一種低速筒形雙動子永磁直線發電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種直線發電機，特別涉及一種低速筒形雙動子永磁直線發電 機。
【背景技術】
[0002] 目前已經有多種新型結構的直線電機應用于波浪發電裝置中，首先這些直線電機 需要與直驅波浪發電裝置相配合設計，且體積較大，功率密度低，輸出電能中存在的高次諧 波含量較高。其次，永磁直線電機的初級鐵心與次級永磁體之間存在較大的磁阻力，影響電 機運動的平穩性。最后，我國海域的波浪能量密度低、波速較低且不規則，對波浪發電用直 線電機的低速特性要求較高。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有直驅式波浪發電用永磁直線電機在 低速運行時電機內磁阻力較大，電機內氣隙磁通密度低，輸出電能效率低，電能質量不高的 問題。
[0004] 本實用新型的設計思想是，采用內動子永磁體環組件上的永磁環與外動子永磁體 環組件上相對應的永磁環徑向充磁方向相同，軸向充磁方向相反的結構；該結構特點可以 有效提高電機氣隙徑向磁通密度，同時降低電機氣隙軸向磁通密度，即可以有效提高輸出 電能質量及發電效率，同時降低電機軸向吸力。
[0005] 為解決上述技術問題，本實用新型采取的技術方案是：
[0006] -種低速筒形雙動子永磁直線發電機，包括定子結構、內動子結構和外動子結構； 定子結構位于外動子結構內，內動子結構位于定子結構內；外動子結構與定子結構之間留 有外氣隙，內動子結構與定子結構之間留有內氣隙；外氣隙寬度大于內氣隙寬度，且外氣隙 寬度范圍：3mm~6mm，內氣隙寬度范圍：2mm~5mm;
[0007] 定子結構包括定子繞組和用于支撐定子繞組的支撐環；
[0008] 內動子結構包括中空內動子鐵芯、內動子永磁體環組件和內動子軸；內動子永磁 體環組件采用表貼式結構貼于內動子鐵芯的外圓周表面上；內動子軸位于中空內動子鐵芯 內，且兩者之間緊密貼合；
[0009] 外動子結構包括中空外動子鐵芯、外動子永磁體環組件和中空外動子軸；中空外 動子鐵芯位于中空外動子軸內，且兩者之間緊密貼合；外動子永磁體環組件采用表貼式結 構貼于中空外動子鐵芯的中空內腔壁上；
[0010] 其中，內動子永磁體環組件和外動子永磁體環組件均包括至少兩個的徑向充磁永 磁體環和至少兩個的軸向充磁永磁體環，徑向充磁永磁體環和軸向充磁永磁體環交錯排 布；內動子永磁體環組件和外動子永磁體環組件內的永磁環均 對應設置；內動子永磁 體環組件上的永磁環與外動子永磁體環組件上相對應的永磁環徑向充磁方向相同，軸向充 磁方向相反。
[0011] 本實用新型電機中的外動子鐵芯和內動子鐵芯采用硅鋼片疊成，內動子軸和外動 子軸均采用非導磁性材料。外動子鐵芯和內動子鐵芯采用硅鋼片疊成，可達到減小渦流損 耗的優點；內動子軸和外動子軸采用非導磁性材料，可減小電機內磁阻力，簡化安裝工藝， 增強電機穩固性。
[0012] 對上述技術方案的改進，支撐環采用環氧樹脂制成。本實用新型中的定子結構采 用的無鐵芯結構，減少了電機的內動子和定子間的軸向作用力，減少了電機的外動子和定 子間的軸向作用力。同時采用環氧樹脂制成的支撐環結構用來支撐定子繞組，可以減低電 機雙動子結構與定子結構間的磁阻力。
[0013] 對上述技術方案的進一步改進，定子繞組為餅型集中繞組。本實用新型采用的餅 型集中繞組線圈，繞組利用率高，產生的電動勢幅值大。
