CN111900852A - 一种可控横向磁场调制直线发电机 - Google Patents

一种可控横向磁场调制直线发电机 Download PDF

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陈珉烁
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Abstract

本发明公开了一种可控横向混合磁场调制发电机，应用于点吸收直驱式波浪发电，由圆筒形直线外定子，圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子组成，外定子包括三相电枢绕组和外定子铁芯。圆筒形内定子级包括励磁绕组和内定子铁芯和内定子调制磁体组成。内外定子形成相同间隔和相同齿槽数的定子环。本发明采用电励磁和永磁调制相结合的复合磁场，改变内定子励磁绕组电流大小，控制气隙磁场，从而调节输出电压和功率。动子采用多个条形弧状调制动子条，邻近条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩，形成动子直线运动沿轴圆周旋转的横向磁通，从而实现沿轴向叠片叠压定子铁芯，隔断涡流，减小损耗。

Description

一种可控横向磁场调制直线发电机
技术领域
本发明涉及一种可控横向磁场调制发电机,属于直驱式波浪发电机技术领域。
背景技术
在波浪发电装置中，采用直线电机的直驱式波浪发电装置减少了中间传动机构，具有更简单的系统结构和更高的效率，被认为是波浪能发电的主要形式。直线发电机是提高直驱式波浪发电系统性能的关键，直接决定了系统的转换效率、功率等级和发出的电能质量。应用于直驱式风力发电的磁场调制旋转发电机，将其直接转换为直驱式直线圆筒发电机，存在纵向叠片难以加工的问题，而采用沿轴向叠片，又无法阻断涡流，由于磁场调制利用谐波提高了磁场变化率，无法隔断涡流势必增大电机的损耗和发热，降低了该电机的功率密度和稳定性。由于直驱式波浪发电运行速度随波浪实时变化，单一永磁磁场调制造成在每个运动周期端部，出现输出功率低落，从而造成输出电能质量稳定性下降的问题。同时，不可控的磁场会造成电机的电枢反应去磁严重、功率因数低、电压调整率大、带载能力弱等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种可控混横向磁场调制直线发电机，采用圆筒形横向磁通结构，实现了沿轴向叠片，加工简单，并可以有效地阻断涡流。在电机中增加了电励磁绕组，利用电励磁和永磁调制相结合的复合磁场，进一步改善电机电枢反应，并增加电机磁场的可控性。本发明可适应波浪能变化较大的特点，提高电能稳定性、增大发电系统的工作范围。
为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种可控横向磁场调制发电机，包括圆筒形直线外定子、圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子；所述圆筒形外定子包括三相电枢绕组和外定子铁芯，外定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外定子环，环与环设定固定的间距为τp；所述圆筒形内定子包括励磁绕组、内定子铁芯以及内定子调制磁体，圆筒形直线内定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外内子环，环与环设定固定的间距为τp，每个环的叠压厚度与外定子叠片叠压厚度相同；所述直线圆筒形动子圆筒形动子采用多个条形弧状调制动子，每个条形调制动子采用动子永磁体和调制铁块间隔排列而成，邻近条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩。
作为本发明的一种优选，在所述的外定子上设定电枢绕组槽，三相电枢绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相电枢绕组安置在同一槽内。
作为本发明的一种优选，所述内定子上设置有励磁绕组槽，励磁绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相励磁绕组安置在不同槽内，励磁绕组纵向跨接所有内定子铁芯，每一定子铁芯环齿部间隔安放有内定子永磁体。
作为本发明的一种优选，所述的外定子铁芯设置有3层。
作为本发明的一种优选，所述的内定子铁芯设置有3层。
作为本发明的一种优选，所述的条形弧状调制动子设置有12条。
作为本发明的一种优选，每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为Pr，外定子电枢的沿圆周方向极对数为Pw以及内定子沿圆周方向磁极数Pn满足：Pr＝Pw±Pn。
有益效果：
本发明为可控混合横向磁场调制直线发电机，该电机采用磁场调制原理，电机纵向运动一定行程内，每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为Pr，外定子电枢的沿圆周方向极对数为Pw以及内定子沿圆周方向磁极数Pn满足：Pr＝Pw±Pn，实现了低速下提高磁场调制直线电机定子绕组的磁场变换速度，从而提高电机输出端电压的目标，并解决了波浪不高的低速直驱所带来的一系列问题。采用圆筒形横向磁通结构，实现了沿轴向叠片，加工简单，并可以有效地阻断涡流，大大减少了由于磁场快速变换所引起的涡流损耗。此外，定子绕组不存在边端，提高了电机效率。动子为单动子，减少了系统结构的复杂性，采用调磁块和永磁间隔排列的结构提高了电机磁场和电机带载能力，相对于全永磁动子减少了磁体个数。在电机中增加了电励磁绕组，利用电励磁和永磁调制相结合的复合磁场，进一步改善电机电枢反应，并增加电机磁场的可控性。本发明可适应波浪能变化较大的特点，提高电能稳定性、增大发电系统的工作范围。
附图说明
图1是可控混合横向磁场调制直线发电机的结构图。
图2是可控混合横向磁场调制直线发电机纵剖面。
图3是可控混合横向磁场调制直线发电机横剖面不同位置图。
