本发明涉及直驱式波浪发电技术领域，尤其涉及一种圆筒直线电机。
背景技术：
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。在现有技术中，直线电机的绕组以及永磁体通常分别设置在直线电机的初级或者次级上，并不是同时放在电机一侧；在直线电机运动过程中，次级会带动永磁体以及绕组进行往复运动，次级通常由导磁材料制成，在频繁往复运动状态下，次级会产生大量的热量，导致永磁体因温度过高而发生永磁体失磁现象的发生。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种圆筒直线电机。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种圆筒直线电机，该圆筒直线电机包括：初级结构、次级结构、多组第十凸极结构、多个永磁体以及多个绕组，所述初级结构以及所述次级结构均为圆筒状，所述初级结构环套在所述次级结构的外侧，所述次级结构与所述初级结构同轴设置；所述第十凸极结构的一端安装在所述初级结构的内壁上，多个所述永磁体以及所述绕组均安装在多个所述第十凸极结构上；所述永磁体每若干个为一组安装在所述第十凸极结构的另一端，所述绕组盘绕在所述第十凸极结构的侧壁上，所述绕组的中部套设有所述第十凸极结构位于所述永磁体与所述初级结构之间的部分。
本发明的有益效果是：通过将直线电机的绕组以及永磁体设置在保持静止的初级结构上，防止因次级运动造成温度过高而导致永磁体失磁现象的出现。永磁体和绕组都放在初级结构静止的一侧使得次级结构结构简单，成本降低，另外，次级结构放在海水里，不会对永磁体绕组产生腐蚀，维护方便，可靠性高。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述初级结构包括：多个单相初级部件，多个所述单相初级部件之间通过不导磁材料在轴向方向上连接；所述单相初级部件为空心圆环状，所述单相初级部件的内环壁上设置有多组所述第十凸极结构，多组所述第十凸极结构在所述单相初级部件内壁沿圆周方向上等间距设置。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个单相初级部件拼接形成初级结构，一方面，增大初级结构对次级结构产生的排出力，提高直线电机的动力性能；使得直线电机可以根据实际需要调整次级结构的长度，从而扩大或者缩小直线电机的行程；另一方面，每相电机之间解耦，定位力可以通过多相电机的原因抵消，便于初级结构的维护以及组装。
进一步地，多个所述永磁体均沿径向充磁。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过将直线电机的磁场设置为径向磁场，使得磁力线方向和运动方向垂直，电负荷和磁负荷解耦，轴向方向可以做m个单元构成多相电机，降低了径向磁通直线电机边端力。永磁体放在初级结构上，且永磁体径向充磁，提高了直线电机的推力密度，降低了次级结构的质量。
进一步地，多个所述永磁体为相同永磁体。
采用上述进一步方案的有益效果是：永磁体均选用相同的永磁体，使得各个永磁体产生的磁场力相同，从而均匀地对次级结构进行推动，提高直线电机的运动平稳性，提高直线电机的可靠性。
进一步地，所述第十凸极结构通过基座与所述初级结构的内壁相连接，所述基座由多个第七叠片在轴向方向上相互叠加而成；所述第十凸极结构由多个第十三叠片在轴向方向上相互叠加而成；多个所述第七叠片以及多个所述第十三叠片均为硅钢片。
采用上述进一步方案的有益效果是：使得初级叠片结构制造加工简单，便于初级结构的安装，提高直线电机的生产效率。
进一步地，所述第十凸极结构远离所述次级结构的一端为一体式结构。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过将次级结构的一端设置为一体式结构，使得永磁体不直接贯穿凸极结构，电机工作容错性强，运行可靠性高，力密度高。
进一步地，所述次级结构包括：第十一凸极结构，所述第十一凸极结构由多个第十叠片、多个第十一叠片以及多个第十二叠片在轴向方向上相互叠加而成，每个所述第十叠片、每个所述第十一叠片以及每个所述第十二叠片均为圆环形，每个所述第十一叠片的周侧对称设置有一对凸缘，每个所述第十二叠片的周侧设置有两两对称的两对凸缘。
采用上述进一步方案的有益效果是：凸缘相互交错形成次级结构的凸起结构，使得次级叠片结构制造加工简单，便于次级结构的安装，提高直线电机的生产效率，次级结构运行可靠性高、次级结构质量轻、动态响应性好，可以提高发电机的力能品质；与现有技术中的直线电机相比，次级结构上不具有永磁体以及绕组，使得本发明的圆筒直线电机质量轻，控制响应灵敏，便于容错运行以及控制。永磁体放在初级结构上，且永磁体轴向充磁，提高了直线电机的推力密度，降低了次级结构的质量。
