成。初級(jí)的繞組采用餅形繞組結(jié)構(gòu)(如圖2)。永磁體采銣鐵硼，其充磁方向采用 臨近磁體軸向充磁，且方向相反的安放方式。次級(jí)結(jié)構(gòu)為柱形齒槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體，可采用鋼 次級(jí)或者混有導(dǎo)磁性較好的合金。初級(jí)每相繞組占用兩個(gè)槽，每相初級(jí)有4個(gè)與次級(jí)相對(duì) 的環(huán)形齒，其齒的寬度與次級(jí)的齒寬度相同。次級(jí)最近兩齒間距離即距為T。為減少永磁頓 力，滿足三相發(fā)電相差120°，相與相之間的距離為(N士 1/3)*T，N為整數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸和 要求確定。對(duì)于每相初級(jí)下的4個(gè)齒，臨近齒的距離為(Μ士 1/2) *T，M為整數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)尺 寸和要求確定。作為海浪發(fā)電機(jī)工作時(shí)，初級(jí)固定，次級(jí)動(dòng)子與浮標(biāo)相連，波浪推動(dòng)浮標(biāo)從而拉動(dòng) 次級(jí)與初級(jí)產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。對(duì)一相來說，初級(jí)與次級(jí)的運(yùn)動(dòng)造成每個(gè)初級(jí)齒與次級(jí)的對(duì)應(yīng)情況發(fā)生變化，每 個(gè)初級(jí)齒的磁阻發(fā)生變化，從而每相繞組內(nèi)的磁通量變化，實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。具體發(fā)電原理如 圖3所示，圖中為A相繞組發(fā)電原理。在圖中位置1時(shí)，永磁體主磁通主要通過初級(jí)的a齒 和c齒以及相應(yīng)的次級(jí)齒，運(yùn)動(dòng)到位置2時(shí)，永磁體主磁通轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕ㄟ^初級(jí)的b齒和d 齒以及相應(yīng)的次級(jí)齒，這樣就在永磁體在Al和A2繞組內(nèi)形成交變的磁通，從而在繞組內(nèi)產(chǎn) 生電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。由于不同初次級(jí)排列尺寸的直線圓筒型雙凸永磁發(fā)電機(jī)具有相似的結(jié)構(gòu)，“U”型 初級(jí)和“E”型初級(jí)的實(shí)施基本近似。下面就以圖1所示的“U”型結(jié)構(gòu)的永磁發(fā)電機(jī)為例， 闡述本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1，該發(fā)電機(jī)包括初級(jí)定子2的U型鐵心2. 1、永磁體2. 2、非導(dǎo)磁體間隔 2. 3、初級(jí)三相繞組3和次級(jí)的動(dòng)子1 ；整個(gè)電機(jī)為圓筒型結(jié)構(gòu)，U型鐵心2. 1和永磁體2. 2 位于動(dòng)子1的外部，初級(jí)三相繞組3嵌于U型鐵心2. 1的線槽之內(nèi)，動(dòng)子1位于電機(jī)的中心， 在動(dòng)子1的外周為間隔相等距離的環(huán)形齒1. 1和槽1. 2 ；電機(jī)初級(jí)的U型鐵心2. 1與次級(jí) 的動(dòng)子1之間留有氣隙。對(duì)于初級(jí)定子主要包括用于安放繞組和導(dǎo)磁的“U”型結(jié)構(gòu)導(dǎo)磁體2. 1、按照?qǐng)D1中 永磁N、S標(biāo)示方向沖磁的永磁體2. 2、用于隔開兩相間的非導(dǎo)磁材料2. 3。機(jī)殼位于初級(jí) 定子的外部用于固定初級(jí)和永磁體，并起到密封作用。次級(jí)為齒槽間隔的結(jié)構(gòu)由齒1. 1和 槽1. 2組成，齒寬與初級(jí)齒寬相等，次級(jí)兩齒間的距離為一個(gè)極距，極距的大小可根據(jù)設(shè)計(jì) 需要而定。在圖中初級(jí)兩臨近齒的距離為個(gè)1.5個(gè)極距。A相與B相、B相與C相之間的距 離為(5+1/3)個(gè)極距。具體設(shè)計(jì)滿足相與相之間的距離為(N士 1/3)*T和臨近齒的距離為 (Μ士 1/2) *Τ的條件即可。繞組為餅形繞組，同一相下兩繞組串聯(lián)，線圈的匝數(shù)和線徑隨設(shè)計(jì) 要求而定?？蛰d發(fā)電波形如圖4所示。本發(fā)明所述的直線永磁發(fā)電機(jī)原理同樣可以可制造成扁平的單邊或者雙邊以及 多邊直線永磁發(fā)電機(jī)。