CN109617361A - 一种单相交流永磁同步直线发电机 - Google Patents

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徐照平
杨利杰
刘梁
余后亮
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
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Abstract

本发明公开了一种单相交流永磁同步直线发电机，包括直线发电机定子组件和动子组件；所述的定子组件包括定子铁芯，电枢绕组，左端盖，右端盖，发电机外壳；定子铁芯由左端盖，右端盖，电机外壳的内圆面定位；所述的定子铁芯的内圆周上设置有绕组槽，每一个绕组槽中均放置有一组电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反，电枢绕组之间串联，形成单相的直线发电机绕组；所述的动子组件包括动子轴，动子铁芯，永磁体；动子轴左端支撑在左端盖上，右端套装有动子铁芯和永磁体，且永磁体和动子铁芯间隔排列。本发明的直线发电机可用于自由活塞发电，振荡发电等直线发电领域，具有结构简单紧凑，加工制造方便，功率密度大，损耗低，效率高的优点。

Description

一种单相交流永磁同步直线发电机
技术领域
本发明属于直线发电领域，具体来说是一种单相交流永磁同步直线发电机。
背景技术
直线发电机就是一种可以将机械能直接转化为电能输出的机电能量转换装置，相对于传统的旋转发电机，该发电装置减少了能量转换的中间环节，具有结构简单，质量和体积小的优点，可广泛的用于直线发电系统，例如用于自由活塞发电系统，直驱式波浪发电系统，振荡发电系统等。
直线发电机按照动子的形式可分为动圈式和动磁式，线圈作为动子运动，永磁体固定不动的直线发电机称为动圈式直线发电机，永磁体作为动子运动，线圈固定不动的直线发电机称为动磁式直线发电机。目前，有关直线发电机虽然可以获得较高的功率密度，但是还是存在如下不足：
1.结构相对复杂，不利于加工制造和装配；
2.直线发电机的损耗高，特别是铁损很高，导致发电机的效率低下，有待进一步提高发电效率；
3.不容易实现对直线发电机的控制。
发明内容
针对上述所提到的直线发电机存在的结构复杂，效率低，不易控制等不足，本发明提供了一种单相交流永磁同步发电机，该发明采用单相的电枢绕组，使直线发电机的结构简单，齿槽力降低，而且由于动子和定子部分均采用硅钢片叠压，有效的提高了直线发电机的效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种单相交流永磁同步直线发电机，包括直线发电机定子组件和动子组件，所述的定子组件包括定子铁芯、电枢绕组、左端盖、右端盖和发电机外壳，定子铁芯的左右两端分别安装在左端盖和右端盖上，定子铁芯的外圆面安装在发电机外壳的内圆面上，所述的定子铁芯的内圆周上设置有多个绕组槽，每一个绕组槽中均放置有一组电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反，所有电枢绕组之间串联形成单相的直线发电机绕组，所述的动子组件包括动子轴、动子铁芯和永磁体，所述的动子轴为空心轴，动子轴穿过所述左端盖的轴向通孔，其左端支撑在左端盖的轴向通孔内，动子轴右端套装有动子铁芯和永磁体，且永磁体和动子铁芯间隔排列，每一个永磁体均位于相邻两个动子铁芯之间，相邻的永磁体充磁方向相反。
进一步地，所述的定子铁芯由多片硅钢片沿圆周方向叠压而成。
进一步地，所述的动子组件还包括设置在动子轴内的动子位置检测装置。
进一步地，所述的动子铁芯为“C”形的硅钢片沿轴向方向叠压而成。
进一步地，所述的发电机外壳形状为圆筒形或四边形或六边形或八边形。
进一步地，所述的发电机外壳的材料为不锈钢或塑料。
进一步地，所述的定子组件和动子组件之间形成扫气室，在右端盖上设置有散热口(6)，扫气室通过散热口和外界连通。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)该直线发电机结构简单紧凑，并且制造和装配简单；(2)动子和定子的铁芯均采用硅钢片叠压，有效的提高了发电机的发电效率；(3)直线发电机上设置有散热口，通过散热口进行发电机内外的热量交换，无需水冷，有效解决了发电机发热问题；(4)直线发电机为更容易控制的单相的直线发电机。
附图说明
图1为本发明单相交流永磁同步直线发电机的结构示意图。
图2为本发明的动子铁芯“C”形的硅钢片的示意图。
图3为本发明单相交流永磁同步直线发电机的立体部分剖视结构示意图。
图4为本发明应用于自由活塞发电系统示意图。
图5为动子组件向右运动时扫气室气体的流向示意图。
图中：1.动子轴；2.左端盖；3.发电机外壳；4.定子铁芯；5.右端盖；6.散热口；7.动子铁芯；8.永磁体；9.电枢绕组；10.扫气室；11.位置检测装置；12.内燃机缸体；13内燃机进气口；14内燃机活塞；15.内燃机排气口。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种单相交流永磁同步直线发电机，包括直线发电机定子组件和动子组件；所述的定子组件包括定子铁芯4，电枢绕组9，左端盖2，右端盖5，发电机外壳3；所述的定子铁芯4由硅钢片沿圆周方向叠压而成，即由多片硅钢片沿圆周方向叠压而成，每片硅钢片的形状均为图中所示的截面形状，定子铁芯4的左右两端分别安装在左端盖2和右端盖5上，定子铁芯4的外圆面安装在发电机外壳3的内圆面上；所述的定子铁芯4的内圆周上设置有绕组槽，每一个绕组槽中均放置有一组电枢绕组9，相邻的电枢绕组绕向相反，所有电枢绕组之间串联，形成单相的直线发电机绕组；所述的动子组件包括动子轴1，动子铁芯7，永磁体8，动子位置检测装置11；所述的动子轴1为空心轴，动子轴左端支撑在左端盖上，右端套装有动子铁芯7和永磁体8，且永磁体和动子铁芯间隔排列，每一个永磁体均位于相邻两个动子铁芯之间，永磁为轴向充磁，相邻的永磁体充磁方向相反。
