[發明專利]一種具有復合電樞結構的磁場調制型永磁直線發電機

有效

• 申請號: 201911167752.6
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110880852B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 馬明娜;張旭;徐正陽;陶偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02K3/04;H02K3/22
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種具有復合電樞結構的磁場調制型永磁直線發電機，該電機的次級由軛板和永磁體陣列構成，初級電樞由調制層、空心繞組層與鐵心層構成復合的電樞結構，調制層由調磁塊和調制層繞組構成，繞組纏繞在調磁塊上，調磁塊在向氣隙的一側為倒角、圓角或是梯形狀小齒結構，初級電樞的中間層為空心繞組層，它緊貼鐵心層放置，鐵心層起到導磁路徑和固定支撐的作用，調制層和空心繞組層的繞組排布方案相同，通過串聯或并聯的方式連接。本發明在總體架構上集成了磁場調制型與無槽電機的繞組設計特點，能實現高的推力密度和過載能力，同時具有良好的動態性能和低的推力波動，適用于波浪能發電及振動發電、直線壓縮機等領域。

技術領域

本發明涉及電機領域，具體涉及到一種低推力波動的夾層電樞結構磁場調制型永磁直線電機。

背景技術

在混合動力電動汽車中，常裝備由傳統內燃機和發電機構成的車用發電裝置，用以延長車輛的充電續航里程。相比旋轉發電機系統，直線發電機省略了直線與旋轉運動間的轉換傳動結構，直接利用燃燒室活塞的往復運動來驅動電機發電，不僅對各類燃料具有良好的適應性能，而且具有運行噪聲小、能量轉換效率高、瞬態響應特性好及機械結構緊湊等優點。直線發電機作為高度集約型的車載發電裝置的核心部件，一方面用于實現活塞往復運動時動能和電能間的轉化，另一方面需要輸出電磁推力來控制活塞的往復運動規律，以完成輸出功率調節等功能。這就要求直線電機具有較高的推力密度和過載能力，以減小自身重量和車內的空間占據。同時希望直線電機的推力波動要盡量小，動態響應能力要好，以便實現較好的速度控制，輸出更為平滑的電壓波形，即內燃機-直線發電機系統要求直線發電機具有良好的推力特性和動態性能。

眾所周知，磁場調制型直線電機可以獲得較高的推力密度，空心無槽繞組電機具有較好過載及動態響應能力。但上述電機類型受制于性能參數間的復雜制約關系，難以獲得能夠兼顧推力特性和動態性能的電機方案，無法滿足內燃-直線發電機系統的對直線發電機綜合性能的提升需求。

發明內容

為滿足內燃-直線發電機系統對直線發電機在推力特性和動態性能等方面的提升需求，本發明結合現有磁場調制型電機與無槽電機的電樞繞組設計特點，提出一種具有復合電樞結構的磁場調制型永磁直線發電機，能夠實現高的推力密度和過載能力，同時具有良好的動態性能和較低的推力波動，從而適用于波浪能發電及振動發電、直線壓縮機等領域。

本發明為達到上述發明目的采用如下技術方案：

本發明一種具有復合電樞結構的磁場調制型永磁直線發電機，是由次級、初級電樞以及所述次級和初級電樞之間的氣隙構成；所述次級由軛板和永磁體陣列組成，其特點在于，設置所述初級電樞由調制層、空心繞組層和鐵心層組成多層的復合結構；

所述調制層為上層，包括調磁塊和調制層繞組；所述調磁塊沿電機運動方向等距離排布；所述調磁塊在向所述氣隙的一側為倒角、圓角或是梯形狀小齒結構；所述調制層繞組由多個線圈構成，每個線圈均環繞在所述調磁塊上，所述調制層繞組的高度等于所述調磁塊的高度；

所述空心繞組層為中間層，并緊貼下層的鐵心層放置；空心繞組層繞組由多個線圈構成，且線圈纏繞在鐵心層凸出的定位窄條上，用于定位和固定；設置所述調制層繞組和空心繞組層繞組的各相排布方式相同，并通過串聯或并聯的方式連接在一起。

本發明所述的磁場調制型永磁直線發電機的特點也在于：所述調磁塊采用高導磁材料；且所述調磁塊的個數Z、所述永磁體陣列的極對數p₁和初級電樞的電流磁場的極對數p₂之間關系滿足：Z＝|p₁±p₂|，且調制比G＝p₁/p₂，G≤3；

在所述調制層中，所述調磁塊的寬度和調磁層繞組寬度之和等于槽距τ_s，其中，調磁塊的寬度取值為1/3τ_s～1/2τ_s。