专利名称：一种谐振式永磁直线发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁体发电技术，更具体地，本发明涉及一种直线发电机、充电装置和一 种电池。
背景技术：
通常，诸如手机、便携式音视频播放器、数码相机、头灯等便携式电子设备均需要 自身备有电池，以在离开外部电源时能够使用。该电池一般是镍镉、锂电等贵金属，成本高， 回收困难，对环境造成不可逆转的损害。一般来说，在便携式电子设备上均设置充电用的连 接器，通过该连接器连接外部电源或者外部充电器来对便携式电子设备进行充电，而不用 取出电池。对于便携式电子设备，通常使用工业电源作为外接供电电源，但是在户外、途中， 难以利用工业电源对该设备进行充电，但可以使用干电池、水力、风力或者火力的发电装 置。然而，这些设备的能量转换效率低，设备自身体积大，对于电压低于1伏特，在毫安级下 无法收集，造成极大浪费。特别在当前消费电子的高频率使用情况中，便携式消费电子自身 的电池远远不能提供足够的电能，以供用户使用，经常使得用户携带多块电池或者随处寻 找充电器，影响了人们的通信或其它需要并且造成极大的浪费。现有的小型发电装置还可以将旋转的动能转换为电能，采用旋转的方式使线圈切 割磁力线在线圈中产生电动势来实现发电，这种传统的旋转运动发电方式应用在以人自身 为原动力的各种便携式发电装置中，但其结构复杂、制造难度大，操作不便利、发电效率低， 不利于低成本的大批量生产，难以作为小型发电设备在生活中广泛使用。直线电动机是一种从普通异步电动机通过纵向分段剖开并且展开定子和转子而 衍生出来的电动机，其工作原理是随着均勻的直线运动而不是旋转运动来产生磁场，在异 步直线电动机中，感应线圈在电枢上产生电流，电流和感应磁场之间的相互作用产生电感 应来发电。但这样的发电机的运动的方向性的精度要求高、实现复杂，所产生的电量较小， 通常三四个小时所产生的电量不足以使用五分钟，在实际中应用难以发挥作用。
发明内容
为了避免现有技术中的上述各种缺陷，本发明提出一种直线谐振发电机和充电装置。根据本发明的一个方面，提供一种谐振式永磁直线发电机的动子结构，包括永磁 材料和包覆该永磁材料的非导磁材料，该永磁材料为通过非导磁材料间隔的两块或者多块 的条状、块状或者椭圆块状，均勻的布置在非导磁材料中。根据本发明的第二方面，提供一种谐振式永磁直线发电机的定子结构，包括隔磁 外壳、定子铁芯、绕组和环氧树脂固封；定子铁芯、绕组和环氧树脂固封布置在隔磁外壳中 的一侧，定子铁芯附在隔磁外壳的侧壁，绕组位于定子铁芯的内部，绕组的向外连接端位于 定子铁芯的开口处，环氧树脂固封将绕组密封。
根据本发明的第三方面，提供一种谐振式永磁直线发电机，包括定子结构和动子 结构，动子结构布置在定子结构的隔磁外壳中，位于隔磁外壳中相对于定子结构的另一侧， 或者位于两个或者多个定子结构的中间；动子结构中的永磁体提供磁场，定子结构中的绕 组在可变的磁场中产生感应电动势。根据本发明的第四方面，提供一种谐振式永磁直线发电充电装置，包括谐振式永 磁直线发电机和电子控制系统，所述发电机包括定子结构和动子结构，动子结构位于定子 结构的隔磁外壳中，位于隔磁外壳中相对于定子结构的另一侧，或者位于两个或者多个定 子结构的中间；动子结构中的永磁体提供磁场，定子结构中的绕组在可变的磁场中产生感 应电动势；所述电子控制系统包括EMI模块，整流模块，倍压电路，稳压模块和超级电容电 路。 根据本发明的第五方面，提供一种自充电电池，包括谐振式永磁直线发电机、电子 控制系统和超级电容，其特征在于，所述发电机包括定子结构和动子结构，动子结构包括在 定子结构的隔磁外壳中，位于隔磁外壳中相对于定子结构的另一侧，或者位于两个或者多 个定子结构的中间；动子结构中的永磁体提供磁场，定子结构中的绕组在可变的磁场中产 生感应电动势；所述电子控制系统包括EMI模块，整流模块，倍压电路和稳压模块；超级电 容电路用于存储电荷来为电子设备供电。