CN110061606B - 一种高功率密度磁压缩发电机构及包括其的发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率密度磁压缩发电机构，包括定子部分和动子部分，定子部分包括第一定子铁芯，和多个与第一定子铁芯独立且垂直设置的第二定子铁芯，多个第二定子铁芯分散式平行布置，每个第二定子铁芯端部与第一定子铁芯之间均设置无骨线圈，多个第二定子铁芯之间的间隙分别与多个无骨线圈之间的间隙相连通形成多个直线运动空间；动子部分包括多个并列平行的条状永磁体和与其均连接的动子，多个永磁体分别插入直线运动空间中，在动子带动下进行高频往复平移运动，使无骨线圈短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势。还公开一种包括该发电机构的发电机。本发明通过高频平移运动使线圈短时间内磁通量剧烈变化，实现高功率密度发电。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别是涉及一种高功率密度磁压缩发电机构及包括其的发电机。
背景技术
发电机构的发电原理主要是利用电磁感应现象，通过改变线圈中的磁通量而于该线圈中产生感应电动势，而产生的感应电动势的大小则与该线圈的匝数以及穿过该线圈的磁通量的变化率成正比。因此，为获得较高的感应电动势，对于发电装置本身的参数设计而言，应当具有较强的磁场环境以及较多的线圈匝数。
目前采用永磁体提供磁场环境的发电机构中，发电线圈以及永磁体应当具备较大的发电结构体积占比。而为该线圈与该永磁体之间的相对运动所预留的空间同样将占据发电装置较大的体积。这使得发电机构的发电效率与其体积的比值受到了较大的限制，造成了传统发电单元功率密度不足、集成度较低的问题。
针对现有发电机构中存在的问题，如何能创设一种新的高功率密度磁压缩发电机构及包括其的发电机，使其提高换能空间利用率，有效减少发电机构体积和提升发电功率密度，形成满足“高紧凑动力”的发电机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高功率密度磁压缩发电机构，使其提高换能空间利用率，有效减少发电机构体积和提升发电功率密度，从而克服现有的发电机构的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高功率密度磁压缩发电机构，包括定子部分和动子部分，所述定子部分包括第一定子铁芯，和多个与所述第一定子铁芯独立设置且垂直于所述第一定子铁芯的第二定子铁芯，多个所述第二定子铁芯分散式平行布置，所述每个第二定子铁芯端部与第一定子铁芯之间均设置一组无骨线圈，多个所述第二定子铁芯之间的间隙分别与多个所述无骨线圈之间的间隙相连通形成多个平行的直线运动空间；
所述动子部分包括多个并列式平行排布的条状永磁体，和与所述条状永磁体均连接的动子，多个所述条状永磁体分别插入所述直线运动空间中，在所述动子的带动下，沿所述直线运行空间进行高频往复平移运动，使得所述无骨线圈短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势。
进一步改进，多个所述条状永磁体中相邻永磁体的N-S磁极相反设置。
进一步改进，每个所述条状永磁体的两端均连接小体积磁轭。
进一步改进，所述磁轭的径向尺寸与所述条状永磁体的径向尺寸相同。
进一步改进，所述无骨线圈与外部不动件固定连接，且所述无骨线圈的两端分别与相应的所述第一定子铁芯和第二定子铁芯紧密贴合。
进一步改进，每个所述无骨线圈的匝数为800匝。
进一步改进，所述动子部分包括10个联动的条状永磁体，所述定子部分具有10个与其对应的直线运动空间。
进一步改进，所述第一定子铁芯和第二定子铁芯均采用强导磁材料制成。
进一步改进，多个所述第二定子铁芯之间的间隙相等，且多个所述无骨线圈之间的间隙尺寸与所述第二定子铁芯之间的间隙尺寸相同。
本发明还提供一种发电机，采用如上述的高功率密度磁压缩发电机构。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1.本发明充分利用了第二定子铁芯与无骨线圈创造的平移运动空间，保证齿状永磁体的运动区域近似等同于发电装置的自由空间区域，极大的提高了空间利用率，使其在有限换能空间中最大化的提高发电效率。
2.还通过在条状永磁体两端添加小体积磁轭，进一步完善磁路，减少了不必要的电磁损耗，同时轭部尺寸的小体积设计使得等效阻抗几乎降到最低，实现了磁拉力与磁通变化率的最大化，有效提升了固定体积下的发电功率。
3.还由于无骨线圈的高密度缠绕结构，使得在有限空间内的线圈匝数得到了有效提升，则本发明发电机构通过同时提升线圈匝数和穿过线圈磁通量的变化率，大大提高了感应电动势，实现了磁压缩发电机构的高功率密度发电。
4.本发明发电机动子往复行程短、频率高，具有结构紧凑，发电功率密度高的特点。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明高功率密度磁压缩发电机构的结构示意图。
图2是本发明高功率密度磁压缩发电机构的结构局部放大图。
图3是本发明高功率密度磁压缩发电机构中动子永磁体处于拔出状态时的磁路和磁通示意图。
图4是本发明高功率密度磁压缩发电机构中动子永磁体处于插入状态时的磁路和磁通示意图。
其中，1为第一定子铁芯，2为第二定子铁芯，3为无骨线圈，4为直线运动空间，5为条状永磁体，6为磁轭。
具体实施方式
参照如图1和2所示，本实施例高功率密度磁压缩发电机构包括：可相对运动的定子部分和动子部分。
