專利名稱：一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及直線永磁同步發(fā)電機，具體是涉及一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機。
背景技術(shù)：
隨著人們對能源和環(huán)境的關(guān)注，可直接利用物體的機械振動發(fā)電的直線發(fā)電機逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機不同，直線發(fā)電機可以將生產(chǎn)、生活中的直線運動直接轉(zhuǎn)化為電能，不僅減少了能量的損失，而且擴大了應(yīng)用范圍。振動無處不在，活塞的運動、車輛的抖動，在海洋的潮汐和波浪能量的利用中，直線發(fā)電機可以直接通過次級的上下運動產(chǎn)生交變電流，簡單高效的直接性能量轉(zhuǎn)化方式促進了直線發(fā)電機的發(fā)展和應(yīng)用。目前國內(nèi)一般采用傳統(tǒng)圓筒形直線發(fā)電機多采用動磁式結(jié)構(gòu)，初級由鐵心和繞組組成，管型鐵心內(nèi)側(cè)均勻開有環(huán)槽，鐵心槽內(nèi)嵌套有電樞繞組；次級由鐵心和永磁體組成， 圓環(huán)形永磁體采用徑向或者軸向充磁方式，固定在次級鐵心外側(cè)，通過軸承與外部驅(qū)動設(shè)備相連。這使得直線發(fā)電機在運行時存在有一下幾個主要問題1、電機的齒槽效應(yīng)會產(chǎn)生定位力，影響了電機運行的穩(wěn)定性；2、鐵心的存在增加了次級的重量，降低了電機的響應(yīng)速度；3、鐵耗較高，限制了電機效率和永磁體利用率的提高。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中圓筒形直線永磁發(fā)電機運行中存在的問題，提高電機的效率和響應(yīng)速度，消除定位力對電機運行平滑度和穩(wěn)定性的影響，本實用新型的目的在于提供一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機。本實用新型解決技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括外圓柱體上設(shè)有多個圓環(huán)形永磁體并彼此間用第一組隔磁環(huán)分隔的軸和內(nèi)孔繞有與圓環(huán)形永磁體個數(shù)相同的外層繞組并彼此間用第二組隔磁環(huán)分隔的外層鐵心，所述的軸同軸安裝在所述的外層鐵心孔中；其特征在于在所述的軸中心開有中心孔，從開有中心孔的軸的一端向中心孔內(nèi)安裝內(nèi)層鐵心，內(nèi)層鐵心外圓柱體上設(shè)有與圓環(huán)形永磁體個數(shù)相同的、并用第三組隔磁環(huán)分隔的內(nèi)層繞組，內(nèi)層鐵心內(nèi)側(cè)面與開有中心孔的軸底面間安裝彈簧，內(nèi)層鐵心外側(cè)面和外層鐵心一端面安裝端蓋；外層繞組、永磁體和內(nèi)層繞組之間分別具有相同高度的環(huán)形氣隙。所述的外層繞組包括三個圓環(huán)形繞組，彼此串聯(lián)，其中兩端的繞組繞向相同，中間繞組繞向相反；所述的內(nèi)層繞組包括三個圓環(huán)形繞組，彼此串聯(lián)，其中內(nèi)層繞組兩端的繞組繞向與外層繞組兩端的繞組相同，中間繞組繞向相反；外層繞組與內(nèi)層繞組彼此串聯(lián)。所述的三個圓環(huán)形永磁體，分別為徑向充磁的稀土永磁釹鐵硼，相鄰圓環(huán)形永磁體充磁方向相反，兩個相鄰圓環(huán)形永磁體之間放置有隔磁環(huán)，磁場通過內(nèi)層鐵心和外層鐵心形成回路，在氣隙中沿軸向按正弦分布。所述的外層繞組槽距、內(nèi)層繞組槽距與永磁體極距相等。