CN113141097A - 一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，发电机包括外定子，所述外定子的内部中空，外定子内套装有内定子，内定子与外定子之间形成复合磁场，内定子与外定子之间设有阵列分布的动子，动子沿直线往复运动切割内定子与外定子之间的磁感线，动子包括阵列分布的磁性片和阵列分布的抗磁性片组成，磁性片与抗磁性片间隔排列，每条动子的错位排布不同。本发明发电机通过设置磁性片和抗磁性片间隔分布的动子，实现磁场调制效应，在低速下提高磁场调制直线电机电枢绕组的磁场变换速度，提高电机输出端电压，通过动子沿直线运动，使得外定子和内定子之间的磁性片和抗磁性片的间隔变化，形成正弦磁链，得到三相正弦反电动势。

Description

一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机
技术领域
本发明涉及一种发电机，具体是一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机。
背景技术
近年来，直线发电机被广泛应用于直驱式波浪发电系统，从而减少中间传动机构，提高了系统效率。为了取得较高的功率密度，直驱式波浪发电系统常采用变磁阻永磁直线发电机，如游标混合永磁直线发电机、磁通反向永磁直线发电机和横向磁通永磁直线发电机。由于直驱式波浪发电是一种典型的低速变频应用场合，上述直线发电机采用多极设计时都会遇到功率密度低、效率低等问题。
与磁齿轮电机类似，磁场调制横向磁通永磁直线发电机因为“磁齿轮效应”，能够取得高功率密度，比较适合用于直驱式波浪发电系统中。然而，由于直驱式波浪发电运行速度随波浪实时变化，纯永磁励磁发电机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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，通过设置磁性片和抗磁性片间隔分布的动子，实现磁场调制效应，在低速下提高磁场调制直线电机电枢绕组的磁场变换速度，提高电机输出端电压，通过动子沿直线运动，使得外定子和内定子之间的磁性片和抗磁性片的间隔变化，形成正弦磁链，得到三相正弦反电动势，通过励磁绕组进行磁场调制，得到可控调制磁场。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，发电机包括外定子，所述外定子的内部中空，外定子内套装有内定子，内定子与外定子之间形成复合磁场，内定子与外定子之间设有阵列分布的动子，动子沿直线往复运动切割内定子与外定子之间的磁感线。
所述动子包括阵列分布的磁性片和阵列分布的抗磁性片组成，磁性片与抗磁性片间隔排列，每条动子的错位排布不同。
进一步的，每条所述动子的各磁性片的长度加上各抗磁性片的长度等于12/11外定子的长度。
进一步的，所述外定子包括外定子铁芯，外定子铁芯是由阵列分布的外定子铁芯环沿轴向叠片叠压形成，外定子铁芯环的内壁设有阵列分布的第一槽齿，叠片叠压的过程中环与环之间的第一槽齿上下对应，相邻的两列第一槽齿之间形成外定子槽。
所述外定子还包括电枢绕组和阵列分布的槽口永磁，电枢绕组套装在第一槽齿上，槽口永磁位于外定子槽的槽口内；
进一步的，所述电枢绕组包括对称分布的A相电枢绕组、对称分布的B相电枢绕组和对称分布的C相电枢绕组，A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组交错分布，邻近两相电枢绕组安置在同一外定子槽内。
进一步的，所述内定子包括内定子铁芯，内定子铁芯是由阵列分布的内定子铁芯环沿轴向叠片叠压形成，铁芯环的外壁设有阵列分布的第二槽齿，第二槽齿之间形成内定子槽，内定子铁芯的叠压厚度与外定子铁芯的叠压厚度相同。
所述内定子还包括阵列分布的内定子永磁和阵列分布的直流励磁绕组，内定子永磁间隔固定在第二槽齿上，内定子永磁极性均为N极，直流励磁绕组间隔套装在第二槽齿上，内定子永磁与直流励磁绕组交错分布。
进一步的，所述外定子和内定子均为圆筒形，动子为条形弧状。
本发明的有益效果：
1、本发明发电机通过设置磁性片和抗磁性片间隔分布的动子，实现磁场调制效应，在低速下提高磁场调制直线电机电枢绕组的磁场变换速度，提高电机输出端电压；
2、本发明发电机通过动子沿直线运动，使得外定子和内定子之间的磁性片和抗磁性片的间隔变化，形成正弦磁链，并得到三相正弦反电动势，通过励磁绕组进行磁场调制，得到可控调制磁场。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明发电机俯视图；
图2是本发明发电机结构示意图；
图3是本发明动子结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，发电机包括外定子1，外定子1的内部中空，外定子1内套装有内定子2，内定子2与外定子1之间形成复合磁场，内定子2与外定子1之间设有阵列分布的动子3，动子3沿直线往复运动切割内定子2与外定子1之间的磁感线，外定子1和内定子2均为圆筒形，动子3为条形弧状。
动子3包括阵列分布的磁性片31和阵列分布的抗磁性片32，磁性片31与抗磁性片32间隔排列，每条动子3的错位排布不同。
每条动子3的各磁性片31的长度加上各抗磁性片32的长度等于12/11外定子1的长度。
外定子1包括外定子铁芯，外定子铁芯是由阵列分布的外定子铁芯环11沿轴向叠片叠压形成，外定子铁芯环11的内壁设有阵列分布的第一槽齿12，叠片叠压的过程中环与环之间的第一槽齿12上下对应，相邻的两列第一槽齿12之间形成外定子槽13。
外定子1还包括电枢绕组15和阵列分布的槽口永磁14，电枢绕组15套装在第一槽齿12上，槽口永磁14位于外定子槽13的槽口内。
电枢绕组15包括对称分布的A相电枢绕组、对称分布的B相电枢绕组和对称分布的C相电枢绕组，A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组交错分布，邻近两相电枢绕组安置在同一外定子槽内13。
内定子2包括内定子铁芯，内定子铁芯是由阵列分布的内定子铁芯环21沿轴向叠片叠压形成，铁芯环21的外壁设有阵列分布的第二槽齿22，第二槽齿22之间形成内定子槽23，内定子铁芯的叠压厚度与外定子铁芯的叠压厚度相同。
内定子2还包括阵列分布的内定子永磁25和阵列分布的直流励磁绕组24，内定子永磁25间隔固定在第二槽齿22上，内定子永磁25极性均为N极，直流励磁绕组24间隔套装在第二槽齿22上，内定子永磁25与直流励磁绕组24交错分布。
使用时，通过设置磁性片31和抗磁性片32间隔分布的动子3，实现磁场调制效应，在低速下提高磁场调制直线电机电枢绕组的磁场变换速度，提高电机输出端电压。
通过动子沿直线运动，使得外定子1和内定子2之间的磁性片31和抗磁性片32的间隔变化，形成正弦磁链，得到三相正弦反电动势，通过励磁绕组进行磁场调制，得到可控调制磁场。
通过设置外定子1为沿轴向叠片结构，使得该发电机加工简单，且可以有效地阻断涡流，减少涡流损耗。
通过直流励磁绕组24、内定子永磁25、槽口永磁14调制形成复合磁场，通过控制内定子励磁绕组电流，控制气隙磁场，从而调节输出电压和功率，进一步改善该发电机的电枢反应，增加发电机磁场的可控性。
动子3仅由磁性片31和抗磁性片32间隔排列组成，显著减少永磁用量，提高永磁利用率，相比由永磁组成的动子更易于加工。
该发电机可适应低速直驱长行程的应用场合，例如直驱式波浪发电，有效阻断涡流，减少永磁用量，简化电机加工，提高电能稳定性、增大发电系统的工作范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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。

