CN104092351A - 一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机，包括直线磁齿轮和直线永磁同步电机两部分，二者采用沿长度方向连接并串联耦合；直线磁齿轮部分包括磁齿轮定子、调磁片和磁齿轮高速动子；调磁片设置在磁齿轮定子和磁齿轮高速动子之间，磁齿轮定子和调磁片之间形成第一气隙，调磁片和磁齿轮高速动子之间形成第二气隙；直线永磁同步电机包括直线永磁电机初级和直线永磁电机次级，直线永磁电机初级和直线永磁电机次级之间形成第三气隙；所述磁齿轮定子铁心和初级铁心串联耦合，并保持相互固定。本发明结构，利用调磁铁心环调制电机磁场，实现非接触式变速及推力传输，减少了接触损耗，提高电机的功率密度，减小系统体积和重量，降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机，也用于直驱式波浪发电系统。
背景技术
可再生能源开发利用过程中，波浪能前景光明，但是技术还不成熟。一个主要问题是缺少高效利用波浪能的发电机。旋转型发电系统不可避免地需要复杂的机械装置，比如水轮机或液压泵，将直线往复式的波浪运动转变为旋转运动，因此旋转电机有以下一些问题：常规维护、低效率、低功率密度、高成本。直线型发电系统利用直线电机直接利用波浪运动，去除了庞大的直线——旋转传动装置和由此产生的功率损耗。但是，波浪运动速度低，直驱式直线发电机需要采用低速设计，这样极大降低它的功率密度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机，将直线磁齿轮和直线永磁发电机进行耦合形成，可以用于直驱式海浪能收集系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机，包括直线磁齿轮和直线永磁同步电机两部分，二者采用沿长度方向连接并串联耦合；
所述直线磁齿轮部分包括磁齿轮定子、调磁片和磁齿轮高速动子；磁齿轮定子包括磁齿轮定子铁心，在磁齿轮定子铁心的齿槽内嵌入有磁齿轮定子永磁体；调磁片包括沿长度方向交错间隔排列的调磁片非导磁体和调磁片导磁体；磁齿轮高速动子包括磁齿轮高速动子铁心，在磁齿轮高速动子铁心的齿槽内上嵌入有磁齿轮高速动子永磁体；调磁片设置在磁齿轮定子和磁齿轮高速动子之间，磁齿轮定子和调磁片之间形成第一气隙，调磁片和磁齿轮高速动子之间形成第二气隙；
所述直线永磁同步电机包括直线永磁电机初级和直线永磁电机次级；直线永磁电机初级包括初级铁心，在初级铁心的线槽内缠绕有初级绕组；直线永磁电机次级包括次级铁心，在次级铁心的齿槽内嵌入有次级永磁体；直线永磁电机初级和直线永磁电机次级相对设置，直线永磁电机初级和直线永磁电机次级之间形成第三气隙；
所述磁齿轮定子铁心和初级铁心串联耦合，并保持相互固定；据此，可以设计磁齿轮定子铁心和初级铁心为一体结构。
本发明中，各永磁体均均匀嵌入在对应的铁心中，
优选的，所述次级铁心和磁齿轮高速动子铁心连接为一体，作为共同运动部件；当然，还可将次级铁心和磁齿轮高速动子铁心设计为一体结构。
优选的，所述磁齿轮定子永磁体、磁齿轮高速动子永磁体和次级永磁体均采用Halbach充磁方式，使第一气隙、第二气隙和第三气隙所形成的气隙磁场沿长度方向成正弦分布。
优选的，所述调磁片包括由导磁片材叠压形成基块，垂直于长度方向、在基块上均匀间隔设置有凹槽，调磁片非导磁体设置在凹槽内，相邻调磁片非导磁体之间的基块部分形成调磁片导磁体；调磁片非导磁体的材料为环氧树脂或聚甲醛。
优选的，所述初级绕组采用分布式绕组。
优选的，所述磁齿轮定子铁心、初级铁心和次级铁心均由普通硅钢片材料制成。
优选的，该增速型直线磁齿轮永磁复合电机为单侧平板式结构，即磁齿轮定子、调磁片、磁齿轮高速动子、直线永磁电机初级和直线永磁电机次级均为平板状结构。
优选的，该增速型直线磁齿轮永磁复合电机为双侧平板式结构，即包括面对面对称设置的两组直线磁齿轮和直线永磁同步电机，且磁齿轮定子、调磁片、磁齿轮高速动子、直线永磁电机初级和直线永磁电机次级均为平板状结构。