當此直線發(fā)電機的軸被往復(fù)驅(qū)動時，外層繞組和內(nèi)層繞組將同時切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當電機尺寸已定時，感應(yīng)電動勢的大小與軸的運動頻率成正比，運動頻率越高，感應(yīng)電動勢越大，當繞組外接電路閉合時，直線發(fā)電機可對外供電。為了保護電機軸和永磁體，直線發(fā)電機軸與內(nèi)層鐵心之間放有彈簧，可消除外部沖擊力，限制次級的運動行程。本實用新型具有的有益效果是1、直接將直線運動轉(zhuǎn)換為電能輸出，避免了中間轉(zhuǎn)換設(shè)備的損耗，提高了整體的發(fā)電效率；2、無齒槽結(jié)構(gòu)消除了定位力，改善了電能質(zhì)量，提高了電機運行的穩(wěn)定性；3、次級無鐵心存在，降低了次級質(zhì)量，提高了電機響應(yīng)速度；4、雙層繞組結(jié)構(gòu)提高了永磁體使用率。

附圖是本實用新型直線發(fā)電機截面圖。圖中1-1.外層鐵心，1-2.內(nèi)層鐵心，2-1.外層繞組，2-2.內(nèi)層繞組，3.永磁體， 4.端蓋，5.隔磁環(huán)，6.軸，7.彈簧，8.立柱。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如附圖所示，本實用新型包括外圓柱體上設(shè)有多個圓環(huán)形永磁體3的軸6和內(nèi)孔繞有外層繞組2-1的外層鐵心1-1。圓環(huán)形永磁體3之間用第一組隔磁環(huán)5相分隔。外層繞組2-1與圓環(huán)形永磁體3個數(shù)相同，并用第二組隔磁環(huán)5彼此分隔。所述的軸6同軸安裝在所述的外層鐵心1-1孔中。在所述的軸6中心開有中心孔，從開有中心孔的軸6的一端向中心孔內(nèi)安裝內(nèi)層鐵心1-2，內(nèi)層鐵心1-2外圓柱體上繞有內(nèi)層繞組2-2。內(nèi)層繞組2-2 與圓環(huán)形永磁體3個數(shù)相同，并用第三組隔磁環(huán)5彼此分隔。隔磁環(huán)5兩側(cè)設(shè)有凹槽，可以起到固定外層繞組2-1和內(nèi)層繞組2-2的作用。內(nèi)層鐵心1-2內(nèi)側(cè)面與開有中心孔的軸6 底面間安裝彈簧7，可以緩解外部的沖擊力，限制次級行程，在外部驅(qū)動設(shè)備頻率一定時，還可以通過諧振達到提高電機效率的效果。內(nèi)層鐵心1-2外側(cè)面和外層鐵心1-1端面安裝端蓋4，端蓋4要求具有一定的強度，從而保證外層鐵心1-1和內(nèi)層鐵心1-2之間具有良好的同軸度。軸6的一端由支柱8固定，以保證軸6與外層鐵心1-1和內(nèi)層鐵心1-2的同軸度， 使得永磁體3與外層繞組2-1和內(nèi)層繞組2-2之間保持有相同的氣隙高度。所述的外層繞組2-1和內(nèi)層繞組2-2由漆包銅線纏繞而成。外層繞組2-1包括三個圓環(huán)形繞組Al、B、A2，彼此串聯(lián)，其中兩端的繞組Al、A2繞向相同，中間繞組B繞向相反；所述的內(nèi)層繞組2-2包括三個圓環(huán)形繞組al、b、a2，彼此串聯(lián)，其中內(nèi)層繞組兩端的繞組al、a2繞向與外層繞組兩端的繞組Al、A2相同，中間繞組b繞向相反；外層繞組與內(nèi)層繞組彼此串聯(lián)。所述的三個圓環(huán)形永磁體3，分別為徑向充磁的稀土永磁釹鐵硼，相鄰圓環(huán)形永磁體充磁方向相反，兩個相鄰圓環(huán)形永磁體之間放置有隔磁環(huán)，磁場通過內(nèi)層鐵心1-1和外層鐵心1-2形成回路，沿空間按正弦分布。所述的外層繞組槽距、內(nèi)層繞組槽距與永磁體極距相等。所述的初級鐵心由普通硅鋼片或者A3鋼構(gòu)成，制造工藝與傳統(tǒng)直線電機相同。本實用新型可利用活塞或者海浪等直線動力進行發(fā)電。使用時需將所述的發(fā)電機外層鐵心1-1和支柱8固定在設(shè)備上，安裝方向由外部驅(qū)動力方向確定，以確保永磁體3能夠沿軸向往復(fù)運動。發(fā)電機運行時，軸6外接外部驅(qū)動裝置或者隨著設(shè)備的運動產(chǎn)生軸向位移，永磁體3與外層繞組2-1和內(nèi)層繞組2-2之間將發(fā)生相互運動，外層繞組2-1和內(nèi)層繞組2-2同時切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，外接負載時，可實現(xiàn)對外供電。與傳統(tǒng)的單層繞組結(jié)構(gòu)相比，本實用新型在永磁體體積相同的情況下，在保證電機靈敏度的同時，可提供更高的感應(yīng)電動勢，從而提高了永磁體的利用率。
