专利名称：混合磁路永磁直线发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于热声发电系统的新型混合磁路永磁直线发电机，是一种利用 直线运动将声波型机械能转化为电能的装置，其应用于热声发电技术领域。
背景技术：
热声发电技术是一种全新的热电转换技术，具有可靠性高、制作成本低、热效率高 (30% 40%)以及环保等优点。特别是热声发电技术可利用太阳能、工业余热以及任何燃 料燃烧产生的热能来工作，因而热声发电技术正在成为能源动力研究领域里的一项前沿技 术。它包括两个子系统热声发动机和直线发电机。通过热声发动机将热能转化成声功 (也是一种机械能)，再利用直线发电机将声功转化成电能。行波型热声发动机不论在效率 上，还是在净输出功上，都已经达到了较高的水平，为实现热能到机械能的利用提供了一 种有效的途径。但目前的直线发电机与热声发动机之间需要中间传动机构来连接，其结构和施工 操作都复杂，且原始电机轴向运动与径向磁场分布存在矛盾，大大影响其使用效果。
发明内容
发明目的本发明提供一种混合磁路永磁直线发电机，其目的是解决以往的直线 发电机与热声发动机之间需要中间传动机构来连接所造成的结构复杂和效率低的问题以 及轴向运动与径向磁场分布存在矛盾的问题。技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的
混合磁路永磁直线发电机，其特征在于该永磁直线发电机主要包括定子铁心和动子； 所述动子设置在定子铁心内，所述定子铁心上开槽形成多个定子齿，在所述定子齿上缠绕 有定子绕组；所述动子的表面设置有多个永磁体，相邻永磁体的极性相反，形成纵向横向混 合磁路；所述定子铁心的定子齿与永磁体之间形成气隙。定子铁心采用旋转电机结构；定子绕组为集中绕组。所述发电机既可以采用动子旋转的方式发电，也可以采用动子直线往复运动的方 式发电；所述发电机与热声发动机匹配时，采用动子直线往复运动的发电方式；所述动子 设置在动子轴上。永磁体采用径向充磁方式。所述动子直线往复运动的频率为0-200HZ之内，以便适合频率响应特性。所述永磁体采用钕铁硼永磁体。优点及效果本发明提供一种混合磁路永磁直线发电机，其特征在于该永磁直 线发电机主要包括定子铁心和动子；所述动子设置在定子铁心内，所述定子铁心上开槽形 成多个定子齿，在所述定子齿上缠绕有定子绕组；所述动子的表面设置有多个永磁体，多个 永磁体之间纵向横向混合交替布置；所述定子铁心的定子齿与永磁体之间形成气隙。
本发明的混合磁路永磁直线发电机是一种利用动子的直线运动直接产生电能的 机电能量转换装置。本发明的混合磁路永磁直线发电机省却了激磁损耗，提高电机的效率， 降低电机的温升，同时钕铁硼永磁体具有强磁力和高矫顽力，有高的磁动势和气隙磁密，在 减小电机体积和重量的同时可增加电机的出力。另外，为解决原始电机轴向运动与径向磁 场分布的矛盾，本发明采用了混合磁路方式，即永磁体磁极沿径向交替排列，沿轴向也交替 排列，形成纵向横向混合磁路，其结构如图2所示。采用本发明的混合磁路永磁直线发电机体积小，质量轻，功率密度高。混合磁路永磁直线发电机内部存在三维交变电磁场，要想准确地弄清楚它在空 间的分布情况和随时间的变化规律，从而求出电机的动稳态性能，采用传统的等效磁路的 方法比较困难。因此，本发明利用有限元方法直接求出磁场分布，分析发电机的性能，配 以适当的控制策略使发电机的机电能量转化达到效率最优。本发明的混合磁路永磁直线发电机可以直接与行波型热声发动机输出端谐振管 相连，不需要任何中间传动系统，可由热声发动机作为动力源直接带动发电机进行运动，将 声能转化成电能，因此具备结构简单，体积小，加工方便，运行可靠等特点。利用热 声发动机发出的声能(机械能)带动本发明的混合磁路永磁直线发电机动 子进行直线运动，动子磁通切割直线发电机定子绕组，产生感应电动势。本发明的混合磁路永磁直线发电机可以直接应用于热声发电系统，不需要中间传 动机构，在热声发动机直接拖动下进行直线运动，将声能直接转化为电能，设备结构简单， 可靠性好。本发明的具体优点如下
