一種筒形磁極組合直線發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種直線電機(jī)，特別涉及一種筒形磁極組合無齒槽直線發(fā)電機(jī)，主要應(yīng)用于波浪能發(fā)電裝置或直線運(yùn)動驅(qū)動的發(fā)電領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]波浪能發(fā)電具有能源清潔豐富、能量轉(zhuǎn)換原理簡單，相對成本低的優(yōu)點。采用直線電機(jī)的直驅(qū)式波浪能發(fā)電裝置，省略傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中間的能量轉(zhuǎn)換裝置使得波浪能利用率提高，受到各國科學(xué)研宄者的關(guān)注。
[0003]目前所用帶齒槽結(jié)構(gòu)的永磁直線發(fā)電機(jī)邊端力或齒槽定位力較大，造成發(fā)電裝置能量損耗大，發(fā)電效率不高，機(jī)械結(jié)構(gòu)振動；此外電機(jī)多采用普通的徑向、軸向永磁的永磁體結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)氣隙磁通密度較低，且含有大量的諧波，發(fā)出的電能質(zhì)量不高；或采用Halbach永磁體陣列結(jié)構(gòu)，使陣列的一側(cè)磁場增強(qiáng)而另一側(cè)磁場減弱，且Halbach永磁體陣列中每極永磁體塊數(shù)越多產(chǎn)生的空間磁場正弦性越好，雖可以改善上述問題，但過于細(xì)致的充磁方向和安裝使得電機(jī)的制作和加工工藝就過于復(fù)雜，影響電機(jī)性能，增加了制作成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的永磁直線電機(jī)中抖動較大，電機(jī)的氣隙磁通密度波形諧波含量大，輸出電能質(zhì)量不高。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種筒形磁極組合直線發(fā)電機(jī)，包括以下部件:定子結(jié)構(gòu):包括定子鐵芯、定子繞組，定子鐵芯無間隙套接定子繞組；動子結(jié)構(gòu):包括動子鐵芯、永磁體環(huán)組件，永磁體環(huán)組件采用表貼式結(jié)構(gòu)貼于動子軸鐵芯的外圓周；所述定子結(jié)構(gòu)與動子結(jié)構(gòu)之間間隙設(shè)置，動子結(jié)構(gòu)位于定子結(jié)構(gòu)內(nèi)；所述定子結(jié)構(gòu)和動子結(jié)構(gòu)均采用圓筒型結(jié)構(gòu)，所述定子鐵芯采用無齒槽結(jié)構(gòu)。
[0006]由于定子結(jié)構(gòu)和動子結(jié)構(gòu)均采用筒型結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)內(nèi)定子和動子間的徑向作用力相互抵消；電機(jī)的定子采用無齒槽結(jié)構(gòu)，減少了電機(jī)內(nèi)定子和動子間的軸向作用力；此夕卜，本電機(jī)的筒型設(shè)計結(jié)構(gòu)也降低了平板式等其他普通直線電機(jī)在運(yùn)動時出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象，增加了電機(jī)的穩(wěn)固性和效率；所以，電機(jī)啟動的時候無阻力，耗能少，能量轉(zhuǎn)換率高、運(yùn)行時候抖動小甚至沒有。
[0007]為克服電機(jī)的氣隙磁通密度波形諧波含量大，輸出電能質(zhì)量不高的缺點，所述永磁體環(huán)組件包括至少兩個的徑向充磁T型永磁體環(huán)和至少兩個的軸向充磁T型永磁體環(huán)，徑向充磁T型永磁體環(huán)和軸向充磁T型永磁體環(huán)交錯排布，徑向充磁T型永磁體環(huán)的寬邊朝向定子結(jié)構(gòu)和動子結(jié)構(gòu)之間的間隙側(cè)；軸向充磁T型永磁體環(huán)的寬邊朝向動子鐵芯側(cè)；相鄰的T型永磁體環(huán)的充磁方向相差90°，每四個連續(xù)排布的T型永磁體環(huán)組成一對NS磁極，其中每塊永磁體的寬度可以相同或不同，相鄰的磁極的寬度相同。T型永磁體環(huán)朝向氣隙一側(cè)磁場強(qiáng)度加強(qiáng)，朝向動子鐵芯一側(cè)磁場強(qiáng)度減弱，因此動子鐵芯側(cè)所需的鐵芯厚度可以減少，即有效的節(jié)省動子鐵心的厚度，降低動子的整體質(zhì)量，該特點適用于直驅(qū)海浪能發(fā)電裝置；τ型永磁體環(huán)的寬邊和窄邊的尺寸采用優(yōu)化配比K，K值調(diào)節(jié)范圍為0.5?0.8，通過調(diào)整K值，可以提高電機(jī)的感應(yīng)電勢峰值，減少電機(jī)氣隙磁通密度的諧波含量，提高了發(fā)電的電能質(zhì)量。
