專利名稱：熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱聲發(fā)電工程領(lǐng)域，具體指一種熱聲系統(tǒng)專用的電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永 磁直線發(fā)電裝置的組裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的大量消耗，人類急需開(kāi)發(fā)利用一些可再生 資源，熱聲發(fā)電技術(shù)是近幾年來(lái)一種新興的熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有可靠性高、成本低廉而且環(huán) 保等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，熱聲發(fā)電能夠有效地利用太陽(yáng)能、汽車尾氣、工業(yè)廢熱 等平常一些無(wú)法利用的低品質(zhì)熱能。熱聲發(fā)電系統(tǒng)主要包括兩個(gè)主要部分，一部分是熱聲 發(fā)動(dòng)機(jī)，把熱量傳遞給熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器，使其回?zé)崞鲀啥顺霈F(xiàn)溫度差，當(dāng)該溫度差大于 臨界溫度差的時(shí)候，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，將熱能轉(zhuǎn)化為聲能(機(jī)械能)，熱聲發(fā)電 系統(tǒng)的另一部分是發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的作用是把熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲能轉(zhuǎn)化為電能。傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)一般為旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，利用各類機(jī)械傳動(dòng)裝置將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)電機(jī)在發(fā)電的過(guò)程中存在機(jī)械磨損、噪音大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率 低的問(wèn)題?，F(xiàn)有的直線發(fā)電機(jī)中，經(jīng)常采用傳統(tǒng)的螺旋彈簧結(jié)構(gòu)，由于徑向剛度非常小，運(yùn) 行中由于偏心力的作用，偏心力必然會(huì)引起活塞和氣缸的側(cè)向磨損，進(jìn)而影響了活塞的壽 命。目前應(yīng)用于熱聲發(fā)電技術(shù)的電機(jī)常采用動(dòng)圈式直線發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，而動(dòng)圈式直線發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生的電流較小，由于發(fā)電線圈固定在和活塞相連接的支架上，線圈運(yùn)動(dòng)空間局限在由永 磁體和定子軛構(gòu)成的狹小空間內(nèi)，電流產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)出去，容易造成發(fā)電機(jī)溫度過(guò) 高，使發(fā)電機(jī)的絕緣部分損壞，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。另外發(fā)電線圈在永磁體產(chǎn)生的 磁場(chǎng)中做高頻的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，容易造成線圈和接線端子之間的連線折斷，發(fā)電機(jī)線圈斷路和 斷路，引發(fā)事故。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種適應(yīng)于熱聲系統(tǒng)的專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā) 電裝置。該發(fā)電裝置直接將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)提供的聲能通過(guò)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能，不需要 任何中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，避免了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)引起的損耗、發(fā)熱等問(wèn)題， 無(wú)機(jī)械磨損，無(wú)噪音，能夠提高熱聲系統(tǒng)熱一聲一電轉(zhuǎn)換效率。技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在于所述裝置包括機(jī)殼 組件連接氣缸組件，氣缸組件包括活塞，機(jī)殼組件的空腔內(nèi)安裝有直線發(fā)電機(jī)組件，直線發(fā) 電機(jī)組件連接諧振組件。直線發(fā)電機(jī)組件包括動(dòng)子軸、動(dòng)子軛、永磁體、定子和線圈繞組，其中動(dòng)子軸與活 塞連接；在動(dòng)子軸上，沿動(dòng)子軸徑向由內(nèi)向外依次安裝有動(dòng)子軛、永磁體，相鄰永磁體之間 有隔磁材料；定子固定在機(jī)殼組件內(nèi)壁的定子定位裝置上，定子上安裝有線圈繞組，定子和 動(dòng)子軛均為硅鋼片疊壓而成。