如图2所示，所述的动子铁芯7为“C”形的硅钢片沿轴向方向叠压而成，轴向硅钢片叠压增大了电流沿轴向方向流动阻力，可以降低轴向的涡流损耗，而沿周向留有缺口不是封闭的圆周，缺口处增大了电流沿圆周方向流动阻力，可以降低圆周方向的涡流损耗。
进一步地，，所述的发电机外壳3形状可以是圆筒形，也可以是四边形，六边形，八边形等。
进一步地，所述的发电机外壳3所使用的材料为电阻率较大的材料，可以是不锈钢，也可以是塑料等。
进一步地，所述的动子轴1的内部安装有高度集成的动子位置检测装置11。
进一步地，所述的定子组件和动子组件之间形成扫气室，在右端盖上设置有散热口6，扫气室通过散热口和外界连接，起到散热冷却的作用。
下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案和工作过程：
如图3所示，为本发明在该实例中单相交流永磁同步直线发电机的立体结构示意图，包括直线发电机定子组件和动子组件；所述的定子组件包括定子铁芯4，电枢绕组9，左端盖2，右端盖5，发电机外壳3；所述的定子铁芯4由硅钢片沿圆周方向叠压而成，定子铁芯4的左右两端分别安装在左端盖2和右端盖5上，定子铁芯4的外圆面安装在发电机外壳3的内圆面上；所述的定子铁芯4的内圆周上设置有绕组槽，每一个绕组槽中均放置有一组电枢绕组9，相邻的电枢绕组绕向相反，所有电枢绕组之间串联，形成单相的直线发电机绕组；所述的动子组件包括动子轴1，动子铁芯7，永磁体8；所述的动子轴1为空心轴，动子轴左端支撑在左端盖上，右端套装有动子铁芯7和永磁体8，且永磁体和动子铁芯间隔排列，每一个永磁体均位于相邻两个动子铁芯之间，永磁为轴向充磁，相邻的永磁体充磁方向相反。所述的动子铁芯7为“C”形的硅钢片沿轴向方向叠压而成，轴向硅钢片叠压可以降低轴向的涡流损耗，而沿周向留有缺口不是封闭的圆周，呈“C”形可以有效的降低圆周方向的涡流损耗。在该实例中，所述的发电机外壳3形状是圆筒形，材料为不锈钢，在右端盖上设置有散热口6，定子组件和动子组件之间的高温气体通过散热口和外界连接，起到散热冷却的作用。
该直线发电机的具体工作如下：
当直线发电机的动子轴和外界的动力源相连接，例如图4所示中，动子轴和的内燃机的活塞相连，在外动力的带动下如图4中内燃机中可燃气体燃烧产生的推力，动子轴带动发动机的动子组件运动，导致永磁体产生的磁场在空间内发生变化，会在电枢绕组中产生感应电动势，绕组外接负载形成回路之后，会在绕组中产生感应电流，直线发电机对外输出电能，动子组件的机械能转化为电能输出，在工作时，位置检测单位会检测动子的位置，防止发生碰撞损坏。如图5所示，动子组件向右运动时，外界的冷空气通过散热口进入扫气室，冷空气流动时经过电枢绕组和动子组件，从而对其进行冷却；当动子组件向左运动时，扫气室的气体被挤压沿着冷空气流入的路径从散热口排出，因此，当直线发电机往复运动工作时，冷空气的不断吸入和扫气室高温气体的不断排出，从而实现了对直线发电就的冷却。需要说明的是，该直线发电机不局限用于与自由活塞发电，也可用于振荡发电等其他的直线发电系统。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，包括直线发电机定子组件和动子组件，所述的定子组件包括定子铁芯(4)、电枢绕组(9)、左端盖(2)、右端盖(5)和发电机外壳(3)，定子铁芯(4)的左右两端分别安装在左端盖(2)和右端盖(5)上，定子铁芯(4)的外圆面安装在发电机外壳(3)的内圆面上，所述的定子铁芯(4)的内圆周上设置有多个绕组槽，每一个绕组槽中均放置有一组电枢绕组(9)，相邻的电枢绕组(9)绕向相反，所有电枢绕组(9)之间串联形成单相的直线发电机绕组，所述的动子组件包括动子轴(1)、动子铁芯(7)和永磁体(8)，所述的动子轴(1)为空心轴，动子轴(1)穿过所述左端盖(2)的轴向通孔，其左端支撑在左端盖(2)的轴向通孔内，动子轴(1)右端套装有动子铁芯(7)和永磁体(8)，且永磁体(8)和动子铁芯(7)间隔排列，每一个永磁体(8)均位于相邻两个动子铁芯(7)之间，相邻的永磁体(8)充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述的单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，所述的定子铁芯(4)由多片硅钢片沿圆周方向叠压而成。
3.根据权利要求1所述的单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，所述的动子组件还包括设置在动子轴(1)内的动子位置检测装置(11)。
4.根据权利要求1所述的单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，所述的动子铁芯(7)为“C”形的硅钢片沿轴向方向叠压而成。
5.根据权利要求1所述的单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，所述的发电机外壳(3)形状为圆筒形或四边形或六边形或八边形。
6.根据权利要求1所述的单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，所述的发电机外壳(3)的材料为不锈钢或塑料。
7.根据权利要求1-6任一项所述的单相交流永磁同步直线发电机，其特征在于，所述的定子组件和动子组件之间形成扫气室，在右端盖(5)上设置有散热口(6)，扫气室通过散热口(6)和外界连通。
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