[0008]作為克服電機(jī)的氣隙磁通密度波形諧波含量大，輸出電能質(zhì)量不高缺點的另一種方案，所述永磁體環(huán)組件包括兩組以上的爪型磁極單元，每個爪型磁極單元包括三塊永磁體環(huán)，即中間的磁極永磁體環(huán)和兩側(cè)的導(dǎo)向永磁體環(huán)，磁極永磁體環(huán)均為徑向充磁，兩側(cè)導(dǎo)向永磁體環(huán)的充磁方向與磁極永磁體環(huán)的充磁方向夾角為45°，且相鄰的兩個爪型磁極單元的磁極永磁體環(huán)的充磁方向相差180°，相鄰的兩個爪型磁極單元組成一對NS磁極，磁極永磁體環(huán)的寬度W3為爪型磁極單元寬度的0.3?0.6倍，相鄰的兩個爪型磁極的單元之間的間隔(即極距)為爪型磁極單元寬度的1.5?1.8倍。電機(jī)的動子作往復(fù)直線運(yùn)動時，永磁體產(chǎn)生的磁場將在定子繞組中產(chǎn)生磁鏈，磁鏈的變化形成發(fā)電機(jī)的空載感應(yīng)電動勢，永磁磁鏈和感應(yīng)電動勢的關(guān)系如式(I)和式(2)的表述。
[0009]e = d Φ/dt = ndC>/dt(I)
[0010]Φ =J Br (z) dS = η D f Br (z) dz (2)
[0011]式(I)和⑵中，BJz)是磁通密度徑向值，Φ、Φ分別是繞組磁鏈和磁通，η表示繞組匝數(shù)，D為定子外徑。由此可以通過改變電機(jī)磁極的尺寸結(jié)構(gòu)來改變BJz)的值，進(jìn)而改變Φ的值，使得電機(jī)氣隙磁通密度分布接近正弦分布，提高產(chǎn)生電動勢的正弦性，即減少電動勢的諧波含量，提高電機(jī)輸出電能質(zhì)量。
[0012]作為本實用新型的一種改進(jìn)方案，還設(shè)有密封圈和定子端蓋，密封圈套接定子鐵芯的外側(cè)，定子端蓋設(shè)置在定子結(jié)構(gòu)的兩端并貼合定子鐵芯的端面和密封圈的端面，通過壓扣機(jī)械裝置固定。在定子結(jié)構(gòu)中采用密封圈和定子端蓋，可以實現(xiàn)電機(jī)繞組部分的防水，利于電機(jī)在水面情況下運(yùn)行。
[0013]作為本實用新型的另一種改進(jìn)方案，定子鐵芯采用硅鋼片疊成，定子端蓋采用非導(dǎo)磁性材料，兩端端蓋半徑尺寸大于定子鐵芯半徑。定子鐵芯采用硅鋼片疊成，可達(dá)到減小渦流損耗的優(yōu)點；端蓋如果采用導(dǎo)磁，也會有吸力，因此，端蓋采用非導(dǎo)磁性材料，可減小邊端力；兩端端蓋半徑尺寸大于定子鐵芯的半徑，方便安裝。
[0014]為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，動子鐵芯的一端還設(shè)有壓蓋，壓蓋與定子端蓋間安裝壓簧裝置。在定子端蓋和動子的壓蓋之間設(shè)有壓簧裝置，可以根據(jù)波浪波高的變化調(diào)整電機(jī)動子的運(yùn)動行程，實現(xiàn)動子運(yùn)動與波浪浮子運(yùn)動的諧振，使得電機(jī)在直驅(qū)波浪發(fā)電過程中得到最大的動子推力，提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0015]作為本實用新型的另一種改進(jìn)方案，定子繞組采用集中餅式定子繞組。相比分布繞組該繞組利用率高，產(chǎn)生的電動勢幅值大。
[0016]本實用新型的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低、抖動小，可用于直接驅(qū)動的波浪能發(fā)電或者采用直線運(yùn)動驅(qū)動的發(fā)電裝置中。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本實用新型永磁體環(huán)組件的局部結(jié)構(gòu)示意圖(T形)。
[0020]圖4為本實用新型筒形磁極組合直線發(fā)電機(jī)的氣隙磁通密度曲線圖。
[0021]圖5為本實用新型永磁體環(huán)組件的局部結(jié)構(gòu)示意圖(爪形)。
[0022]圖6為本實用新型筒形磁極組合無齒槽直線發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的空載感應(yīng)電動勢及電動勢的諧波畸變率THD%與比率K之間的變化曲線。
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