CN101567613A - 直线永磁发电机 - Google Patents

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余海涛
杨恒山
胡敏强
李锋
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Abstract

本发明公开了一种直线永磁发电机，包括初级铁心、初级线圈、次级铁心、非导磁材料轴，所述的初级铁心、初级线圈、次级铁心、非导磁材料轴由外向内依次排列，所述的初级线圈绕制在所述的初级铁心的内部，所述的非导磁材料轴嵌在所述的次级铁心的内部，在所述的次级铁心外还套有一Halbach阵列的永磁体，该永磁体使永磁体外侧的磁场增强，使永磁体内侧的磁场减弱。本发明采用Halbach永磁阵列，应用于直线发电机，具有以下几个优点：提高了发电机的功率密度，提高了永磁体的利用率，同时减少了次级铁心中的涡流损耗；从而简化了电机的结构，使电机的运行更加稳定；减小发电机的体积和重量。

Description

直线永磁发电机
技术领域
该发明属于直线发电机领域。尤其是一种圆筒型直线发电机，这种发电机可用于海浪发电等新型发电技术。
背景技术
随着煤、石油等不可再生能源的日益减少和它们造成的环境污染问题日益加重，人们开始更多的去寻求洁净的、可再生的能源来发电。海浪能是一种清洁无污染的、而且取之不尽用之不竭的能源。占地球表面71％的海洋中蕴藏着约500亿千瓦的能量，其中海浪能约为25亿千瓦。据世界能源委员会估计：每天可开发的海浪能超过2×1012瓦，照此估计每年就有17520×1012瓦时的海浪能可供开发。而能够为人们实际转换利用的海浪能每年约为2000×1012瓦时。因此海浪能越来越受到人们的青睐。
从研制成世界上第一个海浪发电装置开始，海浪发电的研究已进行了四十多年。早期研究的发电装置都是通过中间转换装置驱动旋转电机来发电的，这给海浪发电机造成两大弊端：一、由于中间机构的存在，使得发电机结构复杂，机体笨重；二、由于中间机构中的能量损失，造成发电的效率不高。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种体积小、质量轻且发电效率高的永磁直线发电机。
技术方案
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种直线永磁发电机，包括初级铁心、初级线圈、次级铁心、非导磁材料轴，所述的初级铁心、初级线圈、次级铁心、非导磁材料轴由外向内依次排列，所述的初级线圈绕制在所述的初级铁心的内部，所述的非导磁材料轴嵌在所述的次级铁心的内部，在所述的次级铁心外还套有一Halbach阵列的永磁体，该永磁体使永磁体外侧的磁场增强，使永磁体内侧的磁场减弱。
技术效果
本发明采用Halbach永磁阵列，应用于直线发电机，具有以下几个优点：
(1)Halbach永磁阵列具有自屏蔽效应，其所产生的磁场具有单边性，使用Halbach永磁阵列可以使气隙一侧的磁场得到显著加强，而使次级内侧的磁场大大减弱，如此一来，提高了发电机的功率密度，提高了永磁体的利用率，同时减少了次级铁心中的涡流损耗。
(2)Halbach永磁阵列所产生的气隙磁场近似于正弦分布，大大减小了气隙磁感应密度的谐波分量，因而不必使用斜槽来抑制谐波分量的影响，从而简化了电机的结构，使电机的运行更加稳定。
(3)由于Halbach永磁阵列的自屏蔽效应，次级内侧基本上没有磁力线通过，所以次级可以不再使用铁心材料为磁力线提供通路，而使用非导磁材料来代替，这样可以减小发电机的体积和重量。
附图说明
图1是本发明发电机的机构示意图。
图2是本发明永磁体布置方向图(其中a为相邻永磁体块磁化角度差为45°的永磁阵列，b为相邻永磁体块磁化角度差为60°的永磁阵列)。
图3常规阵列，相邻永磁体块磁化角度差为45°、60°时的气隙磁密比较图.
其中平顶波为使用常规永磁体时的气隙磁密波形，另外两个波形中，浅色的是使用相邻永磁体块磁化角度差为60°的Halbach永磁阵列时的气隙磁密波形，深色的是使用相邻永磁体块磁化角度差为45°Halbach永磁阵列时的气隙磁密波形。
具体实施方式
本发明是让圆筒型直线发电机的次级内层使用非导磁材料，然后用铁磁材料围绕在非导磁材料上，再将Halbach永磁阵列安装于铁磁材料的表面上，如图1所示。其中1为初级铁心，2为初级绕组，3为永磁阵列与初级绕组之间的气隙，4为Halbach永磁阵列，5为次级铁心，6为次级非导磁材料轴心。
由于Halbach永磁阵列产生的磁场具有单边性，所以，次级铁心的磁感应强度B很小，因而在次级铁心中引起的涡流损耗就很小；而在气隙中产生很强的磁场，从而在相同永磁材料情况下产生的感生电动势就大，提高了发电机的发电效率，使永磁材料得到了更加充分的利用。而且Halbach永磁阵列产生的磁场很接近正弦波，谐波分量很小，因而产生的漏抗很小，提高了发电机的运行稳定性。
初次级铁心1和5(如图1)使用硅钢片，Halbach永磁阵列4使用钕铁硼永磁材料，让Halbach永磁阵列相邻永磁体块之间的磁化角度差为45°，此种情况下产生的气隙磁场谐波分量很小，要远远小于使用常规永磁阵列的情况，如图3所示，而且得到的气隙磁密最大值比使用常规阵列增加了16％以上，显著的提高了永磁体的利用率，改善了发电机的发电效率。
将该发电机置于海浪中，让海浪的上下摆动带动发电机的次级上下做直线往复运动。由于发电机次级的运动引起气隙磁场的变化，从而在初级绕组2)中产生感应电动势，通过输电线路向外供电。
该新型Halbach永磁直线发电机由于产生的气隙磁密比使用常规永磁阵列的大，所以产生的感生电动势也大，向外输出的电能多，显然比使用常规永磁阵列的发电机发电效率高。

Claims (1)

1、一种直线永磁发电机，包括初级铁心(1)、初级线圈(2)、次级铁心(5)、非导磁材料轴(6)，所述的初级铁心(1)、初级线圈(2)、次级铁心(5)、非导磁材料轴(6)由外向内依次排列，所述的初级线圈(2)绕制在所述的初级铁心(1)的内部，所述的非导磁材料轴(6)嵌在所述的次级铁心(5)的内部，其特征在于：在所述的次级铁心(5)外还套有一Halbach阵列的永磁体(4)，该永磁体(4)使永磁体(4)外侧的磁场增强，使永磁体(4)内侧的磁场减弱。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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