[发明专利]一种具有复合电枢结构的磁场调制型永磁直线发电机

说明书

本发明公开了一种具有复合电枢结构的磁场调制型永磁直线发电机，该电机的次级由轭板和永磁体阵列构成，初级电枢由调制层、空心绕组层与铁心层构成复合的电枢结构，调制层由调磁块和调制层绕组构成，绕组缠绕在调磁块上，调磁块在向气隙的一侧为倒角、圆角或是梯形状小齿结构，初级电枢的中间层为空心绕组层，它紧贴铁心层放置，铁心层起到导磁路径和固定支撑的作用，调制层和空心绕组层的绕组排布方案相同，通过串联或并联的方式连接。本发明在总体架构上集成了磁场调制型与无槽电机的绕组设计特点，能实现高的推力密度和过载能力，同时具有良好的动态性能和低的推力波动，适用于波浪能发电及振动发电、直线压缩机等领域。

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及到一种低推力波动的夹层电枢结构磁场调制型永磁直线电机。

背景技术

在混合动力电动汽车中，常装备由传统内燃机和发电机构成的车用发电装置，用以延长车辆的充电续航里程。相比旋转发电机系统，直线发电机省略了直线与旋转运动间的转换传动结构，直接利用燃烧室活塞的往复运动来驱动电机发电，不仅对各类燃料具有良好的适应性能，而且具有运行噪声小、能量转换效率高、瞬态响应特性好及机械结构紧凑等优点。直线发电机作为高度集约型的车载发电装置的核心部件，一方面用于实现活塞往复运动时动能和电能间的转化，另一方面需要输出电磁推力来控制活塞的往复运动规律，以完成输出功率调节等功能。这就要求直线电机具有较高的推力密度和过载能力，以减小自身重量和车内的空间占据。同时希望直线电机的推力波动要尽量小，动态响应能力要好，以便实现较好的速度控制，输出更为平滑的电压波形，即内燃机-直线发电机系统要求直线发电机具有良好的推力特性和动态性能。

众所周知，磁场调制型直线电机可以获得较高的推力密度，空心无槽绕组电机具有较好过载及动态响应能力。但上述电机类型受制于性能参数间的复杂制约关系，难以获得能够兼顾推力特性和动态性能的电机方案，无法满足内燃-直线发电机系统的对直线发电机综合性能的提升需求。

发明内容

为满足内燃-直线发电机系统对直线发电机在推力特性和动态性能等方面的提升需求，本发明结合现有磁场调制型电机与无槽电机的电枢绕组设计特点，提出一种具有复合电枢结构的磁场调制型永磁直线发电机，能够实现高的推力密度和过载能力，同时具有良好的动态性能和较低的推力波动，从而适用于波浪能发电及振动发电、直线压缩机等领域。

本发明为达到上述发明目的采用如下技术方案：

本发明一种具有复合电枢结构的磁场调制型永磁直线发电机，是由次级、初级电枢以及所述次级和初级电枢之间的气隙构成；所述次级由轭板和永磁体阵列组成，其特点在于，设置所述初级电枢由调制层、空心绕组层和铁心层组成多层的复合结构；

所述调制层为上层，包括调磁块和调制层绕组；所述调磁块沿电机运动方向等距离排布；所述调磁块在向所述气隙的一侧为倒角、圆角或是梯形状小齿结构；所述调制层绕组由多个线圈构成，每个线圈均环绕在所述调磁块上，所述调制层绕组的高度等于所述调磁块的高度；

所述空心绕组层为中间层，并紧贴下层的铁心层放置；空心绕组层绕组由多个线圈构成，且线圈缠绕在铁心层凸出的定位窄条上，用于定位和固定；设置所述调制层绕组和空心绕组层绕组的各相排布方式相同，并通过串联或并联的方式连接在一起。

本发明所述的磁场调制型永磁直线发电机的特点也在于：所述调磁块采用高导磁材料；且所述调磁块的个数Z、所述永磁体阵列的极对数p₁和初级电枢的电流磁场的极对数p₂之间关系满足：Z＝|p₁±p₂|，且调制比G＝p₁/p₂，G≤3；

在所述调制层中，所述调磁块的宽度和调磁层绕组宽度之和等于槽距τ_s，其中，调磁块的宽度取值为1/3τ_s～1/2τ_s。