优选的，该增速型直线磁齿轮永磁复合电机为圆筒式结构，即磁齿轮定子、调磁片、磁齿轮高速动子、直线永磁电机初级和直线永磁电机次级均为圆筒状结构。
有益效果：本发明提供的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，相对于现有技术，具有如下优势：1、永磁齿轮具有非接触性的特点，具有无机械磨损、低噪音、活动部件之间物理绝缘和固有的过负载保护等优势；2、通过磁场切换，实现从低速直线运动到高速直线运动的转换，克服了由于波浪本身速度较低所造成的电机速度和功率密度较低的缺点，减小了系统整体的体积；3、和用于直驱海浪发电的传统低速直线永磁同步电机相比，增速型直线磁齿轮永磁复合电机具有低成本、高效率、高功率密度的优势；4、永磁体内嵌在动子铁心中，运动过程中不会发生受力脱落现象，提高了机械可靠性，同时简化了制造工艺，保证了永磁体不会发生安装偏差。
附图说明
图1为单侧平板式增速型直线磁齿轮永磁复合电机剖面图；
图2为双侧平板式、圆筒式增速型直线磁齿轮永磁复合电机剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示为一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机，包括直线磁齿轮和直线永磁同步电机两部分，二者采用沿长度方向连接并串联耦合；下面就这两个部分加以具体说明。
所述直线磁齿轮部分包括磁齿轮定子1、调磁片2和磁齿轮高速动子3；磁齿轮定子1包括磁齿轮定子铁心11，在磁齿轮定子铁心11的齿槽内嵌入有磁齿轮定子永磁体12；调磁片2包括沿长度方向交错间隔排列的调磁片非导磁体21和调磁片导磁体22；磁齿轮高速动子3包括磁齿轮高速动子铁心31，在磁齿轮高速动子铁心31的齿槽内上嵌入有磁齿轮高速动子永磁体32；调磁片2设置在磁齿轮定子1和磁齿轮高速动子3之间，磁齿轮定子1和调磁片2之间形成第一气隙，调磁片2和磁齿轮高速动子3之间形成第二气隙。
所述直线永磁同步电机包括直线永磁电机初级4和直线永磁电机次级5；直线永磁电机初级4包括初级铁心41，在初级铁心41的线槽内缠绕有初级绕组42；直线永磁电机次级5包括次级铁心51，在次级铁心51的齿槽内嵌入有次级永磁体52；直线永磁电机初级4和直线永磁电机次级5相对设置，直线永磁电机初级4和直线永磁电机次级5之间形成第三气隙。
磁齿轮高速动子3与直线永磁电机次级5同轴，为串联结构；磁齿轮定子1与直线永磁电机初级4为串联耦合方式；具体结构为：所述磁齿轮定子铁心11和初级铁心41串联耦合，并设计为一体结构；次级铁心51和磁齿轮高速动子铁心31设计为一体结构，作为共同运动部件。
所述磁齿轮定子永磁体12、磁齿轮高速动子永磁体32和次级永磁体52均采用Halbach充磁方式，使第一气隙、第二气隙和第三气隙所形成的气隙磁场沿长度方向成正弦分布；所述磁齿轮定子铁心11、初级铁心41和次级铁心51均由普通硅钢片材料制成；所述调磁片2包括由导磁片材叠压形成基块，垂直于长度方向、在基块上均匀间隔设置有凹槽，调磁片非导磁体21设置在凹槽内，相邻调磁片非导磁体21之间的基块部分形成调磁片导磁体22；调磁片非导磁体21的材料为环氧树脂或聚甲醛；所述初级绕组采用分布式绕组。
基于本案的思想，增速型直线磁齿轮永磁复合电机可以设计为三种结构，分别为单侧平板式结构、双侧平板式结构和圆筒式结构。
如图1所示，单侧平板式结构为：磁齿轮定子1、调磁片2、磁齿轮高速动子3、直线永磁电机初级4和直线永磁电机次级5均为平板状结构。
如图2所示，双侧平板式结构为：包括面对面对称设置的两组直线磁齿轮和直线永磁同步电机，且磁齿轮定子1、调磁片2、磁齿轮高速动子3、直线永磁电机初级4和直线永磁电机次级5均为平板状结构。简而言之，双侧平板式结构即两个单侧平板式结构相对设置形成。
如图2所示，圆筒式结构为：磁齿轮定子1、调磁片2、磁齿轮高速动子3、直线永磁电机初级4和直线永磁电机次级5均为圆筒状结构。
在本案设计的增速型直线磁齿轮永磁复合电机中，调磁片2作为低速动子，永磁体极对数相对少的作为磁齿轮高速动子3，永磁体极对数相相对较多的作为磁齿轮定子1。