进一步地，所述次级结构包括：第十二凸极结构，所述第十二凸极结构由多个第五叠片以及多个第六叠片在轴向方向上相互间隔且交错叠加而成，每个所述第五叠片以及每个所述第六叠片均为圆环形，每个所述第五叠片的周侧设置有两两对称的三对凸缘。
采用上述进一步方案的有益效果是：作为上述第三叠片以及第四叠片的可替换方案，通过叠加多个第五叠片以及多个第六叠片形成次级结构的凸极结构。
进一步地，所述次级结构极距与所述初级结构极距的比值范围为：0.9-1.8，所述次级齿宽与所述次级极距的比值范围为：0.3-0.7。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置次级结构极距与所述初级结构极距的参数，使得直线电机反电势正弦度高，每相电机之间解耦，定位力可以通过多相电机的原因抵消。
进一步地，所述永磁体由钕铁硼材料制成。
采用上述进一步方案的有益效果是：提高永磁体的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之一；
图2为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之二；
图3为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之三；
图4为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之四；
图5为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之五；
图6为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之六；
图7为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之七；
图8为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之八；
图9为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之九；
图10为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十；
图11为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十一；
图12为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十二；
图13为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十三；
图14为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十四；
图15为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十五；
图16为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十六；
图17为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十七；
图18为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十八。
附图标号说明：
1‐初级结构；11‐第十凸极结构；12‐永磁体；13‐绕组；14‐单相初级部件；15‐第七叠片；2‐次级结构；21‐第十一凸极结构；22‐第十叠片；23‐第十一叠片；24‐第十二叠片；25‐第十三叠片；3‐第十二凸极结构；31‐第五叠片；32‐第六叠片；4‐基座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，本发明实施例的圆筒直线电机可以但不限于应用在直驱式波浪发电技术领域，作为直驱式波浪发电用发电机，当然本领域技术人员应当能够很容易想到，本发明的圆筒直线电机还可以作为电动机应用在其他领域。
