[发明专利]一种圆筒形横向磁通永磁同步直线发电机

说明书

一种圆筒形横向磁通直线发电机，包括初级(1)和次级(2)，初级(1)和次级(2)均为圆筒形，横向磁通。初级(1)包括A相初级铁心(3)、B相初级铁心(4)、C相初级铁心(5)和跑道型绕组(9)，跑道型绕组(9)绕制于初级铁心齿极极身上。次级(2)包括次级铁心单元(6)，隔磁片(7)和次级磁钢(8)，次级磁钢(8)内嵌于次级铁心单元(6)内。次级铁心单元(6)与隔磁片(7)间隔排列。次级永磁体内嵌于次级铁心单元(6)内；圆筒形横向磁通的初级(1)与次级(2)同心安装，初级(1)套装于次级(2)的外侧；初级齿极极靴与次级表面间存在气隙。本发明可用于直驱式波浪能发电系统。

技术领域

本发明涉及一种直线发电机，具体涉及一种横向磁通永磁同步直线发电机。

背景技术

在波浪能发电系统，提取波浪能直线运动的能量有两种方法，其一，利用机械传动装置将直线运动转换为旋转运动，如连接气动系统、液压系统或齿轮箱等，但其中间环节复杂，降低了系统的可靠性和转换效率。其二，利用直线发电机。该方法不需要任何中间机构，这种方式结构简单，提高了系统的效率和可靠性。但是直线发电机系统的功率密度一般而言小于旋转电机系统

为了提高永磁直线电机的功率密度，有学者提出了一种横向磁通拓扑结构，该结构电机的磁通方向所在平面与电机运动方向垂直，在设计上，该结构电机线负荷与气隙磁密之间相互独立，从而使得高功率密度电机的设计变得相对容易一些，但是其缺陷在与横向磁通结构初级铁心结构复杂，且漏磁较大。此后，日本东京大学有学者在文献中提出了一种采用旋转电机定子结构作为初级的横向磁通永磁直线电机，在该结构中，大大简化了电机初级铁心结构并可采用硅钢片叠压的方式加工初级铁心，从而减小了电机铁心漏磁。我国哈尔滨工业大学有学者在文献中提出一种双向交链横向磁通永磁直线同步发电机结构，该结构在上述东京大学电机结构上进一步改进，通过双向交链的方式进一步提升初级空间里利用率，充分利用次级永磁体，从而提高电机空载电势。

但是，这些结构的横向磁通永磁直线电机在纵向空间利用率、齿槽力等方面仍然存在改进空间。

发明内容

本发明的目的是克服现有横向磁通永磁直线发电机空间利用率低，齿槽力大等问题，提出一种圆筒形横向磁通永磁同步直线发电机。

本发明采用错相式设计，具有较高的空间利用率与功率密度，同时从气隙看初级为闭口，有助于减小齿槽力。初级铁心采用硅钢片堆叠，有效减小初级涡流损耗。初级铁心为紧密叠压，各相之间不在存在间隙，从而提高了电机的空间利用率，对发电机功率密度也有所提升。本发明可用于点吸收直驱式波浪能发电系统。

本发明直线发电机包括初级和次级，初级和次级均为圆筒形，横向磁通。其中初级包括 A、B、C三相铁心和跑道型绕组，跑道型绕组绕制于初级铁心齿极极身上。次级包括次级铁心单元、隔磁片和次级磁钢，次级磁钢内嵌于次级铁心单元内，次级铁心单元与隔磁片间隔排列次圆筒形横向磁通的初级与次级同心安装，初级套装于次级外侧。初级齿极极靴与次级表面间存在气隙。

本发明在不增加电机用料成本和硅钢片冲片形状的情况下，设计了一种六极非圆周对称的初级铁心硅钢片冲片形状。定义电机运动方向为z轴方向，垂直z轴方向的平面为xy平面。本发明通过旋转各相初级铁心一定空间角度，使每相初级齿极极身在xy平面上错开。单片叠片齿极极靴在圆周上间隔60°空间角度均匀排布，齿极极身之间的间隔空间角度依次为：40°、100°、40°、40°、100°、40°。每段初级定子铁芯由硅钢片叠压而成。在初级定子铁芯中，以A相初级为0°位置，B相顺时针或逆时针旋转120°，C相同方向旋转240°，从而使得A相初级齿极极身、B相初级齿极极身、C相初级齿极极身之间错开一定空间，此空间作为线槽。A、B、C三相初级铁心在z轴方向上紧密排布。从气隙往初级方向看，初级为硅钢片紧密堆叠的曲面，没有槽口与间隙。如此三相初级铁心构成一个三相初级单元。将一个三相初级单元在纵向所占据的空间定义为360°，也即每相铁心横跨宽度为120°。多个三相初级单元紧密堆叠，构成圆筒形横向磁通的初级铁心。