阅读说明：本技术 一种直线发电机 (Linear generator ) 是由 汪成哲 余磊 熊心怡 杜松 于 2018-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种直线发电机,包括初级和次级,初级包括初级轭、线圈及至少一个永磁阵列,永磁阵列中的永磁体N、S极交替均匀排列,初级轭上设置有初级凸起部,线圈套在初级凸起部或初级轭上,永磁阵列布置在初级轭上；所述次级包括次级轭和次级齿,次级齿为平板型、均匀开齿的插指状结构,次级齿的齿距等于永磁体的极距的非零偶数倍,次级轭与初级凸起部之间存在间隙,为第一气隙；永磁阵列与次级齿在同一个平面排列或者整列永磁体在次级齿下方设置,永磁阵列与次级齿之间存在间隙,为第二气隙；次级齿在平面上运动,通过磁路和磁通量的变化使线圈中产生电流。本发明提供了一种体积小、结构简单的新型的直线发电机。(The invention discloses a linear generator, which comprises a primary and a secondary, wherein the primary comprises a primary yoke, a coil and at least one permanent magnet array, N, S poles of permanent magnets in the permanent magnet array are alternately and uniformly arranged, the primary yoke is provided with a primary convex part, the coil is sleeved on the primary convex part or the primary yoke, and the permanent magnet array is arranged on the primary yoke; the secondary comprises a secondary yoke and secondary teeth, the secondary teeth are of a flat plate type and uniformly toothed plunging finger-shaped structure, the tooth pitch of the secondary teeth is equal to non-zero even times of the pole pitch of the permanent magnet, and a gap is formed between the secondary yoke and the primary boss and is a first air gap; the permanent magnet array and the secondary teeth are arranged on the same plane or an entire column of permanent magnets are arranged below the secondary teeth, and a gap is formed between the permanent magnet array and the secondary teeth and is a second air gap; the secondary teeth move in a plane, and current is generated in the coil through the magnetic circuit and the change of magnetic flux. The invention provides a novel linear generator which is small in size and simple in structure.)

一种直线发电机

技术领域

本发明涉及发电机领域，尤其涉及一种直线发电机。

背景技术

常规直线发电机由初级线圈和次级永磁组成，初级由多组线圈构成，同时次级上布置有交替分布的极性相反永磁，次级的质量较大，次级要在大质量的情况下作旋转或直线运动，势必造成电机结构复杂，并且次级在运动时需要的动力大，产生电流需要的能耗高；由于线圈绕组齿槽间距的长度限制，常规直线发电机尺寸难以做到很小。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有常规直线发电机结构相对复杂、效能低的不足而提供一种体积小、结构简单的新型的直线发电机。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种直线发电机，包括初级和次级，所述初级包括初级轭、线圈及至少一个永磁阵列，永磁阵列中的永磁体N、S极交替均匀排列,初级轭上设置有初级凸起部，线圈套在初级凸起部或初级轭上，永磁阵列布置在初级轭上；所述次级包括次级轭和次级齿，次级齿为平板型、均匀开齿的插指状结构，次级齿的齿距等于永磁体的极距的非零偶数倍,次级轭与初级凸起部之间存在间隙，为第一气隙；永磁阵列与次级齿在同一个平面排列或者整列永磁体在次级齿下方设置，永磁阵列与次级齿之间存在间隙，为第二气隙；所述次级齿在平面上运动，通过磁路和磁通量的变化使线圈中产生电流。

所述初级轭为L型结构，初级凸起部设置在L型结构的水平段的端部，L型结构竖直段的上端面和初级凸起部上端面均设置滑槽，初级包括一列永磁阵列；次级布置在初级凸起部上方，次级轭与初级凸起部对应，次级齿布置在次级轭的单侧，次级上设置有至少两组滑块，两组滑块分别在两个滑槽内滑动。