權(quán)利要求1.一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機，包括外圓柱體上設(shè)有多個圓環(huán)形永磁體并彼此間用第一組隔磁環(huán)分隔的軸和內(nèi)孔繞有與圓環(huán)形永磁體個數(shù)相同的外層繞組并彼此間用第二組隔磁環(huán)分隔的外層鐵心，所述的軸同軸安裝在所述的外層鐵心孔中；其特征在于在所述的軸中心開有中心孔，從開有中心孔的軸(6)的一端向中心孔內(nèi)安裝內(nèi)層鐵心(1-2)，內(nèi)層鐵心(1- 外圓柱體上設(shè)有與圓環(huán)形永磁體個數(shù)相同的、并用第三組隔磁環(huán)分隔的內(nèi)層繞組，內(nèi)層鐵心(1-2)內(nèi)側(cè)面與開有中心孔的軸(6)底面間安裝彈簧(7)，內(nèi)層鐵心(1- 外側(cè)面和外層鐵心(1-1) 一端面安裝端蓋；外層繞組、永磁體和內(nèi)層繞組之間分別具有相同高度的環(huán)形氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機，其其特征在于 所述的外層繞組包括三個圓環(huán)形繞組(Al、B、A2)，彼此串聯(lián)，其中兩端的繞組(A1、A2)繞向相同，中間繞組⑶繞向相反；所述的內(nèi)層繞組包括三個圓環(huán)形繞組(al、b、a2)，彼此串聯(lián)，其中內(nèi)層繞組兩端的繞組(al、a2)繞向與外層繞組兩端的繞組(A1、A2)相同，中間繞組 (b)繞向相反；外層繞組與內(nèi)層繞組彼此串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機，其其特征在于 所述的三個圓環(huán)形永磁體，分別為徑向充磁的稀土永磁釹鐵硼，相鄰圓環(huán)形永磁體充磁方向相反，兩個相鄰圓環(huán)形永磁體之間放置有隔磁環(huán)，磁場通過內(nèi)層鐵心(1-1)和外層鐵心 (1-2)形成回路，在氣隙中沿軸向按正弦分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機，其其特征在于 所述的外層繞組槽距、內(nèi)層繞組槽距與永磁體極距相等。
專利摘要本實用新型公開了一種圓筒形雙層繞組直線永磁同步發(fā)電機。包括外圓柱體上設(shè)有多個圓環(huán)形永磁體并用第一組隔磁環(huán)彼此分隔的軸和內(nèi)孔繞有與圓環(huán)形永磁體個數(shù)相同的多個外層繞組并用第二組隔磁環(huán)彼此分隔的外層鐵心。在軸中心開有中心孔，中心孔內(nèi)安裝，其外圓柱體上設(shè)有用第三組隔磁環(huán)分隔的內(nèi)層繞組，內(nèi)層鐵心內(nèi)側(cè)面與開有中心孔的軸底面間安裝彈簧，內(nèi)層鐵心和外層鐵心端面安裝端蓋；外層繞組、永磁體和內(nèi)層繞組之間分別具有相同高度的環(huán)形氣隙。本實用新型采用無齒槽動磁式雙定子結(jié)構(gòu)，在消除定位力的同時，具有響應(yīng)迅速，永磁利用率高等特點。無需中間轉(zhuǎn)換裝置，將直線運動轉(zhuǎn)化為電量輸出，可用于活塞和海浪發(fā)電等場合，節(jié)能環(huán)保。
文檔編號H02K35/02GK202004620SQ20112007164
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者丁浩, 郭亮 申請人:浙江理工大學(xué)