一种低速筒形双动子永磁直线发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种直线发电机，特别涉及一种低速筒形双动子永磁直线发电 机。
【背景技术】
[0002] 目前已经有多种新型结构的直线电机应用于波浪发电装置中，首先这些直线电机 需要与直驱波浪发电装置相配合设计，且体积较大，功率密度低，输出电能中存在的高次谐 波含量较高。其次，永磁直线电机的初级铁心与次级永磁体之间存在较大的磁阻力，影响电 机运动的平稳性。最后，我国海域的波浪能量密度低、波速较低且不规则，对波浪发电用直 线电机的低速特性要求较高。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有直驱式波浪发电用永磁直线电机在 低速运行时电机内磁阻力较大，电机内气隙磁通密度低，输出电能效率低，电能质量不高的 问题。
[0004] 本实用新型的设计思想是，采用内动子永磁体环组件上的永磁环与外动子永磁体 环组件上相对应的永磁环径向充磁方向相同，轴向充磁方向相反的结构；该结构特点可以 有效提高电机气隙径向磁通密度，同时降低电机气隙轴向磁通密度，即可以有效提高输出 电能质量及发电效率，同时降低电机轴向吸力。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：
[0006] -种低速筒形双动子永磁直线发电机，包括定子结构、内动子结构和外动子结构； 定子结构位于外动子结构内，内动子结构位于定子结构内；外动子结构与定子结构之间留 有外气隙，内动子结构与定子结构之间留有内气隙；外气隙宽度大于内气隙宽度，且外气隙 宽度范围：3mm~6mm，内气隙宽度范围：2mm~5mm;
[0007] 定子结构包括定子绕组和用于支撑定子绕组的支撑环；
[0008] 内动子结构包括中空内动子铁芯、内动子永磁体环组件和内动子轴；内动子永磁 体环组件采用表贴式结构贴于内动子铁芯的外圆周表面上；内动子轴位于中空内动子铁芯 内，且两者之间紧密贴合；
[0009] 外动子结构包括中空外动子铁芯、外动子永磁体环组件和中空外动子轴；中空外 动子铁芯位于中空外动子轴内，且两者之间紧密贴合；外动子永磁体环组件采用表贴式结 构贴于中空外动子铁芯的中空内腔壁上；
[0010] 其中，内动子永磁体环组件和外动子永磁体环组件均包括至少两个的径向充磁永 磁体环和至少两个的轴向充磁永磁体环，径向充磁永磁体环和轴向充磁永磁体环交错排 布；内动子永磁体环组件和外动子永磁体环组件内的永磁环均 对应设置；内动子永磁 体环组件上的永磁环与外动子永磁体环组件上相对应的永磁环径向充磁方向相同，轴向充 磁方向相反。
[0011] 本实用新型电机中的外动子铁芯和内动子铁芯采用硅钢片叠成，内动子轴和外动 子轴均采用非导磁性材料。外动子铁芯和内动子铁芯采用硅钢片叠成，可达到减小涡流损 耗的优点；内动子轴和外动子轴采用非导磁性材料，可减小电机内磁阻力，简化安装工艺， 增强电机稳固性。
[0012] 对上述技术方案的改进，支撑环采用环氧树脂制成。本实用新型中的定子结构采 用的无铁芯结构，减少了电机的内动子和定子间的轴向作用力，减少了电机的外动子和定 子间的轴向作用力。同时采用环氧树脂制成的支撑环结构用来支撑定子绕组，可以减低电 机双动子结构与定子结构间的磁阻力。
[0013] 对上述技术方案的进一步改进，定子绕组为饼型集中绕组。本实用新型采用的饼 型集中绕组线圈，绕组利用率高，产生的电动势幅值大。
[0014] 对上述技术方案的更进一步改进，内动子结构、外动子结构和定子结构均为筒型 结构。本实用新型中的动子结构和定子结构均采用筒型结构，目的是由于内动子结构、外动 子结构和定子结构均采用筒型结构，使得本发电机的内动子和定子间的径向作用力相互抵 消，外动子和定子间的径向作用力相互抵消。此外，本发电机的筒型设计结构也降低了平板 式等其他普通直线电机在运动时出现的抖动现象，增加了电机的稳固性和效率；所以，本电 机在启动与运行时阻力小，耗能少，能量转换率高。
[0015] 对上述技术方案的更进一步改进，本实用新型中为提高电机的气隙磁通密度，提 高电机电能输出效率；内动子永磁体环组件和外动子永磁体环组件均包括至少两个的径 向充磁永磁环和至少两个的轴向充磁永磁环，且径向充磁永磁环和轴向充磁永磁环交错排 布。
[0016] 本实用新型电机的内动子结构和外动子结构作往复直线运动时，内动子和外动子 永磁体环结构产生的磁场将在定子绕组中产生磁链，由磁链的变化形成发电机的空载感应 电动势，永磁磁链和感应电动势的关系如式（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，是气隙磁通密度径向值，it、?分别是绕组磁链和磁通，n表示绕组匝数，D为外动子外径。
[0020] 因此，本电机采用双动子双侧混合方向充磁永磁体环结构，提高电机气隙磁通密 度径向分量BJz)，在电机低速运行时提高绕组磁链变化量，即提高发电机在低速运行下的 输出电压幅值，解决电机电能输出效率低的技术问题。
[0021 ] 由于永磁体环和铁芯结构的存在，永磁直线电机内部产生周期变化的磁阻力，使 电机在启动和运行时产生抖动，能耗增加。由麦克斯韦应力张量法，电机磁阻力与气隙磁密 的变化关系如式（3)的表述：
[0023] 式（3)中，Bn为电机气隙磁密法向分量，Bt为电机气隙磁密切向分量。
[0024] 因此，电机采用所述双动子双侧混合方向充磁永磁体环结构，削弱了气隙磁通密 度轴向分量（即法向分量），增强气隙磁通密度径向分量（即切向分量），降低了电机磁阻 力，解决电机内部阻力大、抖动现象，在电机低速运行下提高了发电机的能量转换效率和运 行稳固性。
[0025] 作为本实用新型的另一种改进方案，根据电机的可逆原理，本电机采用双定子结 构，包括内定子结构和外定子结构，在内定子外侧、外定子内侧安装永磁体环组件；电机动 子采用无铁芯式结构，并采用饼式集中绕组。
[0026] 本实用新型与现有技术相比的优点：
[0027] 1、本电机采用双动子双侧混合充磁结构，在电机低速运行时提高电机气隙径向磁 通密度，即提高发电机输出电压幅值，解决电机电能输出效率低的技术问题。
[0028] 2、本电机双动子结构与定子结构均采用圆筒型结构，使得电机的内动子和定子间 的径向作用力相互抵消，外动子和定子间的径向作用力相互抵消；该结构可降低电机内磁 阻力波动幅值，增强电机稳固性，降低电机损耗。
[0029] 3、本电机内相对的内动子永磁体环与外动子永磁体环径向充磁方向相同，相对的 内动子永磁体环与外动子永磁体环轴向充磁方向相反。该结构特点可以有效提高电机气隙 径向磁通密度，同时降低电机气隙轴向磁通密度，即可以有效提高输出电能质量及发电效 率，同时降低电机轴向吸力。
[0030] 4、本电机磁阻力小、抖动小、磁能密度高、效率高、成本低，可用于直接驱动的波浪 能发电或者采用直线运动驱动的发电装置中。
【附图说明】
[0031] 图1为本实施例电机的三维结构示意图。