本发明属于电机设计领域，尤其涉及一种新型圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机的设计。
背景技术：
能源是人类生存和发展的重要物质基础，也是国际社会关注的焦点。太阳能是当今应用最广的一种可再生能源，具有资源充足、分布广泛、安全、清洁、技术可靠等优点。其中太阳能热发电是利用斯特林发电系统将吸收的太阳辐射热能转换成电能。在系统的机电能量转换过程中，发电机及其控制系统是整个系统的核心，对系统的整体性能、发电效率和供电质量有关键性作用。
为了节约成本，提高系统效率，采用圆筒型永磁直线发电机作为发电装置取代传统的旋转式发电机和齿轮等速度变换机构。圆筒型永磁直线发电机具有结构简单、反应速度快、灵敏度高、工作稳定可靠、寿命长等优点。单杠自由活塞式斯特林发动机作为原动机，其活塞运动速度较低，导致发电机功率密度偏低。如果增加一套机械齿轮调速机构，将增加系统成本、尺寸、重量，除此之外，噪声、振动、润滑和冷却等都是需要考虑的重要问题。随着永磁材料性能的提高和新型永磁材料的开发利用，磁性齿轮具有广泛的应用前景。磁性齿轮的输入与输出之间是非接触的，可以减少机械噪声和振动，不需要润滑，同时具有过载保护能力，运行可靠。
技术实现要素：
本发明就是针对上述问题，提出了一种基于碟式斯特林太阳能热发电的圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机，采用复合充磁方式(径向充磁结构与halbach充磁结构相结合)，与单一的径向充磁结构相比，提高了永磁直线复合电机气隙磁密正弦程度，具有功率密度高、结构相对简单、效率高、安全可靠等优点。并利用有限元分析方法对其电磁特性进行分析，优化反电动势波形，降低谐波含量，以满足用电需要。
本发明采用的技术方案是，一种用于碟式斯特林太阳能热发电的圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机，电机将圆筒型直线磁齿轮与圆筒型永磁直线发电机耦合在一起，包括电机设计，有限元分析和复合发电机参数优化。
所述的电机设计，将圆筒型直线发电机的次级磁钢与圆筒型直线磁齿轮的高速动子侧磁钢表贴在圆筒型导磁铁轭的外部和内部，在结构上和磁场上进行耦合。当原动机带动低速动子运动时，通过磁齿轮对力的传递作用，高速动子运动，并在电机绕组中感应电动势，实现能量的转换和传递。
所述的有限元分析，采用电机高速动子外层永磁体不同充磁方式对比，采用halbach充磁方式气隙磁密最大值为1.10t，径向充磁方式气隙磁密最大值为0.90t，同时halbach充磁方式能够提高气隙磁密的正弦度，从而可以提高反电动势的正弦度，减少谐波含量。对电机空载电磁特性分析，当低速动子和高速动子的极对数根据调速比确定时，内层气隙和中间层气隙的谐波磁场中，幅值最大谐波次数应该与低速侧和高速侧的极对数相等，同时低速动子和高速动子静态、动态推力大小之比应满足变速比。
所述的复合发电机参数优化，包括调磁块相对宽度对电机的影响，halbach充磁结构对电机空载特性的影响，电机定子齿宽d对电机空载特性的影响。
本发明的有益效果是：本发明提出的一种用于碟式斯特林太阳能热发电系统的圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机，将直线磁齿轮和直线发电机在结构上和磁场上进行耦合，提高功率密度和发电效率。采用复合充磁结构提高气隙磁场密度，降低反电动势谐波含量；同时对电机结构进行了参数优化分析，得到正弦度较高的空载反电动势波形。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明的电机的结构图。
具体实施方式
如图所示，本发明用于碟式斯特林太阳能热发电的圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机，电机将圆筒型直线磁齿轮与圆筒型永磁直线发电机耦合在一起，包括电机设计，有限元分析和复合发电机参数优化。
所述的电机设计，将圆筒型直线发电机的次级磁钢与圆筒型直线磁齿轮的高速动子侧磁钢表贴在圆筒型导磁铁轭的外部和内部，在结构上和磁场上进行耦合。当原动机带动低速动子运动时，通过磁齿轮对力的传递作用，高速动子运动，并在电机绕组中感应电动势，实现能量的转换和传递。电机定子槽数为18槽，采用分数槽绕组的结构式，具有增加绕组分布系数、消弱齿槽效应、提高反电动势波形正弦性等优点。永磁体材料采用具有高剩磁、高矫顽力特点的钕铁硼ndfe30。
所述的有限元分析，采用电机高速动子外层永磁体不同充磁方式对比，采用halbach充磁方式气隙磁密最大值为1.10t，径向充磁方式气隙磁密最大值为0.90t，同时halbach充磁方式能够提高气隙磁密的正弦度，从而可以提高反电动势的正弦度，减少谐波含量。对电机空载电磁特性分析，当低速动子和高速动子的极对数根据调速比确定时，内层气隙和中间层气隙的谐波磁场中，幅值最大谐波次数应该与低速侧和高速侧的极对数相等，同时低速动子和高速动子静态、动态推力大小之比应满足变速比。
所述的复合发电机参数优化，包括调磁块相对宽度对电机的影响，halbach充磁结构对电机空载特性的影响，电机定子齿宽d对电机空载特性的影响。利用有限元maxwell软件，建立电机二维模型，分析电机空载和负载特性，并利用正交实验法对电机结构参数进行优化，提高反电动势基波幅值，降低谐波含量，以满足用电需求。
以上关于本发明的具体描述，没有局限性，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。