1)本发明的实施使得热声发动机利用热声效应把热能转化为声能，没有机械运动部 件，结构简单。本混合磁路永磁直线发电机由于采用具有强磁力和高矫顽力的钕铁硼永磁 材料，在减小电机体积和重量的同时可增加电机的出力。两个子系统构成了结构匹配、热电 转化效率较高的热声发电系统。2)动子在热声发动机产生的声波压力作用下做直线往复运动，在永磁直线发电机 内部产生一个随时间变化的磁场。3)交变的磁场切割定子绕组产生感应电动势。在外电路闭合的情况下，热声发电 系统通过热声发动机将热能转化为声能，再通过本发明的混合磁路永磁直线发电机将声能 转化为电能。4)本发明的混合磁路永磁直线发电机既可以旋转发电，也可以直线往复运动发 电，与热声发动机匹配时，电机为直线往复运动方式。另外
1)采用本发明的热声发电系统由热声发动机和混合磁路永磁直线发电
机组成，结构简单，操作方便。2)采用本发明的热声发电系统直接以热能为驱动源，可以应用于电 能缺乏的场合，特别是工业余热、燃料燃烧或是太阳能可利用率较高的地区。3)热声发电系统由热声发动机直接驱动本发明的混合磁路永磁直 线发电机的动子运动，减少中间环节，可靠性好，节约成本。4)采用本发明的热声发电机的工质是氮气或是惰性气体，对环境友好，顺应了国家保护环境，可持续发展的愿景。5)本发明的混合磁路结构提高了发电机的热声电的转换效率。6)当本发明中定子、动子任意一端对齐时，还可以当旋转电机使用， 以适用于特殊场合的应用。
图1是本发明的混合磁路永磁直线发电机的平面结构示意图； 图2是本发明的混合磁路永磁直线发电机的三维结构示意图； 图3是本发明的混合磁路永磁直线发电机的定子绕组结构示意图； 图4是本发明的混合磁路永磁直线发电机的动子和永磁体结构示意图； 图5是本发明的混合磁路永磁直线发电机空载时磁场分布示意图；其中图5-1为XY轴 的平面磁通密度分布图；图5-2为ZY轴的平面磁通密度分布图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不因具体的实施例限制本发明。如图1所示，本发明提供一种混合磁路永磁直线发电机，该永磁直线发电机主要 包括定子铁心1和动子4 ；所述动子4设置在定子铁心1内，所述定子铁心1上开槽形成多 个定子齿，在所述定子齿上缠绕有定子绕组2，定子绕组2为集中绕组，相比于环形绕组方 式，集中绕组方式产生的感应电动势大，且结构简单，工艺性好；所述动子4的表面设置有 多个永磁体5，多个永磁体5之间纵向横向混合交替布置，也就是说相邻永磁体5的极性相 反，形成纵向横向混合磁路；所述定子铁心1的定子齿与永磁体5之间形成气隙6。定子铁 心1采用旋转电机结构；永磁体5采用径向充磁方式。所述永磁体5采用钕铁硼永磁体时 效果最好。所述发电机既可以采用动子4旋转的方式发电，也可以采用动子4直线往复运动 的方式发电，而直线往复运动方式是主要运动方式；所述发电机与热声发动机匹配时，采用 动子4直线往复运动的发电方式。所述动子4设置在动子轴3上
