[发明专利]热声系统专用电动发电双向谐振永磁直线发电装置

说明书

技术领域

本发明属于热声发电工程领域，具体指一种热声系统专用的电动发电双向谐振永磁直线发电装置的组装结构。

背景技术

随着煤、石油、天然气等不可再生资源的大量消耗，人类急需开发利用一些可再生资源，热声发电技术是近几年来一种新兴的热能转换技术，具有可靠性高、成本低廉而且环保等优点，越来越受到人们的关注，热声发电能够有效地利用太阳能、汽车尾气、工业废热等平常一些无法利用的低品质热能。热声发电系统主要包括两个主要部分，一部分是热声发动机，把热量传递给热声发动机的加热器，使其回热器两端出现温度差，当该温度差大于临界温度差的时候，热声发动机就会产生自激振荡，将热能转化为声能（机械能），热声发电系统的另一部分是发电机，发电机的作用是把热声发动机产生的声能转化为电能。

传统的发电机一般为旋转发电机，利用各类机械传动装置将往复直线运动转换成旋转运动，实现能量转换。传统电机在发电的过程中存在机械磨损、噪音大、结构复杂、效率低的问题。现有的直线发电机中，经常采用传统的螺旋弹簧结构，由于径向刚度非常小，运行中由于偏心力的作用，偏心力必然会引起活塞和气缸的侧向磨损，进而影响了活塞的寿命。目前应用于热声发电技术的电机常采用动圈式直线发电机结构，而动圈式直线发电机产生的电流较小，由于发电线圈固定在和活塞相连接的支架上，线圈运动空间局限在由永磁体和定子轭构成的狭小空间内，电流产生的热量很难散发出去，容易造成发电机温度过高，使发电机的绝缘部分损坏，进而影响发电机的正常运行。另外发电线圈在永磁体产生的磁场中做高频的往复运动，容易造成线圈和接线端子之间的连线折断，发电机线圈断路和断路，引发事故。

发明内容

发明目的：本发明提供一种适应于热声系统的专用电动发电双向谐振永磁直线发电装置。该发电装置直接将热声发动机提供的声能通过往复直线运动转换成电能，不需要任何中间传动机构。该电机结构简单，可靠性好，避免了传动结构引起的损耗、发热等问题，无机械磨损，无噪音，能够提高热声系统热—声—电转换效率。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

热声系统专用电动发电双向谐振永磁直线发电装置，其特征在于：所述装置包括机壳组件连接气缸组件，气缸组件包括活塞，机壳组件的空腔内安装有直线发电机组件，直线发电机组件连接谐振组件。

直线发电机组件包括动子轴、动子轭、永磁体、定子和线圈绕组，其中动子轴与活塞连接；在动子轴上，沿动子轴径向由内向外依次安装有动子轭、永磁体，相邻永磁体之间有隔磁材料；定子固定在机壳组件内壁的定子定位装置上，定子上安装有线圈绕组，定子和动子轭均为硅钢片叠压而成。

机壳组件包括机座、定子定位装置、套管、和轴承，其中定子定位装置安装在机座内壁上，套管一端与机座内壁连接，另一端通过轴承与动子轴连接。

谐振组件包括谐振弹簧，谐振弹簧一端与动子轴连接，另一端与机壳组件中的机座内壁连接。

永磁体采用交叉排列组合结构。

动子轴上有两排永磁体，每一排永磁体均为8块平行充磁的扇形永磁体拼接而成的辐射环形永磁路结构。

定子共有8个定子齿。每一排永磁体的8块扇形永磁体与定子的8个定子齿一一对应，定子齿的轴向长度和每一块永磁体的轴向长度相等。

套管上黏贴防撞橡胶。

谐振弹簧采用分层布置的圆渐开线式柔性弹簧。

优点及效果：本发明所采用动磁式结构简单，运行可靠，动子采用具有高能量密度的钕铁硼的永磁材料，相同体积条件能够产生较多的电能。定子齿的轴向长度和每一块永磁体片轴向长度相等，这样定子轴往复运动一个周期，穿过发电线圈的磁通方向刚好变化两次，产生的电能效率最高。谐振弹簧为圆渐开线式柔性弹簧，既能用于动子轴运动过程中的能量存储，又对动子轴的径向偏移起到抑制作用。绕组采用集中分布形式，缠绕在定子齿上的绕组采用串联的连接方式，这样绕组感应电动势最大。直线发电机根据声波的驱动频率的大小和发电机动子的质量来确定弹簧的刚度系数，使发电机与发动机达到共振状态，这样发电机输出电功与电流幅值都能达到最大值，活塞的位移幅值也达到较大值，提高了发电机效率。

具体优点如下：

（1）直线发电机采用永磁体励磁方式，效率高，大大节约了成本。

（2）以直线发电机取代传统的旋转电机，省去了将往复直线运动变换为旋转运动的部分，结构简单、紧凑，功率密度高。

（3）采用多层柔性弹簧结构和定位轴承结构，保证了动子轴始终沿水平中心线方向运动，减少了偏心力的影响。