线圈套在初级轭的竖直段或初级轭的底部或初级凸起部上，永磁阵列布置在竖直段上部的内侧面上，永磁阵列与次级齿均排列在线圈上方的同一个平面内。

线圈套在初级轭底部或者初级凸起部上，永磁阵列布置在次级轭下方的初级轭底面上，与线圈在同一平面内。

所述初级轭为U型结构，初级轭的两侧上端面上均开设有滑槽，初级凸起部设置在初级轭底面上，初级包括两个永磁阵列，次级设置在初级凸起部上方，次级齿排列在次级轭的两侧，次级轭上设置有至少两组滑块，滑块分别在初级轭两侧的滑槽内滑动。

两个永磁阵列分别排列在初级轭两侧上端的内侧面上，与次级齿相对应设置在同一平面内。

线圈套在初级凸起部上。

初级包括两个线圈，两个线圈分别套在初级轭的两侧上，或者两个线圈分别套在初级凸起部两侧的初级轭底部。

两个永磁阵列分别排列在初级轭底部的两侧，线圈套在凸起部上，或者两个线圈分别套在凸起部两侧的初级轭底部。

所述次级轭两侧相对应的次级齿之间在次级轭的长度方向上错开半个齿距，或者两个永磁阵列相对应位置的永磁体之间在初级轭的长度方向上错开半个极距。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明的直线发电机永磁体和线圈全都设置在初级上，次级仅由带齿的导磁材料构成，无需永磁和绕组，次级结构简单，成本低，在长行程运行领域优势明显。由于发电机结构变化以及采用大线圈，无需考虑线圈绕组齿槽间距，发电机尺寸可以小型化。另外，随着永磁体数量的增加，发电电势可以做的更大。

附图说明

图1为本发明实施例一中直线发电机的俯视图之一。

图2为本发明实施例一中直线发电机的侧视图

图3为本发明实施例一中直线发电机的立体图之一

图4为图3中A-A剖视图。

图5为本发明实施例一中直线发电机的俯视图之二。

图6为本发明实施例一中直线发电机的立体图之二。

图7为图6中B-B剖视图。

图8为本发明实施例一中直线发电机的立体图之三。

图9为图8中C-C剖视图。

图10为本发明实施例二中次级两端次级齿错开半个极距的结构示意图。

图11为本发明实施例二中永磁阵列错开半个极距的结构示意图。

图12为本发明实施例三双边永磁阵列在初级内侧面双线圈布置示意图。

图13为本发明实施例四双边永磁阵列在初级底部示意图之一。

图14为本发明实施例四双边永磁阵列在初级底部示意图之二。

图15为本发明实施例五单边永磁阵列在初级内侧面示意图。

图16为本发明实施例六单边永磁阵列在初级底部示意图。

图中标注为：1、初级轭，2、滑槽，3、永磁阵列，4、滑块，5、初级凸起部，6、线圈，7、次级齿，8、次级轭，9、第一气隙，10、第二气隙，11、磁力线方向。

具体实施方式

下面结合附图及四个具体实施例对本发明的直线发电机的技术方案作进一步的阐述和说明。

实施例一

一种直线发电机，如图1-9所示，包括初级和次级；初级包括初级轭1、永磁阵列及线圈6，初级轭为横截面为U型的长方体结构，底部中心设置有一初级凸起部5，线圈绕在凸起部上，形成一个环状大线圈，U型两侧布置两个永磁阵列3，每一侧的永磁阵列中的永磁体均为N、S极交替均匀排列，即永磁体之间的极距均相同，两侧相对应位置的永磁体极性相同，两侧的永磁体对称排列，永磁体充磁方向为水平方向；次级为平板端部均匀开齿的插指状结构，该结构由导磁材料构成，次级包括次级轭8和次级齿7，中间为次级轭，次级轭两端均为次级齿，次级齿齿距τ_t等于永磁体之间极距τ_p的非零偶数倍,即τ_t=2mτ_p ，其中m为非0自然数；次级布置在两排永磁阵列中间，与永磁阵列在同一平面上，次级轭与初级凸起部之间的间隙为第一气隙9，次级齿与永磁阵列之间的间隙为第二气隙10；所述初级轭上端U型的两个端面上均设置有滑槽2，所述次级轭上连接有三组滑块4，滑块为U型结构，滑块的下端两端面可在初级轭上端的滑槽内滑动；次级轭两端的次级齿均对称排列。