本发明的发电、充电和电池装置使得人们能够行走、户外、车辆上就能对便携式电 子设备进行充电，该设备设计简单、结构巧小、不但携带方便，免除了需要专门外接充电电 源、浪费时间充电以及外出时应急充电的困扰，还实现了随时都能充电的可能。本发明的装 置构建方便、使用节能、环保，更低碳。本发明的发电装置除了可用于发电、充电之外，还可以作为一个永久性的电池用 于电子设备使用，而免除了电子设备自身配有电池的需要，而该电池不再需要外接电源进 行充电，而使用自身发电来供电，更加环保和节约成本。本发明的发电装置可以用于手机、 电动剃须刀、数码相机等所有毫安级电器、便携式播放器及所有便携式电子设备的应用。另 外，本发明的发电装置可以做成外置式或嵌入式。
图13示出直线永磁发电机二维实体模型；图14示出单边扁平型永磁直线发电机二维建模实体模型；图15示出双边扁平型永磁直线发电机二维建模实体模型图16示出单边扁平型永磁直线发电机磁通密度；图17示出空载感应电动势；图18示出负载感应电动势分析；图19示出谐振式永磁直线发电机三维实体模型；图20示出磁通密度的示意图；图21示出永磁直线发电机等效电路及负载的示意图；图22示出负载电压分析；图23示出负载电流分析；图M示出单相线圈绕组动子总成实例；图25示出双边型Halbach磁体列阵永磁直线发电机总装实例示意图；图沈示出Halbach磁体列阵安装方式实例。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种发电机和充电装置进行详细描 述。现有的便携式发电机充电装置大多数属于手摇式发电机，在对便携式电器、电子 产品进行充电时，至少需要用手摇转发电机充电装置30分钟，才能让电子、电器产品提供 一定使用时间的用电量。本发明的目的是提供应用于毫安级电子电器的外置式发电充电装 置或直接嵌入到电子电器内部。图1示出具有谐振式永磁直线发电机的充电装置，如图1所示，该充电装置包括永 磁直线发电机、电子控制系统、超级电容电路和电池。其中，永磁振动直线发电机和电子控 制系统相连接，用来通过发电机内部动子相对于定子的直线运动来产生感应电动势，电子 控制系统将所接收的来自永磁振动直线发电机的感应电动势进行滤波、整流、倍压、稳压处 理后，获取到适合的稳定电压，输入到超级电容电路，将电荷储存在超级电容中。该超级电 容接附便携式电子设备的电池，从而给该电池充电。在另一个实施例中，具有谐振式永磁直线发电机的充电装置包括永磁振动直线发 电机、电子控制系统和超级电容电路，而不包括图中所示的电池，该超级电容电路直接和用 电设备相连接，作为该用电设备(例如便携式消费电子设备)的供电装置(例如电池)。其 中，永磁振动直线发电机和电子控制系统相连接，用来通过发电机内部动子相对于定子的 直线运动来产生感应电动势，电子控制系统将所接收的来自永磁振动直线发电机的感应电 动势进行滤波、整流、倍压、稳压处理后，获取到适合的稳定电压，输入到超级电容电路，将 电荷储存在超级电容中。该超级电容作为设备的供电装置直接为设备供电。此时，该充电 装置不仅仅是用于充电，更主要地将自充电和供电结合在一起，尤其当超级电容的电容量 足够大时，完全可以作为供电电源使用。图2示出谐振式直线永磁发电机的动子结构的正面剖视图，其中，对于扁平型直 线发电机，如图2所示，包括永磁材料和包覆该永磁材料的非导磁材料，该非导磁材料可以是廉价的不锈钢材料。其中，永磁材料为条块状，位于不锈钢材料中。可以理解，该条块状 的永磁材料不限于图中所示的三块，图中所示仅为示例，该永磁材料可以是两块或者多块。 