機(jī)殼組件包括機(jī)座、定子定位裝置、套管、和軸承，其中定子定位裝置安裝在機(jī)座 內(nèi)壁上，套管一端與機(jī)座內(nèi)壁連接，另一端通過(guò)軸承與動(dòng)子軸連接。諧振組件包括諧振彈簧，諧振彈簧一端與動(dòng)子軸連接，另一端與機(jī)殼組件中的機(jī) 座內(nèi)壁連接。永磁體采用交叉排列組合結(jié)構(gòu)。動(dòng)子軸上有兩排永磁體，每一排永磁體均為8塊平行充磁的扇形永磁體拼接而成 的輻射環(huán)形永磁路結(jié)構(gòu)。定子共有8個(gè)定子齒。每一排永磁體的8塊扇形永磁體與定子的8個(gè)定子齒一一 對(duì)應(yīng)，定子齒的軸向長(zhǎng)度和每一塊永磁體的軸向長(zhǎng)度相等。套管上黏貼防撞橡膠。諧振彈簧采用分層布置的圓漸開(kāi)線式柔性彈簧。優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明所采用動(dòng)磁式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，動(dòng)子采用具有高能量密度 的釹鐵硼的永磁材料，相同體積條件能夠產(chǎn)生較多的電能。定子齒的軸向長(zhǎng)度和每一塊永 磁體片軸向長(zhǎng)度相等，這樣定子軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，穿過(guò)發(fā)電線圈的磁通方向剛好變化 兩次，產(chǎn)生的電能效率最高。諧振彈簧為圓漸開(kāi)線式柔性彈簧，既能用于動(dòng)子軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 的能量存儲(chǔ)，又對(duì)動(dòng)子軸的徑向偏移起到抑制作用。繞組采用集中分布形式，纏繞在定子齒 上的繞組采用串聯(lián)的連接方式，這樣繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。直線發(fā)電機(jī)根據(jù)聲波的驅(qū)動(dòng)頻 率的大小和發(fā)電機(jī)動(dòng)子的質(zhì)量來(lái)確定彈簧的剛度系數(shù)，使發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到共振狀態(tài)， 這樣發(fā)電機(jī)輸出電功與電流幅值都能達(dá)到最大值，活塞的位移幅值也達(dá)到較大值，提高了 發(fā)電機(jī)效率。具體優(yōu)點(diǎn)如下
(1)直線發(fā)電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁方式，效率高，大大節(jié)約了成本。(2)以直線發(fā)電機(jī)取代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，省去了將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 的部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，功率密度高。(3)采用多層柔性彈簧結(jié)構(gòu)和定位軸承結(jié)構(gòu)，保證了動(dòng)子軸始終沿水平中心線方 向運(yùn)動(dòng)，減少了偏心力的影響。(4)安裝在套管上的橡膠防撞機(jī)構(gòu)，能夠有效地控制動(dòng)子軸運(yùn)動(dòng)的位移大小，防止 動(dòng)子軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中和套管相撞。(5)采用柔性彈簧結(jié)構(gòu)，能夠容易調(diào)節(jié)彈簧的剛度系數(shù)，使其與發(fā)電機(jī)動(dòng)子部分相 匹配，與發(fā)動(dòng)機(jī)保持諧振狀態(tài)，使整個(gè)熱聲系統(tǒng)達(dá)到效率最優(yōu)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意圖； 圖3是諧振結(jié)構(gòu)和套管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是永磁體排列軸向示意圖； 圖5是永磁體排列俯視示意圖； 圖6是柔性彈簧示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明
