[发明专利]一种筒形磁极组合直线发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线电机，特别涉及一种筒形磁极组合无齿槽直线发电机，主要应用于波浪能发电装置或直线运动驱动的发电领域中。

背景技术

波浪能发电具有能源清洁丰富、能量转换原理简单，相对成本低的优点。采用直线电机的直驱式波浪能发电装置，省略传统发电系统中间的能量转换装置使得波浪能利用率提高，受到各国科学研究者的关注。

目前所用带齿槽结构的永磁直线发电机边端力或齿槽定位力较大，造成发电装置能量损耗大，发电效率不高，机械结构振动；此外电机多采用普通的径向、轴向永磁的永磁体结构，使得电机气隙磁通密度较低，且含有大量的谐波，发出的电能质量不高；或采用Halbach永磁体阵列结构，使阵列的一侧磁场增强而另一侧磁场减弱，且Halbach永磁体阵列中每极永磁体块数越多产生的空间磁场正弦性越好，虽可以改善上述问题，但过于细致的充磁方向和安装使得电机的制作和加工工艺就过于复杂，影响电机性能，增加了制作成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的永磁直线电机中抖动较大，电机的气隙磁通密度波形谐波含量大，输出电能质量不高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种筒形磁极组合直线发电机，包括以下部件：定子结构：包括定子铁芯、定子绕组，定子铁芯无间隙套接定子绕组；动子结构：包括动子铁芯、永磁体环组件，永磁体环组件采用表贴式结构贴于动子轴铁芯的外圆周；所述定子结构与动子结构之间间隙设置，动子结构位于定子结构内；所述定子结构和动子结构均采用圆筒型结构，所述定子铁芯采用无齿槽结构。

由于定子结构和动子结构均采用筒型结构，使得电机内定子和动子间的径向作用力相互抵消；电机的定子采用无齿槽结构，减少了电机内定子和动子间的轴向作用力；此外，本电机的筒型设计结构也降低了平板式等其他普通直线电机在运动时出现的抖动现象，增加了电机的稳固性和效率；所以，电机启动的时候无阻力，耗能少，能量转换率高、运行时候抖动小甚至没有。

为克服电机的气隙磁通密度波形谐波含量大，输出电能质量不高的缺点，所述永磁体环组件包括至少两个的径向充磁T型永磁体环和至少两个的轴向充磁T型永磁体环，径向充磁T型永磁体环和轴向充磁T型永磁体环交错排布，径向充磁T型永磁体环的宽边朝向定子结构和动子结构之间的间隙侧；轴向充磁T型永磁体环的宽边朝向动子铁芯侧；相邻的T型永磁体环的充磁方向相差90°，每四个连续排布的T型永磁体环组成一对NS磁极，其中每块永磁体的宽度可以相同或不同，相邻的磁极的宽度相同。T型永磁体环朝向气隙一侧磁场强度加强，朝向动子铁芯一侧磁场强度减弱，因此动子铁芯侧所需的铁芯厚度可以减少，即有效的节省动子铁心的厚度，降低动子的整体质量，该特点适用于直驱海浪能发电装置；T型永磁体环的宽边和窄边的尺寸采用优化配比K，K值调节范围为0.5～0.8，通过调整K值，可以提高电机的感应电势峰值，减少电机气隙磁通密度的谐波含量，提高了发电的电能质量。

作为克服电机的气隙磁通密度波形谐波含量大，输出电能质量不高缺点的另一种方案，所述永磁体环组件包括两组以上的爪型磁极单元，每个爪型磁极单元包括三块永磁体环，即中间的磁极永磁体环和两侧的导向永磁体环，磁极永磁体环均为径向充磁，两侧导向永磁体环的充磁方向与磁极永磁体环的充磁方向夹角为45°，且相邻的两个爪型磁极单元的磁极永磁体环的充磁方向相差180°，相邻的两个爪型磁极单元组成一对NS磁极，磁极永磁体环的宽度W3为爪型磁极单元宽度的0.3～0.6倍，相邻的两个爪型磁极的单元之间的间隔(即极距)为爪型磁极单元宽度的1.5～1.8倍。电机的动子作往复直线运动时，永磁体产生的磁场将在定子绕组中产生磁链，磁链的变化形成发电机的空载感应电动势，永磁磁链和感应电动势的关系如式(1)和式(2)的表述。

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