在一个实施例中，该永磁材料布置为条状。在另一个实施例中，该永磁材料布置为圆块状或 者椭圆块状。在又一个实施例中，在不锈钢材料中布置为不规则形状。可以理解，根据制作 便利，该永磁材料的形状可以任意选择。另外该永磁材料的布置在仅使用两块永磁材料块 的情况下，期望尽可能均勻，相互之间的关系尽可能均衡。而当使用多个永磁材料块时，永 磁材料块之间的距离或者相互位置关系可以是不均勻的，当然如果均勻的话让磁性分布均 勻更佳。永磁材料选用诸如钕铁硼、镍钴的硬磁材料，而不选用软磁材料。该永磁材料在非 导磁材料中所占的体积比可以根据制作成本、磁性大小灵活选择。在制造本发明所述的动子时，首先把不锈钢基板通过冲压镂空，形成所需的中空 形状，该中空形状对应于上述永磁材料块的形状；然后，把永磁材料粉以粘结或烧结工艺做 成合适的形状和尺寸，进行充磁；将充磁后的永磁材料镶(或粘结)在不锈钢基板的镂空 中，之后把整块动子进行涂覆或者电镀，从而，保持动子的整体性。如图2所示，动子基板是平板状，非环状，属于标准型的直线电机的动子机构。本 发明所述的动子基板位于定子之外，而对于双边型偏平直线电机，该动子基板位于两个定 子之间，而非内含到定子之内。永磁材料选择用的是硬磁材料，即已经充磁的磁体，而非不 能充磁的软磁材料。在实际应用中，尤其是在用于便携式消费电子的充电设备或者供电设备时，需要 进一步的降低设备的重量。在本实施例中，通过将不锈钢基板的部分镂空来降低动子基板 的重量。如图3所示，永磁材料1包覆在不锈钢基板2中，在不锈钢基板2的中间镂出多个 空槽。该空槽不应该将永磁材料连通，而仅仅在不锈钢基板的中间进行镂空。该空槽可以 根据需要设置不同大小和形状的结构。该空槽均勻设置，以使定子运动均衡。图4示出谐振动子的整体结构，该谐振动子结构包括动子基板和滑槽结构，动子 基板位于滑槽结构之间。动子基板即包括永磁体的非导磁基板。如图4所示，总的来说，该 谐振动子结构包括换向弹簧1、谐振弹簧2、永磁体和不锈钢动子基板3、U形滑槽4和滚珠 5。U形滑槽板位于动子基板的两侧，U形滑槽内设置滚珠，动子基板夹置在U形滑槽中，动子 基板的端部和滚珠接触，在U形滑槽内上下滑动，两个U形滑槽两端使用连接板对应连接， 在两个U形滑槽的每一个的两端设置换向弹簧，动子基板和两个连接板之间分别设置谐振 弹簧。动子基板在U形滑槽内滑动，到达U形滑槽的端部，和端部的换向弹簧相碰撞，反弹， 反向滑动。同时，动子基板压制谐振弹簧，产生谐振。以下描述定子的结构，对于谐振式永磁直线发电机定子铁芯形式，永磁直线发电 机可以做成单边扁平型或双边扁平型，绕组可以是单相、两相、三相。永磁直线发电机可以 做成单相、两相和三相，也可以做成几个单相然后串联或并联。图5示出单相单边扁平型永磁直线发电机定子结构，如图5所示，该定子结构包括 隔磁外壳1、定子铁芯2、绕组3和环氧树脂固封4。其中，定子铁芯2是半开口或者全开口。 绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈。定子铁芯2、绕组3和环氧树脂固封4布置在隔磁外 壳1中的一侧，隔磁外壳1通常为长方形，但这不限于制成正方形、椭圆形或者其他形状，隔 磁外壳1的另一侧空置。定子铁芯2附在隔磁外壳1的侧壁，绕组3位于定子铁芯2的内 部，绕组3的向外连接端位于定子铁芯2的半开口或者全开口处。环氧树脂固封4将绕组3密封。图6示出两组独立单相单边扁平型永磁直线发电机定子结构，如图6所示，该定子 结构包括两组独立的单相单边扁平型永磁直线发电机定子结构，可以理解，该定子结构可 以包括多组独立的单相单边扁平型永磁直线发电机定子结构。多组独立的单相单边扁平型 永磁直线发电机定子结构可以并联或者串联输出，也就是各个单相单边扁平型永磁直线发 电机定子结构中的绕组可以串联或者并联。