[發(fā)明專利]一種平板式橫向磁通永磁同步直線發(fā)電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711111021.0
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107742969B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱書恒;王海峰;黃元峰;艾程柳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

一種平板式橫向磁通永磁直線同步發(fā)電機(jī)，包括平板式橫向磁通初級鐵心、平板式橫向磁通次級鐵心、次級磁鋼及跑道形繞組；次級磁鋼采用表貼方式沿電機(jī)運動的z軸方向平鋪排列于平板式橫向磁通次級鐵心表面。平板式橫向磁通初級與次級磁鋼平行相對安裝，平板式橫向磁通初級齒極極靴與次級磁鋼間有氣隙；跑道形繞組繞制于平板式橫向磁通初級鐵心齒極極身上。本發(fā)明可用于直驅(qū)式波浪能發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直線發(fā)電機(jī)，具體涉及一種橫向磁通永磁同步直線發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

在波浪能發(fā)電系統(tǒng)，提取波浪能直線運動的能量有兩種方法，其一，利用機(jī)械傳動裝置將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，如連接氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)或齒輪箱等，但其中間環(huán)節(jié)復(fù)雜，降低了系統(tǒng)的可靠性和轉(zhuǎn)換效率。其二，利用直線發(fā)電機(jī)。該方法不需要任何中間機(jī)構(gòu)，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。但是直線發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率密度一般而言小于旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)。

為了提高永磁直線電機(jī)的功率密度，有學(xué)者提出了一種橫向磁通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)電機(jī)的磁通方向所在平面與電機(jī)運動方向垂直，在設(shè)計上，該結(jié)構(gòu)電機(jī)線負(fù)荷與氣隙磁密之間相互獨立，從而使得高功率密度電機(jī)的設(shè)計變得相對容易一些，但是其缺陷在與橫向磁通結(jié)構(gòu)初級鐵心結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且漏磁較大。此后，日本東京大學(xué)有學(xué)者在文獻(xiàn)中提出了一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)作為初級的橫向磁通永磁直線電機(jī)，在該結(jié)構(gòu)中，大大簡化練電機(jī)初級鐵心結(jié)構(gòu)并可采用硅鋼片疊壓的方式加工初級鐵心，從而減小練電機(jī)鐵心漏磁。我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)有學(xué)者在文獻(xiàn)中提出一種雙向交鏈橫向磁通永磁直線同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在上述東京大學(xué)電機(jī)結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步改進(jìn)，通過雙向交鏈的方式進(jìn)一步提升初級空間里利用率，充分利用次級磁鋼，從而提高電機(jī)空載電勢。

但是，這些結(jié)構(gòu)的橫向磁通永磁直線電機(jī)在縱向空間利用率、齒槽力等方面仍然存在改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有橫向磁通永磁直線發(fā)電機(jī)空間利用率低，齒槽力大等缺點，提出一種平板式橫向磁通永磁同步直線發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明采用錯相式設(shè)計，具有較高的空間利用率與功率密度，同時從氣隙看初級為閉口，有助于減小齒槽力；初級鐵心采用硅鋼片堆疊，有效減小初級渦流損耗。本發(fā)明可用于點吸收直驅(qū)式波浪能發(fā)電系統(tǒng)。

本發(fā)明直線發(fā)電機(jī)包括平板式橫向磁通初級鐵心、平板式橫向磁通次級鐵心、次級磁鋼及跑道形繞組?，F(xiàn)定義電機(jī)運動方向為z軸方向，垂直z軸方向平面為xy平面。次級磁鋼采用表貼方式沿z軸方向等間距平鋪排列于平板式橫向磁通次級鐵心表面，平板式橫向磁通初級與次級磁鋼平行相對安裝，平板式橫向磁通初級齒極極靴與次級磁鋼間存在氣隙。跑道形繞組繞于平板式橫向磁通初級鐵心的齒極極身。

本發(fā)明在不增加電機(jī)用料成本的情況下，不同位置的初級鐵心形狀不同，使每相繞組在xy平面上錯開。每段初級定子鐵芯由硅鋼片疊壓而成。在初級定子鐵芯中，A相初級齒極保持極靴位置不變，極身整體左移，C相初級齒極保持極靴位置不變，極身整體右移，從而A相初級齒與B相鐵心間錯開一定空間作為線槽。A、B、C三相初級鐵心在z軸方向上緊密排布。從氣隙往初級方向看，初級沒有槽口與間隙，為硅鋼片緊密堆疊的平面。如此，三相初級鐵心構(gòu)成一個三相初級單元。將一個三相初級單元在縱向所占據(jù)的空間定義為360°，也即每相鐵心橫跨寬度為120°。多個三相初級單元緊密堆疊構(gòu)成所述的平板式橫向磁通初級。

本發(fā)明的橫向磁通次級鐵心為平板式鐵心。磁鋼安裝方式為表貼式，等間距標(biāo)貼于次級鐵心上?？v向相鄰的磁鋼充磁方向相反，橫向相鄰的磁鋼充磁方向相反，縱向相鄰的磁鋼間構(gòu)成的磁路為漏磁磁路，由于初級鐵心采用硅鋼片疊壓而成，該漏磁可以得到有效的控制，橫向相鄰的磁鋼之間構(gòu)成的磁路為主磁路。為了保證三相電機(jī)的對稱性，縱向相鄰的兩塊磁鋼橫跨一個三相初級單元，也即兩塊磁鋼橫跨寬度為360°，其極距為一個三相初級單元z軸長度的一半。由于波浪能特性，電機(jī)運動速度較慢，電機(jī)電頻率較低，所以次級鐵心采用電工純鐵制作，以消除由于硅鋼片疊壓帶來的加工問題。磁鋼在次級鐵心上等距排布，構(gòu)成本發(fā)明橫向磁通次級。