本案提供的电机，磁齿轮的高速动子与永磁发电机的次级同轴。简而言之，波浪的低速往复运动由磁齿轮低速动子直接俘获后，经磁齿轮传动比放大后驱动发电机，由此产生较高的输出电压，提供更高的功率密度和效率。采用磁齿轮技术实现直驱式波浪发电系统的能量传递，可实现低速至高速传动的转变，在不增加甚至减小系统体积的情况下，改善直驱式波浪发电系统功率密度低下、电磁力波动大的缺点，极大地降低波浪发电成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：包括直线磁齿轮和直线永磁同步电机两部分，二者采用沿长度方向连接并串联耦合；
所述直线磁齿轮部分包括磁齿轮定子(1)、调磁片(2)和磁齿轮高速动子(3)；磁齿轮定子(1)包括磁齿轮定子铁心(11)，在磁齿轮定子铁心(11)的齿槽内嵌入有磁齿轮定子永磁体(12)；调磁片(2)包括沿长度方向交错间隔排列的调磁片非导磁体(21)和调磁片导磁体(22)；磁齿轮高速动子(3)包括磁齿轮高速动子铁心(31)，在磁齿轮高速动子铁心(31)的齿槽内上嵌入有磁齿轮高速动子永磁体(32)；调磁片(2)设置在磁齿轮定子(1)和磁齿轮高速动子(3)之间，磁齿轮定子(1)和调磁片(2)之间形成第一气隙，调磁片(2)和磁齿轮高速动子(3)之间形成第二气隙；
所述直线永磁同步电机包括直线永磁电机初级(4)和直线永磁电机次级(5)；直线永磁电机初级(4)包括初级铁心(41)，在初级铁心(41)的线槽内缠绕有初级绕组(42)；直线永磁电机次级(5)包括次级铁心(51)，在次级铁心(51)的齿槽内嵌入有次级永磁体(52)；直线永磁电机初级(4)和直线永磁电机次级(5)相对设置，直线永磁电机初级(4)和直线永磁电机次级(5)之间形成第三气隙；
所述磁齿轮定子铁心(11)和初级铁心(41)串联耦合，并保持相互固定。
2.根据权利要求1所述的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：所述次级铁心(51)和磁齿轮高速动子铁心(31)连接为一体，作为共同运动部件。
3.根据权利要求1所述的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：所述磁齿轮定子永磁体(12)、磁齿轮高速动子永磁体(32)和次级永磁体(52)均采用Halbach充磁方式，使第一气隙、第二气隙和第三气隙所形成的气隙磁场沿长度方向成正弦分布。
4.根据权利要求1所述的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：所述调磁片(2)包括由导磁片材叠压形成基块，垂直于长度方向、在基块上均匀间隔设置有凹槽，调磁片非导磁体(21)设置在凹槽内，相邻调磁片非导磁体(21)之间的基块部分形成调磁片导磁体(22)；调磁片非导磁体(21)的材料为环氧树脂或聚甲醛。
5.根据权利要求1、2、3、4或5所述的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：该增速型直线磁齿轮永磁复合电机为单侧平板式结构，即磁齿轮定子(1)、调磁片(2)、磁齿轮高速动子(3)、直线永磁电机初级(4)和直线永磁电机次级(5)均为平板状结构。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：该增速型直线磁齿轮永磁复合电机为双侧平板式结构，即包括面对面对称设置的两组直线磁齿轮和直线永磁同步电机，且磁齿轮定子(1)、调磁片(2)、磁齿轮高速动子(3)、直线永磁电机初级(4)和直线永磁电机次级(5)均为平板状结构。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的增速型直线磁齿轮永磁复合电机，其特征在于：该增速型直线磁齿轮永磁复合电机为圆筒式结构，即磁齿轮定子(1)、调磁片(2)、磁齿轮高速动子(3)、直线永磁电机初级(4)和直线永磁电机次级(5)均为圆筒状结构。
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