Claims (6)

1.一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，发电机包括外定子(1)，其特征在于，所述外定子(1)的内部中空，外定子(1)内套装有内定子(2)，内定子(2)与外定子(1)之间形成复合磁场，内定子(2)与外定子(1)之间设有阵列分布的动子(3)，动子(3)沿直线往复运动切割内定子与外定子之间的磁感线；
所述动子(3)包括阵列分布的磁性片(31)和阵列分布的抗磁性片(32)组成，磁性片(31)与抗磁性片(32)间隔排列，每条动子(3)的错位排布不同。
2.根据权利要求1所述的一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，其特征在于，每条所述动子(3)的各磁性片(31)的长度加上各抗磁性片(32)的长度等于12/11外定子(1)的长度。
3.根据权利要求1所述的一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，其特征在于，所述外定子(1)包括外定子铁芯，外定子铁芯是由阵列分布的外定子铁芯环(11)沿轴向叠片叠压形成，外定子铁芯环(1)的内壁设有阵列分布的第一槽齿(12)，叠片叠压的过程中环与环之间的第一槽齿(12)上下对应，相邻的两列第一槽齿(12)之间形成外定子槽(13)；
所述外定子(1)还包括电枢绕组(15)和阵列分布的槽口永磁(14)，电枢绕组(15)套装在第一槽齿(12)上，槽口永磁(14)位于外定子槽(13)的槽口内。
4.根据权利要求3所述的一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，其特征在于，所述电枢绕组(15)包括对称分布的A相电枢绕组、对称分布的B相电枢绕组和对称分布的C相电枢绕组，A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组交错分布，邻近两相电枢绕组安置在同一外定子槽(13)内。
5.根据权利要求3所述的一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，其特征在于，所述内定子(2)包括内定子铁芯，内定子铁芯是由阵列分布的内定子铁芯环(21)沿轴向叠片叠压形成，铁芯环(21)的外壁设有阵列分布的第二槽齿(22)，第二槽齿(22)之间形成内定子槽(23)，内定子铁芯的叠压厚度与外定子铁芯的叠压厚度相同；
所述内定子(2)还包括阵列分布的内定子永磁(25)和阵列分布的直流励磁绕组(24)，内定子永磁(25)间隔固定在第二槽齿(22)上，内定子永磁(25)极性均为N极，直流励磁绕组(24)间隔套装在第二槽齿(22)上，内定子永磁(25)与直流励磁绕组(24)交错分布。
6.根据权利要求1所述的一种磁场调制混合励磁横向磁通直线发电机，其特征在于，所述外定子(1)和内定子(2)均为圆筒形，动子(3)为条形弧状。
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