所述动子4直线往复运动的频率为0-200HZ之内，以便适合频率响应特性。如图2所示，本发明的混合磁路永磁直线发电机既可以旋转发电，也可以直线往 复运动发电，与热声发动机匹配时，本发明采用直线往复运动方式。图3是本混合磁路永磁 直线发电机的定子绕组结构示意图。定子绕组2采用集中绕组方式，相比于环形绕组方式， 集中绕组方式产生的感应电动势大，且结构简单，工艺性好。图4是本混合磁路永磁直线发 电机的动子和永磁体结构示意图。永磁体5位于动子4的表面，永磁体采用径向充磁方式， 相邻永磁体的极性相反，形成纵向横向混合磁路。图5是本混合磁路永磁直线发电机空载 时磁场分布示意图，其中图5-1为XY轴的平面磁通密度分布图；图5-2为ZY轴的平面磁 通密度分布图。本发明的混合磁路永磁直线发电机的磁路分布比常规电机的复杂，呈三维 分布，既有横向磁场，又有纵向磁场，主要分为①主磁场，是指经过定子磁轭闭合的部分； ②极间漏磁，是指永磁体与相邻相反极性永磁体形成闭合回路。③端部漏磁。本发明的混合磁路永磁直线发电机既有横向磁场又有纵向磁场，结构新颖，工业 制造简单。热声发电系统在热声发动机产生的声波(即声能也就是机械能)的压力下直接带 动本发明的混合磁路永磁直线发电机的动子进行直线运动，使动子磁通切割定子绕组，产 生感应电动势，产生一个随时间变化的磁场，交变的磁场切割定子绕组产生感应电动势。在外电路闭合的情况下，热声发电系统通过热声发动机将热能转化为声能，再通过本发明的混合磁路永磁直线发电机将声能转化为电能。 本发明结构合理，效果明显，可以很好的解决以往的装置中存在的问题。
权利要求
混合磁路永磁直线发电机，其特征在于该永磁直线发电机主要包括定子铁心(1)和动子(4)；所述动子(4)设置在定子铁心(1)内，所述定子铁心(1)上开槽形成多个定子齿，在所述定子齿上缠绕有定子绕组(2)；所述动子(4)的表面设置有多个永磁体(5)，相邻永磁体(5)的极性相反，形成纵向横向混合磁路；所述定子铁心(1)的定子齿与永磁体(5)之间形成气隙(6)。
2.根据权利要求1所述的混合磁路永磁直线发电机，其特征在于定子铁心(1)采用旋 转电机结构；定子绕组(2)为集中绕组。
3.根据权利要求1所述的混合磁路永磁直线发电机，其特征在于所述发电机既可以 采用动子(4)旋转的方式发电，也可以采用动子(4)直线往复运动的方式发电；所述发电机 与热声发动机匹配时，采用动子(4)直线往复运动的发电方式；所述动子(4)设置在动子轴 (3)上。
4.根据权利要求1所述的混合磁路永磁直线发电机，其特征在于永磁体(5)采用径 向充磁方式。
5.根据权利要求3所述的混合磁路永磁直线发电机，其特征在于所述动子(4)直线往 复运动的频率为0-200HZ之内，以便适合频率响应特性。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的混合磁路永磁直线发电机，其特征在于所述 永磁体(5)采用钕铁硼永磁体。
全文摘要
本发明涉及混合磁路永磁直线发电机，其特征在于该永磁直线发电机主要包括定子铁心和动子；所述动子设置在定子铁心内，所述定子铁心上开槽形成多个定子齿，在所述定子齿上缠绕有定子绕组；所述动子的表面设置有多个永磁体，相邻永磁体的极性相反，形成纵向横向混合磁路；所述定子铁心的定子齿与永磁体之间形成气隙。本发明结构合理，效果明显，可以很好的解决以往的装置中存在的问题。
文档编号H02K21/14GK101976929SQ201010539540
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者何新, 夏加宽, 贾海媛, 赵志强, 郭铁 申请人:沈阳工业大学