其中，每组单相单边扁平型永磁直线发电机定 子结构包括隔磁外壳1、定子铁芯2和绕组3。绕组使用环氧树脂固封。其中，定子铁芯2 是半开口或者全开口。绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈。定子铁芯2、绕组3布置在隔 磁外壳1中的一侧，隔磁外壳1通常为长方形，但这不限于制成正方形、椭圆形或者其他形 状，隔磁外壳1的另一侧空间空置。定子铁芯2附在隔磁外壳1的侧壁，绕组3位于定子铁 芯2的内部，绕组3的向外连接端位于定子铁芯2的半开口或者全开口处。在相邻两个单 相单边扁平型永磁直线发电机定子结构之间，布置隔磁材料板4，用于阻断相邻定子结构之 间的磁干扰。图7示出单相双边扁平型永磁直线发电机定子结构。如图7所示，该定子结构包 括两组单相单边扁平型永磁直线发电机定子结构，每个单相单边扁平型永磁直线发电机定 子结构分别位于隔磁外壳1的相对侧，分别附在隔磁外壳1的侧壁上，两个单相单边扁平型 永磁直线发电机定子结构之间中空，留有放置动子的空间。其中，每组单相单边扁平型永磁 直线发电机定子结构包括隔磁外壳1、定子铁芯2和绕组3。绕组使用环氧树脂固封。其 中，定子铁芯2是半开口或者全开口。绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈。定子铁芯2、 绕组3布置在隔磁外壳1中的侧壁，隔磁外壳1通常为长方形，但这不限于制成正方形、椭 圆形或者其他形状。定子铁芯2附在隔磁外壳1的一侧，绕组3位于定子铁芯2的内部，绕 组3的向外连接端位于定子铁芯2的半开口或者全开口处。图8示出多组独立单相双边扁平型永磁直线发电机结构，如图6所示，该定子结构 包括两组独立的单相双边扁平型永磁直线发电机定子结构，可以理解，该定子结构可以包 括多组独立的单相双边扁平型永磁直线发电机定子结构。每个单相双边扁平型永磁直线发 电机定子结构分别位于隔磁外壳1的相对侧，分别附在隔磁外壳1的侧壁上，两个或者多个 单相双边扁平型永磁直线发电机定子结构之间中空，留有放置动子的空间。多组独立的单 相单边扁平型永磁直线发电机定子结构可以并联或者串联输出，也就是各个单相单边扁平 型永磁直线发电机定子结构中的绕组可以串联或者并联。同样，多组独立的单相双边扁平 型永磁直线发电机定子结构可以并联或者串联输出，也就是各个单相双边扁平型永磁直线 发电机定子结构中的绕组可以串联或者并联。其中，每组单相单边扁平型永磁直线发电机 定子结构包括隔磁外壳1、定子铁芯2和绕组3。绕组使用环氧树脂固封。其中，定子铁芯 2是半开口或者全开口。绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈。定子铁芯2、绕组3布置在 隔磁外壳1中的一侧，隔磁外壳1通常为长方形，但这不限于制成正方形、椭圆形或者其他 形状，隔磁外壳1的另一侧空间空置。定子铁芯2附在隔磁外壳1的侧壁，绕组3位于定子 铁芯2的内部，绕组3的向外连接端位于定子铁芯2的半开口或者全开口处。在相邻两个 单相单边扁平型永磁直线发电机定子结构之间，布置隔磁材料板4，用于阻断相邻定子结构 之间的磁干扰。以下描述谐振式永磁发电机的总装结构，其中，图9示出单相单边扁平型永磁直线发电机总装示意图。如图9所示，该发电机包括定子结构和动子结构，其中，动子结构包 括在定子结构的隔磁外壳1中，位于隔磁外壳1中相对于定子结构的另一侧。动子结构和 隔磁外壳1之间布置辅助铁轭，用来减少动子结构的横向电磁力。如图9所示，该定子结构包括隔磁外壳1、定子铁芯2、绕组3和环氧树脂固封4。 其中，定子铁芯2是半开口或者全开口。绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈。定子铁芯 2、绕组3和环氧树脂固封4布置在隔磁外壳1中的一侧，隔磁外壳1通常为长方形，但这不 限于制成正方形、椭圆形或者其他形状，隔磁外壳1的另一侧空间空置。定子铁芯2附在隔 磁外壳1的一侧，绕组3位于定子铁芯2的内部，绕组3的向外连接端位于定子铁芯2的半 开口或者全开口处。环氧树脂固封4将绕组3密封。图9所示的动子结构是将图4所示的侧视剖面图，附图所示仅是示意，并不是对形 状的限制。其中，图9所示的动子结构包括动子基板和滑槽结构，动子基板位于滑槽结构之 间。如图9所示，该谐振动子结构包括换向弹簧、谐振弹簧5、钕铁硼永磁体和不锈钢动子 基板6、U形滑槽和滚珠(图中未示)。U形滑槽板位于动子基板的两侧，U形滑槽内设置滚 珠，动子基板夹置在U形滑槽中，动子基板的端部和滚珠接触，在U形滑槽内上下滑动，两个 U形滑槽两端使用连接板对应连接，在两个U形滑槽的每一个的两端设置换向弹簧，动子基 板和两个连接板之间分别设置谐振弹簧。动子基板在U形滑槽内滑动，到达U形滑槽的端 部，和端部的换向弹簧相碰撞，反弹，反向滑动。同时，动子基板压制谐振弹簧，产生谐振。其中，隔磁外壳1是谐振永磁直线发电机的外壳和内部机械零部件的固定框架， 具有隔磁功能，防止永磁材料的磁场对电子电路的影响。定子铁芯2可以是硅钢片叠压铁 芯。线圈绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈，用作永磁发电机的绕组。谐振弹簧5用于在 振动时把机械能转换为动能，使滑块动子产生谐振。永磁体6为直线发电机提供磁场，绕组 在可变的磁场中可以产生感应电动势；不锈钢基板作为钕铁硼永磁体承载体，并一起组成 滑动基板。另外，各零部件可以用沉头螺栓紧固、预制在隔磁外壳1上或者提前一体成型。从结构上，动子结构无需支承基架，定子结构不需要电磁体，无电磁驱动力，而是 靠外来振动来驱动动子。谐振弹簧依赖外来振动的机械能产生谐振运动，并非恢复力。图10示出双边扁平型永磁直线发电机总装结构，如图10所示，该发电机包括定子 结构和动子结构，其中，动子结构包括在定子结构的隔磁外壳1中，位于隔磁外壳1中相对 于两个定子结构的中间，通过两个定子结构夹持，或者固定在外壳的两端。如图10所示，该定子结构包括隔磁外壳1、定子铁芯2、绕组3和环氧树脂固封4。 其中，定子铁芯2是半开口或者全开口。绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈。定子铁芯 2、绕组3和环氧树脂固封4布置在隔磁外壳1中的一侧，隔磁外壳1通常为长方形，但这不 限于制成正方形、椭圆形或者其他形状，隔磁外壳1的另一侧同样如这样布置。定子铁芯2 附在隔磁外壳1的一侧，绕组3位于定子铁芯2的内部，绕组3的向外连接端位于定子铁芯 2的半开口或者全开口处。环氧树脂固封4将绕组3密封。图10所示的动子结构是将图4所示的侧视剖面图。其中，图10所示的动子结构 包括动子基板和滑槽结构，动子基板位于滑槽结构之间。如图10所示，该谐振动子结构包 括换向弹簧、谐振弹簧5、钕铁硼永磁体6和不锈钢动子基板、U形滑槽和滚珠(图中未示)。 U形滑槽板位于动子基板的两侧，U形滑槽内设置滚珠，动子基板夹置在U形滑槽中，动子基 板的端部和滚珠接触，在U形滑槽内上下滑动，两个U形滑槽两端使用连接板对应连接，在两个U形滑槽的每一个的两端设置换向弹簧，动子基板和两个连接板之间分别设置谐振弹 簧。动子基板在U形滑槽内滑动，到达U形滑槽的端部，和端部的换向弹簧相碰撞，反弹，反 向滑动。同时，动子基板压制谐振弹簧，产生谐振。其中，隔磁外壳1是谐振永磁直线发电机的外壳和内部机械零部件的固定框架， 具有隔磁功能，防止永磁材料的磁场对电子电路的影响。