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缺陷，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、多组第四凸极结构、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，多个所述永磁体均安装在所述初级结构的内壁上；所述第四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四凸极结构上；所述第四凸极结构远离所述初级结构的一端设置有多个凸齿部，相邻两个凸齿部之间形成有一个凹槽部，所述永磁体插接在所述凹槽部中，所述绕组盘绕在所述第四凸极结构两侧的凸齿部上，所述绕组的中部套设有四个凸齿部以及三个所述永磁体。
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壁上设置有多组所述第四凸极结构，多组所述第四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轴向充磁。
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横向磁场，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，所述凹槽部在所述初级结构轴向上的宽度与所述凸齿部在轴向方向上的宽度的比值范围为：0.8-1.2。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置特殊参数的凸齿部以及凹槽部，提高了反电势正弦度，使得每相电机之间解耦，定位力可以通过多相电机的原因抵消。
进一步地，所述凸齿部由多个第二叠片在轴向方向上相互叠加而成；多个所述第二叠片均为硅钢片。
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，所述第四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：第五凸极结构，所述第五凸极结构由多个第三叠片以及多个第四叠片在轴向方向上相互间隔且交错叠加而成，每个所述第三叠片以及每个所述第四叠片均为圆环形，每个所述第三叠片的周侧对称设置有一对凸缘，每个所述第四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：第六凸极结构，所述第六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为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之一。
图2为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之二。
图3为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之三。
图4为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之四。
图5为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之五。
图6为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之六。
图7为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之七。
图8为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之八。
图9为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之九。
图10为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十。
图11为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十一。
图12为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十二。
图13为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十三。
图14为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十四。
图15为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十五。
图16为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十六。
图17为本发明实施例一的直线电机的示意性结构框图之十七。
图18为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之一。
图19为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之二。
图20为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之三。
图21为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之四。
图22为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之五。
图23为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之六。
图24为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之七。
图25为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之八。
图26为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之九。
图27为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十。
图28为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十一。
图29为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十二。
图30为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十三。
附图标号说明：
1‐初级结构；11‐第一凸极结构；111‐凸齿部；112‐凹槽部；12‐永磁体；13‐绕组；14‐单相初级部件；15‐第一叠片；16‐第二叠片；2‐次级结构；21‐第二凸极结构；22‐第三叠片；23‐第四叠片；3‐第三凸极结构；31‐第五叠片；32‐第六叠片；4‐第四凸极结构；5‐第五凸极结构；6‐第六凸极结构。
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。
实施例1
如图1至图17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25为本发明实施例二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。
