[發明專利]磁通并聯倍頻圓筒型永磁直線振蕩發電機

有效

• 申請號: 201710438814.7
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107453578B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 彭兵;聶磊;李瑞澤;董婷
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02K1/14;H02K1/16;H02K1/27
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

磁通并聯倍頻圓筒型永磁直線振蕩發電機，該電機包括定子組件和動子組件；定子組件和動子組件之間有氣隙，平衡永磁體、定子鐵心和嵌放于定子槽中的繞組共同構成了定子組件；動子組件包括鐵磁極、勵磁永磁體和動子軸，鐵磁極和勵磁永磁體交替安放，套裝在非磁性軸動子軸上,定子組件、動子組件均為圓筒形結構。本發明具體優點如下：圓筒形磁通并聯永磁直線振蕩發電機繞組沒有端部，利用率高，功率密度高。可以實現永磁直線電機動子位移（或速度）按正弦（或余弦）波運動。直線發電機負載時輸出電壓接近方波，整流后的波形諧波含量低、諧波幅值小，濾波電容容量小。本發明通過合理設計，可以得到較小的磁阻定位力，能將發電機空載推力波動減少75%。

技術領域：本發明屬于永磁直線振蕩電機領域，尤其涉及一種簡諧運動的圓筒形永磁直線振蕩發電機的設計方法和結構。

背景技術：聲波和波浪是自然界中最常見的一種可再生清潔能源，熱聲發電和波浪發電是人類新能源發電技術的一個有益補充，在這類型應用中采用永磁直線發電機可以省去旋轉直線轉換機構，提高系統的效率和功率密度，在某些應用中也使得振蕩運動行程調制更為便捷。

聲波和波浪是都屬于典型的簡諧運動方式，運動特征是位移和速度按正弦波(或余弦波)規律變化，如果要讓電機的電磁阻尼力為正弦波，就得保證電機輸出正弦波電壓和正弦波電流，傳統結構的圓筒形永磁直線發電機不能實現簡諧運動輸出正弦波電壓。專利CN201010539540.9提出的混合磁路永磁直線發電機雖然能輸出正弦波電壓，但漏磁大、功率密度低。同時，在軸向長度有限的條件下實現大功率，直線電機的外徑就得增大，大直徑圓筒形直線電機帶來了極大的磁阻定位力，影響了系統的性能。

發明內容：

發明目的：本發明目的是提供一種正弦波反電動勢的大功率、短行程、高效率的磁通并聯倍頻圓筒型永磁直線振蕩發電機，其目的是讓電機產生的電磁阻尼力與系統匹配，致使振蕩發電機處于諧振狀態，解決目前直線振蕩發電系統效率低的的問題。

技術方案：本發明是通過以下技術方案實現的：

一種磁通并聯倍頻圓筒型永磁直線振蕩發電機，該電機包括定子組件和動子組件；定子組件和動子組件之間有氣隙，平衡永磁體、定子鐵心和嵌放于定子槽中的繞組共同構成了定子組件；動子組件包括鐵磁極、勵磁永磁體和動子軸，鐵磁極和勵磁永磁體交替安放，套裝在非磁性軸動子軸上,定子組件、動子組件均為圓筒形結構。

鐵磁極與勵磁永磁體交替安放，相鄰的勵磁永磁體充磁方向相異，且為軸向充磁。

發電機的定子齒的數量z_t、定子槽的數量z_s、鐵磁極的數量p_Fe、勵磁永磁體的數量p_PM間的關系為z_t+z_s＝p_Fe+p_PM-4、p_Fe＝p_PM+1。

定子齒、定子槽、平衡永磁體、鐵磁極、勵磁永磁體五者軸向長度相同，(軸向長度就是圖1的左右方向)從而使發電機處于平衡位置時的氣隙磁場波形接近于方波，方波正、負半周的波形寬度接近于τ/2，τ為極距，當發電機諧振幅值小于τ/2時，都能保證發電機輸出的電壓和電流波形為正弦波，且發電機的電壓和電流的頻率是動子振蕩頻率的2倍。

勵磁永磁體產生的永磁勵磁磁通與繞組產生的繞組響應磁通為并聯關系，當動子組件離開平衡位置時，繞組響應磁通與永磁勵磁磁通方向相同；當動子組件趨近于平衡位置時，繞組響應磁通與永磁勵磁磁通方向相反，通過鏈過繞組的磁通的增減而發電；動子組件每往復運動一周，繞組中就會輸出2個周波的電流和電壓。

定子鐵心的兩個縱向端部安裝有平衡永磁體，軸向充磁，其軸向端面的極性與動子軸向靠近兩個端部的勵磁永磁體的極性相同，用來抵消部分定子齒與鐵磁極間的吸力，平衡永磁體的存在，能將發電機空載推力波動減少75％。