该定子部分包括一个条状的第一定子铁芯1，和多个与该第一定子铁芯1独立设置且垂直于该第一定子铁芯1的第二定子铁芯2，多个该第二定子铁芯2分散式平行布置，即相邻两个第二定子铁芯2之间具有间隙。并且，在该每个第二定子铁芯2端部与第一定子铁芯1之间均设置一组无骨线圈3，多个该第二定子铁芯2之间的间隙分别与多个该无骨线圈3之间的间隙相通，形成多个平行的直线运动空间4。
具体的，该第一定子铁芯1、第二定子铁芯2和无骨线圈3均分别与外部的不动件固定连接，固定不动，形成定子部分。且该无骨线圈3的两端分别与相应的该第一定子铁芯1和第二定子铁芯2紧密贴合。该第一定子铁芯1和第二定子铁芯2均采用强导磁材料制成，虽然独立设置，但能协同发挥构建磁通回路的作用。
该动子部分包括多个并列式平行排布的条状永磁体5，和与该条状永磁体5均连接的动子(图中未示出)。该多个条状永磁体5分别插入该直线运动空间4中，为该无骨线圈3和定子铁芯提供磁场环境。该多个条状永磁体5的径向尺寸略小于上述直线运动空间4的径向尺寸，使该多个条状永磁体5在该动子的带动下，沿该直线运行空间4进行无摩擦的高频往复平移运动，使得该无骨线圈3短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势，输出电能。
本实施例中该动子部分包括10个联动的条状永磁体5，该定子部分具有10个与其对应的直线运动空间4。每个无骨线圈3的匝数为800匝，属于高密度缠绕结构，为进一步提升发电效果提供可能。且该第二定子铁芯2之间的间隙均相等，该无骨线圈3之间的间隙尺寸与该第二定子铁芯2之间的间隙尺寸也相同，即多个永磁体5均匀平行有序的布置，通过与同一动子的连接，形成齿状的整体动子部分，与外部活塞机构或其它往复运动的原动机连接。
并且，该10个条状永磁体5中相邻永磁体的N-S磁极相反设置，形成多组循环磁路，如附图3和4所示。
较优实施例为，每个该条状永磁体5的两端均连接小体积磁轭6，起到完善磁路的作用。该磁轭6的尺寸设计尽量小型化，以保证等效阻抗降到最低，该磁轭6的径向尺寸与单一永磁体5径向尺寸一致，以使磁轭和永磁体作为整体在直线运动空间中作短行程高频率往复平移运动。
参照附图3和4所示，上述高功率密度磁压缩发电机构的发电原理为：动子带动多个永磁体5快速插入直线运动空间4的过程中，无骨线圈3内部的磁场强度会在极短的时间内明显提升，进而无骨线圈3能够响应于磁场的变化而使其内部磁通量发生剧烈改变，从而产生大量的电能；而当动子带动多个永磁体5快速拔出直线运动空间4的过程中，无骨线圈3内部的磁场强度会在极短的时间内明显下降，同样会引发无骨线圈3内部磁通量的急剧改变，产生与插入直线运动空间4时感应电动势大小相同方向相反的电能。
将上述高功率密度磁压缩发电机构应用于发电机时，由于直线运动空间的最小化设置，以及高密度的无骨线圈缠绕方式，能大大提高整体空间的充分利用率，在提高发电功率密度方面起到很好的正增益作用，实现大大提升发电效果，形成有效减少发电单元体积和提升发电功率密度，满足“高紧凑动力”发电机的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，包括定子部分和动子部分，所述定子部分包括第一定子铁芯，和多个与所述第一定子铁芯独立设置且垂直于所述第一定子铁芯的第二定子铁芯，多个所述第二定子铁芯分散式平行布置，每个所述第二定子铁芯端部与第一定子铁芯之间均设置一组无骨线圈，多个所述第二定子铁芯之间的间隙分别与多个所述无骨线圈之间的间隙相连通形成多个平行的直线运动空间；
所述动子部分包括多个并列式平行排布的条状永磁体，和与多个所述条状永磁体均连接的动子，多个所述条状永磁体分别插入所述直线运动空间中，在所述动子的带动下，沿所述直线运行空间进行高频往复平移运动，使得所述无骨线圈短时间内磁通量发生剧烈变化，感应出高额电动势。
2.根据权利要求1所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，多个所述条状永磁体中相邻永磁体的N-S磁极相反设置。
3.根据权利要求2所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，每个所述条状永磁体的两端均连接小体积磁轭。
4.根据权利要求3所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，所述磁轭的径向尺寸与所述条状永磁体的径向尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，所述无骨线圈与外部不动件固定连接，且所述无骨线圈的两端分别与相应的所述第一定子铁芯和第二定子铁芯紧密贴合。
6.根据权利要求5所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，每个所述无骨线圈的匝数为800匝。
7.根据权利要求1至6任一项所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，所述动子部分包括10个联动的条状永磁体，所述定子部分具有10个与其对应的直线运动空间。
8.根据权利要求1所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，所述第一定子铁芯和第二定子铁芯均采用强导磁材料制成。
9.根据权利要求1所述的高功率密度磁压缩发电机构，其特征在于，多个所述第二定子铁芯之间的间隙相等，且多个所述无骨线圈之间的间隙尺寸与所述第二定子铁芯之间的间隙尺寸相同。
10.一种发电机，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的高功率密度磁压缩发电机构。
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