如图1至图18所示，图1为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之一；图2为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之二；图3为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之三；图4为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之四；图5为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之五；图6为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之六；图7为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之七；图8为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之八；图9为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之九；图10为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十；图11为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十一；图12为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十二；图13为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十三；图14为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十四；图15为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十五；图16为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十六；图17为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十七；图18为本发明实施例提供的直线电机的示意性结构框图之十八。
实施例1
如图2所示，本发明提供了一种圆筒直线电机，该圆筒直线电机包括：初级结构1、次级结构2、多组第十凸极结构11、多个永磁体12以及多个绕组13，所述初级结构1以及所述次级结构2均为圆筒状，所述初级结构1环套在所述次级结构2的外侧，所述次级结构2与所述初级结构1同轴设置；所述第十凸极结构11的一端安装在所述初级结构1的内壁上，多个所述永磁体12以及所述绕组13均安装在多个所述第十凸极结构11上；所述永磁体12每若干个为一组安装在所述第十凸极结构11的另一端，所述绕组13盘绕在所述第十凸极结构11的侧壁上，所述绕组13的中部套设有所述第十凸极结构11位于所述永磁体12与所述初级结构1之间的部分。
其中，本发明优选地选用了三个单相初级部件，优选地选用了十八个第十凸极结构11，十八个第十凸极结构11每六个一组分别安装在三个单相初级部件上；优选地选用了90个永磁体12。
在实际应用中，不限于每个单相初级部件的内壁上设置6个第十凸极结构11，第十凸极结构11的数量可以为6的倍数，例如，第十凸极结构11的数量可以为6或者18等。能够抵消干扰次级运动的法向力。
上述结构中，直线电机可以由初极结构1以及次极结构2组成。其中，初极结构1和次极结构2同圆心。在实际应用过程中，初极结构1保持静止，仅次极结构2沿轴向作往复运动。初极结构1和次极结构2的铁芯均由硅钢片沿轴向叠制组合而成。
上述结构中，第十凸极结构11可以为直线电机的铁芯。直线电机的初极结构1与次极结构2并不完全接触，两者之间存在气隙，各部分初极结构1的凸极与次极结构2的凸极距离相等，气隙厚度也相同。具体地，初级结构1为中空腔体，可以在次级结构2的两端分别设置两个独立的轴承支座，轴承支座将次级结构悬架在初级结构1的中空腔体中，用于防止直线电机在运动过程中因摩擦产生阻力以及发热，以使直线电机可以正常工作。
第十凸极结构11由初极齿、永磁体12与凸极槽构成。每组第十凸极结构11上共有五块永磁体12，每块永磁体12的大小相同，相邻的永磁体12充磁方向相反，且都为径向充磁，所有的永磁体12均采用钕铁硼材料，为使得气隙中的磁密接近正弦波，永磁体12具体的充磁方向示意图如图10所示。在第十凸极结构11的最外侧的齿外面缠绕绕组13，每一列沿初级结构轴向的凸极上缠绕的绕组13电流方向一致，但是上部绕组13与中、下部的绕组13中电流方向相反，具体电流流向如图10。图10中的箭头代表绕组中的电流流动方向。
如图10所示，图中的箭头代表绕组中电流的流动方向；图5中上部的第十凸极结构11的绕组对应图10中的upper(高)，图5中中部的第十凸极结构11的绕组对应图10中的middle(中)，图5中下部的第十凸极结构11的绕组对应图10中的lower(低)。
通过将直线电机的绕组以及永磁体设置在保持静止的初级结构上，防止因次级运动造成温度过高而导致永磁体失磁现象的出现。永磁体和绕组都放在初级结构静止的一侧使得次级结构结构简单，成本降低，另外，次级结构放在海水里，不会对永磁体绕组产生腐蚀，维护方便，可靠性高。能够抵消干扰次级运动的法向力。