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、多组第一凸极结构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，多个所述永磁体12均安装在所述初级结构1的内壁上；所述第一凸极结构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一凸极结构11上；所述第一凸极结构11中设置有多个凸齿部111以及多个凹槽部112，所述凸齿部111与所述凹槽部112相互间隔设置，所述永磁体12插接在所述凹槽部112中，相邻两个所述永磁体12之间设置有两个凸齿部111以及一个凹槽部112；且在所述第一凸极结构11的两端均为凸齿部111，所述绕组13盘绕在相邻凸齿部111的侧壁上，所述绕组13的中部套设有两个凸齿部111以及一个所述永磁体12，相邻的两个所述绕组13之间设置有两个凸齿部111、三个凹槽部112以及一个永磁体12。
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一凸极结构11，十八个第一凸极结构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54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个第一凸极结构11，第一凸极结构11的数量可以为6的倍数，例如，第一凸极结构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，第一凸极结构11可以为直线电机的铁芯，凸齿部111可以为直线电机铁芯的齿，凹槽部112可以为直线电机铁芯的槽。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。
图9为初极的凸极结构，由凸齿部111、永磁体12与凹槽部112构成。每组第一凸极结构11上均开有凹槽部112，共有5个凹槽部112。三块永磁体12每相间一个凹槽部112放在凹槽部的槽内，永磁体12采用钕铁硼材料，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，但都沿轴向充磁，永磁体12的充磁方向示意图如图10所示。图10中的箭头代表各个永磁体的充磁方向；永磁体12的槽内放有绕组13，每一列沿轴向的凸极上缠绕的绕组电流方向一致，但是上部绕组与中、下部的绕组中电流方向相反，具体电流流向如图11所示，图11中的箭头代表绕组中的电流流动方向。
如图11所示，图中的箭头代表绕组中电流的流动方向；图5中上部的第一凸极结构11的绕组对应图11中的upper(高)1和upper2，图5中中部的第一凸极结构11的绕组对应图11中的middle(中)1和middle2，图5中下部的第一凸极结构11的绕组对应图11中的lower(低)1和lower2。其中，上部的第一凸极结构11的绕组upper(高)1和upper2的电流流动方向一致，中部的第一凸极结构11的绕组middle(中)1和middle2的电流流动方向一致，下部的第一凸极结构11的绕组的lower(低)1和lower2的电流流动方向一致；中部的第一凸极结构11的绕组middle(中)1和middle2的电流流动方向与下部的第一凸极结构11的绕组的lower(低)1和lower2的电流流动方向相同；上部的第一凸极结构11的绕组upper(高)1和upper2的电流流动方向与中部的第一凸极结构11的绕组middle(中)1和middle2的电流流动方向以及下部的第一凸极结构11的绕组的lower(低)1和lower2的电流流动方向相反。
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。
上述初级结构可以包括：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的内壁上设置有多组所述第一凸极结构11，多组所述第一凸极结构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。圆柱内壁为六组第一凸极结构11。图中所示剖面显示的为三组第一凸极结构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14拼接形成初级结构1，一方面，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1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1的维护以及组装。
上述多个所述永磁体12均沿轴向充磁。
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，但都沿轴向充磁，永磁体12充磁方向示意图如图10所示，图10中的箭头代表各个永磁体的充磁方向；图中最左侧的永磁体12的左侧可以为n级，图中最左侧的永磁体12的右侧可以为s级，图中中间的永磁体12的左侧可以为s级，图中中间的永磁体12的右侧可以为n级，图中最右侧的永磁体12的左侧可以为n级，图中最右侧的永磁体12的右侧可以为s级。
通过将直线电机的磁场设置为横向磁场，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结构2运动的法向力，降低了径向磁通直线电机边端力。其中，m为一个数值，m的数值可以根据实际需要来确定。永磁体12放在初级结构1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2的质量。
上述凹槽部112在所述初级结构轴向上的宽度与所述凸齿部111在轴向方向上的宽度的比值范围为：0.8-1.2。其中，凸齿部111的宽度可以为4毫米。
通过设置特殊参数的凸齿部111以及凹槽部112，提高了反电势正弦度，使得每相电机之间解耦，定位力可以通过多相电机的原因抵消。
上述凸齿部111由多个所述第一叠片15在轴向方向上相互叠加而成；所述凹槽部112由多个所述第二叠片16在轴向方向上相互叠加而成；多个所述第一叠片15以及多个所述第二叠片16均为硅钢片。
上述结构中，第一叠片15和第二叠片16均为弧形片状结构，第二叠片16的高度小于第一叠片15的高度。
通过上述结构的设置，使得初级叠片结构制造加工简单，便于初级结构的安装，并且可以根据实际需要通过增加或者减少叠片的数量，来调节凸齿部的厚度，提高直线电机的生产效率。
上述第一凸极结构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2的一端设置为一体式结构，使得永磁体12不直接贯穿第一凸极结构11，从而使得电机工作容错性强，运行可靠性高，力密度高。此外，通过将次级结构2的一端设置为一体式结构，使得永磁体12可以稳定地固定在第一凸极结构11中，提高永磁体12的稳定性。