1.直線發(fā)電機(jī)組件、2.機(jī)殼組件、3.諧振組件、4.氣缸組件、10.定子、11.線圈繞組、12.永磁體、13.動(dòng)子軛、14.動(dòng)子軸、16.隔磁材料、20.機(jī)座、21.定子定位裝置、22.套管、 23.防撞橡膠、24.軸承、30.外墊環(huán)、32.柔性彈簧33.內(nèi)墊環(huán)、40.氣缸壁、41.活塞。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直 線發(fā)電裝置包括機(jī)殼組件2連接氣缸組件4，機(jī)殼組件2的空腔內(nèi)安裝有直線發(fā)電機(jī)組件 1，直線發(fā)電機(jī)組件1連接諧振組件3。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意圖，如圖所示，定子定位裝置21用螺栓固定在機(jī) 座20內(nèi)壁上；套管22 —端用螺釘固定在機(jī)座20內(nèi)壁上，配合定子定位裝置21使定子10 在動(dòng)子軸14的軸向上固定；另一端通過(guò)軸承M與動(dòng)子軸14連接。軸承M安裝在套管22 的中心孔上，軸承M隨著動(dòng)子軸14的往復(fù)運(yùn)動(dòng)在中心孔內(nèi)滑動(dòng)，軸承對(duì)對(duì)動(dòng)子軸14起到 徑向定位作用，防止動(dòng)子10在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生徑向偏移，減少氣缸壁和活塞41的碰撞。套 管22上黏貼防撞橡膠23，防止動(dòng)子軸14運(yùn)動(dòng)到最右邊時(shí)和套管22相撞，減弱當(dāng)碰撞發(fā)生 時(shí)對(duì)套管22的沖擊，避免由于沖擊引起零件的變形。動(dòng)子軸14由鈦纖維加工成筒狀，一端通過(guò)螺栓與柔性彈簧32聯(lián)接，一端通過(guò)螺栓 與活塞41聯(lián)接。在動(dòng)子軸14上，沿動(dòng)子軸14徑向由內(nèi)向外依次安裝有動(dòng)子軛13、永磁體 12，永磁體12采用平行充磁，且為交叉排列組合結(jié)構(gòu)，相鄰永磁體12之間有隔磁材料16，減 少漏磁，使永磁體12產(chǎn)生的磁通盡量和定子10中的線圈繞組11相交鏈。定子10通過(guò)螺釘固定在機(jī)殼組件2內(nèi)壁的定子定位裝置21上，定子定位裝置21 的凸環(huán)嵌入定子10的凹槽內(nèi)，對(duì)定子10起到徑向定位作用，定子10和動(dòng)子軛13均為硅鋼 片疊壓而成；定子10共有8個(gè)定子齒，線圈繞組11纏繞在定子齒上，端部用槽楔固定，線圈 繞組11采用集中分布形式，各個(gè)定子齒上的線圈繞組11首尾串聯(lián)，增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)子軸14上有兩排永磁體12，每一排永磁體12均為8塊平行充磁的扇形永磁體 12拼接而成的輻射環(huán)形永磁路結(jié)構(gòu)，第一排永磁體12的N極、S極分別和第二排永磁體12 的S極、N極相依，每一片永磁體12的極性周圍的三片永磁體12極性相反。安裝時(shí)，每一 排永磁體12的8塊扇形永磁體12與定子10的8個(gè)定子齒一一對(duì)應(yīng)，定子齒的軸向長(zhǎng)度和 每一塊永磁體12的軸向長(zhǎng)度相等。同一排兩片相鄰的永磁體12和定子10、動(dòng)子軛13以及 永磁體12和定子10之間的氣隙構(gòu)成磁路。永磁體排列軸向示意圖和俯視示意圖如圖4、5 所示。發(fā)電機(jī)定子10、線圈繞組11、永磁體12、動(dòng)子軛13和動(dòng)子軸14保持同心。諧振組件3中的諧振彈簧采用圓漸開(kāi)線式柔性彈簧32，既能用于動(dòng)子軸14運(yùn)動(dòng)過(guò) 程中的能量存儲(chǔ)，又對(duì)動(dòng)子軸14的徑向偏移起到抑制作用。柔性彈簧32 —端與動(dòng)子軸14 連接，另一端通過(guò)彈簧支撐結(jié)構(gòu)與機(jī)座20內(nèi)壁相連；彈簧支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)螺釘固定在機(jī)座20 的內(nèi)壁。柔性彈簧32采用分層布置，以第一排彈簧為支點(diǎn)，其余的彈簧提供徑向力矩使動(dòng) 子軸的運(yùn)動(dòng)保持在中心線位置。柔性彈簧兩端均安裝有內(nèi)墊環(huán)33和外墊環(huán)30，將柔性彈 簧片之間隔開(kāi)。內(nèi)墊環(huán)33和外墊環(huán)30的數(shù)量和厚度與柔性彈簧32—一對(duì)應(yīng)，從而保證柔 性彈簧32發(fā)生形變而使動(dòng)子軸14偏離中心線位置。諧振結(jié)構(gòu)和套管結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。圖6為柔性彈簧示意圖，如圖所示，柔性彈簧片利用圓的漸開(kāi)線形狀進(jìn)行加工，在柔性彈簧片上根據(jù)圓的漸開(kāi)線形狀采用鏤空方法形成渦旋槽。根據(jù)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的聲波 頻率來(lái)確定柔性彈簧32的形狀和厚度，使其滿足諧振條件，這樣活塞41可以帶動(dòng)動(dòng)子軸14 產(chǎn)生同量的電能，行程減小。彈簧支撐結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度可以根據(jù)柔性彈簧32的厚度以及片數(shù)留 有一定的余量。采用柔性彈簧結(jié)構(gòu)，能夠容易調(diào)節(jié)彈簧的剛度系數(shù)，使其與發(fā)電機(jī)動(dòng)子部分 相匹配，與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)保持諧振狀態(tài)，使整個(gè)熱聲系統(tǒng)達(dá)到效率最優(yōu)。