图中：1.外定子上铁芯环，2.外定子中铁芯环，3.外定子下铁芯环，4.A相电枢绕组，5.B相电枢绕组，6.C相电枢绕组，7.动子调制铁块，8.动子永磁块，9.内定子铁芯环，10.内定子永磁体，11.内定子励磁绕组。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
下面结合图1-图3说明本发明实施方式。本发明实施方式包括，由直线外定子、圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子组成。直线外定子包括外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环3、A相电枢绕组4、B相电枢绕组5和C相电枢绕组6。直线外定子铁芯由外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环组成3。外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环组成3沿轴向叠片叠压，环与环设定固定的间距τp。
外定子设定电枢绕组槽，环与环之间的齿槽上下完全对齐，电枢绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相电枢绕组安置在同一槽内。如图中所示，B相电枢绕组5右端与A相电枢绕组4的左端安置于同一槽内，B相电枢绕组5左端与C相电枢绕组6的左端安置于同一槽内。电枢绕组安放于外定子上铁芯环1、外定子中铁芯环2、外定子下铁芯环3的同位置槽内。
所述圆筒形动子由12个条形弧状调制动子组成，每个条形调制动子采用动子永磁体8和动子调制铁块7间隔排列而成。同一个条形弧状调制动子，动子永磁体8的间距为动子极矩τs，邻近的条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩。
圆筒形直线内定子铁芯采用沿轴向叠片叠压。圆筒形内定子分组叠压，内定子铁芯环9，与外定子铁芯环一样，分为三个，环与环设定固定的间距为τp，每个环的叠压厚度与外定子叠片叠压厚度相同。内定子齿部间隔放置内定子永磁体10，槽内放置内定子励磁绕组11。内定子励磁绕组11采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两内定子相励磁绕组11放置在不同槽内。内定子励磁绕组11纵向跨接所有内定子铁芯。三个内定子铁芯环放置方法完全一致。
每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为Pr，外定子电枢的沿圆周方向极对数为Pw以及内定子沿圆周方向磁极数Pn满足：Pr＝Pw±Pn，已达到磁场调制效应，实现了低速下提高磁场调制直线电机定子绕组的磁场变换速度，从而提高电机输出端电压的目的。
动子沿直线往复运动时，外定子和内定子相对位置中间的动子形成永磁和铁块的间隔变化，形成同一内外定子环等效沿轴旋转的磁体变化，如图3所示，形成横向磁通，采用励磁绕组进行磁场调制，得到可控调制磁场。
上述实施例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等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可控横向磁场调制发电机，其特征在于：包括圆筒形直线外定子、圆筒形直线内定子和直线圆筒形动子；所述圆筒形外定子包括三相电枢绕组和外定子铁芯，外定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外定子环，环与环设定固定的间距为τp；所述圆筒形内定子包括励磁绕组、内定子铁芯以及内定子调制磁体，圆筒形直线内定子铁芯采用沿轴向叠片叠压，形成外内子环，环与环设定固定的间距为τp，每个环的叠压厚度与外定子叠片叠压厚度相同；所述直线圆筒形动子圆筒形动子采用多个条形弧状调制动子，每个条形调制动子采用动子永磁体和调制铁块间隔排列而成，邻近条形弧状调制动子逐步错位为1/6动子极矩。
2.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：在所述的外定子上设定电枢绕组槽，三相电枢绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相电枢绕组安置在同一槽内。
3.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述内定子上设置有励磁绕组槽，励磁绕组采用集中绕组跨接在邻近槽内，邻近两相励磁绕组安置在不同槽内，励磁绕组纵向跨接所有内定子铁芯，每一定子铁芯环齿部间隔安放有内定子永磁体。
4.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述的外定子铁芯设置有3层。
5.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述的内定子铁芯设置有3层。
6.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：所述的条形弧状调制动子设置有12条。
7.根据权利要求1所述的可控横向磁场调制发电机，其特征在于：每个内外定子环动子所对应的动子沿圆周方向等效永磁极数为Pr，外定子电枢的沿圆周方向极对数为Pw以及内定子沿圆周方向磁极数Pn满足：Pr＝Pw±Pn。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112953154A (zh) * 2021-04-26 2021-06-11 东南大学 一种用于直驱式波浪发电的定子永磁横向磁通直线发电机
CN113270986A (zh) * 2021-05-28 2021-08-17 南京金崎新能源动力研究院有限公司 一种螺旋形动子磁场调制横向磁通永磁直线发电机

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