上述次级结构可以包括：第二凸极结构21，所述第二凸极结构21由多个第三叠片22以及多个第四叠片23在轴向方向上相互叠加而成，每个所述第三叠片22以及每个所述第四叠片23均为圆环形，每个所述第三叠片22的周侧对称设置有一对凸缘，每个所述第四叠片23.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：十个第三叠片依次叠加且连接作为第一组叠片、十个第四叠片依次叠加且连接作为第二组叠片以及十个第三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，第一组叠片中的凸缘相互重合；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，并且第一组叠片的凸缘与第二组叠片的凸缘相互交错设置，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，第一组叠片和第二组叠片形成的组合的周侧具有六个等间距设置的凸缘，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，第二凸极结构21的数量与第一凸极结构11的数量可以相同。第二凸极结构210叠片而成的，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个第一凸极结构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圆周方向上的第一凸极结构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圆周方向上的第一凸极结构11的数量可以为6。
上述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2的安装，提高直线电机的生产效率，次级结构2运行可靠性高、次级结构2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2上不具有永磁体12以及绕组13，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12放在初级结构2上，且永磁体12轴向充磁，提高了直线电机的推力密度，降低了次级结构2的质量。
此外，作为上述第二凸极结构的可替代方案，所述次级结构2也可以包括：第三凸极结构3，所述第三凸极结构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。
作为上述第三叠片22以及第四叠片23的可替换方案，通过叠加多个第五叠片31以及多个第六叠片32形成次级结构2的第二凸极结构21。
上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。
通过设置次级结构2极距与所述初级结构2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。
上述永磁体12由钕铁硼材料制成。提高永磁体的可靠性。
下面对本发明的圆筒直线电机的磁回路进行详细说明。
图17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，且因为永磁体12平行充磁且相邻的永磁体12极性相反，上部的两个相邻永磁体12的n极产生的磁通经过两永磁体之间的两个初极齿向下聚集，同时下部永磁体12的n极产生的磁通经过相邻的两永磁体12之间的两个初极齿向上聚集。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12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，有效避免因次极结构2的运动造成次级结构2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。
实施例2
如图18至图30所示，图18为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之一。图19为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之二。图20为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之三。图21为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之四。图22为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之五。图23为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之六。图24为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之七。图25为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之八。图26为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之九。图27为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十。图28为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十一。图29为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十二。图30为本发明实施例二的直线电机的示意性结构框图之十三。
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例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、多组第四凸极结构4、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，多个所述永磁体12均安装在所述初级结构1的内壁上；所述第四凸极结构4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四凸极结构4上；所述第四凸极结构4远离所述初级结构的一端设置有多个凸齿部111，相邻两个凸齿部之间形成有一个凹槽部112，所述凸齿部111与所述凹槽部112相互间隔设置，所述永磁体12插接在所述凹槽部112中，相邻两个所述永磁体12之间设置有一个凸齿部111；且在所述第四凸极结构4的两端均为凸齿部111，所述绕组13盘绕在所述第四凸极结构4两端凸齿部111的侧壁上，所述绕组13的中部套设有四个凸齿部111以及三个所述永磁体12。
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四凸极结构4，十八个第四凸极结构4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54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个第四凸极结构4，第四凸极结构4的数量可以为6的倍数，例如，第四凸极结构4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，第四凸极结构4可以为直线电机的铁芯，凸齿部111可以为直线电机铁芯的齿，凹槽部112可以为直线电机铁芯的槽。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。