氣缸組件4包括活塞41和氣缸壁40。氣缸壁40通過(guò)螺栓固定在發(fā)電機(jī)的機(jī)座 20上，活塞41用螺釘固定在動(dòng)子軸14上，活塞41和氣缸壁40之間采用間隙密封技術(shù)。氣 缸壁40上留有螺栓孔，以備用和熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)接。
權(quán)利要求
1.熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在于所述裝置包括機(jī) 殼組件(2)連接氣缸組件(4)，氣缸組件包括活塞(41)和氣缸壁(40)，機(jī)殼組件(2)的空腔 內(nèi)安裝有直線發(fā)電機(jī)組件(1)，直線發(fā)電機(jī)組件(1)連接諧振組件(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于直線發(fā)電機(jī)組件(1)包括動(dòng)子軸(14)、動(dòng)子軛(13)、永磁體(12)、定子(10)和線圈繞組(11)，其中動(dòng)子軸(14)與活塞(41)連接；在動(dòng)子軸(14)上，沿動(dòng)子軸(14)徑向由內(nèi)向外依 次安裝有動(dòng)子軛(13)、永磁體(12)，相鄰永磁體(12)之間有隔磁材料(16)；定子(10)固定 在機(jī)殼組件(2)內(nèi)壁的定子定位裝置(21)上，定子(10)上安裝有線圈繞組(11)，定子(10) 和動(dòng)子軛(13)均為硅鋼片疊壓而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于機(jī)殼組件(2)包括機(jī)座(20)、定子定位裝置(21)、套管(22)、和軸承(24)，其中定子定 位裝置(21)安裝在機(jī)座(20)內(nèi)壁上，套管(22) —端與機(jī)座(20)內(nèi)壁連接，另一端通過(guò)軸 承(24)與動(dòng)子軸(14)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于諧振組件(3)包括諧振彈簧(32)，諧振彈簧一端與動(dòng)子軸(14)連接，另一端與機(jī)殼組件 (2)中的機(jī)座(20)內(nèi)壁連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于永磁體(12)采用交叉排列組合結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于動(dòng)子軸(14)上有兩排永磁體(12)，每一排永磁體(12)均為8塊平行充磁的扇形永磁體(12)拼接而成的輻射環(huán)形永磁路結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于每一排永磁體(12)的8塊扇形永磁體(12)與定子(10)的8個(gè)定子齒一一對(duì)應(yīng)，定子齒 的軸向長(zhǎng)度和每一塊永磁體(12)的軸向長(zhǎng)度相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于套管(22)上黏貼防撞橡膠(23)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在 于諧振彈簧采用分層布置的圓漸開(kāi)線式柔性彈簧(32)。
全文摘要
熱聲系統(tǒng)專用電動(dòng)發(fā)電雙向諧振永磁直線發(fā)電裝置，其特征在于所述裝置包括機(jī)殼組件連接氣缸組件，氣缸組件包括活塞和氣缸壁，機(jī)殼組件的空腔內(nèi)安裝有直線發(fā)電機(jī)組件，直線發(fā)電機(jī)組件連接諧振組件。本發(fā)明所述裝置直接將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)提供的聲能通過(guò)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能，不需要任何中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，避免了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)引起的損耗、發(fā)熱等問(wèn)題，無(wú)機(jī)械磨損，無(wú)噪音，能夠提高熱聲系統(tǒng)熱—聲—電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102080637SQ20101056853
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者何新, 夏加寬, 賈海媛, 趙志強(qiáng), 鄭少偉, 郭鐵 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)