[0014] 對上述技術方案的更進一步改進，內動子結構、外動子結構和定子結構均為筒型 結構。本實用新型中的動子結構和定子結構均采用筒型結構，目的是由于內動子結構、外動 子結構和定子結構均采用筒型結構，使得本發電機的內動子和定子間的徑向作用力相互抵 消，外動子和定子間的徑向作用力相互抵消。此外，本發電機的筒型設計結構也降低了平板 式等其他普通直線電機在運動時出現的抖動現象，增加了電機的穩固性和效率；所以，本電 機在啟動與運行時阻力小，耗能少，能量轉換率高。
[0015] 對上述技術方案的更進一步改進，本實用新型中為提高電機的氣隙磁通密度，提 高電機電能輸出效率；內動子永磁體環組件和外動子永磁體環組件均包括至少兩個的徑 向充磁永磁環和至少兩個的軸向充磁永磁環，且徑向充磁永磁環和軸向充磁永磁環交錯排 布。
[0016] 本實用新型電機的內動子結構和外動子結構作往復直線運動時，內動子和外動子 永磁體環結構產生的磁場將在定子繞組中產生磁鏈，由磁鏈的變化形成發電機的空載感應 電動勢，永磁磁鏈和感應電動勢的關系如式（1)和式（2)的表述。
[0017] e= -dit/dt= -ndC>/dt(I)
[0018] C> =JBr (z)dS=JTDJBr (z)dz(2)
[0019] 式（I)和⑵中，是氣隙磁通密度徑向值，it、?分別是繞組磁鏈和磁通，n表示繞組匝數，D為外動子外徑。
[0020] 因此，本電機采用雙動子雙側混合方向充磁永磁體環結構，提高電機氣隙磁通密 度徑向分量BJz)，在電機低速運行時提高繞組磁鏈變化量，即提高發電機在低速運行下的 輸出電壓幅值，解決電機電能輸出效率低的技術問題。
[0021 ] 由于永磁體環和鐵芯結構的存在，永磁直線電機內部產生周期變化的磁阻力，使 電機在啟動和運行時產生抖動，能耗增加。由麥克斯韋應力張量法，電機磁阻力與氣隙磁密 的變化關系如式（3)的表述：
[0023] 式（3)中，Bn為電機氣隙磁密法向分量，Bt為電機氣隙磁密切向分量。
[0024] 因此，電機采用所述雙動子雙側混合方向充磁永磁體環結構，削弱了氣隙磁通密 度軸向分量（即法向分量），增強氣隙磁通密度徑向分量（即切向分量），降低了電機磁阻 力，解決電機內部阻力大、抖動現象，在電機低速運行下提高了發電機的能量轉換效率和運 行穩固性。
[0025] 作為本實用新型的另一種改進方案，根據電機的可逆原理，本電機采用雙定子結 構，包括內定子結構和外定子結構，在內定子外側、外定子內側安裝永磁體環組件；電機動 子采用無鐵芯式結構，并采用餅式集中繞組。
[0026] 本實用新型與現有技術相比的優點：
[0027] 1、本電機采用雙動子雙側混合充磁結構，在電機低速運行時提高電機氣隙徑向磁 通密度，即提高發電機輸出電壓幅值，解決電機電能輸出效率低的技術問題。
[0028] 2、本電機雙動子結構與定子結構均采用圓筒型結構，使得電機的內動子和定子間 的徑向作用力相互抵消，外動子和定子間的徑向作用力相互抵消；該結構可降低電機內磁 阻力波動幅值，增強電機穩固性，降低電機損耗。
[0029] 3、本電機內相對的內動子永磁體環與外動子永磁體環徑向充磁方向相同，相對的 內動子永磁體環與外動子永磁體環軸向充磁方向相反。該結構特點可以有效提高電機氣隙 徑向磁通密度，同時降低電機氣隙軸向磁通密度，即可以有效提高輸出電能質量及發電效 率，同時降低電機軸向吸力。
[0030] 4、本電機磁阻力小、抖動小、磁能密度高、效率高、成本低，可用于直接驅動的波浪 能發電或者采用直線運動驅動的發電裝置中。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本實施例電機的三維結構示意圖。