图23为初极的凸极结构，由凸齿部111、永磁体12与凹槽部112构成。每组第四凸极结构4上均开有凹槽部112，共有3个凹槽部112。三块永磁体12放在相邻的凹槽部112的槽内，永磁体12采用钕铁硼材料，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，但都沿轴向充磁，永磁体12充磁方向示意图如图25所示。在第四凸极结构4的最外侧的凸齿部111外面缠绕绕组13，每一列沿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26。
如图26所示，图中的箭头代表绕组中电流的流动方向；图22中上部的第四凸极结构4的绕组对应图26中的upper(高)，图22中中部的第四凸极结构4的绕组对应图26中的middle(中)，图22中下部的第四凸极结构4的绕组对应图26中的lower(低)。其中，上部的第四凸极结构4的绕组upper(高)的电流流动方向一致，中部的第四凸极结构4的绕组middle(中)的电流流动方向一致，下部的第四凸极结构4的绕组的lower(低)的电流流动方向一致；中部的第四凸极结构4的绕组middle(中)的电流流动方向与下部的第四凸极结构4的绕组的lower(低)的电流流动方向相同；上部的第四凸极结构4的绕组upper(高)的电流流动方向与中部的第四凸极结构4的绕组middle(中)的电流流动方向以及下部的第四凸极结构4的绕组的lower(低)的电流流动方向相反。
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。
上述初级结构可以包括：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四凸极结构4，多组所述第四凸极结构4在所述单相初级部件14内壁沿圆周方向上等间距设置。
电机单相对称结构的剖面示意图如图21所示，电机的初极剖面图如图22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。圆柱内壁为六组第四凸极结构4。图中所示剖面显示的为三组第四凸极结构4，另外三组与其按照剖面对称。且初极结构1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23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14拼接形成初级结构1，一方面，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1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1的维护以及组装。
上述多个所述永磁体12均沿轴向充磁。
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，但都沿轴向充磁，永磁体12充磁方向示意图如图25所示，图中最左侧的永磁体12的左侧可以为n级，图中最左侧的永磁体12的右侧可以为s级，图中中间的永磁体12的左侧可以为s级，图中中间的永磁体12的右侧可以为n级，图中最右侧的永磁体12的左侧可以为n级，图中最右侧的永磁体12的右侧可以为s级。
通过将直线电机的磁场设置为横向磁场，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结构2运动的法向力，降低了径向磁通直线电机边端力。其中，m为一个数值，m的数值可以根据实际需要来确定。永磁体12放在初级结构1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2的质量。
上述第四凸极结构4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2的一端设置为一体式结构，使得永磁体12不直接贯穿第四凸极结构4，从而使得电机工作容错性强，运行可靠性高，力密度高。此外，通过将次级结构2的一端设置为一体式结构，使得永磁体12可以稳定地固定在第四凸极结构4中，提高永磁体12的稳定性。
上述次级结构可以包括：第五凸极结构5，所述第五凸极结构5由多个第三叠片22以及多个第四叠片23在轴向方向上相互间隔且交错叠加而成，每个所述第三叠片22以及每个所述第四叠片23均为圆环形，每个所述第三叠片22的周侧对称设置有一对凸缘，每个所述第四叠片23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：十个第三叠片依次叠加且连接作为第一组叠片、十个第四叠片依次叠加且连接作为第二组叠片以及十个第三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，第一组叠片中的凸缘相互重合；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，并且第一组叠片的凸缘与第二组叠片的凸缘相互交错设置，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，第一组叠片和第二组叠片形成的组合的周侧具有六个等间距设置的凸缘，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，第五凸极结构5的数量与第四凸极结构4的数量可以相同。第五凸极结构5叠片而成的，次极结构2上面既没有永磁体12也没有电枢绕组13，次极结构2为空心圆筒型形状，与初极结构的6个第四凸极结构4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圆周方向上的第四凸极结构4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圆周方向上的第四凸极结构4的数量可以为6。
上述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2的安装，提高直线电机的生产效率，次级结构2运行可靠性高、次级结构2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2上不具有永磁体12以及绕组13，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12放在初级结构2上，且永磁体12轴向充磁，提高了直线电机的推力密度，降低了次级结构2的质量。
此外，作为第五凸极结构5的可替代方案，如图28和图29所示，所述次级结构包括：第六凸极结构6，所述第六凸极结构6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。
下面对本发明实施例的圆筒直线电机的磁回路进行详细说明。
图30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，且因为永磁体12平行充磁且相邻的永磁体12极性相反，上部的两个相邻永磁体12的n极产生的磁通经过两永磁体12之间的初极齿向下聚集，同时下部永磁体12的n极产生的磁通经过相邻的两永磁体12之间的初极齿向上聚集。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12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。
本实施例的其他结构与实施例1同理，在此不再赘述。
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。