次级在外在动力作用下往复运动过程中，当次级齿与永磁体磁极对齐时（如图1—图4），磁路为横向方向经过次级齿、次级轭、第一气隙、初级凸起部、初级轭、永磁体、第二气隙，磁力线方向11如图4中；当次级齿横跨初级两块永磁体时（如图5—图7），磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路；当再一次，次级齿与永磁体磁极对齐时（如图8—图9），由于永磁体极性相反，磁路为横向经过初级轭、初级凸起部、第一气隙、次级轭、次级齿、第二气隙、永磁体，磁力线方向如图9；通过磁路方向及磁通量的变化使线圈中产生电流。

实施例二

一种直线发电机，如图10所示，与实施例一中不同的是，次级两端对应位置的次级齿7之间错开半个极距（极距在图1中已有标注,是永磁体宽度加上相邻永磁体之间的距离，次级齿齿距是次级齿的宽度加上相邻次级齿之间的距离），从图1中可看到，次级轭8前端左右两侧两第一个次级齿之间在次级轭的长度方向上错开了半个极距，这样的设置可将磁阻波动力降到最低。磁阻力是绕组不通电或断开时，永磁体与动子铁芯之间存在的电磁力，在运动方向上，这种磁阻力呈现近似正弦变化的规律，正负交替的周期是以极距为周期的，因此，如果有两列次级齿槽，在空间布置上错开半个极距，相当于磁阻力错开180度相位，大部分都互相抵消了。当一端的次级齿与永磁体对齐时，磁路是图4中的磁路，即磁路为横向方向经过次级齿、次级轭、第一气隙9、大齿、初级轭1、永磁体、第二气隙10；同时由于次级两端对应位置的次级齿错开了半个极距，此时另一端的次级齿是跨两块永磁体，它的磁路是图7中的磁路，即磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路。

另外，如图11所示还可通过两排永磁阵列3中相对应位置的永磁体之间错开半个极距，即初级轭前端的两排永磁体中第一个永磁体之间在初级轭的长度方向错开半个极距，当一端的次级齿与永磁体对齐时，磁路是图4中的磁路，即磁路为横向方向经过次级齿、次级轭、第一气隙、大齿、初级轭、永磁体、第二气隙；同时由于初级上两排永磁阵列中的永磁体错开了半个极距，此时另一端的次级齿是跨两块永磁体，它的磁路是图7中的磁路，即磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路。这样的设置同样可实现本实施例的效果。

实施例三

一种直线发电机，如图12所示，与实施例一中不同的是，两个线圈分别绕在初级轭1的底部的初级凸起部5两侧，或绕在初级轭两侧的位置，其他与实施例一相同。

次级在外在动力作用下往复运动过程中，当次级齿7与永磁体磁极对齐时，磁路为横向方向经过次级齿、次级轭8、第一气隙9、初级凸起部、初级轭、永磁体、第二气隙10；当次级齿横跨初级两块永磁体时，磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路；当再一次，次级齿与永磁体磁极对齐时，由于永磁体极性相反，磁路为横向经过初级轭、初级凸起部、第一气隙、次级轭、次级齿、第二气隙、永磁体；通过磁路方向及磁通量的变化使绕在初级轭底部或侧面的两个线圈中产生电流。