实施例2
如图2和图8所示，在实施例1的基础上，本实施例的所述初级结构1包括：多个单相初级部件14，多个所述单相初级部件14之间通过不导磁材料在轴向方向上连接；其中，不导磁材料对各个单相初级部件起到隔磁以及固定连接的作用。所述单相初级部件14为空心圆环状，所述单相初级部件14的内环壁上设置有多组所述第十凸极结构11，多组所述第十凸极结构11在所述单相初级部件14内壁沿圆周方向上等间距设置。
在实际生产应用的过程中，该电机可根据需求改变电机的相数，同时每相电机之间均由不导磁材料连接而成，故可以设实际电机的相数为m，连接每相电机的不导磁体可以为m-1。
电机单相对称结构的剖面示意图如图4所示，电机的初极剖面图如图5所示，由图可见该电机的单相初极部件的主体是一块空心圆柱的硅钢块在实际生产过程中，单相初级部件通常由多个空心圆环形的板状结构相互叠加而成，需要说明的是，多个空心圆环形的板状结构可以为硅钢片，以使单相初级部件可以导磁，从而为直线电机提供磁通路径。圆柱内壁为六组第十凸极结构11。图中所示剖面显示的为三组第十凸极结构11，另外三组与其按照剖面对称。且初极结构由如图6和图7所示的两种硅钢片叠压而成。三组初极模块依次通过不导磁材料连接，组成圆筒直线电机的三相结构，三相结构示意图如图8所示。
通过将直线电机的绕组13以及永磁体12设置在保持静止的初级结构1上，防止因次级结构2运动造成温度过高而导致永磁体12失磁现象的出现。永磁体和绕组都放在初级结构静止的一侧使得次级结构结构简单，成本降低，另外，次级结构放在海水里，不会对永磁体绕组产生腐蚀，维护方便，可靠性高。
和传统的横向磁通直线电机相比，本发明的永磁体12放在初级结构1一侧，且轴向充磁，提高了电机的推力密度，减轻了次级结构2的质量，并且加工制造简单。和传统圆筒型直线电机相比，本发明的磁场是横向磁场，磁力线方向和运动方向垂直，电负荷和磁负荷解耦，轴向方向可以做m个单元构成多相电机，便于容错运行和控制。
通过多个单相初级部件拼接形成初级结构，一方面，增大初级结构对次级结构产生的排出力，提高直线电机的动力性能；使得直线电机可以根据实际需要调整次级结构的长度，从而扩大或者缩小直线电机的行程；另一方面，每相电机之间解耦，定位力可以通过多相电机的原因抵消，便于初级结构的维护以及组装。
实施例3
如图10所示，在实施例1的基础上，本实施例的多个所述永磁体12均沿径向充磁。
为使得气隙中的磁密接近正弦波，三个永磁体12的充磁方向不完全相同，但都沿径向充磁，永磁体12充磁方向示意图如图10所示，图中左侧第一个永磁体12的上侧可以为n级，图中左侧第一个永磁体12的下侧可以为s级；图中左侧第二个永磁体12的上侧可以为s级，图中左侧第二个永磁体12的下侧可以为n级；图中左侧第三个永磁体12的上侧可以为n级，图中左侧第三个永磁体12的下侧可以为s级；图中左侧第四个永磁体12的上侧可以为s级，图中左侧第四个永磁体12的下侧可以为n级；图中左侧第五个永磁体12的上侧可以为n级，图中左侧第五个永磁体12的下侧可以为s级。
通过将直线电机的磁场设置为径向磁场，使得磁力线方向和运动方向垂直，电负荷和磁负荷解耦，轴向方向可以做m个单元构成多相电机，优选地，m的取值为6的倍数，这样的结构设计可以抵消干扰次级运动的法向力，降低了径向磁通直线电机边端力。永磁体放在初级结构上，且永磁体径向充磁，提高了直线电机的推力密度，降低了次级结构的质量。
实施例4
在实施例1的基础上，本实施例的多个所述永磁体12为相同永磁体。
永磁体均选用相同的永磁体，使得各个永磁体产生的磁场力相同，从而均匀地对次级结构进行推动，提高直线电机的运动平稳性，提高直线电机的可靠性。
实施例5
如图3至图5所示，在实施例1的基础上，本实施例的所述第十凸极结构11通过基座与所述初级结构1的内壁相连接，所述基座4由多个第七叠片15在轴向方向上相互叠加而成；所述第十凸极结构11由多个第十三叠片25在轴向方向上相互叠加而成；多个所述第七叠片15以及多个所述第十三叠片25均为硅钢片。
上述结构中，该圆筒直线电机还包括：基座4，所述基座4设置在所述第十凸极结构11与所述初级结构1的内壁之间，所述基座4由多个第七叠片15在轴向方向上相互叠加而成；所述第十凸极结构11由多个第十三叠片25在轴向方向上相互叠加而成；多个所述第七叠片15以及多个所述第十三叠片25均为硅钢片。
上述结构中，第七叠片15和第十三叠片25均为弧形片状结构，第七叠片15的高度小于第十三叠片25的高度。
使得初级叠片结构制造加工简单，便于初级结构的安装，提高直线电机的生产效率。
实施例6
如图9所示，在实施例1至实施例5任一实施例的基础上，本实施例的所述第十凸极结构11远离所述次级结构2的一端为一体式结构。
通过将次级结构的一端设置为一体式结构，使得永磁体不直接贯穿凸极结构，电机工作容错性强，运行可靠性高，力密度高。
实施例7
