[發明專利]直驅式發電系統

無效

• 申請號: 201010504829.7
• 申請日: 2010-10-09
• 公開（公告）號: CN101964567A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 孫國平;余海濤;馮四平;劉強;朱斌
• 申請（專利權）人: 江蘇中容電氣有限公司
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K35/02
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 陳揚

技術領域

本發明屬于直線發電機領域。具體地說是一種可用于船舶用發電系統中的直驅式發電系統。

背景技術

隨著全球經濟一體化趨勢的加快，船舶運輸行業也顯得越來越重要。尤其21世紀以來我國的造船行業迅猛發展，船舶中電氣設備的增加對于船舶發電系統的能效、體積空間等要求越來越高。但是船舶中關鍵的電能生產設備，即船舶電站系統，由我國自主設計開發的極其少見，即使有效率也很難達到很好的效果。實踐表明，同樣擁有三臺發電機的國產船舶電站系統在用電負荷高峰時要同時三臺并聯運行，但是國外的電站系統只需要兩臺就足夠，一臺做備用機。也就是說具有良好性能的船舶電站系統在能源的利用率方面能夠發揮出其優秀的潛能。

傳統的電站系統存在如下缺點：1、柴油機曲軸的存在增加了船舶電站設備的制造成本，并使得能量的轉換效率大大降低；2、傳統船舶電站中采用的是傳統的同步發電機，發電機的能量轉換效率較低。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種直驅式發電系統，該直驅式發電系統采用直線運動式內燃機，是一種體積小、質量輕且發電效率高的永磁直線發電系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種直驅式發電系統，其特征在于：該發電系統包括直線運動式內燃機和永磁直線發電機，所述直線運動式內燃機的活塞與永磁直線發電機的兩端軸連接；所述永磁直線發電機包括初級鐵心、初級線圈、次級鐵心和非導磁材料軸，所述的初級鐵心、初級線圈、次級鐵心、非導磁材料軸由外向內依次排列；初級線圈繞制在初級鐵心的內側，非導磁材料軸嵌在次級鐵心的內部，在次級鐵心外側套裝有Halbach陣列的永磁體，并使得Halbach陣列的永磁體外側的磁場增強，內側的磁場減弱。

本發明中，直線運動式內燃機活塞連接于圓筒形Halbach永磁直線發電機軸兩端，在內燃機作直線運動過程中帶動直線永磁發電機做直線運動，把直線運動的機械能轉換成電能。

Halbach永磁陣列具有削弱一邊磁場，增強另一邊磁場的特性。本發明中發電機正是利用Halbach永磁陣列的這一特性，削弱次級內側的磁場同時增強氣隙磁場，提高了永磁體的利用率，增大了發電機的發電功率，減小了次級鐵心中的損耗。

本發明采用Halbach永磁陣列，應用于船用直線發電機，具有以下幾個優點：

(1)Halbach永磁陣列具有自屏蔽效應，其所產生的磁場具有單邊性，使用Halbach永磁陣列可以使氣隙一側的磁場得到顯著加強，而使次級內側的磁場大大減弱，如此一來，提高了發電機的功率密度，提高了永磁體的利用率，同時減少了次級鐵心中的渦流損耗。

(2)Halbach永磁陣列所產生的氣隙磁場近似于正弦分布，大大減小了氣隙磁感應密度的諧波分量，因而不必使用斜槽來抑制諧波分量的影響，從而簡化了電機的結構，使電機的運行更加穩定。

(3)由于Halbach永磁陣列的自屏蔽效應，次級內側基本上沒有磁力線通過，所以次級可以不再使用鐵心材料為磁力線提供通路，而使用非導磁材料來代替，這樣可以減小發電機的體積和重量。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中永磁直線發電機的結構示意圖；

圖3是本發明中永磁體布置方向圖，其中(a)為相鄰永磁體塊磁化角度差為45°的永磁陣列，(b)為相鄰永磁體塊磁化角度差為60°的永磁陣列。

圖4是常規陣列，相鄰永磁體塊磁化角度差為45°、60°時的氣隙磁密比較圖。

具體實施方式

一種本發明所述的直驅式發電系統，見圖1和圖2。該發電系統包括直線運動式內燃機20和永磁直線發電機10，直線運動式內燃機20的活塞與永磁直線發電機10的兩端軸連接。永磁直線發電機10包括初級鐵心1、初級線圈2、次級鐵心5和非導磁材料軸6，初級鐵心1、初級線圈2、次級鐵心5、非導磁材料軸6由外向內依次排列；初級線圈2繞制在初級鐵心1的內側，非導磁材料軸6嵌在次級鐵心5的內部，在次級鐵心5外側套裝有Halbach陣列的永磁體4，并使得Halbach陣列的永磁體4外側的磁場增強，內側的磁場減弱。在Halbach陣列的永磁體4與初級線圈2繞組之間為氣隙3。

本發明在圓筒型直線發電機的次級內層使用非導磁材料，然后用鐵磁材料圍繞在非導磁材料上，再將Halbach永磁陣列安裝于鐵磁材料的表面上，如圖2所示。