根據(jù)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的可逆原理，本發(fā)明所述的直線永磁發(fā)電機(jī)同 樣可控制工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。初級(jí)的U型鐵心2. 1是截面為U型或者E型的圓柱結(jié)構(gòu)，相鄰兩U型鐵心之間相 間設(shè)有永磁體2. 2和非導(dǎo)磁體間隔2. 3，U型鐵心2. 1或者E型鐵心由硅鋼片疊制而成，初 級(jí)三相繞組3采用餅形繞組結(jié)構(gòu)。永磁體2. 2采用銣鐵硼，其充磁方向采用臨近磁體充相 反充磁的安放方式。次級(jí)動(dòng)子結(jié)構(gòu)為柱形齒槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體，采用鋼次級(jí)或者混有導(dǎo)磁性較好的合 金；初級(jí)每相繞組占用兩個(gè)繞線槽，兩個(gè)繞線槽內(nèi)繞組采用串聯(lián)方式，每相初級(jí)有4個(gè)與次 級(jí)相對(duì)應(yīng)的環(huán)形齒，其齒的寬度與次級(jí)的齒寬度相同，或略微不等。
權(quán)利要求
一種直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于該發(fā)電機(jī)包括初級(jí)定子(2)的U型鐵心(2.1)、永磁體(2.2)、非導(dǎo)磁體間隔(2.3)、初級(jí)三相繞組(3)和次級(jí)的動(dòng)子(1)；整個(gè)電機(jī)為圓筒型結(jié)構(gòu)，U型鐵心(2.1)和永磁體(2.2)位于動(dòng)子(1)的外部，初級(jí)三相繞組(3)嵌于U型鐵心(2.1)的線槽之內(nèi)，動(dòng)子(1)位于電機(jī)的中心，在動(dòng)子(1)的外周為間隔相等距離的環(huán)形齒(1.1)和槽(1.2)；電機(jī)初級(jí)的U型鐵心(2.1)與次級(jí)的動(dòng)子(1)之間留有氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于初級(jí)的U型鐵 心(2. 1)是截面為U型或者E型的圓柱結(jié)構(gòu)，相鄰兩U型鐵心之間相間設(shè)有永磁體(2. 2) 和非導(dǎo)磁體間隔(2. 3)，U型鐵心(2. 1)或者E型鐵心由硅鋼片疊制而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于初級(jí)三相繞組 (3)采用餅形繞組結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于永磁體(2.2) 采用銣鐵硼，其充磁方向采用臨近磁體充相反充磁的安放方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于次級(jí)動(dòng)子結(jié)構(gòu) 為柱形齒槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體，采用鋼次級(jí)或者混有導(dǎo)磁性較好的合金；初級(jí)每相繞組占用兩 個(gè)繞線槽，兩個(gè)繞線槽內(nèi)繞組采用串聯(lián)方式，每相初級(jí)有4個(gè)與次級(jí)相對(duì)應(yīng)的環(huán)形齒，其齒 的寬度與次級(jí)的齒寬度相同，或略微不等。
全文摘要
直線圓筒型開關(guān)磁通永磁發(fā)電機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、成本低的直線圓筒型永磁發(fā)電機(jī)。本發(fā)明可用于直接驅(qū)動(dòng)的海浪發(fā)電裝置和其他類型的直線發(fā)電系統(tǒng)中，不需要中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和裝置。簡(jiǎn)化了發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電機(jī)包括初級(jí)定子(2)的U型鐵心(2.1)、永磁體(2.2)、非導(dǎo)磁體間隔(2.3)、初級(jí)三相繞組(3)和次級(jí)的動(dòng)子(1)；整個(gè)電機(jī)為圓筒型結(jié)構(gòu)，U型鐵心(2.1)和永磁體(2.2)位于動(dòng)子(1)的外部，初級(jí)三相繞組(3)嵌于U型鐵心(2.1)的線槽之內(nèi)，動(dòng)子(1)位于電機(jī)的中心，在動(dòng)子(1)的外周為間隔相等距離的環(huán)形齒(1.1)和槽(1.2)；電機(jī)初級(jí)的U型鐵心(2.1)與次級(jí)的動(dòng)子(1)之間留有氣隙。
文檔編號(hào)H02K1/16GK101882819SQ201010222409
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者余海濤, 周士貴, 胡敏強(qiáng), 袁榜, 趙晶, 黃磊 申請(qǐng)人:東南大學(xué)