[发明专利]一体化三相高频变压器的圆筒型直线永磁发电机

说明书

一体化三相高频变压器/圆筒型直线永磁发电机，该发电机主要由第一定子组件、第二定子组件、第三定子组件和运动组件构成；第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件为环形中空结构，三者之间各自独立且结构完全相同，第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件的中空结构之间轴向对应贯通且第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件沿运动组件的轴向依次套在运动组件的外围，即第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件与运动组件的相对位置不同；其节约了材料，降低了体积和重量；该电磁装置同时具有发电和电压变换功能，引入的三相高频变压器是电压变换装置的核心元件。

技术领域：本发明属于多频域电磁装置，尤其涉及圆筒型永磁直线发发电机。

背景技术：圆筒型永磁直线电机不需要中间转换机构就能实现往复运动，属于直接驱动，具有高效率、高功率密度的优点，因此，其在海浪发电、热声发电等清洁、可再生能源领域中应用越来越广。在这些场合，永磁直线发电机输出的电压、功率和频率具有时变性的特点，需要将其输出的时变性电压变换为恒定的直流电压给蓄电池充电，进行能量回收。结合高频变压器的电力电子装置是将交变电压转化为恒定直流电压的一种有效的手段，但引入高频变压器的电力电子电压变换装置，增加了装置的重量和体积。为了解决上述问题，提出了一个新型的一体化三相高频变压器/圆筒型直线永磁发电机，三相高频变压器和圆筒型直线永磁发电机共用铁心材料，装置能同时工作于变压器和发电机模式，提高了材料利用率。

发明内容：

发明目的：本发明目的是提供一种共用铁心材料的一体化三相高频变压器 /圆筒型直线永磁发电机的电磁装置，装置能同时实现发电和变压的功能；装置中的三相高频变压器结合电力电子技术具有交流/直流变换和高/低压变换的功能；该电磁装置具有小体积、小重量优点。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种一体化三相高频变压器/圆筒型直线永磁发电机，该发电机主要由第一定子组件、第二定子组件、第三定子组件和运动组件构成；第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件为环形中空结构，三者之间各自独立且结构完全相同，第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件的中空结构之间轴向对应贯通且第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件沿运动组件的轴向依次套在运动组件的外围，即第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件与运动组件的相对位置不同；运动组件在第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件的贯通中空内腔中能沿轴向自由往复运动。

第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件间的间距均为a,间距a的确定准则为：保证三个定子组件中相对应的电枢线圈产生的感应电动势的相位相差120°，a＝τ/3即满足要求，τ为极距；第一磁极、第二磁极、第三磁极、第四磁极与轴组成了运动组件；第一磁极、第二磁极、第三磁极和第四磁极依次套在轴外围；第一磁极和第三磁极为铁磁材料或永磁材料，当为永磁材料时，第一磁极和第三磁极的充磁方向相反(如图3所示的箭头方向:径向！)；第三磁极和第四磁极必须是永磁材料，充磁方向相异(如图3所示的轴向！)；轴为不导磁材料。

第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件均包括空心的铁心、原边线圈、副边线圈和电枢线圈，电枢线圈周向嵌入在空心的铁心的壁内,原边线圈和副边线圈轴向套住空心的铁心的壁和电枢线圈。

第一定子组件、第二定子组件和第三定子组件中的铁心上开设有多个周向槽和多个轴向槽；周向槽中嵌入电枢线圈，周向槽的开口朝向铁心的内部空心；轴向槽中嵌有原边线圈和副边线圈；铁心的材料必须为高频损耗小、导磁性能良好的材料，

铁心的材料选择软磁复合材料(SMC)，或非晶合金、或纳米晶材料。

原边线圈、副边线圈和电枢线圈由多匝电磁线绕制而成；原边线圈和副边线圈为镂空方形，电枢线圈为环形饼状；原边线圈和副边线圈都与电枢线圈垂直。

通有电流的原边线圈和副边线圈在铁心中产生的变压器磁力线沿铁心周向分布；通有电流的电枢线圈在铁心中产生的电机磁力线为径向-轴向的闭合曲线(如图6所示的箭头方向)；变压器磁力线与电机磁力线垂直正交，二者互相影响最小。