如图13至图15所示，在实施例1至实施例5任一实施例的基础上，本实施例的所述次级结构2包括：第十一凸极结构21，所述第十一凸极结构21由多个第十叠片22、多个第十一叠片23以及多个第十二叠片24轴向方向上相互叠加而成，每个所述第十叠片22、每个所述第十一叠片23以及每个所述第十二叠片24均为圆环形，每个所述第十一叠片23的周侧对称设置有一对凸缘，每个所述第十二叠片24的周侧设置有两两对称的两对凸缘。
对于上述叠片的叠加方式可以为：十个第十叠片依次叠加且连接作为第一组叠片、十个第十一叠片依次叠加且连接作为第二组叠片以及十个第十二叠片依次叠加且连接作为第三组叠片，在第一组叠片的轴向方向上看去，第一组叠片中的周边相互重合；在第二组叠片的轴向方向上看去，第二组叠片中的凸缘相互重合；在第三组叠片的轴向方向上看去，第三组叠片中的凸缘相互重合；将第一组叠片、第二组叠片以及第三组叠片依次叠加连接，并且第二组叠片的凸缘与第三组叠片的凸缘相互交错设置，在轴向方向上看去，第二组叠片和第三组叠片形成的组合的周侧具有六个等间距设置的凸缘。
其中，第十一凸极结构21的数量与第十凸极结构11的数量可以相同。第二凸极结构210由叠片叠加而成，次极结构2上面既没有永磁体也没有电枢绕组，次极结构为空心圆筒型形状，与初极结构的6个第十凸极结构11相对应的，次级结构2上设置有六组次极齿，次极结构2只有简单的齿与轭组成。次极极距可根据不同的应用场景，设置为次级极距为初级极距的0.9-1.8倍，而次级齿宽为次级极距的0.3-0.7倍。
需要说明的是，在次级结构2的两端沿着次级结构2的轴向看去，所述次级齿在次级结构2圆周方向上的数量可以为6的倍数，例如，6个次级齿或者18个次级齿。能够抵消干扰次级运动的法向力。相应的，单相初级部件14圆周方向上的第十凸极结构11的数量与次级齿的数量相同。即，在次级结构2的两端沿着次级结构2的轴向看去，所述次级齿在次级结构2圆周方向上的数量为6时，相应的，单相初级部件14圆周方向上的第十凸极结构11的数量可以为6。
凸缘相互交错形成次级结构的凸起结构，使得次级叠片结构制造加工简单，便于次级结构的安装，提高直线电机的生产效率，次级结构运行可靠性高、次级结构质量轻、动态响应性好，可以提高发电机的力能品质；与现有技术中的直线电机相比，次级结构上不具有永磁体以及绕组，使得本发明的圆筒直线电机质量轻，控制响应灵敏，便于容错运行以及控制。永磁体放在初级结构上，且永磁体轴向充磁，提高了直线电机的推力密度，降低了次级结构的质量。
实施例8
如图16和图17所示，在实施例1至实施例5任一实施例的基础上，本实施例作为实施例7的可替换方案。
所述次级结构2包括：第十二凸极结构3，所述第十二凸极结构3由多个第五叠片31以及多个第六叠片32在轴向方向上相互间隔且交错叠加而成，每个所述第五叠片31以及每个所述第六叠片32均为圆环形，每个所述第五叠片31的周侧设置有两两对称的三对凸缘。
作为上述第十叠片、第十一叠片以及第十二叠片的可替换方案，通过叠加多个第五叠片以及多个第六叠片形成次级结构的凸极结构。
实施例9
在实施例1至实施例5任一实施例的基础上，本实施例的所述次级结构2极距与所述初级结构1极距的比值范围为：0.9-1.8，所述次级齿宽与所述次级极距的比值范围为：0.3-0.7。
通过设置次级结构极距与所述初级结构极距的参数，使得直线电机反电势正弦度高，每相电机之间解耦，定位力可以通过多相电机的原因抵消。
实施例10
在实施例1至实施例5任一实施例的基础上，本实施例的所述永磁体12由钕铁硼材料制成。
提高永磁体的可靠性。
实施例11
在实施例1至实施例10任一实施例的基础上，本实施例对本发明的圆筒直线电机的磁回路进行详细说明。
图18为该电机单相剖面磁回路示意图，以此示意图为例，其余各相及对称部分均与此图所示的结构相同。图中的虚线代表磁通的路径。磁回路起始于初极上、下部永磁体12，且因为每个第十凸极结构11上的永磁体12垂直充磁且极性相反。上部的每个永磁体12的n极产生的磁通汇聚后向下聚集，同时下部的每个永磁体12的n极产生的磁通汇聚后向上聚集。此时由于上部、下部的磁通大小相等方向相反，迫使磁通走向改变，再穿过上、下部气隙后，通过次极齿、次极轭，再穿过中部气隙，通过中部初极齿进入中部永磁体12的s极，再从中部永磁体12的n极进入初极铁心，最后汇合到开始发出磁力线的上、下部永磁体的s极，从而形成了该电机的主磁通回路。该电机的永磁体12放在保持静止的初极铁心上，有效避免因次极运动造成温度过高而导致永磁体12失磁现象的出现。永磁体和绕组都放在初级结构静止的一侧使得次级结构结构简单，成本降低，另外，次级结构放在海水里，不会对永磁体绕组产生腐蚀，维护方便，可靠性高。能够抵消干扰次级运动的法向力。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。