定子铁芯2可以是硅钢片叠压铁 芯。线圈绕组3可以是漆包线绕组或印刷线圈，用作永磁发电机的绕组。谐振弹簧5用于 在振动时把机械能转换为动能，使滑块动子产生谐振。永磁体6为直线发电机提供磁场，绕 组在可变的磁场中可以产生感应电动势；不锈钢基板作为永磁体承载体，并一起组成滑动 基板。另外，各零部件可以用沉头螺栓紧固，或者预制在隔磁外壳1上或者提前一体成型。另外，可以理解，图9和图10示出单相单边和单项双边的扁平型永磁直线发电机 总装结构，但根据图8，该扁平型永磁直线发电机总装结构可以包括多相单边或者多相双 边，本领域内的技术人员可以根据图8-10的结构容易实现，这里将不再赘述。图11示出图1所述的电子控制系统的总体模块结构图，如图11所示，该电子控制 系统包括EMI模块，整流模块，倍压电路，稳压模块和超级电容电路。其中，EMI是电源电磁 干扰滤波器。整流模块，和EMI模块相连接。倍压电路和整流模块相连接，将整流模块输出 的小电压倍增。稳压电路，和倍压电路相连接，用于将倍压电路输出的倍增电压稳定到期望 的电压值，通常会根据实际应用稳定在3-30伏特之间的一个值。稳压模块输出的稳定电压 输入到超级电容中。其中，倍压电路和稳压电路的处理顺序可以交换，也就是可以先稳压再 倍增，或者如上先倍增再稳压。图12示出图11所述的电子控制系统的一个示例电路原理图，电源电磁干扰滤 波器EMI包括并联的滤波电容CO和滤波电感H，整流模块使用四个桥接的整流二极管 (D1-D4)。倍压电路包括两个串联的电阻和两个串联的电容，两个电阻和两个电容之间并 联，两个电阻之间的连接端和两个电容之间的连接端相连接。稳压电路包括并联的滤波电 容C3、稳压二极管WD和直流电压变换集成电路IC1，当不存在太多杂波时可以不需要滤波 电容C3。超级电容电路包括两个串联的单体超级电容C4和C5。该电子控制系统还包括防 逆流二极管D5。在具体实现时，将电源电磁干扰滤波器、整流、倍压、稳压、超级电容电路制成线路 板或者一体成集成电路。用导线把谐振永磁直线发电机的输出和电子控制电路的L和N端 连接起来，完成谐振式永磁直线发电充电装置的总装。其中，整流二极管D1、D2、D3和D4最好选用锗整流管，以提高整流效率，在非满载 情况下，其压降<=2V。ICl是宽输入电压DC-DC变换集成电路，输出电压为5.2V。超级电容C4、C5，基于超级电容的快速充电特性，用作充电的中继蓄能元件。由于 超级电容的实用寿命比蓄电池厂，报废后不会对环境造成污染，可以直接代替蓄电池作为 蓄能元件。在本发明中，由于超级电容器不同于电池，可以将两者结合起来，将电容器的功 率特性和电池的高能量存储结合起来。超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意 电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可 能造成永久性破坏。超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数，而电池的荷电 状态则包括多样复杂的换算。超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的 能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。超级电容器可以反复传输能量脉冲 而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。超级电容器可以 快速充电而电池快速充电则会受到损害。超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命 仅几百个循环。