实施例四

一种直线发电机，如图13(13a、13b、13c、13d)所示，与实施例一中不同的是，永磁阵列3布置在初级轭的底部，永磁体充磁方向为垂直方向，且永磁阵列位于次级齿的下方，次级齿7与其下方的永磁阵列之间有第二气隙10；一个线圈6绕在初级凸起部5上，次级在外在动力作用下往复运动过程中，当次级齿与永磁体磁极对齐时，磁路为横向方向经过次级齿、次级轭8、第一气隙9、初级凸起部、初级轭1、永磁体、第二气隙；当次级齿横跨初级两块永磁体时，磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路；当再一次，次级齿与永磁体磁极对齐时，由于永磁体极性相反，磁路为横向经过初级轭、初级凸起部、第一气隙、次级轭、次级齿、第二气隙、永磁体；通过磁路方向及磁通量的变化使绕在次级底部凸起部上的一个线圈或是绕在初级轭底部且位于初级凸起部两侧的两个线圈中产生电流。

另外，本实施例的发电机还可设置两个线圈，如图14所示，两个线圈分别绕在初级轭底部且位于初级凸起部两侧的位置，其它均与上述相同，产生电流的原理与上述相同，同样可实现本发明的有益效果。

实施例五

一种直线发电机，如图15（15a、15b、15c、15d 、15e）所示，初级轭1为L型结构，初级凸起部5设置在L型结构水平段的端部，初级包括一个永磁阵列3，永磁阵列设置在初级轭靠近L型结构竖直段的底部上，其充磁方向为垂直方向，次级设置在初级凸起部的上方，次级轭8与初级凸起部上下对应，次级轭与初级凸起部之间有第一气隙9，次级轭的一端设置次级齿，次级齿7与其下方的永磁***置相对排列，次级齿与其下方的永磁体之间有第二气隙10，线圈6绕在初级凸起部（如图15d）或者初级轭水平段（如图15e）上。

这时，在次级轭上设置三组滑块4，单组滑块包括设置在次级轭上方的上滑块和设置在次级轭下方的下滑块，初级凸起部上端面设置滑槽2，初级轭L型结构竖直段的上端面也设置滑槽，次级轭上方的上滑块可在初级轭L型结构竖直段的滑槽内运动，次级轭下方的下滑块可在初级凸起部上端面上的滑槽内滑动；次级在外在动力作用下往复运动过程中，当次级齿与永磁体磁极对齐时，磁路为横向方向经过次级齿、次级轭、第一气隙、初级凸起部、初级轭、永磁体、第二气隙；当次级齿横跨初级两块永磁体时，磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路；当再一次，次级齿与永磁体磁极对齐时，由于永磁体极性相反，磁路为横向经过初级轭、初级凸起部、第一气隙、次级轭、次级齿、第二气隙、永磁体；通过磁路方向及磁通量的变化使绕在初级凸起部或绕在初级轭底部的线圈中产生电流。

这样的设置线圈的布置更加灵活，在具体设计加工时可优化结构，使发电机体积更小。

实施例六

一种直线发电机，如图16所示，与实施例五中不同的是：永磁阵列3布置在初级轭1的内侧面，永磁体充磁方向为水平方向，且永磁阵列与次级齿7的水平方向平齐，次级齿与永磁阵列之间有第二气隙10，线圈6绕在初级轭底部（如图16 a）, 或绕在初级轭侧面（如图16b）,或绕在初级凸起部5（如图16c）；其它与实施例五中均相同。

次级在外在动力作用下往复运动过程中，当次级齿与永磁体磁极对齐时，磁路为横向方向经过次级齿、次级轭、第一气隙9、初级凸起部、初级轭8、永磁体、第二气隙；当次级齿横跨初级两块永磁体时，磁路为纵向方向，次级齿将相邻两块永磁体磁场形成闭合回路；当再一次，次级齿与永磁体磁极对齐时，由于永磁体极性相反，磁路为横向经过初级轭、初级凸起部、第一气隙、次级轭、次级齿、第二气隙、永磁体；通过磁路方向及磁通量的变化使绕在初级轭底部或绕在初级轭测面或绕在初级凸起部的线圈中产生电流。

上述六个实施例均是对本发明技术方案的进一步阐述，但本发明并不限于上述六个实施例，凡是在本发明权利要求的范围内进行的简答变化得到的实施方式，全都在落在本发明的保护范围内。