为了进一步说明本发明的具体的技术效果，以下对谐振式直线永磁发电机进行二 维有限元仿真分析。由于直线发电机具有特有的边端效应，使得直线电机的分析比旋转电 机的分析更为复杂，并且传统电机分析理论不能直接应用到直线电机上。因此，对直线发电 机的分析不但需要以麦克斯韦电磁场理论为依据，还需要利用二维和三维有限元分析，才 能精确寻找直线发电机的解决方案。在二维电磁场有限元方法理论中，电磁场的经典理论是麦克斯韦方程组。其中，无 论介质和磁场强度H分布如何，磁场中磁场强度沿任何一闭合路径的线积分都等于穿过该 积分路径所确定电流总和。电磁场麦克斯韦方程组积分形式
权利要求
1.一种谐振式永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构，其特征在于，动子结构布置 在定子结构的隔磁外壳中，位于隔磁外壳中相对于定子结构的另一侧；动子结构中的永磁 体提供磁场，定子结构中的绕组在可变的磁场中产生感应电动势；其中，该动子结构还包括动子基板和滑槽结构，动子基板位于滑槽结构之间，该滑槽结 构包括换向弹簧、谐振弹簧、U形滑槽和滚珠；所述U形滑槽内设置滚珠，动子基板夹置在U 形滑槽中，动子基板的端部和滚珠接触，在U形滑槽内上下滑动，两个U形滑槽两端使用连 接板对应连接，在两个U形滑槽的每一个的两端设置换向弹簧，动子基板和两个连接板之 间分别设置谐振弹簧。
2.根据权利要求1所述的直线发电机，其特征在于，所述动子结构和隔磁外壳之间布 置辅助铁轭，用来减少动子结构的横向电磁力。
3.根据权利要求1所述的直线发电机，其特征在于，所述U形滑槽布置在隔磁外壳的内侧。
4.根据权利要求1所述的直线发电机，其特征在于，该动子结构包括永磁材料和包覆 该永磁材料的非导磁基板，该永磁材料为通过非导磁材料间隔的两块或者多块的条状、块 状或者椭圆块状，均勻的布置在非导磁基板中。
5.根据权利要求4所述的直线发电机，其特征在于，该非导磁基板使用不锈钢材料或其它硬质合金或金属，永磁材料是诸如钕铁硼、镍钴、铁氧体的硬磁材料。
6.根据权利要求4所述的直线发电机，其特征在于，所述非导磁基板是平板状，所述非 导磁基板的部分镂空，非导磁基板中镂出多个空槽，该空槽未将永磁材料连通。
7.根据权利要求1所述的直线发电机，其特征在于，所述隔磁外壳的一侧或者两侧布 置有多个这样的定子铁芯组定子铁芯附在隔磁外壳的侧壁，绕组位于该定子铁芯的内部， 绕组的向外连接端位于定子铁芯的开口处，环氧树脂固封将绕组密封；同一侧的定子铁芯 组通过隔磁材料板隔离。
8.根据权利要求7所述的直线发电机，其特征在于，定子铁芯的开口是半开口或者全 开口，所述绕组是漆包线绕组或印刷线圈。
9.根据权利要求7所述的直线发电机，其特征在于，所述绕组的端线串联或者并联。
全文摘要
本发明提供一种谐振式永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构，动子结构布置在定子结构的隔磁外壳中，位于隔磁外壳中相对于定子结构的另一侧；该动子结构还包括动子基板和滑槽结构，动子基板位于滑槽结构之间，该滑槽结构包括换向弹簧、谐振弹簧、U形滑槽和滚珠；所述U形滑槽内设置滚珠，动子基板夹置在U形滑槽中，动子基板的端部和滚珠接触，在U形滑槽内上下滑动，两个U形滑槽两端使用连接板对应连接，在两个U形滑槽的每一个的两端设置换向弹簧，动子基板和两个连接板之间分别设置谐振弹簧。本发明的发电机结构简单、易于构建，成本低廉、发电量大，便于携带，易于集成。
文档编号H02J7/32GK102064661SQ20111002805
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者陈坚, 麦伟仪 申请人:陈坚, 麦伟仪